Если логически подумать, о громком хлопке во время работы можно придти к выводу, что так пукнул силовой IGBT транзистор, но только вскрытие позволит поставить точный диагноз.
Посмотрим что имеется внутри нашего красавца, для этого начнем аккуратно разбирать его.
Как известно из теории силовой электроники физика работы сварочных инверторов основывается на поэтапном преобразовании энергии.
Выпрямленное сетевое напряжения преобразуется в переменное высокочастотное в инверторе, а затем понижается трансформатором до обычного сварочного, и в финальной стадии выходной выпрямитель преобразует переменное в постоянное сварочное напряжение.
Весь процесс управляется с помощью обратных связей блока управления, который задает необходимые характеристики тока.
Но вернемся к нашему пациенту, немного полазил по зарубежным сайтам нашел сервисное руководство по ремонту TELWIN TECNICA 164 скачать его можно по зеленой ссылке выше.
Внутри сервисной инструкции очень полезным для понимания алгоритма работы имеется блок схема аппарата. Принципиальная схема состоящая из силовой части и блока управления также приводится в руководстве.
Схема силовой части состоит из следующих узлов:
1. Фильтр от электромагнитных помех состоит из следующих радиокомпонентов С1, T4, С8, С15.
2. Блок защиты выпрямителя и фильтра состоит из радиоэлементов RL1, R4. Исключает прохождение больших зарядных токов в момент первоначального подключения к сети. При подачи питания, напряжение на выпрямитель PD1 следует через мощное сопротивление R4, в это же самое время емкости конденсаторов C21, C22, C27 начинают плавно заряжаться. По окончанию их заряда, срабатывает реле RL1, и своими контактами шунтирует R4.
3. Выпрямительный мост с фильтром C21, C22, C27 сглаживает пульсации.
4. Силовые ключи собраны на IGBT транзисторах Q5 и Q8. они преобразуют напряжение в высокочастотные прямоугольные импульсы, которые затем следуют на силовой трансформатор.
5. Токовый трансформатор измеряет силу тока в первичной обмотке силового трансформатора, сигнал с трансформатора следует в блок управления.
6. Силовой трансформатор Т3, преобразует напряжение в то, которое требуется для сварки. Кроме того через него осуществляется гальваническая развязка от сети.
7. Выпрямитель сварочного напряжения выпрямляет импульсное напряжение. D33 и D34 — выпрямляют эдс самоиндукции силового трансформатора с катушки индуктивности L1, в момент, когда IGBT модули заперты.
9. Радиокомпоненты — R18, R35, D11, C20, U3, D8 предназначены для питания блока управления.
10. Тепловая защита силового трансформатора состоит из термодатчика ST1, который в нормальном состоянии всегда замкнут.
11. Схема питания вентилятора и реле получает питание от отдельной обмотки силового трансформатора. Как только накопительные емкости зарядятся, запустится преобразователь, на дополнительную обмотку поступает напряжение, которое выпрямляется и поступает на вентилятор обдува и реле. Реле срабатывает, и шунтирует сопротивление R4 и устройство переключается на нормальный режим работы.
1. Блок драйверов состоит из элементов Q6, D19, D23, Q7, D27, D26, T1 и предназначены для плавного запуска силовых IGBT модулей. Разделительный трансформатор T1 предназначен для генерации двух сигналов, гальванически развязанных друг от друга.
2. Драйвер управления разделительным трансформатором выполнен из элементов Q4, D20, D22, D24 и усиливает сигнал, идущий от генератора импульсов и подает его на первичную обмотку разделительного трансформатора.
3.Ограничитель тока в первичной обмотке трансформатора и элементы D2, R25, R49, D4, R15, R9, R2, R3, R10 получают сигналы от токового трансформатора Т2, выпрямляет и ограничивает их.
4. Задающий генератор импульсов на микросхеме U1 это обычный ШИМ контроллер на микросхеме TL3845. Данный контроллер генерирует управляющие импульсы для правильной работы инвертора на IGBT модулях. Так же этот контроллер регулирует сварочный ток и защиту.
5. Модуль гальванической развязки и контроля выходного напряжения предназначен для защиты от заниженного или завышенного сетевого уровня. Он состоит из оптрона ISO1 и радиокомпонентов R1, R5, R14, R19, R24, R29, R36, R38, ОУ U2B, компаратора U2A
8. Суммирующий модуль выполнен на операционном усилителе U2C и предназначен для суммирования сигналов защиты, для формирования уровня напряжения регулирования, которое следует на задающий генератор импульсов. Транзистор Q1 работает в ключевом режиме. При аварийном режиме работы инвертора, с модуля контроля напряжения на базу транзистора поступает сигнал отключения, транзистор открывается, и шунтирует инвертирующий вход операционного усилителя на землю. Прекращается генерация управляющих импульсов. При этом начинает светится аварийный светодиод.
Как я предположил в аппарате взорвались IGBT транзисторы, после вскрытия и визуального осмотра диагноз подтвердился. Кроме того, как показывала практика ремонта рентгеновского аппарата, IGBT никогда не сгорает один, так и в этом случае сгорели диоды D31 и D212 и еще надо проверить плату драйверов.
Теплопроводящую прокладку под диод D31 обязательно надо сохранить при замене компонента. Теперь подумаем о причинах выхода из строя силового модуля, опираясь на подобный опыт можно сказать, что обычно это плохие контакты.
Этот случай подтвердил мои подозрения обнаружил плохую пайку выводов силового трансформатора, ох уж эта европа со своей дермократией, а паяют хуже чем у нас студенты. Пришлось исправить эти недостатки.
Переходим к проверки драйвера используя обычный тестер, выявляем целый список поврежденных радиоэлементов.
После замены перечисленных радиокомпонентов ремонт сварочного инвертора наконец-то закончен и теперь можно пользоваться устройством по назначению
Аппарат имеет сложную схему управления. Как известно, тиристоры управляются током и являются незапираемыми токовыми ключами. Ток сварочного аппарата регулируется косвенным путем. Изменяя период протекания тока в первичной обмотке, добиваются изменения тока во вторичной обмотке
Промышленность выпустила большое количество сварочных аппаратов с электронным управлением током. Но принципиальные схемы и пояснения к ним невозможно найти. Несмотря на малое количество деталей, аппарат имеет сложную схему управления. Как известно, тиристоры управляются током (напряжение управления обычно 2 — 5 В) и являются незапираемыми токовыми ключами. Ток сварочного аппарата регулируется косвенным путем. Изменяя период протекания тока в первичной обмотке, добиваются изменения тока во вторичной обмотке. Так как ток в первичной обмотке мал (до 20 А), то этот вариант был внедрен в ТДЭ 101У2.
Источник
Ремонт сварочного инвертора
Ремонтируем сварочный аппарат TELWIN Force 165
Здесь будет рассмотрен ремонт сварочного инвертора TELWIN Force 165. Для тех, кто не знаком с устройством и схемотехникой сварочного инвертора, предлагаем сначала ознакомиться с материалами на эту тему, а именно:
В этих двух статьях на примере реального аппарата TELWIN Force 165 и принципиальной схемы сварочных инверторов TELWIN Tecnica 144-164 подробно описана электронная начинка и назначение каждого элемента схемы.
Но давайте вернёмся к нашему неисправному аппарату – сварочному инвертору TELWIN Force 165. По словам владельца, аппарат исправно работал, но вдруг, после небольшой передышки в работе напрочь отказывался выполнять свои обязанности. При попытке начать работу искра не появлялась, а изнутри корпуса доносился неестественный для штатной работы «гул» и «писк».
По словам владельца также было известно, что аппарат вроде как работал – был слышен шум вентилятора обдува, включался индикатор штатной работы. А это свидетельствует о том, что транзисторы инвертора исправны.
Складывалось впечатление, что сварочный инвертор «уходит в защиту» — срабатывают внутренние защитные цепи, которые есть в составе любого импульсного агрегата, тем более такого мощного.
Поиск неисправности сварочного инвертора я начал нестандартно. Включать приборчик не стал.
Ранее я с такими приборами не сталкивался, и они были для меня в новинку. Поэтому первым делом вскрыл корпус и стал проверять мультиметром все доселе известные мне детали.
На печатной плате сварочного инвертора обнаружил знакомые элементы: вентилятор, мощный диодный мост (на него установлен радиатор), высоковольтные электролитические конденсаторы фильтра, фильтр EMC, ключевые мощные транзисторы инвертора (установлены на радиатор), импульсный трансформатор, электромагнитное реле…
Неприятным сюрпризом оказалось то, что поверхность печатной платы была залита каким-то лаком, который затруднял считывание маркировки SMD-элементов и микросхем.
Также были обнаружены защитные элементы. Один из них – термопредохранитель на 90 0 С. Он приклеен к радиатору диодного моста.
Насколько мне известно, такие термопредохранители срабатывают намертво, то есть если нагреются выше своей температуры срабатывания, то размыкаются навсегда. Похожие термопредохранители можно обнаружить в силовых трансформаторах. Там они включаются в цепь первичной обмотки и приклеиваются к ней. Защищают трансформатор от перегрева. Иногда можно ложно судить о том, что первичная обмотка трансформатора в обрыве, хотя стоит убрать (или замкнуть накоротко) этот самый термопредохранитель, как оказывается, что трансформатор исправен.
Поэтому первым делом проверил целостность термопредохранителя на 90 0 С. Он оказался исправен.
Кроме этого на одном из радиаторов, к которым крепятся мощные ключевые транзисторы инвертора, также есть температурный датчик. Внешне он очень похож на термовыключатель серии KSD, которые используются в термопотах, водяных нагревателях и прочей бытовой электротехнике.
Особенность этих термовыключателей в том, что их контакты вновь замыкаются, если температура опустится ниже определённого значения. Понятно, что этот температурный датчик отслеживает нагрев мощных ключевых транзисторов и, если есть перегрев, временно отключает работу сварочного инвертора. Как только радиаторы, а, следовательно, и транзисторы остынут, то аппарат вновь запустится, и будет работать в штатном режиме.
При проверке термовыключателя оказалось, что он также исправен. Ну, что ж, будем искать неисправность дальше.
После недолгих поисков, было решено проверить мощные выпрямительные диоды. На печатной плате они расположены рядком и надёжно прикручены к радиатору шурупами. На страницах сайта уже рассказывалось о том, как проверить диод.
Маркированы как 60CPH03. Это ультрабыстрые сдвоенные диоды VS-60CPH03.
После проверки оказалось, что ориентировочно неисправны все три сдвоенных диода. Но это всего лишь предположение, так как диоды впаяны в схему, и 100% утверждать, что именно они неисправны нельзя. Несмотря на это стало понятно, в каком направлении нужно «копать» дальше.
Разобраться в проблеме можно было бы и без схемы, но с ней интересней, тем более что под рукой оказалось руководство по ремонту сварочных инверторов TELWIN Tecnica 144-164, которые, честно говоря, мало чем отличаются по своему составу и схемотехнике от TELWIN Force 165. Если взглянуть на принципиальную схему, то можно заметить, что даже при пробое одного из сдвоенных диодов 60CPH03, все остальные диоды при проверке будут также «неисправными», если их не выпаять из платы и не проверить каждый в отдельности. Вот кусочек схемы — выходной выпрямитель.
Как оказалось, выпаять эти самые диоды не так-то просто. Во-первых, пайка очень достойная и качественная. Да и как тут по-другому, ведь в силовой части сварочного аппарата протекают огромные токи, вплоть до 130 ампер! Малейший недопай и место контакта будет греться, а это в последствие приведёт к неисправности. Поэтому итальянцы не жалеют припоя и надёжно сдабривают им место контакта.
Не стоит забывать, что современная электроника изготавливается с помощью бессвинцовых припоев, а температура их плавления, как правило, выше, чем у обычного оловянно-свинцового.
Перед тем, как выпаивать диоды, необходимо демонтировать радиатор. Шурупы, которыми крепятся диоды к радиатору нестандартные, но открутить их можно пассатижами.
Для выпайки лучше воспользоваться паяльником помощнее. Лучше взять обычный паяльник мощностью ватт на 50, иначе выпайка превратится в мучение. Можно, конечно, применить и 40-ка ваттный паяльник, но тут потребуется сноровка и немало терпения. Надо успеть хорошо прогреть все 3 вывода диода одновременно.
При демонтаже можно попробовать использовать медную оплётку или десольдер для удаления припоя. Правда, если паяльник маломощный (например, 40 ватт), то толку от них будет мало. Припой будет моментально застывать.
Несмотря на трудности вызванные маломощностью паяльника (он у меня на 40 ватт) и обгоревшим медным жалом мне всё-таки удалось выпаять сдвоенные диоды. К сожалению, не без «косяков».
Выдрал с корнями сквозную металлизацию медных дорожек. Ах, да ладно, не беда. Зачистим и надрастим.
Оказалось, что пробит один из диодов – остальные целы. Стоит отметить, что пробитым оказались оба диода, которые являются частью одного сдвоенного диода. Теперь это не диод – а «решето», — обычный проводник в красивом корпусе.
Если взглянуть на схему, то «вылетел» тот диод, который обозначен красным кружком.
Напомню, что кусочек схемы взят из руководства для TELWIN Tecnica 144-164. А чинил TELWIN Force 165. У телвин Force 165 на плате нет катушки индуктивности L1 (дроссель) и, по-видимому, не должно быть, так как посадочного места на плате для неё нет. Так что не обращайте на неё внимания. В реальности же эта катушка выполнена из медного провода большого сечения, чтобы выдерживать токи до 140 ампер.
Было решено оставить аппарат в покое и заняться поисками замены неисправного диода VS-60CPH03. Найти замену диоду 60CPH03 оказалось не так-то просто. Купить в интернете эту радиодеталь не получилось. В интернет-магазинах такая деталь почему-то является редкостью (возможно, всё уже изменилось). Пришлось ехать на радиорынок и покупать там.
Был куплен аналог диода с маркировкой STTH6003CW. Цена у него оказалась приличная, да и найти нужный оказалось непросто.
Параметры STTH6003CW такие же, как и у VS-60CPH03, а именно:
Корпус – TO-247;
Максимальный ток в прямом включении IF(AV) – 30A на 1 элемент (60А на оба диода);
Допустимое обратное напряжение VRRM – 300V;
Время восстановления (или быстродействия) trr (max) – 50 ns (50 наносекунд).
Сдвоенный диод STTH6003CW относится к, так называемым, быстродействующим диодам. Буржуи обзывают такие диоды Ultra-fast, Hyperfast, Super-fast, Stealth diode, High frequency secondary rectifier и т.п. В общем, как только не пытаются подчеркнуть их крутизну.
Главная особенность быстродействующего диода – это способность быстро открываться (пропускать ток) и также быстро закрываться (не пропускать ток). А это означает, что он может работать на высоких частотах. Это и требуется для работы в выпрямителе сварочного инвертора, так как требуется выпрямлять ток высокой частоты – десятки килогерц.
Поэтому заменять такие диоды стоит только быстродействующими!
Для замены диода VS-60CPH03 подойдут STTH6003CW, FFH30US30DN. Все эти диоды – аналоги и отлично подходят для замены друг друга. Активно применяются в сварочных аппаратах. Также подойдёт STTH6003TV, но у него другой корпус (ISOTOP), хотя если другого нет, то при желании можно изловчиться и прикрутить его куда-нибудь.
При установке диодов на радиатор необходимо обязательно использовать теплопроводную пасту (например, КПТ-8).
Жадничать не стоит, но и чрезмерно намазывать пастой место теплового контакта не стоит. Наносим небольшой, ровный слой пасты на площадь соприкосновения корпуса диода и алюминиевого радиатора. Затем надёжно прикручиваем корпус диода к радиатору шурупом.
К установке диодов на радиатор стоит относиться серьёзно. В процессе работы диоды сильно греются и малейшие трудности с охлаждением вызовут их перегрев и выход из строя.
При установке диодов необходимо как можно лучше пропаять места соединения выводов и контактов медных дорожек. Это очень важно, так как токи просто огромные и если схалтурить, то ничего хорошего из этого не выйдет.
Если при демонтаже были «содраны» медные пятаки и медные дорожки, то их можно надрастить медным лужёным проводом и качественно пропаять. Чисто электрического контакта недостаточно – пайка должна быть надёжной.
После замены неисправного диода прибор заработал.
Архив со схемами на сварочные аппараты TELWIN Tecnica 141-161, TELWIN Tecnica 144-164 и TELWIN Tecnica 150, 152, 170, 168GE можно скачать здесь и здесь. Размер файла — 4,4 Mb.
Параметры STTH6003CW такие же, как и у VS-60CPH03, а именно:
