インバーター溶接機

過去 10 年間にインバータの原理に基づいて動作する新しい設計の溶接機に対する大きな関心と人気のピークは、次の主な理由によるものです。

• 縫い目の品質が向上しました。

• ホットスタート、電極固着防止、アーク燃焼などの複合機能が組み込まれているため、初心者でも溶接作業が可能です。

• 溶接装置の設計を最小限に抑え、可動性を確保します。

• 変圧器と比較して大幅なエネルギー節約。

これらの利点は、マイクロプロセッサ技術の最新の進歩の導入により、電極上に溶接アークを生成する技術へのアプローチが変化したことにより可能になりました。

溶接インバーターはどうですか？

通常のコンセントから供給される 220 V 50 Hz の電力で駆動されます。 (三相ネットワークで動作する装置は同様のアルゴリズムを使用します。) 注意すべき唯一の制限は、装置の消費電力です。主電源保護装置の定格および配線の導電特性を超えてはなりません。

インバーターから溶接アークを生成するために使用される 5 つの技術サイクルのシーケンスが写真に示されています。

これらには、以下によって実行されるプロセスが含まれます。

• 整流器。

• コンデンサーラインフィルター。

• 高周波コンバータ;

• 高周波降圧トランス。

• 高周波整流器;

• 制御スキーム。

これらのデバイスはすべて、ボックス内のボード上にあります。カバーを外すと写真のような感じになります。

主電源電圧整流器

本体にある手動スイッチを介して、固定電気ネットワークの交流電圧が供給されます。ダイオードブリッジによって脈動値に変換されます。溶接アークのすべてのエネルギーは、このブロックの半導体要素を通過します。したがって、必要な電圧と電流のマージンを持って選択されます。

放熱を改善するために、動作中に激しい加熱を受けるダイオードアセンブリは冷却ラジエーターに取り付けられ、ファンから供給される空気によってさらに冷却されます。

ダイオードブリッジの加熱は、温度ヒューズモードに設定された温度センサーによって制御されます。保護素子として、ダイオードが +90 °C に加熱されると、電源回路が開きます。

コンデンサーラインフィルター

リップル電圧を生成する整流器の出力接点と並列に、2 つの強力な電解コンデンサが連携して動作するように接続されています。リップル変動を平滑化し、常に電圧マージンを考慮して選択されます。実際、通常のフィルタモードでも 1.41 倍に増加し、220 x 1.41 = 310 ボルトに達します。

このため、コンデンサは動作電圧が少なくとも 400 V のものを選択します。コンデンサの容量は、最大溶接電流の電力に応じて構造ごとに計算されます。通常、単一のコンデンサの場合、その範囲は 470 マイクロファラッド以上です。

干渉フィルター

動作している溶接インバータは、電磁ノイズを引き起こすのに十分な電力を変換します。このようにして、ネットワークに接続されている他の電気機器に干渉します。整流器入力でそれらを削除するには、次のように設定します。 誘導容量性フィルター.

その目的は、動作中の回路から他の電力消費者の電力ネットワークに伝わる高周波障害を平滑化することです。

インバータ

直流電圧から高周波への変換は、さまざまな原理に従って実行できます。

溶接インバータでは、「傾斜ブリッジ」原理に基づいて動作する 2 種類の回路が最もよく見られます。

• ハーフブリッジ ハーフブリッジ パルス コンバータ。

• フルブリッジパルスコンバータ。

この図は、最初の回路の実装を示しています。

ここでは 2 つの強力なトランジスタ スイッチが使用されています。直列半導体デバイス上に組み立て可能 MOSFETまたはIGBT.

カスケード MOSFET は低電圧インバータで適切に動作し、溶接負荷も適切に処理します。大容量の高速充電/放電を行うには、1 つのトランジスタでコンデンサを高速充電し、別のトランジスタで放電するためにグランドに短絡する、逆相信号制御を備えたプッシュ ドライバが必要です。

バイポーラ IGBT は溶接インバータで人気が高まっています。高電圧で大電力を簡単に伝送できますが、より複雑な制御アルゴリズムが必要です。

ハーフブリッジパルスコンバータの方式は、中価格帯の溶接インバータの構造に見られます。効率が良く、信頼性が高く、変圧器を形成します 方形パルス 数十kHzの高周波です。

フルブリッジパルスコンバータはより複雑で、2 つの追加トランジスタが含まれています。

これは、2 つのスラント ブリッジを組み合わせたモードでペアで動作するトランジスタ スイッチを備えた高周波トランスの可能性を最大限に活用します。

この回路は、最も強力で高価な溶接インバータで使用されます。

すべての主要なトランジスタは、熱を除去するために強力なヒートシンクに取り付けられています。さらに、減衰 RC フィルターによって電圧スパイクの可能性からもさらに保護されています。

高周波トランス

これは特殊な変圧器構造で、通常はフェライト磁気回路で構成されており、インバータ後の高周波電圧を最小限の損失で約 60 ～ 70 ボルトの安定したアーク点火まで降圧します。

二次巻線には最大数百アンペアの大きな溶接電流が流れます。したがって、ボリュームを変換するとき。二次巻線の電流値が比較的低く、電圧が高い / H エネルギーでは、溶接電流はすでに低減された電圧で形成されます。

高周波の使用とフェライト磁気回路への変更により、トランス自体の重量と寸法が大幅に軽減され、鉄磁性の反転による電力損失が減少し、効率が向上します。

たとえば、160 アンペアの溶接電流を供給する鉄の磁心を備えた古い設計の溶接トランスの重量は約 18 kg、高周波トランス (同じ電気特性) は 0.3 kg 弱です。

装置の重量、ひいては作業条件における利点は明らかです。

電力出力整流器

これは、高周波電流に応答できる特別な高速の超高速ダイオードで組み立てられたブリッジに基づいており、約 50 ナノ秒の回復時間で開閉します。

従来のダイオードではこのタスクに対応できません。それらの過渡現象の継続時間は、電流の正弦波高調波の周期の約半分、つまり約 0.01 秒に相当します。このため、すぐに加熱して燃えてしまいます。

パワー ダイオード ブリッジは、高電圧変圧器のトランジスタと同様にヒートシンク上に配置され、ダンピング RC 回路によって電圧スパイクから保護されます。

整流器の出力端子は、溶接ケーブルを電極回路に確実に接続するために、厚い銅製のラグで作られています。

制御方式の特徴

溶接インバーターの動作はすべてプロセッサーにより各種センサーによるフィードバックにより制御・制御されており、あらゆる金属の接合にほぼ理想的な溶接電流パラメータを提供します。

正確に負荷を設定することで、溶接中のエネルギー損失が大幅に減少します。

制御回路を動作させるために、220 V 入力回路に内部接続された電源から一定の安定した電圧が供給されます。この緊張は次のことを目的としています。

• ラジエーターとボード用の冷却ファン。

• ソフトスタートリレー。

• LEDインジケーター;

• マイクロプロセッサとオペアンプへの電源供給。

ソフトスタートインバータ用のリレーは名前から明らかです。これは次の原理で動作します。インバータのスイッチを入れた瞬間に、ネットワーク フィルタの電解コンデンサが非常に急激に充電され始めます。充電電流が非常に大きいため、整流ダイオードが損傷する可能性があります。

これを防ぐために、充電は強力な抵抗器によって制限され、そのアクティブ抵抗によって初期突入電流が低減されます。コンデンサが充電され、インバータが設計モードで動作を開始すると、ソフトスタート リレーが作動し、常開接点を通じてこの抵抗を操作し、安定化回路からこの抵抗を削除します。

ほぼすべてのインバータ ロジックはマイクロプロセッサ コントローラ内に組み込まれています。コンバータの強力なトランジスタの動作を制御します。

ゲートおよびエミッタパワートランジスタの過電圧保護は、ツェナーダイオードの使用に基づいています。

センサーは高周波変圧器、つまり変流器の巻線回路に接続されており、二次回路とともに、論理処理のために大きさと角度に比例した信号を送信します。このようにして、溶接電流の強度が制御され、インバータの起動時および動作中に影響を与えます。

装置の主電源整流器の入力における入力電圧の大きさを制御するために、オペアンプ超小型回路が接続されます。電圧および電流保護からの信号を継続的に分析し、動作中の発電機をブロックし、インバーターを電源から切断する必要がある緊急事態の瞬間を判断します。

供給電圧の最大偏差はコンパレータによって制御されます。臨界エネルギー値に達するとトリガーされます。その信号は論理要素によって順次処理され、発電機とインバーター自体がオフになります。

溶接アークの電流を手動で調整するには、調整ポテンショメータが使用され、そのノブは装置の本体に引き出されています。抵抗を変更すると、制御方法の 1 つを使用できるようになり、以下に影響します。

• インバーターの電圧の振幅/h。

• 高周波パルスの周波数。

• パルス持続時間。

溶接インバータの基本的な操作ルールと故障の原因

複雑な電子機器を尊重することが、長期にわたり信頼性の高い動作を実現する鍵となります。しかし、残念ながら、すべてのユーザーがこの規定を実際に適用しているわけではありません。

溶接インバータは、生産作業場や建設現場で動作するか、個人のガレージや夏の別荘で家庭の職人によって使用されます。

生産環境では、インバータはボックス内に溜まるほこりの影響を受けることがよくあります。その発生源は、金属、コンクリート、花崗岩、レンガを加工するあらゆる工具や金属加工機械です。これは、グラインダー、レンガ職人、穴あけ機などを使用して作業する場合に特によく発生します。

溶接中に発生した故障の次の理由は、経験の浅い溶接工が電子回路に標準外の負荷を加えたことです。たとえば、低電力溶接インバータを使用してタンク塔や鉄道レールの前面装甲を切断しようとすると、そのような作業の結果は明確に予測できます。IGBT または MOSFET 電子部品の焼損です。

制御回路内ではサーマルリレーが動作し、徐々に増加する熱負荷から保護しますが、溶接電流のこのような急激な上昇に反応する時間がありません。

各溶接インバータは、«PV»パラメータによって特徴付けられます。これは、技術パスポートに示されている、停止一時停止の期間と比較したスイッチオンの期間です。これらのプラントの推奨事項に従わない場合、避けられないクラッシュが発生します。

装置の不注意な取り扱いは、身体が外部からの機械的衝撃や走行中の車のフレームの振動にさらされた場合、その輸送や輸送が不十分であるという形で表れることがあります。

従業員の中には、ハウジングのソケットに溶接ケーブルを固定する接点が緩むなど、直ちに除去する必要がある明らかな故障の兆候が見られるインバーターの動作例もあります。また、高価な機器を未熟練で十分な訓練を受けていない担当者に引き渡すことも、通常は事故につながります。

家庭では、特にガレージ協同組合では、供給電圧の低下が頻繁に発生しますが、溶接工はこれに注意を払わず、自分の仕事をより速く実行しようとして、インバーターからできることとできないことすべてを「絞り出す」必要があります...

高価な電子機器を暖房の不十分なガレージや物置に冬季保管すると、空気中の凝縮水が基板に堆積し、接点が酸化し、トラックが損傷したり、その他の内部損傷が発生したりすることがあります。同様に、これらのデバイスは、-15 度以下の低温での動作や大気中の降水の影響を受けます。

溶接作業のためにインバータを隣人に移しても、必ずしも良い結果が得られるわけではありません。

しかし、作業所の一般的な統計によると、個人所有者の場合、溶接装置はより長く、より良く機能します。

設計上の欠陥

古いバージョンの溶接インバータの信頼性が低い 溶接変圧器… そして、彼らの最新の設計、特に IGBT モジュールには、すでに同等のパラメータが備わっています。

溶接プロセス中、ハウジング内で大量の熱が発生します。中級モデルであっても、回路基板や電子部品を取り外して冷却するために使用されるシステムはあまり効率的ではありません。したがって、動作中は、内部部品やデバイスの温度を下げるために中断を観察する必要があります。

すべての電子回路と同様、インバーター デバイスは高湿度や結露によって機能を失います。

設計にノイズ除去フィルターが組み込まれているにもかかわらず、非常に重大な高周波干渉が電源回路に侵入します。この問題を解決する技術的解決策は装置を大幅に複雑にし、すべての装置の価格の急激な上昇につながります。