Inversor de soldagem a arco baseado em tiristor
O que é um inversor de soldagem a arco baseado em tiristor?
O tubo interruptor de alta potência e alta tensão que usa tiristores rápidos (SCRs) como circuito inversor principal e é controlado por seu ângulo de disparo para soldagem a arco é comumente conhecido como inversor de soldagem a arco baseado em tiristor. Ele é controlado pelo ângulo de disparo e também pode ser chamado de inversor de soldagem a arco controlado por ângulo de disparo.
Pesquisas sobre inversores de soldagem a arco baseados em tiristores já haviam produzido resultados e foram relatados no final da década de 1970. Do início a meados da década de 1980, assistiu-se a um desenvolvimento significativo em termos de capacidade, de média para grande capacidade; desde soldagem por arco de eletrodo até soldagem CO2/MAG, soldagem por arco submerso e soldagem por resistência; da soldagem DC à soldagem AC de onda quadrada; do controle eletrônico ao microcomputador e controle digital, e seus campos de aplicação continuaram a se expandir.
A frequência do inversor varia de vários quilohertz a dezenas de quilohertz (com ressonância).
No entanto, no final da década de 1980, foi gradualmente substituído por tecnologias mais recentes, como transistores de efeito de campo e inversores de soldagem a arco baseados em IGBT, devido à sua baixa frequência, baixo desempenho de controle e interferência de ruído.
Sua proporção de aplicação diminuiu gradativamente, mas ainda ocupa uma certa posição no mundo.
Deve-se notar que o surgimento de novos tipos de tiristores, como o tiristor de indução estática (SITH) e o tiristor de desligamento de porta (GTO), mudará sua posição e contribuirá para seu desenvolvimento e promoção contínuos.
Componentes Principais e Princípios Básicos
Os principais componentes e o diagrama de princípios básicos do inversor de soldagem a arco baseado em tiristor são mostrados na Figura 1.
A principal diferença é que os transistores IGBT são usados em vez do MOSFET ou transistores tradicionais, e a frequência do inversor é em torno de 20-25kHz (enquanto os inversores baseados em MOSFET podem atingir 50kHz ou superior). Os transistores IGBT usam controle de tensão e um único transistor tem capacidade suficiente, portanto não há necessidade de operação paralela de vários transistores.
As características externas do inversor IGBT, características de regulação (regulação de parâmetro padrão) e aquisição e controle da forma de onda de saída também são alcançadas através de alterações (conversão, modulação) na largura do pulso, incluindo modulação de baixa frequência da forma de onda do pulso de saída.
Em termos dos tipos básicos do circuito do filtro retificador de entrada, do circuito principal do inversor (vários tipos), do circuito do filtro de saída, do circuito de controle de malha fechada com feedback negativo e de seus princípios, eles são essencialmente os mesmos dos inversores de soldagem baseados em MOSFET. .
Classificação e aplicações de inversores de soldagem a arco Igbt
Os inversores de soldagem a arco baseados em IGBT podem ser classificados de acordo com suas características externas ou de acordo com seus tipos de saída, como CC, pulso e onda quadrada CA.
Ambos os tipos de inversores de soldagem têm significado universal e podem ser usados não apenas para processos de soldagem em larga escala e abrangentes, como soldagem a arco elétrico, soldagem a arco de tungstênio e argônio, soldagem com eletrodo de fusão com proteção a gás, soldagem e corte a arco de plasma, mas também para processos de soldagem automática de arco submerso de fio simples/duplo de alta potência que variam de 1250A a 2000A, goivagem de arco de ar e soldagem a arco robótico, bem como soldagem MIG/MAG/pulso de fio duplo e soldagem a arco submerso de três fios, entre outros.
Inversor de soldagem a arco com comutação suave
O que é um inversor de soldagem a arco com comutação suave?
Os dispositivos de energia da fonte de alimentação para soldagem a arco funcionam e são controlados em modo analógico ou switch. Existem dois tipos de fonte de alimentação de soldagem a arco com modo de comutação, comutação rígida e comutação suave. O primeiro usa principalmente tecnologia de controle de modulação por largura de pulso (PWM), e os dispositivos de energia funcionam em um estado desligado forçado (a corrente não é zero) ou ligado forçado (a tensão não é zero).
Devido à existência de capacitância e indutância parasitas no circuito, os dispositivos de comutação ligam e desligam em valores de corrente e tensão de trabalho que não são zero ou até maiores, levando a altas perdas de comutação. Essa perda aumenta proporcionalmente com a frequência, reduzindo significativamente a eficiência do circuito e até causando mau funcionamento do circuito.
Os inversores de soldagem a arco projetados tradicionalmente têm dificuldade em resolver fundamentalmente esses problemas. No entanto, os inversores de soldagem a arco com comutação suave usam tecnologia de conversão de corrente ressonante, onde os dispositivos de energia ligam ou desligam naturalmente sob condições de tensão ou corrente zero.
Esta tecnologia essencialmente supera as desvantagens das fontes de alimentação de soldagem a arco de comutação rígida, reduz em grande medida as perdas de comutação e minimiza a interferência eletromagnética (EMI) e a interferência de radiofrequência (RFI).
Também reduz o peso do inversor, aumenta a frequência, diminui o volume de transformadores, indutores e capacitores no circuito, reduz a ondulação de saída e melhora a densidade de potência e o desempenho dinâmico do sistema.
Portanto, a aplicação da tecnologia de comutação suave, especialmente em inversores de soldagem a arco, está cada vez mais difundida, levando o fornecimento de energia para soldagem a arco a um novo nível. Os inversores de soldagem a arco com comutação suave são um desenvolvimento promissor neste campo, e esta seção se concentrará em sua discussão.
Forma básica e princípio de funcionamento do circuito principal do inversor de comutação suave
Os principais componentes e princípios básicos do inversor de soldagem a arco de comutação suave são semelhantes aos do inversor de soldagem a arco de comutação rígida. A principal diferença está nos detalhes da estrutura do circuito principal do inversor e no método de ajuste do circuito de controle e acionamento.
A tecnologia de conversão de corrente ressonante com modo de operação de comutação suave pode ser controlada por dois métodos: controle de frequência variável e controle de frequência constante. A análise e o projeto do circuito de controle de frequência variável são complexos e suscetíveis a interferências, e a faixa de saída é pequena com baixa utilização de componentes magnéticos.
O controle de frequência constante é baseado no PWM comumente usado, no qual um indutor ressonante e um capacitor são conectados em série no circuito principal do inversor. O sistema de controle usa onda quadrada com mudança de fase para acionar os dispositivos de comutação, contando com o diodo de roda livre para obter controle de comutação suave dos dispositivos de energia.
No circuito principal do inversor de ponte completa, os dispositivos de chaveamento nas linhas diagonais não são ligados e desligados ao mesmo tempo, mas são escalonados com um intervalo de tempo para atingir o desligamento da corrente zero ou a ativação da tensão zero. A tensão de saída ou o controle de corrente são obtidos ajustando o ciclo de trabalho da ponte.
Este método de controle é relativamente fácil de projetar, possui uma faixa de saída maior e uma estrutura de circuito relativamente simples, tornando-o mais adequado para aplicações de inversores de soldagem a arco.
Forma básica do circuito principal do inversor de comutação suave
Atualmente, existem várias formas básicas comuns de circuito principal do inversor de comutação suave, incluindo:
- Circuito principal do inversor ressonante de comutação de corrente zero (ZCS).
- Circuito principal do inversor ressonante com comutação de tensão zero (ZVS).
- Circuito principal do inversor do conversor multirressonante (MRC).
- Circuito principal do inversor ressonante em série.
- Circuito principal do inversor ressonante paralelo.
- Circuito principal do inversor ressonante do barramento CC.
- Circuito principal do inversor ressonante de controle de mudança de fase.
Princípio de funcionamento do circuito principal do inversor de comutação suave
Para escolher o circuito principal do inversor de comutação suave correto para fonte de alimentação de soldagem a arco, é necessário apresentar em detalhes os seguintes quatro circuitos principais básicos do inversor de comutação suave:
a) Circuito principal controlado por mudança de fase b) Diagrama de temporização do sinal de acionamento.
