Le générateur de soudage à l'arc à inverseur, également connu sous le nom d'inverseur de soudage à l'arc, est un nouveau type de générateur de soudage. Ce type de générateur prend généralement la tension du réseau CA triphasé (50 Hz), la redresse et la filtre par l'intermédiaire d'un redresseur d'entrée, la convertissant en CC. Il utilise ensuite des composants électroniques de commutation à haute puissance [...]
Le générateur de soudage à l'arc à inverseur, également connu sous le nom d'inverseur de soudage à l'arc, est un nouveau type de générateur de soudage. Ce type de générateur prend généralement la tension du réseau triphasé de fréquence secteur (50 Hz), la redresse et la filtre à travers un redresseur d'entrée, la convertissant en courant continu.
Il utilise ensuite des composants électroniques de commutation à haute puissance (tels que des thyristors SCR, des transistors GTO, des MOSFET ou des IGBT) pour alterner l'état de commutation, en l'inversant en une tension alternative de moyenne fréquence allant de plusieurs kHz à des dizaines de kHz, qui est ensuite réduite par un transformateur à une tension appropriée pour le soudage.
Après redressement et filtrage à travers une inductance, il délivre un courant de soudage continu stable.
Un dispositif qui convertit le courant continu en courant alternatif s'appelle un onduleur.
La séquence de conversion peut être représentée simplement comme suit : courant alternatif à la fréquence du réseau (après redressement et filtrage) → courant continu (après inversion) → courant alternatif à moyenne fréquence (après réduction de la tension, redressement et filtrage) → courant continu. Si on l'exprime en symboles, c'est :
AC → DC → AC → DC
Ce système est généralement utilisé parce que si le courant alternatif inversé et réduit est directement utilisé pour le soudage, la haute fréquence entraînera une forte puissance réactive dans le circuit de soudage, ce qui réduira considérablement la puissance active. Par conséquent, une rectification est à nouveau nécessaire.
Caractéristiques de base de l'onduleur soudage à l'arc est qu'il fonctionne à haute fréquence, ce qui présente de nombreux avantages.
En effet, le potentiel E du transformateur, qu'il s'agisse de l'enroulement primaire ou secondaire, est lié à la fréquence f du courant, à la densité du flux magnétique B, à la section S du noyau de fer et au nombre de tours W de l'enroulement :
E = 4,44fBSW
Et la tension aux bornes de l'enroulement U est approximativement égale à E, c'est-à-dire :
U ≈ E = 4,44fBSW
Lorsque U et B sont déterminés, si la fréquence f est augmentée, S diminuera et W diminuera. Par conséquent, le poids et le volume du transformateur peuvent être considérablement réduits. Le poids et le volume de l'ensemble de la machine s'en trouvent considérablement réduits.
En outre, en raison de l'augmentation de la fréquence et d'autres facteurs, il présente de nombreux avantages par rapport à l'arc traditionnel. puissance de soudage sources. Les principales caractéristiques sont les suivantes :
(1) Petite taille, légèreté, économie de matériaux, facilité de transport et de déplacement.
(2) Haute efficacité et économie d'énergie, avec une efficacité allant de 80% à 90%, permettant d'économiser plus d'un tiers de l'électricité par rapport aux machines à souder traditionnelles.
(3) Bonnes caractéristiques dynamiques, amorçage facile de l'arc, arc stable, belle formation de la soudure et moins de projections.
(4) Convient à la combinaison avec des robots pour former un système de production de soudage automatique.
(5) Peut être utilisé à des fins multiples, en complétant divers processus de soudage et de coupage.
En raison de la série d'avantages mentionnés ci-dessus, les sources d'énergie à onduleur se sont développées rapidement depuis leur apparition à la fin des années 1970. Dans les pays industrialisés tels que les États-Unis et le Japon, son champ d'application est très étendu.
Les éléments de commutation utilisés dans les sources d'énergie des onduleurs comprennent aujourd'hui le SCR (thyristor), le GTR (transistor), le MOSFET (transistor à effet de champ) et l'IGBT (un type d'élément électronique qui combine les avantages du GTR et du MOSFET).
L'IGBT peut remplacer d'autres éléments de commutation. La machine à souder à onduleur IGBT représente un progrès significatif dans le domaine de l'énergie. technologie du soudage et une nouvelle tendance de développement.
La tête de la machine à souder convertit l'énergie produite par la source de courant de soudage en chaleur de soudage et l'envoie en continu dans la tête de la machine à souder. matériel de soudage tandis que la tête de la machine avance pour réaliser le soudage.
La pince à souder électrique utilisée pour le soudage à l'arc manuel doit être poussée manuellement vers le bas et déplacée vers l'avant pour former un cordon de soudure au fur et à mesure que l'arc se forme. baguette de soudure fond. Les machines à souder automatiques sont dotées de mécanismes d'alimentation automatique en fil et de mécanismes de déplacement de la tête de la machine pour faire avancer cette dernière.
Deux types sont couramment utilisés : le type à chariot et le type à suspension.
Les têtes de soudage pour le soudage par points et soudage par projection sont des électrodes et leurs mécanismes de pressage, qui sont utilisés pour appliquer une pression et de l'électricité à la pièce à usiner.
Pour soudage des jointsIl existe un mécanisme de transmission qui entraîne le déplacement de la pièce à usiner. Pour les soudage bout à boutDes montages statiques et dynamiques et des mécanismes de serrage des montages, ainsi que des montages mobiles et des mécanismes de renversement, sont nécessaires.
La tendance générale du développement des sources d'alimentation à onduleur est à la grande capacité, à la légèreté, à la haute efficacité, à la modularisation et à l'intelligence, avec l'amélioration de la fiabilité, des performances et l'élargissement des applications comme noyau. Elle est de plus en plus largement utilisée dans diverses méthodes de soudage à l'arc, soudage par résistanceles processus de coupe, etc.
L'efficacité et la densité de puissance élevée (miniaturisation) sont les principaux objectifs poursuivis par l'arc international. onduleurs de soudage. La haute fréquence et la réduction de la consommation d'énergie des principaux composants sont les principales approches techniques pour atteindre cet objectif.
Actuellement, dans des pays tels que le Japon, l'Europe et d'autres régions, l'arc onduleur de soudage à environ 20 kHz a évolué, la qualité des produits est élevée et les produits ont été sérialisés.
1.1 Raisons de la production d'harmoniques
Depuis le premier arc à thyristor de 300A onduleur de soudage L'alimentation électrique des onduleurs de soudage à l'arc a connu un développement important, avec l'inversion des thyristors, l'inversion des transistors de haute puissance, l'inversion des effets de champ et l'inversion des IGBT. Sa capacité et ses performances ont été considérablement améliorées.
À l'heure actuelle, l'alimentation par onduleur pour le soudage à l'arc est devenue le produit principal de l'équipement de soudage dans les pays industrialisés.
En tant que dispositif électronique de puissance typique, bien que l'alimentation de l'onduleur de soudage à l'arc présente les avantages d'une petite taille, d'un poids léger et d'une bonne performance de contrôle, son circuit contient des liaisons de redressement et d'inversion qui provoquent une distorsion de la forme d'onde du courant et génèrent un grand nombre d'harmoniques d'ordre élevé.
Il existe un important déphasage entre les harmoniques de tension et de courant d'ordre élevé, ce qui se traduit par un facteur de puissance très faible du poste de soudage. Les principales raisons de la production d'harmoniques sont les suivantes :
(1) Sources d'interférences internes de l'alimentation de l'onduleur
L'alimentation par onduleur est un système qui combine des courants forts et des courants faibles. Pendant le processus de soudageLe courant de soudage peut atteindre plusieurs centaines, voire des milliers d'ampères. Comme le courant génère un champ électromagnétique important, en particulier dans les systèmes d'alimentation de soudage à haute fréquence d'inversion, les tubes redresseurs, les transformateurs à haute fréquence, les oscillations du système de contrôle, l'allumage de l'arc à haute fréquence et les commutateurs des tubes de puissance produiront de fortes interférences harmoniques.
En outre, lorsque le tungstène machine à souder à l'arc sous argon utilise l'allumage à l'arc à haute fréquence, qui utilise une fréquence allant jusqu'à plusieurs centaines de milliers de Hertz et une haute tension de plusieurs kilovolts pour percer l'entrefer et former un arc, de sorte que l'allumage à l'arc à haute fréquence est également une source importante d'interférences harmoniques.
Pour les blocs d'alimentation intelligents pour le soudage à l'arc contrôlés par ordinateur, étant donné que la vitesse de fonctionnement du système de contrôle informatique utilisé augmente, la carte de contrôle elle-même est devenue une source d'interférence harmonique, et des exigences plus élevées ont été imposées au câblage de la carte de contrôle.
(2) Sources d'interférences externes de l'alimentation de l'onduleur
La pollution du réseau électrique constitue une grave interférence pour le système d'alimentation électrique, car les charges appliquées au réseau électrique varient constamment, provoquant plus ou moins d'interférences harmoniques sur le réseau électrique.
Les équipements de grande puissance peuvent provoquer une distorsion de la forme d'onde de la tension du réseau électrique, des facteurs accidentels peuvent provoquer des coupures de courant momentanées, et les équipements à haute fréquence peuvent générer des impulsions à haute fréquence et des composantes d'impulsion de crête dans la forme d'onde de la tension du réseau électrique.
En outre, dans l'atelier de soudage, en raison de la possibilité d'interconnexion entre les fils de mise à la terre de différents blocs d'alimentation de soudage pendant l'utilisation, si les mesures correspondantes ne sont pas prises, des signaux harmoniques avec des composants à haute fréquence peuvent facilement pénétrer dans le système de contrôle, entraînant un dysfonctionnement du bloc d'alimentation, voire l'endommageant.
1.2 Caractéristiques et risques des harmoniques
Les alimentations à onduleur pour le soudage à l'arc sont connues pour leur conversion d'énergie à haut rendement. Avec l'évolution des dispositifs de contrôle de l'énergie vers des directions pratiques et de grande capacité, les alimentations à onduleur pour le soudage à l'arc entreront également dans l'ère de la haute fréquence et de la grande capacité.
Pour le réseau électrique, l'alimentation de l'onduleur de soudage à l'arc est essentiellement un grand redresseur. L'augmentation et la diminution brutales des impulsions générées par les composants électroniques de puissance pendant la commutation provoquent de graves interférences harmoniques.
Le courant d'entrée de l'alimentation de l'onduleur est un type de forme d'onde de pointe qui contient un grand nombre d'harmoniques d'ordre élevé dans le réseau électrique.
Il y a un grave déphasage entre les harmoniques de tension et de courant d'ordre élevé, ce qui se traduit par un facteur de puissance très faible du poste à souder. La distorsion à basse fréquence est actuellement un problème courant dans les équipements électroniques de puissance, qui suscite une grande attention dans les secteurs des communications et des appareils ménagers.
En outre, les soudeurs à onduleur utilisent principalement des méthodes de commutation dure, ce qui provoque inévitablement des interférences harmoniques dans l'espace pendant le processus de commutation du composant de puissance.
Ces interférences forment des interférences conduites par couplage en champ proche et en champ lointain, polluant gravement l'environnement électromagnétique environnant et l'environnement de l'alimentation électrique, réduisant non seulement la fiabilité du circuit de l'onduleur lui-même, mais affectant également gravement la qualité de fonctionnement du réseau électrique et des équipements adjacents.
2.1 Filtres passifs (PF)
La méthode traditionnelle de suppression des harmoniques et de compensation de la puissance réactive est la technologie des filtres électriques passifs, également connue sous le nom de méthode de filtrage indirect. Cette méthode implique l'utilisation de condensateurs électriques ou d'autres dispositifs passifs pour construire un filtre passif avec des charges non linéaires qui ont besoin d'être compensées et qui sont connectées en parallèle, fournissant un chemin à faible impédance pour les harmoniques tout en fournissant la puissance réactive requise pour la charge.
Plus précisément, l'onde sinusoïdale déformée de 50 Hz est décomposée en onde fondamentale et en diverses composantes harmoniques principales connexes, puis, en utilisant le principe de résonance en série, chaque branche de filtrage composée de L, C (ou R) est accordée (ou polarisée) sur diverses fréquences harmoniques principales pour former un chemin à faible impédance et les filtrer [2-3]. Il s'agit d'une défense passive contre les harmoniques déjà générées et d'une réduction de leur nocivité pour les équipements électriques.
Les systèmes de filtrage passif sont des technologies matures et peu coûteuses, mais ils présentent également les inconvénients suivants :
(1) l'effet de filtrage est affecté par l'impédance du système ;
(2) en raison de la fréquence de résonance fixe, il est peu efficace en cas d'écart de fréquence ;
(3) il peut provoquer une surcharge en raison d'une résonance en série ou en parallèle avec l'impédance du système. Dans les situations de petite et moyenne puissance, les filtres passifs sont progressivement remplacés par des filtres actifs.
2.2 Filtres actifs (AF)
Dès le début des années 1970, des chercheurs ont proposé le principe de base des filtres de puissance actifs. Toutefois, en raison de l'absence de dispositifs de commutation à haute puissance et des technologies de contrôle correspondantes à l'époque, seuls les courants de compensation générés par des amplificateurs linéaires et d'autres méthodes pouvaient être utilisés, ce qui présentait des faiblesses fatales en termes de faible efficacité, de coût élevé et de difficulté à atteindre une grande capacité.
Avec l'amélioration des performances des dispositifs de commutation des semi-conducteurs de puissance et le développement de la technologie PWM correspondante, il est devenu possible de développer un générateur de courant harmonique de grande capacité et à faibles pertes, ce qui rend pratique la technologie du filtrage actif.
Lorsqu'une source harmonique apparaît dans le système, un courant de compensation égal en magnitude et opposé en phase au courant harmonique est généré par une méthode quelconque et connecté en parallèle avec le circuit devenant la source harmonique pour annuler la composante harmonique de la source harmonique, ce qui permet au courant côté CC de ne contenir que la composante fondamentale, sans composantes harmoniques.
Lorsque le courant harmonique généré par la source harmonique ne peut pas prédire quel est le courant harmonique d'ordre supérieur ou change à tout moment, le signal de courant harmonique ih est détecté à partir du courant de charge il, puis modulé par le modulateur et converti en un courant de commande de mode de commutation conformément à une méthode spécifiée pour faire fonctionner l'onduleur de courant afin de générer un courant de compensation ifm et de l'injecter dans le circuit afin d'annuler le courant harmonique ih.
Le circuit principal de l'onduleur utilise généralement un circuit d'onduleur en pont complet DC/AC, où les dispositifs de commutation peuvent être GTO, GTR, SIT, ou IGBT et d'autres dispositifs semi-conducteurs de puissance contrôlables à haute puissance pour contrôler la forme d'onde du courant de sortie par l'état marche-arrêt du dispositif de commutation, générant ainsi le courant de compensation requis.
Les filtres électriques actifs sont les dispositifs de puissance les plus prometteurs pour supprimer les harmoniques du réseau électrique et compenser la puissance réactive, améliorant ainsi la qualité de l'alimentation électrique.
Par rapport aux filtres électriques passifs, ils présentent les avantages suivants :
(1) la compensation dynamique est réalisée, et les changements de fréquence et de magnitude de la puissance harmonique et réactive peuvent être compensés, avec une réponse très rapide aux changements de l'objet de la compensation ;
(2) la compensation simultanée des harmoniques et de la puissance réactive est possible, la taille de la puissance réactive compensée étant réglable en continu ;
(3) aucun dispositif de stockage d'énergie n'est nécessaire pour compenser la puissance réactive, et la capacité requise du dispositif de stockage d'énergie pour compenser les harmoniques n'est pas importante ;
(4) même si le courant compensé est trop important, le filtre électrique actif ne subira pas de surcharge et pourra fonctionner normalement pour la compensation ;
(5) il n'est pas facilement affecté par l'impédance du réseau électrique et n'entre pas facilement en résonance avec l'impédance du réseau électrique ;
(6) il peut suivre les changements de fréquence du réseau électrique et la performance de compensation n'est pas affectée par les changements de fréquence ;
(7) il peut compenser une seule harmonique et une seule puissance réactive ou se concentrer sur la compensation de plusieurs harmoniques et de la puissance réactive.
La technologie de l'électronique de puissance évoluant vers la haute fréquence et la haute densité de puissance, la perte de commutation et l'interférence harmonique de la commutation dure deviennent de plus en plus importantes.
La technologie de commutation douce est bénéfique pour tout convertisseur de puissance à commutation en termes d'amélioration de l'efficacité de la conversion, d'utilisation du dispositif, d'amélioration de la compatibilité électromagnétique et de fiabilité du dispositif.
Elle est particulièrement nécessaire dans certains cas particuliers (tels que les exigences en matière de densité de puissance ou les conditions de dissipation thermique limitée). Parmi les deux types de technologie de commutation douce, la commutation douce passive sans dispositifs de commutation, méthodes de détection et stratégies de contrôle supplémentaires présente de nombreux avantages tels qu'un faible coût supplémentaire, une grande fiabilité, un rendement de conversion élevé et un rapport performance-prix élevé.
Dans le domaine de la fabrication de convertisseurs mono-alternance, elle s'est pratiquement imposée.
En ce qui concerne la topologie, la méthode de l'inductance en série et de la capacité en parallèle est le seul moyen de commutation douce passive, et la technologie de commutation douce passive qui en découle est en fait une technologie d'absorption sans perte.
En ce qui concerne les circuits inverseurs à pont, du premier type à absorption d'énergie au type à anticipation partielle proposé ultérieurement, en passant par les solutions sans perte, ils présentent tous des problèmes tels qu'une forte dépendance à la charge, une plage de fréquence de fonctionnement étroite, une contrainte supplémentaire élevée, un réseau excessivement complexe, etc.
Dans le même temps, en raison de la tendance à la modularisation des dispositifs de puissance de commutation, l'espace disponible pour placer les éléments absorbants devient de plus en plus réduit, et la technologie d'absorption sans perte adaptée aux modules d'onduleurs est rarement mentionnée dans la littérature.
Dans l'ensemble, la technologie de l'absorption passive adaptée aux applications des modules d'onduleurs fait encore l'objet de recherches et de développements supplémentaires en raison de sa structure spéciale et de sa difficulté.
Les blocs d'alimentation des onduleurs de soudage à l'arc génèrent une grande quantité d'harmoniques, qui peuvent causer de graves dommages.
Afin de supprimer les harmoniques et d'améliorer le facteur de puissance, des mesures de suppression correspondantes doivent être prises. La méthode traditionnelle de filtrage passif présente des limites évidentes qui restreignent son application, tandis que la méthode de filtrage actif peut compenser les lacunes des filtres passifs, supprimer efficacement les harmoniques dans les alimentations électriques des onduleurs de soudage à l'arc et a été largement utilisée. La technologie de commutation douce permet également d'obtenir de bons effets de filtrage dans une certaine mesure.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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