เทคโนโลยีเครื่องเชื่อมความถี่สูงโซลิดสเตตและหลักการทำงาน

I. การแนะนำอุปกรณ์หลอดสุญญากาศความถี่สูงเบื้องต้น

เมื่อ 20 ปีที่แล้ว แหล่งพลังงานความถี่สูง (หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ "เตาความถี่สูง") ที่ใช้สำหรับการเชื่อมท่อและการบำบัดความร้อนในประเทศจีนส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ที่มีหลอดอิเล็กทรอนิกส์ (หรือที่เรียกว่า "หลอดสุญญากาศ") เป็นส่วนประกอบหลักของอินเวอร์เตอร์ หลักการพื้นฐานแสดงในรูปต่อไปนี้:

AC อุตสาหกรรมปกติ (สามเฟสสี่สาย 380V / 50HZ ในประเทศจีน) จะถูกแปลงเป็น AC ที่ปรับได้ตั้งแต่ Oto 380V (ความถี่ไม่เปลี่ยนแปลง) ผ่านตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าไทริสเตอร์ AC จากนั้นก้าวขึ้นไปเกือบ 1 OOOOV แรงดันสูง (ความถี่ไม่เปลี่ยนแปลง) โดย หม้อแปลงไฟฟ้า แล้วแก้ไขโดยวงจรเรียงกระแสไฟฟ้าแรงสูงเป็นไฟฟ้ากระแสตรงสูงหลายหมื่นตัว จากนั้นสั่นด้วยหลอดสุญญากาศเป็นกระแส HF และ HV จากนั้นผ่าน LC รีโซแนนซ์ขนานเพื่อขยายกระแสสั่น และหลังจากลดแรงดันจ่ายให้กับตัวเหนี่ยวนำที่ใช้ สำหรับทำความร้อนท่อเหล็กและชิ้นงานอื่นๆ เป็นต้น

วัตถุประสงค์ในการควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับคือเพื่อปรับกำลังไฟฟ้าอินพุตและเอาต์พุตเพื่อตอบสนองความต้องการในการทำงาน และเมื่อปรับแรงดันไฟฟ้ายังต้องทำให้แรงดันไฟฟ้ามีเสถียรภาพเพื่อให้แน่ใจว่ากำลังไฟเอาท์พุตของอุปกรณ์จะมีเสถียรภาพภายใต้สภาวะการทำงานบางอย่าง

เนื่องจากการใช้หลอดสุญญากาศ (ส่วนประกอบกระแสไฟแรงสูงขนาดเล็ก) ต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าหรือไม่สามารถส่งออกพลังงานขนาดใหญ่ได้ แต่ในเวลาเดียวกันเพื่อปรับให้เข้ากับความต้านทานขนาดเล็กของตัวเหนี่ยวนำ จำเป็นต้องลดเพิ่มเติม แรงดันไฟฟ้า

รูปภาพด้านล่างคือหลอดสุญญากาศแบบวงเดียวความถี่สูง 600KW และอุปกรณ์ชุบ HF แบบหลอดสุญญากาศสามวงจร 100KW

ในอุตสาหกรรมการเชื่อมท่อ ยังมีหลอดสุญญากาศความถี่สูงจำนวนไม่มาก ในขณะที่ในอุตสาหกรรมเช่น การชุบแข็ง และการบัดกรีแข็ง หลอดสุญญากาศความถี่สูงยังคงใช้กันอย่างแพร่หลาย

เนื่องจากหลอดสุญญากาศนี้เป็นของผลิตภัณฑ์ที่ถูกตัดออก เราจึงไม่แนะนำรายละเอียดที่นี่

II. หลักการทำงานความถี่สูงแบบโซลิดสเตต

สิ่งที่เรียกว่า "ความถี่สูงโซลิดสเตต" เป็นเพราะใช้ทรานซิสเตอร์ (ทรานซิสเตอร์สนามผล MOS หรือ IGBT) เป็นส่วนประกอบอินเวอร์เตอร์หลัก ต่างจากหลอดสุญญากาศที่เป็นโพรง (ภายในเต็มไปด้วยก๊าซมีตระกูล จึงสามารถเรียกว่า "ก๊าซ") ,ทรานซิสเตอร์มีสถานะเป็นของแข็ง

ความถี่สูงโซลิดสเตตเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการปรับปรุงของความถี่สูงของหลอดสุญญากาศ และวงจรหลักคล้ายกับความถี่กลางของไทริสเตอร์ แต่แตกต่างจากความถี่สูงของหลอดสุญญากาศ หลักการพื้นฐานของมันมีดังนี้:

AC สามเฟสปกติ (380V และความถี่ 50HZ ในประเทศจีน) จะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้แบบเร้าใจ DC โดยผ่านวงจรเรียงกระแส (SCR หรือไดโอดและ IGBT) DC นี้ถูกกรองหรือคลื่นแบนกลายเป็น DC ที่ราบรื่น จากนั้นเข้าสู่สะพานอินเวอร์เตอร์ ( โดยใช้ทรานซิสเตอร์กำลังขนาดใหญ่ MOSFET หรือ IGBT) ให้กลายเป็นกระแสความถี่สูง กระแสความถี่สูงนี้จ่ายให้กับวงจรโหลดเรโซแนนซ์ของวงจรถังสามารถใช้สำหรับการทำความร้อนด้วยโลหะ หน่วยพลังงานสะพานอินเวอร์เตอร์ใช้โครงสร้างแบบโมดูลาร์ โมดูลพลังงานแต่ละคู่จะเหมือนกัน แต่จำนวนโมดูลพลังงานที่ใช้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับกำลังของอุปกรณ์ อุปกรณ์มีขนาดใหญ่หรือเล็ก โครงสร้างโดยทั่วไปจะเหมือนกัน วงจรถังเรโซแนนซ์อยู่ในรูปแบบอนุกรมหรือขนาน ไม่มีไฟฟ้าแรงสูงและไม่มีหม้อแปลงสเต็ปดาวน์เอาท์พุต

เมื่อเทียบกับหลอดสุญญากาศความถี่สูง ข้อดีของอุปกรณ์โซลิดสเตตความถี่สูงดังต่อไปนี้:

1. คุณภาพการเชื่อมที่ดี: การเปรียบเทียบแสดงให้เห็นว่าท่อเหล็กที่เชื่อมด้วยอุปกรณ์ความถี่สูงโซลิดสเตตมีความกว้างและความร้อนในการเชื่อมที่สม่ำเสมอและมีเสี้ยนภายในและภายนอกน้อยลง

2. การประหยัดพลังงาน: การทดสอบแสดงให้เห็นว่าข้อกำหนดเดียวกันนี้ช่างเชื่อมนี้สามารถประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่า 25% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์หลอดสุญญากาศ

3. การประหยัดน้ำ: เนื่องจากการสูญเสียตัวเองเล็กน้อยจึงไม่จำเป็นต้องใช้น้ำหล่อเย็นมากเกินไปดังนั้นจึงใช้น้ำน้อยกว่าอุปกรณ์หลอดสุญญากาศที่มีข้อกำหนดเดียวกันมากกว่า 50%

4. ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา: เนื่องจากส่วนประกอบหลักมีขนาดเล็ก (MOSFET) และยังไม่มีหม้อแปลงเชื่อม ตัวควบคุมเส้นใย ขดลวดที่ตรงกัน วงจรประตู ฯลฯ ดังนั้นปริมาตรโดยรวมจึงน้อยกว่า 50°/4。 น้อยกว่าอุปกรณ์หลอดสุญญากาศที่มีสเปคเดียวกัน

5. ใช้งานง่าย: ไม่มีแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าสูงสุดไม่เกินสองสามร้อยโวลต์ ดังนั้นจะไม่ทำให้เกิดการบาดเจ็บส่วนบุคคล