Igbt транзисторы для сварочного инвертора

Время чтения: 6 минут

За последние 100 лет технология сварки претерпела значительные изменения. Классические сварочные аппараты были усовершенствованы, а в продаже появились совершенно новые устройства. Наибольший вклад в развитие домашней и любительской сварки внесло изобретение инверторного сварочного аппарата. Его электронная «начинка» позволяет внедрить функции, которые недоступны классическому трансформатору или выпрямителю.

А если в сварочном аппарате применяется электроника, значит, используются и транзисторы. В этой статье мы подробно расскажем, что такое транзистор, какие транзисторы используются в сварочных инверторах и чем отличаются транзисторы IGBT в сварочном аппарате от транзисторов MOSFET.

Общая информация

Транзисторы — что это такое? Наверняка каждый, кто хоть раз сталкивался с ремонтом или банальной разборкой радиоэлектроники, слышал этот термин. Говоря простыми словами, транзистор — это электронная деталь с выводами, изготовленная из полупроводникового материала. Основная функция транзистора — это усиление или генерирование электрических сигналов, поступающих извне. Также с помощью транзисторов выполняется коммутация.

На данный момент транзисторы есть в любом электронном приборе и являются один из важнейших компонентов. В середине прошлого века сразу несколько ученых получили Нобелевскую премию за изобретение транзистора. И с тех пор это небольшое приспособление кардинально изменило мир электроники.

Транзисторы очень маленькие и компактные. Они экономичны, их производство стоит недорого. Несмотря на свой скромный размер, транзистор устойчив к механическому воздействию и долговечен. Также транзисторы способны исправно работать при низком напряжении и при высоких значениях тока. Именно благодаря этим достоинствам к концу 20-го века транзисторы стали неотъемлемой частью каждого электронного прибора. В том числе, у инверторных сварочных аппаратов.

С помощью транзисторов удалось собрать компактную схему и внедрить ее в инвертор. Таким образом, существенно снизились размеры и вес сварочного аппарата. На данный момент производители предлагают инверторы весом до 5 кг, которые можно положить в рюкзак и взять с собой на выездные работы. Также такие аппараты незаменимы при сварке на высоте или в труднодоступных местах.

В сравнении с обычным трансформатором, который использовался раньше для сварки, инверторы намного проще в освоении. А наличие дополнительных функций (например, функции горячего старта или антизалипания) помогает новичкам как можно скорее приступить к работе. И все это заслуга транзисторов.

Транзисторы в инверторах

Транзистор — это один из главных компонентов современного сварочного инвертора. Без него инвертор в принципе не будет так называться. И, поскольку сварочные инверторы уже прочно вошли в нашу жизнь, то нелишним будет узнать немного больше об их электронной «начинке». Эта информация будет полезна не столько мастерам по ремонту сварочных аппаратов, сколько самим сварщикам. Для лучшего понимая сути используемого вами оборудования.

Итак, на данный момент чаще всего в сварочных инверторах применяются транзисторы двух типов: IGBT и MOSFET. Именно благодаря им удается добиться достойного качества работ, внедрения новых функций и уменьшению габаритов аппарата.

Подробнее про IGBT

Мы решили заострить ваше внимание на IGBT транзисторах, поскольку они считаются самыми технологичными. IGBT представляет собой стандартный биполярный транзистор с изолированным затвором. Усиливает и генерирует электрические колебания. Часто применяется в инверторе. От полевого транзистора отличается тем, что генерирует силовой канал, а не управляет им. Представляет собой 2 транзистора на подложке.

Именно благодаря IGBT транзисторам удалось развить производство современных сварочных инверторов. Поскольку именно данный тип транзисторов способен работать при высоком напряжении. Очень скоро производителям стало ясно, что применение IGBT транзисторов способно вывести производство инверторов на новый уровень. Удалось значительно уменьшить размеры аппаратов и увеличить их производительность. Порой стандартный IGBT транзистор способен заменить даже тиристор.

Иногда в IGBT инверторы внедряют специальные микросхемы, которые усиливают управляющий электрический сигнал и ускоряют зарядку затворов. Это необходимо для исправного функционирования мощных переключателей.

IGBT или MOSFET?

Выше мы уже упомянули, что помимо транзисторов типа IGBT существуют еще и транзисторы MOSFET. И многие сварщики любят спорить на форумах, какие транзисторы лучше, а какие хуже. Что мы думаем по этому поводу? Сейчас узнаете.

IGBT — это биполярные транзисторы. А MOSFET — полевые. И отличий у них больше, чем многим кажется на первый взгляд. Основное отличие — максимальная мощность, которую способен выдержать транзистор. У IGBT этот показатель выше, поэтому стоят они дороже, чем MOSFET. А это значит, что управляющая схема тоже стоит дороже.

Если вы используете недорогой инвертор для домашней сварки, то разницу между IGBT и MOSFET вы точно не заметите. Все преимущества IGBT раскрываются только в профессиональном оборудовании, предназначенном для высоковольтного подключения. В таком случае больший диапазон мощностей действительно играет важную роль и стоит предпочесть IGBT инвертор. В остальных же случаях не важно, какие транзисторы установлены. Вы, как любитель, разницу не почувствуете.

Словом, если вы новичок, то приобретайте инвертор на любых транзисторах. Инвертор на MOSFET будет стоить дешевле, вы сможете проще и быстрее его отремонтировать. А если вы выбираете инвертор для профессиональной сварки, то лучше выбрать аппарат на IGBT транзисторах. Они позволят использовать больше мощности. Но и их обслуживание обойдется дороже.

Вместо заключения

Не важно, какие именно силовые транзисторы для сварочных инверторов вы выберите. В любом случае, современный инвертор предоставит вам множество удобных плюсов. Вы сможете брать его с собой, поскольку вес и размеры незначительны. Вы сможете выполнять мелкий ремонт, даже если варите впервые, поскольку дополнительные функции упростят вашу работу. А благодаря технологичным транзисторам электронная схема будет работать еще стабильнее и дольше.

Да, инверторные аппараты куда сложнее по своему строению как раз за счет применения электроники. Вы не сможете починить инвертор «на коленке», как это можно сделать с трансформатором. Но преимуществ слишком много, чтобы отказываться от нововведений. А что вы думаете по этому поводу? Поделитесь своим мнением в комментариях ниже. Желаем удачи в работе!

Сварка представляет собой наиболее популярный способ соединения, который может существовать в нескольких вариантах. Самой востребованной технологией считают сварку инверторным методом. Несмотря на высокое качество сварочного инвертора, бывает, что вследствие тех или иных причин, он приходит в неисправное состояние. Это может потребовать от его хозяина проведения ремонтных мероприятий.

Краткая информация об инверторах для сварки

Инвертор служит источником постоянного тока, который способствует зажиганию и поддержке электрической дуги, обеспечивающей сварочный процесс.

Процесс сварки осуществляется благодаря сварочному току значительной силы, возникающему вследствие работы трансформатора высокой частоты.

Этот факт дает возможность уменьшить размер самого трансформатора, повышает стабильность и точную регулировку выходного тока.

Сварочные мероприятия производят при наличии тока необходимой величины, который получают в несколько этапов:
• Изначально выпрямляют ток, полученный из сети;
• Осуществляют трансформацию первичного тока постоянной величины в высокочастотный ток;
• Повышают силу тока и в то же время уменьшают показатель напряжения в самом трансформаторе;
• Вторично выпрямляют ток выходной величины.

Выпрямление тока происходит благодаря диодным мостам заданной мощности. Специальные транзисторы помогают правильно изменять частоту тока, обеспечивая высокочастотные трансформаторы необходимой силой тока на выходе.

Строение

Инверторы для проведения сварочных мероприятий представляют несколько блоков. Непосредственно блок питания отвечает за стабильность сигнала на выходе.

Многообмоточный дроссель, управление, производимое благодаря транзисторам, а также, концентрация энергии в самом конденсаторе являются основополагающими факторами в схеме управления блоком. Как правило, в управлении дросселем участвуют диоды. Отдельным элементом стоит блок питания, разделенный с другими комплектующими металлической перегородкой.

Основной элемент в сварочном инверторном оборудовании представляет силовой блок. Он преобразует первичный ток, поступающий из блока питания, в выходной ток, который непосредственно используют для сварки.

Электрический ток величиной не больше 40А поступает на диодный мост, который служит первичным выпрямителем. При этом напряжение колеблется в пределах 200-250В и заданной частотой в 50 Гц.

Сам инверторный преобразователь имеет вид силового транзистора с мощностью меньше 8 кВт, при этом напряжение составляет 400 В. Сам же сигнал, который получается на выходе из преобразователя имеет частоту 100 кГц.

Увеличение показателей силы тока до показателей в 200-250А происходит за счет ленточных обмоток, которыми оснащен трансформатор высокой частоты. При вторичной обмотке показатели напряжения не более 40В.

Вторичный выпрямитель составляется из диодов с силой тока выше 250А. Его охлаждение происходит за счет наличия определенных элементов, а именно:
• Вентиляторов;
• нескольких радиаторов.
Для обеспечения стабильного сигнала на выходе дроссель монтируется на выходной плате.

Блоки управления
Как правило, основа самого блока управления представлена задающим генератором (иначе, широкоимпульсным модулятором). При наличии схемы на основе самого генератора, может использоваться микросхема.
На плато также сконцентрированы 6-10 штук конденсаторов и рабочий резонансный дроссель. Благодаря трансформатору осуществляется каскадный тип управления.

Большая часть инверторов имеет схему защиты, которую располагают на плато в силовом блоке. Отличную защиту от излишних перегрузок обеспечивает схема, которая основана на базе непосредственно микросхемы типа 561 ЛА 7.

Резисторы и заданные конденсаторы К78-2 служат основой для снабберов, которые используют в защитной системе преобразователей и выпрямителей. Наличие термовыключателя обеспечивает качественную защиту всех составляющих в силовом блоке.

Продолжительная эксплуатация даже качественного инвертора может привести к неисправностям. Поломки могут возникнуть вследствие разнообразных причин. Например, ввиду коротких замыканий в электросхемах, возникающих вследствие попадания влаги.

Иногда к неисправностям могут привести попытки сварщика произвести работы, недопустимые на данном оборудовании.

Неисправности и их варианты

Перегорание самих предохранителей может привести к ситуации, когда выходного тока на инверторе нет, в то время как на входе имеется должное напряжение. К поломке может привести и нарушение общей целостности электроцепи, которое может образоваться в любом участке инвертора.

Еще один вариант неисправностей представляют маленькие показатели сварочного тока, несмотря на самые высокие установки. Такая ситуация может возникнуть из-за недостаточной величины напряжения на входе или вследствие потерь в самих контактных зажимах.

Частые самостоятельные выключения сварочного инвертора могут свидетельствовать о коротком замыкании в электросети.

К такому же эффекту может привести перегревание составляющих силового блока. В этой ситуации может срабатывать система защиты, которая приводит к аварийному отключению.

Проведение ремонтных мероприятий и их порядок

При обнаружении любой поломки, прежде всего, следует приступать к внешнему осмотру оборудования, при котором профессионал может обнаружить различные повреждения или же прожоги вследствие короткого замыкания. Затем проверяют надежность закрепления электрокабелей в клеммах.

Независимо от результатов осмотра необходимо подтянуть зажимы кабеля, для чего пользуются ключом или отверткой. Желательно проверить целостность абсолютно всех предохранителей с помощью специального тестера.

При отсутствии эффекта от предыдущих действий нужно снять крышку от корпуса инвертора и осмотреть внутреннее содержание оборудования в поисках возможного обрыва электроцепей или следов короткого замыкания.

Для ускорения выявления причины поломки следует измерить показатели напряжения на выходе и силу входного тока с помощью мультиметра или тестера.

При отсутствии визуального повреждения оборудования следует выполнить поблочный контроль целостности электроцепи. Первым в такой ситуации осматривают блок питания, а затем, другие блоки.

Силовой блок и его ремонт

Качественный ремонт неисправностей возможен только при наличии определенного набора инструментов и измерительных приборов, а именно:
• Паяльников 40В;
• Ножей;
• Плоскогубцев;
• Кусачек;
• Амперметров на 50 и 250А;
• Осциллографа;
• Вольтметров на 50В и 250В;
• Паяльников 40В;
• Гаечного и торцового ключей.

При тестировании блока управления и силового блока следует уделить особое внимание их элементам. Типичной поломкой силового блока является поломка силового транзистора, а значит, поиски проблем целесообразно начинать с его осмотра.

Технология рабочего процесса

Наличие механических повреждений на поверхности транзистора может свидетельствовать о возможных его повреждениях. Отсутствие таковых ведет за собой тестирование с помощью мультиметра. Неисправность транзистора устраняется путем его замены на новый прибор. Для чего применяется термопаста КПТ-8, которая нужна для установки его на плато.

В случае выхода из рабочего состояния транзистора, причину нужно искать в поломке драйвера. Оценивают работу данных транзисторов управления, используя омметр. При обнаружении нерабочих деталей их отпаивают и заменяют новыми.

Наиболее надежными в устройстве сварочных инверторов считаются диодные мосты выпрямителей, однако, полностью исключить такую ситуацию невозможно.

При поиске неисправностей в диодном мосте его необходимо снять с плато и протестировать его работоспособность, присоединив все диоды между собой. Если показатели сопротивления близки к нулю, то нужно искать определенный неисправный диод. Его обнаружение ведет за собой замену на новый элемент.

При выявлении поломок в блоке управления необходимо проконтролировать параметры деталей, выдающие различные сложные сигналы. В данном случае могут возникнуть проблемы в диагностике с помощью осциллографа, что потребует участия опытного специалиста.

Причина отсутствия автоматического отключения инвертора при сильном перегреве деталей в силовом блоке может заключаться в неисправности термовыключателей. Для устранения проблем, прежде всего, следует проверить качество их прикрепления к деталям, на которых они осуществляют контроль температуры. В случае неработоспособности одного из термовыключателей его нужно заменить на новый.

Сварочные инверторы служат основным оборудованием у профессиональных сварщиков. Однако, выйти из строя может даже ультрасовременное оборудование, которое будет нуждаться в качественно проведенном ремонте.

Самостоятельное устранение небольших неполадок возможно при наличии элементарных знаний об электротехнике и наличии необходимого инструментария, которое нужно для правильного обнаружения поломок. Точная диагностика причин неисправностей поможет сократить время на их устранение до минимума.

сварочные инверторы, изготовленные с использованием IGBT-полупроводников — в чем преимущество перед MOSFET-технологией?

когда сгорят транзисторы, то денежек за IGBT отдашь раз в 5 больше чем за Mosfet и устанешь их искать по магазинам

Разница в транзисторах, друг мой, MOSFET — это полевые транзисторы, как правило каскадированные (спараллеленные), засчёт чего дешевле, а IGBT — биполярные транзисторы с изолированным затвором. Они сами по себе держут намного большие мощности, но намного дороже сами, а также управляющая схема подороже. Преимуществ в сварке — никаких, есть недостатки в сервисном обслуживании. Для IGBT инверторов не так-то просто найти запчасти.

mitin написал :
сварочные инверторы, изготовленные с использованием IGBT-полупроводников — в чем преимущество перед MOSFET-технологией?

В настоящее время параметры и цена ижбт и мосфет элементов очень близки. Существенных преимуществ одной перед другой практически нет в тех диапазонах мощностей, в которых применяются сварочные инверторы. Хотя, касаемо высоковольтной техники, то тут вес больше переходит на сторону ижбт транзисторов.

Вот там выше товарищ правильно заметил, что при выходе из строя IGBT-инвертора, Вы замените в нем ВСЕ (!) ключи, а при выходе из строя MOSFET-инвертора, Вы замените их максимум два (например, САИ-200). Кто-то скажет: "Так, в современных IGBT-инвертора, обычно всего два IGBT-транзистора". Это верно, НО не всегда. В НЕОНАХ и им подобным их от 6 до 10. В BlueWeld-ах их от от 2 до 4, но там вместе с силовыми диодами вылетает весь драйвер. В "гусях" и Awelko их от 6 до 8 в этом случае ремонт вообще проблемматичен (а для гуся это МОГИЛА в полном смысле слова). В Asea летят IGBT-модули. Их стоимость от 2500 руб за штуку (нужен один).
Но, тем не менее весь мир переходит на IGBT — это дешевле для производителя. Дешевле по комплектации и по технлогии.

Основная разница в том, что с ростом напряжения питания инвертора потери на ключах у igbt растут гораздо медленнее, чем у mosfet, и при напряжениях 500. 600В и более у igbt в этом плане уже существенное преимущество. Но при относительно низких напряжениях питания, где-то до 200. 250В, потери меньше у mosfet. А вот в диапазоне 300. 400В (тут как раз инверторы с однофазным питанием) типо пограничная зона, явных преимуществ нет ни у кого. Из неявных: при прочих примерно равных у igbt меньше входная ёмкость — проще управлять, и для изготовления igbt ключа нужен кристалл меньшей площади, из-за чего они чуть дешевле (если где-то за них ломят цену — это не иначе просто проделки розничных продаванов). Ну и к тому же технология mosfet уже почти исчерпала все теоретические возможности для улучшательства, а igbt сейчас развиваются гораздо живее.

kep , падёж ключей при отказе в силовой части скорее зависит от спецыфики в схематике и конструкции конкретной машынки, а не от того, igbt там или mosfet.

чукча написал :
падёж ключей при отказе в силовой части скорее зависит от спецыфики в схематике и конструкции конкретной машынки, а не от того, igbt там или mosfet.

. возможно, но почему в тех же САИ летят только два, а в, например, Prorab IN160 (кажется, не ошибся в названии) всегда летят все четыре (IGBT HGTG30N60A4D, могут быть и другие). Управа Prorab IN160 один в один САИ. Там даже "та же торчащая платка" есть. Защита та же. Вторичный блок питания слегка модернизированный.

чукча написал :
из-за чего они чуть дешевле (если где-то за них ломят цену — это не иначе просто проделки розничных продаванов)

Это где же Igbt дешевле Mosfet? Не иначе продаваны во всем мире устраивают проделки
По этой ссылке " > стоимость Igbt HGTG30N60A4D 11евро
А здесь " > Mosfet K2837 стоит 40 рублей
И тот и другой стоят в аппаратах типа САИ. Разница в цене 1 к 10

bvale , цены — вапроц нежный. HGTG30N60A4D по 11 евро в каталоге Фарнелл — вряд ли это потолок, думаю можно найти и по 20, но это долго искать. Проще найти места, где они вполне доступны по 5-6 евро. На "митинском радиорынке" в г. Москва (вторая сцылка) попасть на левак гораздо проще, чем во многих других местах, но при ценах типо всего 40 рублей за некий "Mosfet K2837" ряды потерпевшых вряд ли когда поредеют. А тошибовский мосфет 2SK2837 не на митинском рынке стоит где-то 3 евро. Но чтобы на токе 20А у них статические потери были не больше, чем у одного HGTG30N60A4D, этих 2SK2837 нада 3-4 штуки параллельно, смотря для какой температуры кристалла. Вот и считайте.

чукча написал :
с ростом напряжения питания инвертора потери на ключах у igbt растут гораздо медленнее, чем у mosfet, и при напряжениях 500. 600В и более у igbt в этом плане уже существенное преимущество

Это утверждение не распространяется на схемы с рекуператорами реактивных ёмкостных коммутационных мощностей в цепях стоков и затворов mosfetов

Уважаемые коллеги, спор беспредметен. Особой разницы в обоих технологиях на уровне сварочного инвертера нет. Просто в схемах с IGBT меньше элементов, особенно тех, которые надо крепить на радиаторы.
Реальное преимущество IGBT начинается с токов в килоамперы и напряжений с киловольта.

Вопрос задан для того ,чтобы выбрать из двух инв. сварочников — один — клон САИ-200 (по кр. мере внешне) " > , а вот второй — " > Первый стоит 5600 р, второй — 6200 р. Какой взять (выбирается заочно)?

И тишина. уж много лет.

да варит народ наверное, а не языком чешет.
за те 5 лет от мосфет даже подпольный кетай отказался.

чукча написал :
Основная разница в том, что с ростом напряжения питания инвертора потери на ключах у igbt растут гораздо медленнее, чем у mosfet, и при напряжениях 500. 600В и более у igbt в этом плане уже существенное преимущество. Но при относительно низких напряжениях питания, где-то до 200. 250В, потери меньше у mosfet. А вот в диапазоне 300. 400В (тут как раз инверторы с однофазным питанием) типо пограничная зона.

kep , падёж ключей при отказе в силовой части скорее зависит от спецыфики в схематике и конструкции конкретной машынки, а не от того, igbt там или mosfet.

Хочу согласиться с этим мнением.
Внесу небольшую лепту в ваш диалог. Я не особый электронщик, но по опыту производства наших сварочных аппаратов (а они у нас на мосфете) и общения с разработчиками хочу добавить, что еще отличие в "переключении ключей". В диапазоне работы 300-400В Igbt происходит "жесткое переключении ключей", на мосфет более "мягкое". Это сказывается на долговечности транзисторов. Т.е. ключи у мосфет переключаются как бы резче, сигналы более правильной прямоугольной формы. А на igbt — с небольшим "затуханием". Если грубо, то новый импульс у igbt открывается, при не полном закрытом предыдущем. Это не совсем нормальное состояние работы транзистора, что укорачивает его жизнь.
Я извиняюсь, мож и не совсем корректно объяснил или не так сказал, поправьте.
А про перспективу мосфета.. Ну, что знаю, эту модельку евм .
В перспективе у нас Торус легко может быть при ПВ100% на токе 250-260А, при сохранении тех же размеров и веса 5,7кг. На замену Торус 255. Только нужно ли это кому-нить? )). Так, для источника тока, мощного и легкого. Возможно и будет.