Trong máy hàn inverter, IGBT là linh kiện công suất thực hiện nhiệm vụ đóng cắt dòng điện ở tần số cao. Ba chân cơ bản của IGBT gồm Gate (G), Collector (C) và Emitter (E). Trong đó, Gate là chân điều khiển quyết định IGBT chuyển sang trạng thái dẫn hay ng...
Linh kiện máy hàn plasma gồm những gì?
Máy plasma thường được gọi là máy cắt plasma hơn là máy hàn plasma. Thiết bị sử dụng hồ quang plasma để tạo nhiệt độ rất cao, làm nóng chảy kim loại và dùng dòng khí để đẩy kim loại nóng chảy ra khỏi vùng cắt.
Một máy cắt plasma Inverter hiện đại có nhiều nhóm linh kiện: mạch nguồn, mạch công suất, biến áp cao tần, mạch điều khiển, mạch mồi hồ quang, hệ thống khí, mạch bảo vệ và các linh kiện tiêu hao của súng plasma.
1. Sơ đồ nguyên lý tổng quát máy cắt plasma
Có thể hình dung cấu trúc cơ bản như sau:
NGUỒN AC
│
┌─────────▼─────────┐
│ Bảo vệ + Lọc EMI │
└─────────┬─────────┘
│
Cầu chỉnh lưu
│
DC BUS
│
IGBT / MOSFET
│
Biến áp cao tần
│
Diode công suất
│
Cuộn cảm DC
│
ĐẦU RA PLASMA
│
Súng cắt plasma
│
Hồ quang plasma
Các mạch phụ trợ:
Mạch điều khiển
│
├── PWM / Driver
├── Hồi tiếp dòng
├── Hồi tiếp điện áp
├── Mạch Pilot Arc / HF
├── Van điện từ khí
├── Mạch bảo vệ
└── Quạt làm mát
2. Cầu chì
Cầu chì bảo vệ mạch nguồn khi xảy ra:
- Quá dòng
- Chập mạch
- Chập IGBT
- Chập cầu diode
- Lỗi nguồn.
Nếu cầu chì liên tục bị đứt, không nên thay bằng loại có dòng cao hơn. Cần tìm nguyên nhân gây chập hoặc quá dòng.
3. MOV chống xung điện áp
MOV được sử dụng để hạn chế các xung điện áp cao từ nguồn điện.
Nếu MOV cháy, cần kiểm tra thêm:
Cầu diode → tụ DC Bus → IGBT/MOSFET → nguồn phụ.
4. NTC hạn chế dòng khởi động
Khi bật máy plasma, tụ DC Bus cần được nạp điện.
NTC giúp hạn chế dòng nạp ban đầu.
Một số máy công suất lớn có thể sử dụng:
NTC + relay bypass
để giảm tổn hao sau khi máy đã khởi động.
5. Mạch lọc EMI
Mạch EMI giúp giảm nhiễu điện từ phát sinh từ quá trình chuyển mạch công suất.
Có thể gồm:
- Cuộn cảm EMI
- Tụ X
- Tụ Y
- Điện trở
- Lõi chống nhiễu.
6. Cầu diode chỉnh lưu
Cầu diode thực hiện:
AC → DC
để tạo nguồn DC cho tầng công suất.
Thông số cần quan tâm:
- Điện áp ngược
- Dòng điện
- Dòng xung
- Nhiệt độ
- Kiểu package
- Khả năng tản nhiệt.
7. Tụ DC Bus
Tụ DC Bus là một trong những nhóm linh kiện quan trọng của máy plasma Inverter.
Chức năng:
- Lọc điện áp DC
- Giảm ripple
- Tích trữ năng lượng
- Cung cấp năng lượng cho IGBT/MOSFET.
Cần kiểm tra:
Điện áp, điện dung, ESR, Ripple Current, nhiệt độ và tuổi thọ.
8. IGBT công suất
IGBT là linh kiện công suất phổ biến trong nhiều máy cắt plasma Inverter.
IGBT đóng/ngắt điện áp DC ở tần số cao để đưa năng lượng vào biến áp cao tần.
Thông số cần xem:
- VCE
- IC
- VGE
- VCE(sat)
- Gate charge
- Switching characteristics
- Tj
- Package
- Pinout.
Không nên hiểu máy plasma 60A phải dùng IGBT 60A.
Dòng cắt đầu ra và dòng định mức của IGBT là hai thông số khác nhau.
9. MOSFET công suất
Một số thiết kế sử dụng MOSFET ở tầng công suất hoặc nguồn phụ.
Các thông số quan trọng:
- VDS
- ID
- RDS(on)
- VGS
- Gate charge
- Switching speed.
Khi thay MOSFET phải kiểm tra cả đặc tính chuyển mạch và kiểu chân.
10. Driver IGBT/MOSFET
Driver tạo tín hiệu điều khiển Gate.
Có thể bao gồm:
- IC driver
- Transistor
- Điện trở Gate
- Diode
- Zener
- Tụ lọc.
Nếu IGBT bị cháy, nên kiểm tra driver, điện trở Gate và mạch bảo vệ Gate trước khi thay linh kiện mới.
11. Biến áp cao tần
Biến áp cao tần truyền năng lượng từ tầng công suất sang tầng đầu ra.
Cấu tạo:
- Lõi ferrite
- Cuộn sơ cấp
- Cuộn thứ cấp
- Dây đồng
- Lớp cách điện.
Công suất biến áp phụ thuộc vào thiết kế cụ thể của máy.
12. Diode công suất
Diode phía đầu ra thực hiện chỉnh lưu dòng cao tần.
Có thể sử dụng:
- Diode nhanh
- Diode siêu nhanh
- Diode đôi
- Module diode.
Thông số cần xem:
VRRM, IF, IFSM, trr, Tj.
13. Cuộn cảm đầu ra
Cuộn cảm giúp làm phẳng dòng điện DC đầu ra.
Nó ảnh hưởng đến:
- Ripple dòng
- Độ ổn định hồ quang
- Đặc tính cắt
- Khả năng duy trì hồ quang.
14. Mạch điều khiển PWM
Mạch PWM điều khiển tầng IGBT/MOSFET.
Có thể sử dụng:
- IC PWM
- MCU
- Op-amp
- Transistor
- Điện trở
- Tụ điện.
Mạch nhận tín hiệu hồi tiếp và điều chỉnh công suất theo điều kiện cắt.
15. Mạch hồi tiếp dòng điện
Mạch hồi tiếp giúp máy kiểm soát dòng cắt.
Có thể sử dụng:
Shunt
Đo điện áp trên điện trở có giá trị rất nhỏ.
CT
Đo dòng bằng biến dòng.
Hall
Đo dòng điện thông qua cảm biến Hall.
Sơ đồ:
Dòng đầu ra
↓
Shunt / CT / Hall
↓
Mạch xử lý
↓
PWM
↓
Driver
↓
IGBT
16. Mạch Pilot Arc
Đây là một trong những mạch đặc trưng của máy plasma.
Pilot Arc tạo hồ quang mồi trước khi hồ quang cắt chính hình thành.
Quá trình có thể hình dung:
Bật máy
↓
Khởi động khí
↓
Tạo hồ quang mồi
↓
Hồ quang plasma
↓
Tiếp cận vật liệu
↓
Hồ quang cắt chính
Cấu trúc mạch Pilot Arc thay đổi tùy thiết kế của từng máy.
17. Mạch HF Start
Một số máy plasma sử dụng phương pháp mồi hồ quang cao tần.
Mạch có thể bao gồm:
- Biến áp cao áp
- Tụ cao áp
- Điện trở
- Cuộn dây
- Spark gap
- Linh kiện đóng cắt.
Không phải tất cả máy plasma đều sử dụng HF Start; nhiều thiết kế hiện đại sử dụng các phương pháp mồi khác để hạn chế nhiễu điện từ.
18. Van điện từ khí
Khí là thành phần cực kỳ quan trọng đối với plasma.
Van điện từ điều khiển:
Khí vào → van → đường khí → súng plasma.
Mạch điều khiển có thể thiết lập:
- Pre-flow
- Khí trong quá trình cắt
- Post-flow.
Nếu van bị kẹt hoặc cuộn dây van bị hỏng, máy có thể không có khí hoặc áp suất khí không phù hợp.
19. Cảm biến và mạch bảo vệ
Máy plasma thường có nhiều hệ thống bảo vệ:
Quá nhiệt
Theo dõi nhiệt độ heatsink.
Quá dòng
Giám sát dòng đầu ra.
Quá áp
Theo dõi các điện áp quan trọng.
Áp suất khí
Một số máy có hệ thống giám sát áp suất khí.
Bảo vệ súng
Có thể giám sát tình trạng súng hoặc mạch kích hoạt.
Bảo vệ nguồn
Giám sát điện áp đầu vào.
20. Quạt và hệ thống tản nhiệt
Máy plasma công suất lớn cần hệ thống làm mát hiệu quả.
Các bộ phận gồm:
- Quạt
- Heatsink
- Keo tản nhiệt
- Pad cách điện
- Đường dẫn gió.
Quạt yếu hoặc heatsink quá nhiều bụi có thể khiến:
IGBT nóng → giảm công suất → báo quá nhiệt → máy ngắt.
21. Súng cắt plasma
Súng plasma là bộ phận đưa dòng điện, khí và tín hiệu điều khiển tới vùng cắt.
Có thể gồm:
- Thân súng
- Cò súng
- Cáp
- Ống khí
- Dây điều khiển
- Đầu súng.
Đối với máy CNC plasma, cấu hình súng và đầu nối có thể khác máy cắt cầm tay.
22. Điện cực plasma
Electrode là linh kiện tiêu hao quan trọng.
Nó tham gia vào quá trình hình thành hồ quang plasma và chịu tác động nhiệt rất lớn.
Khi điện cực mòn, có thể xuất hiện:
- Hồ quang không ổn định
- Khó mồi
- Chất lượng cắt giảm
- Đường cắt không đẹp.
23. Béc cắt plasma
Nozzle hoặc béc cắt định hình dòng plasma.
Lỗ béc quyết định hình dạng và độ tập trung của tia plasma.
Béc bị mòn có thể khiến:
- Tia plasma lệch
- Đường cắt rộng
- Xỉ nhiều
- Chất lượng cắt giảm.
Các loại bo mạch máy hàn phổ biến
Bo mạch là một trong những bộ phận quan trọng nhất bên trong máy hàn điện tử. Tùy theo công nghệ MMA, MIG/MAG, TIG, Plasma, máy hàn có thể sử dụng một hoặc nhiều bo mạch khác nhau để thực hiện các chức năng như nguồn, điều khiển, công suất, chỉnh lưu, hồi tiếp và bảo vệ.
Hiểu rõ từng loại bo mạch giúp việc chẩn đoán lỗi, sửa chữa và lựa chọn bo mạch thay thế chính xác hơn.
1. Bo mạch nguồn
Bo nguồn có nhiệm vụ tạo ra các mức điện áp DC cần thiết để cung cấp cho mạch điều khiển, driver, relay, quạt và các mạch phụ trợ.
Một bo nguồn có thể chứa:
- Cầu diode
- Tụ điện
- IC nguồn
- MOSFET
- Biến áp xung
- Optocoupler
- Diode chỉnh lưu
- Điện trở
- Tụ lọc.
Ví dụ, từ nguồn DC cao áp trong máy, bo nguồn có thể tạo ra các mức điện áp thấp hơn để cấp cho hệ thống điều khiển.
2. Bo công suất
Đây thường là bo mạch chịu dòng và công suất lớn nhất trong máy hàn Inverter.
Các linh kiện thường gặp:
- IGBT
- MOSFET
- Diode công suất
- Điện trở công suất
- Tụ điện
- Driver
- Mạch snubber.
Chức năng chính là thực hiện quá trình chuyển mạch công suất cao tần.
Sơ đồ đơn giản:
DC BUS
↓
IGBT / MOSFET
↓
Biến áp cao tần
↓
Diode
↓
Cuộn cảm
↓
Đầu ra hàn
Khi bo công suất bị lỗi, máy có thể xuất hiện các hiện tượng như chập nguồn, nổ cầu chì, không có dòng hàn hoặc IGBT liên tục bị cháy.
3. Bo điều khiển
Bo điều khiển có nhiệm vụ điều phối hoạt động của toàn bộ máy.
Có thể bao gồm:
- IC PWM
- MCU
- Op-amp
- Comparator
- Optocoupler
- Transistor
- Relay
- Biến trở
- Mạch hồi tiếp.
Bo điều khiển có thể quản lý:
Dòng hàn → điện áp → PWM → bảo vệ → quạt → chức năng hàn.
4. Bo driver IGBT
Bo driver nằm giữa mạch điều khiển và IGBT/MOSFET.
Nó có nhiệm vụ khuếch đại và định hình tín hiệu điều khiển Gate.
Một mạch driver có thể bao gồm:
- IC driver
- Transistor
- Điện trở Gate
- Diode
- Zener
- Tụ điện.
Sơ đồ:
Mạch điều khiển
↓
Tín hiệu PWM
↓
Driver
↓
IGBT
↓
Biến áp cao tần
Nếu IGBT bị cháy, không nên bỏ qua bo driver. Driver lỗi có thể khiến IGBT mới tiếp tục hỏng.
5. Bo chỉnh lưu
Bo chỉnh lưu chuyển đổi:
AC → DC
Các linh kiện chính có thể gồm:
- Cầu diode
- Tụ lọc
- Điện trở xả
- NTC
- Relay.
Bo chỉnh lưu thường nằm ở phía đầu vào của máy.
Một số máy có cầu diode gắn trực tiếp trên heatsink hoặc trên bo công suất thay vì một PCB riêng.
6. Bo lọc EMI
Bo EMI có nhiệm vụ giảm nhiễu điện từ phát sinh từ quá trình chuyển mạch.
Các linh kiện phổ biến:
- Cuộn cảm
- Tụ X
- Tụ Y
- Điện trở
- Ferrite core.
Nó nằm giữa:
Nguồn AC → máy hàn.
Ở một số thiết kế, bo EMI được tích hợp chung với bo nguồn hoặc bo chỉnh lưu.
7. Bo hồi tiếp dòng
Bo hồi tiếp dòng giúp máy đo và kiểm soát dòng hàn.
Có thể sử dụng:
- Shunt
- CT
- Hall sensor
- Op-amp
- Comparator.
Nguyên lý:
Dòng hàn
↓
Cảm biến dòng
↓
Mạch hồi tiếp
↓
Bộ điều khiển
↓
PWM
↓
IGBT
Nếu hồi tiếp sai, dòng hàn có thể không ổn định hoặc sai lệch lớn so với giá trị cài đặt.
8. Bo bảo vệ
Bo bảo vệ giám sát các trạng thái bất thường của máy.
Có thể bảo vệ:
- Quá nhiệt
- Quá dòng
- Quá áp
- Thấp áp
- Ngắn mạch
- Mất pha ở một số máy 3 pha.
Cảm biến nhiệt thường được gắn trên heatsink của IGBT hoặc diode.
9. Bo điều khiển MIG/MAG
Máy MIG/MAG thường có hệ thống điều khiển phức tạp hơn máy MMA.
Bo điều khiển có thể quản lý:
- Tốc độ cấp dây
- Dòng hàn
- Điện áp
- Motor cấp dây
- Van khí
- Contactor
- 2T/4T
- Burn-back
- Pre-gas
- Post-gas.
10. Bo cấp dây MIG
Đây là bo mạch đặc trưng của máy MIG/MAG.
Nó điều khiển:
Motor → bánh xe → tốc độ cấp dây.
Bo có thể chứa:
- MOSFET công suất
- PWM
- Relay
- Diode
- Op-amp
- Biến trở tốc độ
- Mạch hồi tiếp.
Nếu bo cấp dây lỗi, máy có thể không cấp dây hoặc tốc độ dây không ổn định.
11. Bo HF của máy TIG
Máy TIG có chức năng HF Start có thể sử dụng mạch tạo cao áp cao tần để hỗ trợ mồi hồ quang.
Mạch có thể gồm:
- Biến áp cao áp
- Tụ cao áp
- Điện trở
- Spark gap
- Cuộn dây
- Linh kiện đóng cắt.
Không phải tất cả máy TIG đều dùng HF; một số máy sử dụng Lift TIG hoặc phương pháp mồi khác.
12. Bo điều khiển TIG
Bo TIG có thể điều khiển nhiều thông số hơn máy MMA.
Ví dụ:
- Pre-gas
- Post-gas
- Up-slope
- Down-slope
- Start current
- End current
- Pulse
- 2T
- 4T
- AC/DC tùy loại máy.
Với máy TIG AC/DC, hệ thống điều khiển còn phức tạp hơn do phải tạo và kiểm soát dạng sóng AC.
13. Bo Plasma
Đối với máy cắt plasma, bo điều khiển có thể quản lý:
- Dòng cắt
- Pilot Arc
- Van khí
- Mạch mồi
- Bảo vệ quá nhiệt
- Bảo vệ quá dòng
- Tín hiệu cò súng.
Chia sẻ:
Các bài viết liên quan
Trong một máy hàn inverter, IGBT là linh kiện công suất đảm nhiệm quá trình đóng cắt dòng điện ở tần số cao. Tuy nhiên, IGBT không thể tự đóng hoặc mở theo ý muốn. Nó cần một mạch điện tử chuyên dụng để tạo và truyền tín hiệu điều khiển đến chân Gate (G).
Trong mạch công suất của máy hàn inverter, IGBT đảm nhiệm nhiệm vụ đóng cắt dòng điện ở tần số cao. Để IGBT hoạt động, mạch điều khiển phải đưa tín hiệu điện áp vào chân Gate (G).
Trong các máy hàn inverter công suất lớn, việc sử dụng IGBT mắc song song giúp nhiều linh kiện cùng đảm nhiệm dòng điện và công suất của tầng nghịch lưu. Đây là giải pháp phổ biến khi một IGBT đơn không đáp ứng được yêu cầu về dòng, nhiệt hoặc công suất.