Přehled standardních schémat svařovacích strojů typu

Stabilní klesající trend v cenách střídačových svařovacích strojů vedl k významnému zvýšení popularity tohoto zařízení jak mezi profesionály, tak mezi těmi, kteří používají svařování pouze pro své vlastní potřeby. Je zcela pochopitelné, že mnoho uživatelů, kteří mají takové zařízení, má zájem o strukturu a princip činnosti, protože informace tohoto druhu pomohou opravit zařízení v případě poruchy nebo dokonce zlepšit levný model s "zkrácenými" funkcemi. Jak uvidíme později, není vůbec těžké se s těmito problémy zabývat, stačí mít základní znalosti elektrotechniky.

Invertor svařovací stroj.

Obecné informace

Elektrický obvod různých modelů svařovacích střídačů se může v některých detailech lišit, ale obecně platí, že všechna tato zařízení pracují podle stejného principu. Hlavním úkolem každého z nich je přeměnit elektrickou energii pocházející ze sítě, aby se na výstupu dostal velký proud. Proces přeměny je rozdělen do několika fází:

Měnič svařovacího obvodu škrticí klapky.

• opravy střídavého proudu ze sítě;
• DC konverze zpět do AC, ale s mnohem vyšší kmitočtovou frekvencí;
• zesílení střídavého vysokofrekvenčního proudu snížením napětí;
• vyrovnávací zesílený vysokofrekvenční střídavý proud.

Každý, kdo je alespoň trochu zvyklý na počítačovém "hardware", pravděpodobně ví, že přepínací zdroj napájení osobního počítače pracuje stejným způsobem. Centrálním bodem tohoto obvodu je zvýšení frekvence střídavého proudu a to je právě úkol, který měnič provádí. Co to je? Faktem je, že rozměry a hmotnost transformátoru závisí nejen na jeho výkonu, ale také na frekvenci proudu, pro který má být transformován. Čím nižší je frekvence, tím je větší a větší je transformátor. Tato závislost je velmi významná. Například při čtyřnásobném zvýšení frekvence střídavého proudu se rozměry transformátoru sníží na polovinu. Obvod měniče zvyšuje frekvenci elektrického proudu od 50 Hz do 60-80 kHz, takže zisk hmotnosti a velikosti je docela hmatatelný. Výsledkem je lehký a kompaktní svařovací stroj, jehož výroba vyžaduje mnohem méně materiálů, včetně drahé mědi.

Dále se zabýváme podrobněji hlavními bloky invertorového zařízení a jejich vzájemnými vztahy.

Napájecí jednotka: síťový usměrňovač

Schéma střídače svařovacího stroje.

Zvláštnost invertorového obvodu spočívá v tom, že jeho práce vyžaduje konstantní proud. Proto je střídavý proud běžného napájecího zdroje napájený napětím 220 V a frekvencí 50 Hz primárně podroben nápravě. Usměrňovací obvody obsahují diodový můstek a dva kondenzátory, jejichž úkolem je vyhlazovat pulsace. Vzhledem k vysokému výkonu proudu se diodový můstek dostatečně ohřeje během provozu, takže je vybaven radiátorem s tepelnou pojistkou. Při zahřátí na teplotu 90 stupňů provede otevírání okruhu.

Na výstupu diodového můstku se získá pulsující stejnosměrný proud s napětím 220 V, ale na kondenzátorech se zvyšuje o 1,41 krát a je již 310 V. Vzhledem k možnosti počátečního skoku napětí ve směru nárůstu jsou v síťovém usměrňovači invertorového svařovacího stroje instalovány kondenzátory, které odolávají napětí až 400 In (odpovídá počátečnímu napětí 280 V).

Síťový usměrňovač je připojen k napájecímu zdroji prostřednictvím filtru elektromagnetické kompatibility, který zabraňuje vysokofrekvenčnímu rušení z provozu střídače do elektrické sítě.

Obvod napájení obvodového svařovacího stroje.

Bezprostředně po zapnutí svařovacího zařízení může nabíjecí proud přiváděný do kondenzátorů dosáhnout hodnoty, která postačuje k vypnutí diodového můstku. Aby se tomu zabránilo, jsou všechny typy svařovacích střídačů vybaveny obvodem s měkkým rozběhem. Je realizován pomocí relé a odporu, jehož výkon je asi 8 W a odpor je asi 50 Ohmů (u různých modelů svařovacích střídačů se mohou vlastnosti odporu lišit od charakteristik uvedených). Odpor je připojen k obvodu usměrňovače a v době zapnutí svařovacího zařízení oslabuje startovací proud. Po vstupu zařízení do provozního režimu je spuštěno relé, které uzavírá svorky odporu tak, aby proud proudil již "za".

Měnič: princip činnosti

Elektrický obvod střídače, který je vybaven svařovacími stroji tohoto typu, obsahuje dva klíčové tranzistory, které jsou připojeny podle principu "šikmého mostu". Jejich zvláštností je, že mohou přepínat s velmi vysokou frekvencí od 60 do 80 kHz. V tomto případě je stejnosměrný proud proudící do měniče přeměněn na střídavý proud se stejnou frekvencí. Z obvyklého proudu v elektrické síti se také liší podle jeho charakteristiky: není to sinusový, ale pravoúhlý.

Na chladiči jsou nainstalovány klíčové tranzistory, což umožňuje zabránit přehřátí. Ochrana proti nadměrnému napětí je zajištěna RC odpojovačem.

Vysokofrekvenční (pulzní) transformátor

Princip fungování střídače.

Hlavním bodem každého svařovacího stroje je transformátor, který sestupuje. Jeho konstrukce v invertorových zařízeních je téměř stejná jako obvykle, ale zároveň je kompaktnější. Dalším důležitým rozdílem je přítomnost přídavného sekundárního vinutí, které se používá k napájení řídicího obvodu.

Primární vinutí vysokofrekvenčního transformátoru je dodáváno střídavým proudem vyrobeným střídačem s napětím 310 V a frekvencí několika desítek kilohertzů. Na výstupu sekundárního vinutí, který má menší počet otáček, napětí klesá na 60-70 V a proud se zvětšuje na 110-130 A. Zůstává pro něj projít ještě jednou, poslední etapou.

Výstupní usměrňovač

Proud přicházející z vysokofrekvenčního transformátoru musí být přeměněn na konstantní proud - právě takový proud je potřebný pro svařování. Za tímto účelem je invertorový svařovací stroj vybaven výstupním usměrňovačem, jehož elektrický obvod sestává z dvojitých diod se společnou katodou. Odlišují se od běžných diod vysokou rychlostí. Cyklus otevření-zavření těchto prvků je pouze 50 nanosekund (tato charakteristika se nazývá doba obnovy). Tato kvalita je nezbytná pro práci s vysokofrekvenčními proudy.

Diody výstupního usměrňovače jsou také instalovány na radiátoru a pro jejich ochranu je tato jednotka vybavena RC obvodem.

Zařízení se spouštěcím obvodem

Způsoby připojení svařovacího měniče.

V okamžiku zapnutí zařízení ze síťového usměrňovače je napájení dodáváno do řídicího obvodu pomocí stabilizátoru 15 V.

Po spuštění řídicího obvodu tranzistorů s klíčem střídače se na přídavném sekundárním vinutí vysokofrekvenčního transformátoru objeví napětí. Opravuje se diodami a stejným stabilizátorem začíná napájet řídicí obvod, zatímco je odpojen od síťového usměrňovače.

Schéma řízení

Koordinace invertorového měniče proudu funguje řídícím obvodem. Jeho hlavním prvkem je čip řadiče PWM. Úlohou tohoto čipu je přepnutí klíčových tranzistorů střídače. Jejich provoz je řízen PWM regulátorem ne přímo, ale pomocí dvou po sobě jdoucích prvků: tranzistor s polním efektem a izolační transformátor.

Aktuální přeměna měniče svařování.

Z tranzistorového pole s efektem pole se do primárního vinutí izolačního transformátoru dostane proud s vysokou frekvencí (asi 65 kHz) s obdélníkovou charakteristikou. Transformátor mění napětí tohoto proudu na hodnotu, která je potřebná pro ovládání klíčových tranzistorů střídače. Signály na nich pocházejí ze dvou sekundárních vinutí izolačního transformátoru, přičemž každé z vinutí je připojeno k jednomu tranzistoru.

Kromě těchto prvků obsahuje elektrický obvod řídící a monitorovací desky pomocné tranzistory, které napomáhají uzavření klíčových tranzistorů obvodu měniče a zenerovy diody, které je chrání před přepětím napětí. K dispozici je také omezovač proudu analyzátoru. Hlavním prvkem analyzátoru je transformátor, který je součástí primárního okruhu vysokofrekvenčního transformátoru instalovaného v pohonné jednotce. Omezovač analyzátoru řídí proud v konvertoru svařovacího zařízení a používá signály z primárního vinutí transformátoru výkonu pro nastavení svařovacího proudu a vytvoření impulzů přenášených do čipu regulátoru PWM.

Pro regulaci svařovacího proudu se zapne proměnlivý odpor v elektrickém obvodu řídicí jednotky, jejíž odpor je nastaven otáčením knoflíku na ovládacím panelu svářečky měniče.

Řízení výstupního a síťového napětí

Funkce svařovacího měniče.

Kromě všech výše uvedených je úkolem řídicího obvodu svařovacího stroje monitorovat napětí v síti a na výstupním usměrňovači. K tomu je elektrický obvod doplněn operačním zesilovačem. Některé z jeho prvků jsou připojeny k síťovému usměrňovači, aby detekovaly napětí v napájecí síti. V případě porušení tyto prvky reprodukují signály proudu a napětí, které přecházejí do modulu shrnutí a pak do generátoru pulsů regulátoru PWM. Tím je zablokována činnost generátoru celého obvodu.

Obdobně je monitorováno provozní napětí na výstupu měniče. Jeho hodnota se může odchýlit od normy v případě poruchy funkce diodového můstku síťového usměrňovače nebo jiných prvků. V tomto případě je také řídicí obvod vypnutý.

Blokování obvodu je doprovázeno napájecím napětím na signální diodu, která informuje uživatele o svářeči o poruchách.

Pokyny pro opravu svařovacího stroje

Stejně jako jakékoliv zařízení, mohou svařovací stroje střídače selhat. Následující příznak je často pozorován: zařízení se zdá být zcela neporušené ("normální" displej je zapnutý, ventilátor je slyšet v pouzdře), ale jiskra se neobjeví, když se elektroda dotýká kovu. Někdy můžete slyšet neobvyklý hluk. V některých případech může být oprava zařízení provedena samostatně, aniž by se jednalo o odborníky ze servisní společnosti.

Schéma svařování tenkých kovů s použitím svařovacího měniče.

Podle instrukcí je třeba nejdříve zkontrolovat pomocí multimetru stav tepelných pojistek instalovaných na radiátorech různých prvků v pohonné jednotce. Teplota, při které jsou jejich kontakty otevřeny, je obvykle 90 stupňů. Samostatné typy takových pojistek jsou jednorázové, po spuštění je nutné je vyměnit. Jiní otevírají okruh při přehřátí, ale když se chladič ochladí, obnoví spojení znovu. Takové prvky mohou být instalovány na primárních vinutích výkonových transformátorů. Jejich spouštění často vede šikovné elektrické amatérky, kteří si myslí, že došlo k přerušení ve vinutí. Pokud zjistíte vadnou tepelnou pojistku, můžete zkusit její kontakty zkrátit. Tato možnost je vhodná jako dočasná "úprava", umožní vám dokončit práci, pokud je to naléhavé.

Vzhledem k tomu, že ochrana proti přehřátí je nyní částečně chybějící, měl by být svařovací stroj obsluhován velmi opatrně, zcela. Po dokončení práce byste se měli okamžitě přesunout do obchodu s náhradními díly a koupit náhradní díl.

Dalším "citlivým" místem svařovacích měničů je výstupní usměrňovač, přesněji diody obsažené v jeho složení. Proudy, se kterými musí pracovat, dosahují 130 A a někdy způsobují poruchu těchto diod.

Je snadné ověřit nefunkčnost výstupního usměrňovače pomocí multimetru, ale bez "kontinuity" každé diody zvlášť, není možné určit, která z nich je přerušena. Diody (zde se zde používají tři duální diody) budou muset být pájeny a vyjmuty z chladiče, ke kterému jsou našroubovány. Radiátor bude také muset být odstraněn.

Řízení svařovacího měniče.

Pájecí diody a další prvky mohou být obtížné. U moderních svařovacích měničů se provádí velmi kvalitní pájení s velkým množstvím pájky, a to zejména tam, kde jsou proudy s vysokým proudem. Kromě toho se používá bezolovnatá pájka, jejíž teplota tání je vyšší než teplota běžného olova-cínu. Pro pájení diod a jiných prvků je proto lepší použít výkonnou 50 W páječku, 40 wattů nemusí být dost. Úloha je komplikována skutečností, že musíte vypustit tři výstupy současně, takže se nemůžete bez dobrého zahřátí. Chcete-li odstranit pájku, můžete použít odšťavňovač nebo měděné opletení.

Po zjištění děrovaného diodu (obě části mohou být děrovány do dvou diod), měli byste si koupit nový, stejný nebo podobný. Uživatel by měl věnovat pozornost důležitému faktu: výstupní usměrňovací diody jsou rychlé, jejich doba obnovy je pouze 50 ns. Pouze takové prvky mohou pracovat s frekvencí střídavého proudu 60-80 kHz. Konvenční diody nelze instalovat zde. V zahraničních specifikacích mohou být vysokorychlostní diody označovány jako Hyper-Fast, Ultra-Fast, Stealth dioda, Super-Fast, Sekundární usměrňovač s vysokou frekvencí atd.

Před montáží diod nebo klíčových tranzistorů by měla být na chladič aplikována nová vrstva tepelně vodivé pasty (KPT-8 nebo podobná). Pasta musí být aplikována v dostatečném množství, ale ne příliš zběžně. Poskytuje odvod tepla z prvku ve směru mědi nebo hliníku.

Pájecí diody by se měly provádět velmi pečlivě. Vzhledem k velké síle proudů ve špatně kvalitní přípojce bude pozorováno silné vytápění a výrazné ztráty výkonu.

Stává se, že z důvodu nedbalosti při demontáži chladiče byly měděné dráhy a "záplaty" desky poškozeny, jsou zvětšeny měděným pocínovaným drátem a jsou správně připájeny.