Inversor de soldadura por arco basado en tiristores
¿Qué es un inversor de soldadura por arco basado en tiristores?
El tubo interruptor de alta potencia y alto voltaje que utiliza tiristores rápidos (SCR) como circuito inversor principal y está controlado por su ángulo de disparo para soldadura por arco se conoce comúnmente como inversor de soldadura por arco basado en tiristores. Se controla mediante el ángulo de disparo y también se le puede llamar inversor de soldadura por arco controlado por ángulo de disparo.
La investigación sobre inversores de soldadura por arco basados en tiristores ya había producido resultados y se informó a finales de la década de 1970. Desde principios hasta mediados de la década de 1980 se produjo un desarrollo significativo en términos de capacidad, de mediana a gran capacidad; desde soldadura por arco con electrodo hasta soldadura CO2/MAG, soldadura por arco sumergido y soldadura por resistencia; desde soldadura DC hasta soldadura AC de onda cuadrada; desde el control electrónico hasta el microordenador y el control digital, y sus campos de aplicación continuaron expandiéndose.
La frecuencia del inversor varía desde varios kilohercios hasta decenas de kilohercios (con resonancia).
Sin embargo, a finales de la década de 1980 fue reemplazado gradualmente por tecnologías más nuevas, como los transistores de efecto de campo y los inversores de soldadura por arco basados en IGBT, debido a su baja frecuencia, su pobre rendimiento de control y su interferencia de ruido.
Su proporción de aplicaciones ha disminuido gradualmente, pero todavía ocupa una cierta posición en el mundo.
Cabe señalar que la aparición de nuevos tipos de tiristores, como el tiristor de inducción estática (SITH) y el tiristor de apagado de puerta (GTO), cambiará su posición y contribuirá a su desarrollo y promoción continuos.
Componentes principales y principios básicos
Los componentes principales y el diagrama de principios básicos del inversor de soldadura por arco basado en tiristores se muestran en la Figura 1.
La principal diferencia es que se utilizan transistores IGBT en lugar de MOSFET o transistores tradicionales, y la frecuencia del inversor es de alrededor de 20-25 kHz (mientras que los inversores basados en MOSFET pueden alcanzar 50 kHz o más). Los transistores IGBT utilizan control de voltaje y un solo transistor tiene capacidad suficiente, por lo que no es necesario el funcionamiento en paralelo de varios transistores.
Las características externas del inversor IGBT, las características de regulación (regulación de parámetros estándar) y la adquisición y control de la forma de onda de salida también se logran mediante cambios (conversión, modulación) en el ancho del pulso, incluida la modulación de baja frecuencia de la forma de onda de salida. ola.
En términos de los tipos básicos de circuito de filtro rectificador de entrada, circuito principal inversor (varios tipos), circuito de filtro de salida, circuito de control de circuito cerrado de retroalimentación negativa y sus principios, son esencialmente los mismos que los inversores de soldadura basados en MOSFET. .
Clasificación y aplicaciones de los inversores de soldadura por arco Igbt.
Los inversores para soldadura por arco basados en IGBT se pueden clasificar según sus características externas o según sus tipos de salida, como CC, pulso y onda cuadrada de CA.
Ambos tipos de inversores de soldadura tienen importancia universal y se pueden utilizar no sólo para procesos de soldadura amplios y de gran escala como, por ejemplo, soldadura por arco eléctrico, soldadura por arco de tungsteno y argón, soldadura por electrodo de fusión con protección contra gas, soldadura por arco de plasma y corte, sino también para procesos de soldadura automática por arco sumergido de hilo simple/doble de alta potencia que van desde 1250A a 2000A, ranurado por arco con aire y soldadura por arco robótico, así como soldadura MIG/MAG/pulso de doble hilo y soldadura por arco sumergido de tres hilos, entre otros.
Inversor de soldadura por arco con conmutación suave
¿Qué es un inversor de soldadura por arco de conmutación suave?
Los dispositivos de alimentación de la fuente de alimentación para soldadura por arco funcionan y se controlan en modo analógico o conmutado. Hay dos tipos de fuente de alimentación para soldadura por arco con modo de conmutación, conmutación dura y conmutación suave. El primero utiliza principalmente tecnología de control de modulación de ancho de pulso (PWM), y los dispositivos de potencia funcionan en un estado forzado apagado (la corriente no es cero) o forzado encendido (el voltaje no es cero).
Debido a la existencia de capacitancia e inductancia parásitas en el circuito, los dispositivos de conmutación se encienden y apagan con valores de corriente y voltaje de trabajo que no son cero o incluso superiores, lo que genera altas pérdidas de conmutación. Esta pérdida aumenta proporcionalmente con la frecuencia, lo que reduce significativamente la eficiencia del circuito e incluso provoca un mal funcionamiento del circuito.
Los inversores de soldadura por arco diseñados tradicionalmente tienen dificultades para resolver fundamentalmente estos problemas. Sin embargo, los inversores de soldadura por arco de conmutación suave utilizan tecnología de conversión de corriente resonante, donde los dispositivos de potencia se encienden o apagan naturalmente en condiciones de voltaje o corriente cero.
Esta tecnología esencialmente supera las desventajas de las fuentes de alimentación de soldadura por arco de conmutación dura, reduce en gran medida las pérdidas de conmutación y minimiza la interferencia electromagnética (EMI) y la interferencia de radiofrecuencia (RFI).
También reduce el peso del inversor, aumenta la frecuencia, reduce el volumen de transformadores, inductores y condensadores en el circuito, reduce la ondulación de salida y mejora la densidad de potencia y el rendimiento dinámico del sistema.
Por lo tanto, la aplicación de la tecnología de conmutación suave, especialmente en inversores de soldadura por arco, está cada vez más extendida, llevando el suministro de energía para soldadura por arco a un nuevo nivel. Los inversores para soldadura por arco de conmutación suave son un desarrollo prometedor en este campo, y esta sección se centrará en su discusión.
Forma básica y principio de funcionamiento del circuito principal del inversor de conmutación suave.
Los componentes principales y los principios básicos del inversor de soldadura por arco de conmutación suave son similares a los del inversor de soldadura por arco de conmutación dura. La principal diferencia está en los detalles de la estructura del circuito principal del inversor y el método de ajuste del circuito de control y accionamiento.
La tecnología de conversión de corriente resonante con modo de operación de conmutación suave se puede controlar mediante dos métodos: control de frecuencia variable y control de frecuencia constante. El análisis y diseño del circuito de control de frecuencia variable es complejo y susceptible a interferencias, y el rango de salida es pequeño con un bajo uso de componentes magnéticos.
El control de frecuencia constante se basa en el comúnmente utilizado PWM, en el que un inductor resonante y un condensador están conectados en serie en el circuito principal del inversor. El sistema de control utiliza una onda cuadrada desfasada para accionar los dispositivos de conmutación, confiando en el diodo de rueda libre para lograr un control de conmutación suave de los dispositivos de potencia.
En el circuito principal del inversor de puente completo, los dispositivos de conmutación en las líneas diagonales no se encienden y apagan al mismo tiempo, sino que se escalonan con un intervalo de tiempo para lograr un apagado de corriente cero o un encendido de voltaje cero. El control de voltaje o corriente de salida se logra ajustando el ciclo de trabajo del puente.
Este método de control es relativamente fácil de diseñar, tiene un rango de salida más amplio y una estructura de circuito relativamente simple, lo que lo hace más adecuado para aplicaciones de inversor de soldadura por arco.
Forma básica del circuito principal del inversor de conmutación suave.
En la actualidad, existen varias formas básicas comunes de circuito principal de inversor de conmutación suave, que incluyen:
- Circuito principal del inversor resonante de conmutación de corriente cero (ZCS).
- Circuito principal del inversor resonante de conmutación de voltaje cero (ZVS).
- Circuito principal inversor convertidor multiresonante (MRC).
- Circuito principal inversor resonante en serie.
- Circuito principal inversor resonante en paralelo.
- Circuito principal del inversor resonante del bus CC.
- Circuito principal del inversor resonante de control de cambio de fase.
Principio de funcionamiento del circuito principal del inversor de conmutación suave.
Para elegir el circuito principal inversor de conmutación suave adecuado para el suministro de energía de soldadura por arco, es necesario presentar en detalle los siguientes cuatro circuitos principales inversores de conmutación suave básicos:
a) Circuito principal controlado por cambio de fase b) Diagrama de temporización de la señal de accionamiento.
