Znáte chopper ?

Pod pojmem chopper si většina z nás představí podivný motocykl s dlouhatánskou přední vidlicí, vysokými řidítky a obrovským bublavým motorem. Na tomto stroji si pak představíme nepříliš štíhlé v džínovině a kůži oblečené individuum s dlouhými vousy a šátkem na hlavě. Ano tak si představujeme správný chopper. Jenže existuje i jiný chopper. Chopper se kterým se dá bezvadně svařovat. Nevěříte? Čtěte dál.

Takže ještě jednou. Pokud si v souvislosti se svářecí technikou představujete chopper podobně jako na obrázku, jste vedle. Řeč bude o svářecích chopperech (welding choppers).

Tohle si asi představíte pod pojmem chopper.

Svářecí chopper.

Základní principiální schéma svářecího chopperu je na následujícím obrázku. Vstupní síťové napětí je přivedeno na klasický výkonový transformátor Tr a po transformaci dále usměrněno diodovým můstkovým usměrňovačem U. Parametry transformátoru jsou voleny tak, aby napětí naprázdno po usměrnění bylo v rozsahu cca 80-90V DC. Následují vyhlazovací kondenzátory C a tranzistorové spínače T. Tranzistorové spínače jsou sestaveny z výkonových tranzistorů MOSFET nebo IGBT a jsou řízeny signálem s pulsně šířkovou modulací (PWM) o kmitočtu obvykle 20 kHz. Řídící signál generuje řídící jednotka na základě celé řady parametrů, podobně jak to bylo popsáno u invertorů. Za tranzistorovými spínači následuje ochranná dioda D a dále tlumivka Tl a výstupní svorky svářečky:

Principiální zapojení svářecího chopperu.

Zkušení elektronici a baslíři na sekundární straně transformátoru poznali klasicky zapojený spínaný zdroj s topologií BUCK, tzv. Buck DC-DC converter. Funkce obvodu je následující: Při sepnutém tranzistoru T prochází proud z transformátoru Tr přes usměrňovač U a tlumivku Tl přímo do svářecího oblouku a zpět. Dioda D se neuplatní. V této fázi je do svarové lázně přiváděno maximum energie. Po rozpojení tranzistoru proud naindukovaný v tlumivce Tl stále udržuje hořící oblouk, protože se obvod uzavírá přes diodu D. V této fázi je do lázně přiváděno jen minimum energie, ale oblouk nezhasne. Vhodným poměrem časů sepnuto/rozepnuto pak regulujeme množství energie dodané do lázně - svářecí proud. K čemu je to dobré se dozvíte z následujícího odstavce. Z konstrukčního hlediska jsou zde oproti invertorům vysoké nároky na spínací tranzistory, neboť zde spínají přímo svářecí proud. Tento proud je řádově vyšší než primární proud, se kterým pracují tranzistory invertorů. Totéž platí o vyhlazovacích kondenzátorech. Naopak konstrukce řídící jednotky je obdobná (ne-li přímo shodná) s řídící jednotkou invertorů.

Výhody svářecích chopperů.

Obrovskou výhodou technologie chopper je možnost velice rychlé reakce na chování svářecího oblouku. Tato rychlost je umožněna tím, že regulační obvody jsou na sekundární straně zdroje. Oproti tomu invertory jsou řízeny v primáru a jejich reakční časy budou vždy delší. Chopper umožňuje aktivní řízení svařovacího procesu do té míry, že řídí doslova každou kapku svarového kovu. To zatím žádná jiná technologie nedokáže nabídnout. Takto precizní řízení svářecího procesu je výhodné zejména v případě polo a plně automatických metod svařování.

Stejně jako u invertorů je i u chopperů možná změna charakteristiky zdroje pouze vhodnou změnou řídícího PWM signálu. Chopper technologie tedy také umožňuje konstrukci multifunkčních svářeček, které "umí" více metod svařování (MMA/TIG/MIG).

Další výhodou je to, že na primární straně nejsou žádné citlivé elektronické součástky. Toho se s výhodou využívá u svářeček určených pro provoz na elektrocentrálách, nebo přímo při konstrukci "motorových svářeček". Primární vinutí klasického svářecího transformátoru je mnohem méně citlivé na kolísání vstupního napětí a nechá si líbit i občasná přepětí, které na elektrocentrálách vzniká (to invertory jsou na přepětí háklivé až moc). Přesto díky rychlému řízení na sekundární straně může chopper poskytnout špičkové a stabilní svářecí vlastnosti i při napájení z centrály či jiného nekvalitního zdroje.

Nevýhody svářecích chopperů.

Z hlediska užitných vlastností mají choppery pouze jedinou nevýhodu: rozměry a hmotnost chopperů jsou srovnatelné s klasickými svářečkami a nemohou konkurovat invertorům. Klasický chopper v zapojení podle výše uvedeného schematu nikdy nedosáhne úrovně miniaturizace jakou může nabídnout stejně výkonný invertor. Je to dáno použitím klasického transformátoru pracujícího s frekvencí sítě (u nás 50Hz) - proč tomu tak je se dozvíte z článku o invertorech. Proto se také choppery nejvíce prosazují v těch svářečkách, kde větší rozměry a hmotnost nejsou na škodu - tedy ve svářecích poloautomatech MIG/MAG.

Stručně řečeno: choppery obvykle poskytují svářecí vlastnosti lepší než mají invertory, ale v krabicích o rozměrech a hmotnostech jako klasické tyristorové svářečky.

Příklady vyráběných chopperů.

Na následujícím obrázku můžete vidět ukázky sériově vyráběných svářecích chopperů pro MIG/MAG svařování. Jak již bylo uvedeno výše, právě v MIG/MAG svářečkách nachází technologie chopper veliké uplatnění. Mezi výrobce, kteří se věnují vývoji a výrobě svářeček typu chopper, patří například: Lincoln Electric, Esseti, či tuzemská Alfa-IN. Pokud tedy uvažujete o koupi špičkového pulsního "MIGa", rozhodně do užšího výběru zařaďte i nějaký chopper.

Příklady vyráběných svářecích MIG/MAG chopperů.