Как выбрать сварочный инвертор
статья

Инверторные источники питания сварочной дуги на igbt и mosfet транзисторах.

Инверторный сварочный аппарат или просто инвертор — один из источников энергии для электродуговой сварки, в основе которого лежит использование тока высокой частоты.

Вся суть инверторной технологии заключается в выпрямлении сетевого переменного тока в постоянный сварочный ток с промежуточным изменением его частоты.

Инвертор в широком понимании, это универсальный источник постоянного тока, который обеспечивает процесс зажигания дуги и поддержания оптимального режима работы. Сварка осуществляется при помощи подачи значительной силы тока на прибор, за счёт внедрённого в конструкции высокочастотного трансформатора. В данном случае можно использовать уменьшенный вариант трансформатора, и увеличить стабильность и эффективный режим регулировки силы тока, который обеспечивается за счёт внедрения IGBT транзистора для сварочного инвертора.

На сегодняшний день, рынок сварочного оборудования представлен различными вариантами техники, которые имеют уникальные свойства и принцип работы, который определяет в конечном итоге, почему горят транзисторы в сварочном инверторе. В настоящее время варианты сварочного инвертора представлены следующими агрегатами:

• Сварка ручного типа с плавящимися электродами, серийный ряд manual metal arc, ММА. Ручная сварочная аппаратура, работающая в среде защитных газов tungsten inert gas, TIG. Полуавтоматическая технология сварки с использованием инертных газов, типовое исполнение- metal inertgas, MIG. Сварочные приборы на основе работы активных газов типа metal active gas, MAG.
• Сварочные агрегаты с инверторным принципом функционирования – трансформаторные приборы, а также полностью инверторное оборудование.
• Агрегаты с постоянным режимом выходного тока подачи, например для сварки металлов стали, а также с переменным режимом работы, например для пайки алюминия, или чугуна.

Сегодня инверторные сварочные аппараты производятся по двум разным полупроводниковым технологиями:

• Первая основана на базе полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET) и пользуется успехом на правах «старого, работающего и проверенного варианта»

• Вторая — на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

Основное различие между ними — в транзисторах, отличающихся током коммутации. Транзисторы MOSFET, по сравнению с IGBT, имеют большие вес и габариты и стоят дешевле, однако их необходимо, соответственно, и большее количество.

Достоинства инверторов:

• Низкий вес, малые габариты — применение в инверторных сварочных аппаратах малогабаритных высокочастотных трансформаторов позволило существенно снизить габариты и вес инверторных моделей.
• Защита от перепадов напряжения — такие аппараты практически не зависят от перепадов сетевого напряжения. Они снабжаются системами защиты от перегрузок, резкого падения напряжения.
• Легкость использования — большинство инверторов обеспечиваются дополнительными функциями antistick, hot arc и arc force. Это делает возможным их эксплуатацию даже новичками, без специальной подготовки.
• Сварка короткой и длиной дугой – обеспечивает качественный шов на всех видах металлов.

Среди недостатков инверторных сварочных агрегатов можно выделить:

• Высокую цену по сравнению с другими сварочными аппаратами. Однако, она с каждым годом снижается, ведь производством инверторов занимаются все мировые компании по выпуску сварочного оборудования.
• Уязвимость микропроцессорной платы управления, которая очень чувствительна к высокому содержанию пыли в воздухе. Но решение этой проблемы найдено довольно простое — нужно периодически продувать аппарат сжатым воздухом от компрессора.

Технологии в области силовой электроники все время совершенствуются: реле становятся твердотельными, биполярные транзисторы и тиристоры заменяются все обширнее на полевые транзисторы, новые материалы разрабатываются и применяются в конденсаторах и т. д. — всюду определенно заметна активная технологическая эволюция, которая не прекращается ни на год. С чем же это связано?

Это связано, очевидно, с тем, что в какой-то момент производители оказываются не в состоянии удовлетворить запросы потребителей на возможности и качество силового электронного оборудования: у реле искрят и обгорают контакты, биполярные транзисторы для управления требуют слишком много мощности, силовые блоки занимают неприемлемо много места и т. п. Производители конкурируют между собой — кто первым предложит лучшую альтернативу…?

Так и появились полевые MOSFET транзисторы, благодаря которым управление потоком носителей заряда стало возможным не посредством изменения тока базы, как у биполярных предков, а посредством электрического поля затвора, по сути — просто приложенным к затвору напряжением.

Проектируя, к примеру, силовой высокочастотный преобразователь, разработчик уже выбирает между MOSFET и IGBT – оба из которых управляются напряжением, прикладываемым к затвору, а вовсе не током, как биполярные транзисторы, и цепи управления получаются в результате более простыми.

У IGBT (БТИЗ-биполярный транзистор с изолированным затвором) в открытом состоянии рабочий ток проходит через p-n-переход, а у MOSFET – через канал сток-исток, обладающий резистивным характером. Вот и возможности для рассеяния мощности у этих приборов различаются, потери получаются разными: у MOSFET-полевика рассеиваемая мощность будет пропорциональна квадрату тока через канал и сопротивлению канала, в то время как у БТИЗ рассеиваемая мощность окажется пропорциональна напряжению насыщения коллектор-эмиттер и току через канал в первой степени.

Основое различие между этими транзисторами — различный ток коммутации. Большим током обладают транзисторы IGBT.

Для изготовления стандартного инвертора понадобится 2–4 IGBT транзистора (в зависимости от рабочего цикла), a MOSFET — 10–12, т. к. они не могут пропускать через себя большие токи, поэтому их приходится делить на такое большое количество транзисторов. Вот собственно в чем и отличие.

Тонкость в том, что транзисторы очень сильно греются и их необходимо установить на мощные алюминиевые радиаторы. Чем больше радиатор, тем больше съем тепла с него, а, следовательно, его охлаждающая способность. Чем больше транзисторов, тем больше радиаторов охлаждения необходимо установить, следовательно, увеличиваются габариты, вес и т. д. MOSFET здесь однозначно проигрывает.

На практике схемотехника MOSFET не позволяет создать аппарат на одной плате: т.е аппараты собраны в основном на трех платах. IGBT аппараты всегда идут на одной плате.

Основные недостатки MOSFET:

• соединение трех плат;
• худший теплообмен;
• каскадный выход транзисторов из строя при неисправности одного транзистора;
• меньший КПД (относительно IGBT).

Проще говоря, IGBT более современная технология, чем MOSFET.

Термозащита у IGBT транзисторов срабатывает при более высокой температуре, а это прямо влияет на показатель ПВ (продолжительность включения). Спорным остается вопрос ремонтопригодности сварочного инвертора - IGBT и MOSFET - инвертора, одни сервисанты утверждают, что проще чинить IGBT инвертор, так как он имеет одну плату и меньшее количество деталей, другие придерживаются мнения, что проще и дешевле чинить MOSFET - инверторы из-за свободной компоновки деталей. Некоторые производители на время гарантии даже не занимаются диагностикой, заменой плат и т.д., а просто меняют аппарат потому что это дешевле.

Несомненный плюс так же состоит в том, что достигается высокая мощность при еще более малом весе. Каждый грамм играет роль, если приходится целый день носить инвертор на плече.

Минус в свое время был в дороговизне ремонта IGBT  и невозможности подчас найти запчасти.