Aperçu du schéma standard des machines à souder de type

La tendance à la baisse constante des prix des machines de soudage de type onduleur a entraîné une augmentation significative de la popularité de ces équipements, tant parmi les professionnels que parmi ceux qui n’utilisent la soudure que pour leurs propres besoins. Il est tout à fait compréhensible que de nombreux utilisateurs possédant un tel dispositif soient intéressés par sa structure et son principe de fonctionnement, car de telles informations aideront à réparer le matériel en cas de dysfonctionnement ou même à améliorer un modèle bon marché doté de fonctionnalités «tronquées». Comme nous le verrons plus tard, il n’est pas du tout difficile de régler ces problèmes, il suffit d’avoir des connaissances de base en génie électrique.

Poste à souder à inverseur

Poste à souder à inverseur.

Informations générales

Le circuit électrique de différents modèles d’inverseurs de soudage peut différer par certains détails, mais en général, tous ces dispositifs fonctionnent selon le même principe. La tâche principale de chacun d'eux est de convertir l'énergie électrique provenant du réseau afin d'obtenir un courant important à la sortie. Le processus de conversion est divisé en plusieurs étapes:

Inverseur de soudage de circuit papillon

Inverseur de soudage du circuit papillon.

  • redressement du courant alternatif provenant du secteur;
  • Conversion de courant continu en courant alternatif, mais avec une fréquence d'oscillation beaucoup plus élevée;
  • amplification du courant alternatif haute fréquence en abaissant sa tension;
  • redressement du courant alternatif amplifié haute fréquence.

Quiconque est au moins un peu familiarisé avec le «matériel» informatique sait probablement que le bloc d'alimentation à découpage d'un ordinateur personnel fonctionne de la même manière. Le point central de ce circuit consiste à augmenter la fréquence du courant alternatif, tâche qui incombe à l’onduleur. C'est pour quoi? Le fait est que les dimensions et le poids d’un transformateur dépendent non seulement de sa puissance, mais également de la fréquence du courant pour lequel il est conçu. Plus la fréquence est basse, plus le transformateur est massif et volumineux. Cette dépendance est très significative. Ainsi, par exemple, avec une multiplication par quatre de la fréquence d'un courant alternatif, les dimensions d'un transformateur sont divisées par deux. Le circuit inverseur élève la fréquence du courant électrique de 50 Hz à 60-80 kHz, de sorte que le gain en poids et en taille est tout à fait tangible. Ainsi, nous obtenons une machine à souder légère et compacte, pour la fabrication de laquelle il faut beaucoup moins de matériaux, y compris du cuivre coûteux.

Ensuite, nous examinons en détail les blocs principaux de l’appareil onduleur et leurs interrelations.

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Unité d'alimentation: redresseur de secteur

Schéma de la machine à souder à inverseur

Le schéma de la machine à souder à inverseur.

La particularité du circuit inverseur est que son travail nécessite un courant constant. Par conséquent, le courant alternatif de l’alimentation ordinaire, alimenté par une tension de 220 V et une fréquence de 50 Hz, est principalement soumis à une rectification. Le circuit redresseur comprend un pont de diodes et deux condensateurs, dont le rôle est de lisser les pulsations. En raison de la puissance élevée du courant, le pont de diodes se réchauffe suffisamment pendant le fonctionnement. Il est donc équipé d'un radiateur à fusible thermique. Ce dernier effectue l’ouverture du circuit lorsqu’il est chauffé à une température de 90 degrés.

En sortie du pont de diodes, on obtient un courant continu pulsé avec une tension de 220 V, mais sur les condensateurs, il augmente de 1,41 fois et atteint déjà 310 V. Compte tenu de la possibilité d'un saut de tension initial dans le sens d'une augmentation, les condensateurs In (correspond à la tension initiale de 280 V).

Le redresseur de réseau est connecté à la source d'alimentation via un filtre de compatibilité électromagnétique, qui empêche les interférences haute fréquence provenant du fonctionnement de l'onduleur dans le réseau électrique.

Circuit d'alimentation de la machine de soudage à inverseur

Circuit d'alimentation de la machine de soudage à inverseur.

Immédiatement après avoir allumé le poste de soudage, le courant de charge fourni aux condensateurs peut atteindre une valeur suffisante pour désactiver le pont de diodes. Pour éviter cela, tous les types d'onduleurs de soudage sont équipés d'un circuit de démarrage en douceur. Elle est réalisée au moyen d'un relais et d'une résistance dont la puissance est d'environ 8 W et la résistance d'environ 50 Ohms (sur différents modèles d'onduleurs à souder, les caractéristiques de la résistance peuvent différer de celles indiquées). La résistance est connectée au circuit redresseur et, au moment de l’allumage du poste de soudage, elle affaiblit le courant de démarrage. Une fois que l'équipement est entré en mode de fonctionnement, un relais est déclenché, qui ferme les bornes de la résistance de sorte que le courant passe déjà au-delà de celui-ci.

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Onduleur: principe de fonctionnement

Le circuit électrique de l'onduleur, équipé de machines de soudage de ce type, comprend deux transistors à clé, qui sont connectés selon le principe du "pont oblique". Leur particularité est qu'ils peuvent commuter avec une très haute fréquence, de 60 à 80 kHz. Dans ce cas, le courant continu entrant dans l'onduleur est transformé en un courant alternatif de même fréquence. Par rapport au courant habituel dans le réseau électrique, il se distingue également par sa caractéristique: ce n'est pas un sinusoïdal, mais un rectangle.

Des transistors à clé sont installés sur le radiateur, ce qui permet d'éviter une surchauffe. La protection contre les tensions excessives est assurée par un circuit amortisseur RC.

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Transformateur haute fréquence (impulsion)

Le principe de fonctionnement de l'onduleur

Le principe de fonctionnement de l'onduleur.

La partie principale de toute machine à souder est un transformateur abaisseur. Sa conception dans les appareils onduleurs est presque la même que d’habitude, mais elle est en même temps plus compacte. Une autre différence importante est la présence d'un enroulement secondaire supplémentaire, utilisé pour alimenter le circuit de commande.

L'enroulement primaire d'un transformateur haute fréquence est alimenté par un courant alternatif produit par l'onduleur avec une tension de 310 V et une fréquence de plusieurs dizaines de kilohertz. À la sortie de l'enroulement secondaire, qui a un nombre de tours plus petit, la tension diminue à 60-70 V et le courant augmente à 110-130 A. Il ne lui reste plus qu'à passer un dernier étage.

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Redresseur de sortie

Le courant provenant du transformateur haute fréquence doit être transformé en un courant constant - un tel courant est nécessaire pour le soudage. A cet effet, un poste de soudage à inverseur est équipé d'un redresseur de sortie dont le circuit électrique est constitué de deux diodes à cathode commune. Ils diffèrent des diodes ordinaires en haute vitesse. Le cycle d'ouverture-fermeture de ces éléments n'est que de 50 nanosecondes (cette caractéristique s'appelle le temps de récupération). Cette qualité est nécessaire pour travailler avec des courants ultra-haute fréquence.

Les diodes du redresseur de sortie sont également installées sur le radiateur et, pour leur protection, cet appareil est équipé d’un circuit RC.

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Appareil de circuit de démarrage

Manières de connecter un inverseur de soudure

Manières de connecter un inverseur de soudure.

Au moment de mettre l'appareil en marche à partir du redresseur de secteur, le circuit de commande est alimenté par un stabilisateur de 15 volts.

Une fois que le circuit de commande a lancé les transistors de clé de l'onduleur, une tension apparaît sur l'enroulement secondaire supplémentaire du transformateur haute fréquence. Il est redressé par des diodes et à travers tout le même stabilisateur commence à alimenter le circuit de commande, alors qu'il est déconnecté du redresseur de réseau.

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Schéma de contrôle

La coordination du convertisseur de courant de type inverseur fonctionne par le circuit de commande. Son élément principal est une puce de contrôleur PWM. La tâche de cette puce est la commutation des transistors à clé de l'onduleur. Leur fonctionnement est contrôlé par le contrôleur PWM, non pas directement, mais au moyen de deux éléments successifs: un transistor à effet de champ et un transformateur d'isolement.

Conversion de courant dans l'inverseur de soudage

Conversion de courant dans l'inverseur de soudage.

À partir du transistor à effet de champ, un courant haute fréquence (environ 65 kHz) de caractéristique rectangulaire entre dans l'enroulement primaire du transformateur d'isolement. Le transformateur convertit la tension de ce courant en la valeur nécessaire pour contrôler les transistors à clé de l'onduleur. Les signaux qui leur sont transmis proviennent de deux enroulements secondaires d’un transformateur d’isolation, chacun des enroulements étant connecté à un transistor.

En plus de ces éléments, le circuit électrique de la carte de contrôle et de surveillance contient des transistors auxiliaires qui aident les transistors à clé du circuit inverseur à se fermer et des diodes Zener qui les protègent des surtensions. Il existe également un limiteur de courant analyseur. L'élément principal de l'analyseur est un transformateur, inclus dans le circuit primaire du transformateur haute fréquence installé dans l'unité d'alimentation. L'analyseur-limiteur contrôle le courant dans le convertisseur de la machine à souder et utilise les signaux provenant de l'enroulement primaire du transformateur de puissance pour régler le courant de soudage et la formation d'impulsions transmises à la puce du contrôleur PWM.

Pour réguler le courant de soudage, une résistance variable est activée dans le circuit électrique de l'unité de contrôle; sa résistance est réglée en tournant le bouton situé sur le panneau de contrôle du poste de soudage de l'onduleur.

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Contrôle de la sortie et de la tension du secteur

Fonctionnalité de l'onduleur de soudage

La fonctionnalité de l'onduleur de soudage.

En plus de tout ce qui précède, le circuit de commande de la machine à souder a pour tâche de surveiller la tension dans le réseau et au redresseur de sortie. Pour ce faire, son circuit électrique est complété par un amplificateur opérationnel. Certains de ses éléments sont connectés à un redresseur de réseau afin de détecter les surtensions dans le réseau électrique. En cas de violation, ces éléments reproduisent les signaux de protection de courant et de tension envoyés au module de sommation, puis au générateur d'impulsions du contrôleur PWM. Le fonctionnement du générateur, donc, de tout le circuit est bloqué.

De même, la tension de fonctionnement à la sortie du convertisseur est surveillée. Sa valeur peut différer de la norme en cas de dysfonctionnement du pont de diodes du redresseur de réseau ou d’autres éléments. Dans ce cas, le circuit de contrôle est également désactivé.

Le blocage du circuit s'accompagne de l'alimentation en tension de la diode de signalisation, qui informe l'utilisateur du poste à souder des dysfonctionnements.

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Instructions pour la réparation de l'inverseur de la machine à souder

Comme tout équipement, les machines de soudage à inverseur peuvent tomber en panne. Le symptôme suivant est souvent observé: l’appareil semble être complètement intact (l’affichage «normal» est allumé, le ventilateur est audible dans le boîtier), mais aucune étincelle n’apparaît lorsque l’électrode est en contact avec le métal. Parfois, vous pouvez entendre un bourdonnement inhabituel. Dans certains cas, la réparation de l'appareil peut être effectuée seule, sans l'intervention de spécialistes de la société de service.

Le schéma de soudage de métaux minces à l'aide de soudage par inverseur

Le schéma de soudage de métaux minces à l’aide d’un soudage par inverseur.

Selon les instructions, il convient tout d'abord de vérifier à l'aide d'un multimètre l'état des fusibles thermiques installés sur les radiateurs de divers éléments de l'unité de puissance. La température à laquelle leurs contacts s'ouvrent est généralement de 90 degrés. Des types distincts de tels fusibles sont jetables. Après leur déclenchement, ils doivent être changés. D'autres ouvrent le circuit en cas de surchauffe, mais lorsque le radiateur a refroidi, ils rétablissent la connexion. Ces éléments peuvent être installés sur les enroulements primaires des transformateurs de puissance. Leur déclenchement induit souvent en erreur les amateurs d’électricité qui pensent qu’une rupture s’est produite dans le bobinage. Si vous trouvez un fusible thermique défectueux, vous pouvez essayer de court-circuiter ses contacts. Cette option convient comme "traitement" temporaire, elle vous permettra de terminer le travail, si cela est urgent.

Comme la protection contre la surchauffe est maintenant partiellement absente, le poste de soudage doit être utilisé avec une extrême prudence. Et à la fin des travaux, vous devez immédiatement vous rendre au magasin de pièces de radio pour acheter une pièce de rechange.

Un autre lieu "sensible" des onduleurs de soudage est le redresseur de sortie, plus précisément les diodes incluses dans sa composition. Les courants avec lesquels ils doivent travailler atteignent 130 A et provoquent parfois une panne de ces diodes.

Il est facile de vérifier l’inopérabilité du redresseur de sortie avec un multimètre, mais sans la «continuité» de chaque diode séparément, il est impossible de déterminer laquelle d’entre elles est cassée. Les diodes (trois doubles diodes sont utilisées ici) devront être soudées et retirées du dissipateur thermique auquel elles sont vissées. Le radiateur devra également être enlevé.

Contrôle de l'inverseur de soudage

Contrôle de l'onduleur de soudage.

Les diodes à souder et autres éléments peuvent être difficiles. Dans les onduleurs de soudage modernes, le soudage est très qualitatif, avec une grande quantité de brasure, en particulier dans les endroits soumis à des courants de grande force. De plus, on utilise une soudure sans plomb dont le point de fusion est supérieur à celui du plomb-étain ordinaire. Par conséquent, pour les diodes à souder et autres éléments, il est préférable d’utiliser un fer à souder puissant de 50 W, une puissance de 40 watts peut ne pas suffire. La tâche est compliquée par le fait que vous devez désouder trois sorties simultanément, vous ne pouvez donc pas vous passer d'un bon échauffement. Pour enlever la brasure, vous pouvez utiliser un dessoudage ou une tresse de cuivre.

Une fois la diode perforée détectée (les deux parties peuvent être perforées en double diode), vous devez en acheter une nouvelle, identique ou similaire. L’utilisateur doit être attentif au fait important: les diodes de redressement en sortie sont rapides, leur temps de récupération n’est que de 50 ns. Seuls ces éléments peuvent fonctionner avec une fréquence de courant alternatif de 60-80 kHz. Les diodes conventionnelles ne peuvent pas être installées ici. Dans les spécifications étrangères, les diodes haute vitesse peuvent être appelées diodes hyper-rapides, ultra-rapides, furtives, super-rapides, redresseurs secondaires à haute fréquence, etc.

Avant de monter des diodes ou des transistors à clé, une nouvelle couche de pâte thermoconductrice (KPT-8 ou similaire) doit être appliquée sur le radiateur. La pâte doit être appliquée en quantité suffisante, mais pas trop copieusement. Il assure l'évacuation de la chaleur de l'élément en direction d'un radiateur en cuivre ou en aluminium.

Les diodes à souder doivent être faites très soigneusement. En raison de la forte intensité de courant dans les connexions de mauvaise qualité, on observera un chauffage important et des pertes de puissance importantes.

Il arrive que par négligence lors du démontage du radiateur, les pistes en cuivre et les «pièces» de la carte aient été endommagées, elles sont agrandies avec du fil de cuivre étamé et sont correctement soudées.

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