Fuente de corriente de soldadura inverter
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La fuente de corriente de soldadura inversora (IIST, máquina de soldadura inversora, inversor de soldadura) es uno de los tipos modernos de fuente de alimentación de arco de soldadura .
Las fuentes de corriente de soldadura inverter para todos los tipos de soldadura están dispuestas de la misma manera. La diferencia está solo en la característica de corriente-voltaje generada. Por lo tanto, es posible producir IIST universales adecuados para varios tipos de soldadura (MMA, TIG, MIG/MAG).
Historia
El objetivo principal de todas las fuentes de soldadura es garantizar una combustión estable del arco de soldadura y su fácil ignición. Uno de los parámetros más importantes del proceso de soldadura es su resistencia a las fluctuaciones e interferencias. Hay varios tipos de fuentes de energía de arco de soldadura: transformadores , generadores de diesel o gasolina , rectificadores e inversores . La fuente inversora de corriente de soldadura apareció en el siglo XX y, a principios del siglo XXI, se convirtió en una de las máquinas de soldadura más populares para todo tipo de soldadura por arco.
Cómo funciona
El inversor de soldadura es un transformador de potencia para reducir el voltaje de la red al voltaje requerido sin carga de la fuente, un bloque de circuitos eléctricos de potencia basados en transistores MOSFET o IGBT y un inductor estabilizador para reducir la ondulación de corriente rectificada. El principio de funcionamiento de la fuente inversora del arco de soldadura es el siguiente: la tensión alterna de la red se suministra al rectificador, después de lo cual el módulo de potencia convierte la tensión continua en una alterna con una frecuencia aumentada, que se alimenta a un alto -transformador de soldadura de frecuencia que tiene una masa significativamente menor que la red, cuyo voltaje, después de la rectificación, se suministra al arco de soldadura. El arco DC es más estable.
Beneficios
La ventaja de la fuente de alimentación del inversor del arco de soldadura es reducir el tamaño del transformador de potencia y mejorar las características dinámicas del arco. El uso de tecnologías inverter ha llevado a una reducción en las dimensiones y el peso de las máquinas de soldar, una mejora en la calidad del arco de soldadura, un aumento en la eficiencia, una mínima salpicadura durante la soldadura y ha permitido implementar ajustes suaves de los parámetros de soldadura. .
Desventajas
- Hasta finales de la década de 2000, las fuentes inversoras eran mucho más caras que las fuentes transformadoras y menos fiables. A partir de la década de 2010, el precio de los dispositivos inversores ha disminuido significativamente y está cerca de los transformadores. La confiabilidad del IIST también ha aumentado significativamente, especialmente con el inicio del uso masivo de módulos IGBT .
- Factor de carga limitado, que está asociado con un calentamiento significativo de los elementos del circuito.
- Mayor sensibilidad a la humedad del aire y la condensación dentro de la caja.
- Alto (ya menudo peligroso) nivel de interferencia electromagnética de alta frecuencia generada. Este problema se resuelve parcialmente mediante el uso de la llamada modulación de ancho de pulso mejorada y rectificadores síncronos en los circuitos secundarios. Sin embargo, estas soluciones aumentan significativamente el costo y el peso del dispositivo, por lo que han encontrado aplicación solo en modelos estacionarios profesionales. En varios países, como Canadá, Bélgica y los Países Bajos, existen restricciones sobre el uso de fuentes de alimentación conmutadas con transistores de conmutación "duros". Los primeros tipos de inversores de soldadura (basados en transistores bipolares) utilizaron el principio resonante y la conmutación de los transistores de salida en la fase cero de la corriente, lo que reduce significativamente el espectro de interferencia electromagnética y reduce su potencia espectral. A partir de 2015, los inversores de soldadura de tipo resonante todavía se producen en Rusia y algunos fabricantes en China.
Circuitos
Las fuentes de corriente de soldadura inverter se pueden construir de acuerdo con una variedad de esquemas, pero en la práctica prevalecen tres:
- Convertidor de pulso directo de ciclo único con control PWM y recuperación de energía. Dichos inversores son los más simples, livianos y compactos, pero los transistores de potencia conmutan con una interrupción en la corriente a un voltaje distinto de cero, lo que conduce a pérdidas de conmutación significativas y un alto nivel de interferencia electromagnética. El circuito solo se puede implementar en transistores MOSFET o IGBT particularmente potentes y de alta velocidad, por lo tanto, se generalizó solo a principios de la década de 2010. El circuito también requiere diodos potentes con un tiempo de recuperación inversa extremadamente corto. El rendimiento del circuito depende en gran medida de la intensidad de los transitorios en las capacitancias e inductancias parásitas de los componentes, los cables y la placa de circuito impreso, lo que requiere un diseño cuidadoso y una fabricación de alta precisión. El circuito se utiliza en máquinas de soldar portátiles diseñadas para baja potencia (hasta 4 kW). A pesar de la pequeña cantidad de componentes, tales inversores son bastante caros, con un 60-70% del costo de transistores y diodos especiales. El esquema es común entre los fabricantes europeos y japoneses.
- Convertidor push-pull de medio puente o puente con control PWM. Las pérdidas de conmutación y el nivel de interferencia electromagnética en ellos son menores debido a su "manchado" espectral que en el tipo anterior, pero aún bastante altos. El circuito es más complejo y requiere más componentes, pero la potencia desarrollada por el convertidor es significativamente mayor que en los circuitos de ciclo único (hasta 10 kW). También se requieren MOSFET o IGBT de alta velocidad con alta disipación de potencia de pulso, aunque menor que en un circuito de un solo extremo. Los requisitos para los diodos también son significativamente más bajos que en un circuito de un solo extremo. El rendimiento del circuito depende, pero en menor medida que el de los circuitos de un solo extremo, de la intensidad de los transitorios en las capacitancias e inductancias parásitas de los componentes, cables y una placa de circuito impreso. La flexibilidad, velocidad y precisión del control PWM le permite controlar la corriente del arco según leyes complejas, lo que mejora la calidad de la soldadura. El esquema es popular entre los fabricantes estadounidenses y coreanos.
- Convertidor resonante de medio puente o puente con control de frecuencia o fase. La presencia de un circuito resonante especialmente introducido permite formar la trayectoria de conmutación óptima de los transistores con voltaje cero o corriente cero, así como nivelar la influencia de las capacitancias e inductancias parásitas. No existen requisitos especiales para la velocidad de conmutación y la potencia de los transistores, ya que los procesos de conmutación se producen de forma pasiva. Esto hace posible construir dichos inversores utilizando transistores y diodos económicos. Incluso los transistores bipolares son adecuados. La potencia de los inversores resonantes puede alcanzar decenas de kilovatios. Sin embargo, el circuito resonante debe tener una capacidad energética importante y, en consecuencia, grandes dimensiones. Por lo tanto, tales dispositivos son bastante grandes y pesados. En vista de la poca exigencia de los convertidores resonantes a las características de los transistores, el precio de dichos productos puede ser relativamente bajo. Por esta razón, la mayoría de los inversores de soldadura fabricados en Rusia y China utilizan circuitos resonantes. Los transductores resonantes también están disponibles para la producción artesanal. El transductor resonante tiene un rango relativamente estrecho y una velocidad de regulación baja, por lo que solo se pueden implementar leyes de control de corriente de arco relativamente simples.
Notas
Literatura
inventos:
- Bogdanov N. N. , Kvezereli T. I. Fuente de inversor de CC para soldadura por arco. Certificado de autor para la invención del Comité Estatal de Invención de la URSS No. 1489934 con fecha 1 de marzo de 1989 (prioridad de invención 19 de octubre de 1989)
- Bogdanov N. N., Kvezereli T. I., Mikeladze A. L. Fuente de alimentación de soldadura inversora. Certificado de autor para la invención del Comité Estatal de Invención de la URSS No. 1530367 con fecha 22 de agosto de 1989 (prioridad de invención 7 de diciembre de 1987)
Enlaces