ZGRZEWARKA AC, DC czy MF/DC ?

Coraz to wyższe wymagania stawiane w produkcji przemysłowej wobec urządzeń do zgrzewania oporowego powodują, że producenci zgrzewarek opracowują coraz to bardziej doskonalsze urządzenia, gwarantując wydajny, stabilny i precyzyjny przebieg procesu zgrzewania. Zgrzewanie oporowe zależne jest od 3-ch parametrów nazywanych parametrami zgrzewania. Należą do nich – prąd i czas zgrzewania, oraz siła docisku elektrod, która jest powiązana z rezystancją.

Zapraszamy do lektury poniższego artykułu, w którym przybliżymy konstrukcje zgrzewarek z różnymi zasilaczami, tworzącymi prąd zgrzewania.

Najprostsze urządzenia jak i te najbardziej rozbudowane mają za zadanie połączyć dwa elementy. Przepływający prąd elektryczny pomiędzy dwoma elektrodami przyłożonymi do zgrzewanego elementu wytwarza bardzo wysoką temperaturę, dzięki której dochodzi do wytworzenia się zgrzeiny i połączenia dwóch elementów w tym punkcie. Prawo Joule’a Lenza, na którym to opiera się istota zgrzewania, nie mówi jednoznacznie jaki to ma być prąd – przemienny AC czy stały DC? Dlatego też, niezależnie od jego kształtu energia cieplna zawsze nam się wytworzy. Więc po co kombinować?

Różnice pomiędzy urządzeniami AC i DC to głównie te, które dają możliwości zwiększenia wydajności urządzenia, efektywności jak również zapewnią oszczędności, np. mniejszy pobór prądu z sieci.

Jak zbudowana jest zgrzewarka oporowa?

Wydawać by się mogło, że to proste urządzenie, które potrafi w ciągu kilku milisekund połączyć dwa elementy. Zgrzewarka to nic innego jak transformator, zasilacz, elektrody z układem docisku oraz sterownik na którym ustawiane są parametry zgrzewania. Wszystko to jest zamontowane na stabilnej konstrukcji stalowej, która poprzez swoją konstrukcję zapewnia optymalną obsługę i eksploatację zgrzewarki.

Jakie mamy rodzaje prądu zgrzewania?

Zgrzewarka AC  prądu przemiennego

Zgrzewanie prądem przemiennym (zgrzewanie AC) oznacza, że napięcie sieci zasilającej 400V, 2 fazy (np. L1-L2) jest przenoszone poprzez tyrystor na transformator zgrzewalniczy, gdzie zostaje przekształcone na napięcie wtórne o wartości ok. 5-9 V.

Napięcie sieciowe / z = napięcie wtórne. Zachowanie prądów jest dokładnie przeciwne, tj. Prąd wtórny /  z = prąd pierwotny.

Zgrzewarka DC  3-fazowa prądu stałego

Do zgrzewania z urządzeniem 3-fazowym prądu stałego wykorzystuje się trzy precyzyjnie wykonane transformatory gdzie poszczególne grupy prostowników zainstalowane po stronie wtórnej, generują równolegle przełączany prąd stały (6 impulsowe przełączanie  punktu środkowego).

Prąd i napięcie zachowuje się zasadniczo podobnie jak w urządzeniu AC.

Zgrzewarka MF / DC  średniej częstotliwości prądu stałego

W urządzeniu średniej częstotliwości za pomocą falownika prąd z częstotliwości sieci jest taktowany do 1000 Hz i podawany do transformatora zgrzewalniczego. Następnie po stronie wtórnej prąd jest prostowany przez diody (zazwyczaj chłodzone cieczą) i wytwarzany jest prąd zgrzewania.

Najprostszym rozwiązaniem pod względem konstrukcyjnym zgrzewarek oporowych jest wykonanie urządzeń w technologii AC. Tego typu urządzenia są najbardziej popularne z uwagi na niskie koszty produkcji i w efekcie niższą cenę zakupu takiego urządzenia. Zgrzewarki AC są budowane z transformatorami o mocy od 16 kVA do 630 kVA, posiadają proste jak również rozbudowane układy sterowania, ale z uwagi na swoją konstrukcję muszą mieć zapewnioną odpowiednio dużą moc zasilania.

Zgrzewarki za pośrednictwem elektrod osadzonych na ramionach dostarczają prąd elektryczny do miejsca zgrzewania. Ramiona mogą być stałej długości jak również regulowanej. Długość ramion nazywana jest też wysięgiem ramion czy głębokością gardzieli. W zgrzewarkach AC, przy transformatorach o tej samej mocy znamionowej, przy zwiększaniu długości ramion zmniejsza się napięcie wtórne i przez to zmniejsza się prąd zgrzewania. Tłumacząc najprościej, przy mniejszym wysięgu zgrzewarka zgrzewa dobrze a przy większym słabiej.

Parametry urządzeń podawane w kartach katalogowych odnoszą się dla minimalnej długości ramion i rzadko są podawane dla maksymalnej. Warto więc na to zwracać uwagę przy wyborze odpowiedniej zgrzewarki.

Urządzenia wykonywane w technologi DC różnią się konstrukcyjnie od urządzeń AC. Urządzenia DC mogą być wykonane jako zgrzewarka 3-fazowa DC lub zgrzewarka MF/DC czyli inwertor średniej częstotliwości. Urządzenie 3-fazowe DC posiada 3 oddzielne transformatory z układem diod po stronie wtórnej, które „prostują” prąd. Konstrukcja tego urządzenia daje możliwość osiągać moc znamionową zgrzewarki nawet do 1200 kVA.

Urządzenia MF / DC to specjalne konstrukcje zgrzewarek z zasilaczem inwertorowym oraz ze specjalnie wykonanym transformatorem zgrzewalniczym. Zgrzewarki MF wyróżniają się lepszymi właściwościami od urządzeń 3-fazowych DC i AC.  Zgrzewarki MF  są wykonywane z transformatorami o mocy znamionowej do 1000 kVA. Zaletą urządzeń MF jest to, że przy zmianie wysięgu ramion nieznacznie spada wartość napięcia wtórnego dzięki czemu nieznacznie spada prąd zgrzewania niezależnie od wysięgu (długości) ramienia. Oznacza to, że w zgrzewarkach MF można osiągać bardzo wysokie prądy zgrzewania nawet przy dużych wysięgach ramion. Dodatkowym atutem jest regulacja czasu w ms. Dzięki temu możemy uzyskiwać krótkie czasy zgrzewania co wpływa na oszczędności np. zużycia elektrod. Zgrzewarką MF możemy uzyskiwać te same efekty zgrzewania przy znacznie mniejszym prądzie zgrzewania niż w przypadku zgrzewania zgrzewarką AC. Kompaktowe i lekkie transformatory zapewniają szeroki zakres aplikacji zgrzewania, również z zastosowaniem przy zgrzewarek ręcznych czy zrobotyzowanych.

Dodatkowo urządzenia DC charakteryzują się tym, że symetrycznie obciążają siec zasilającą. W zakładach produkcyjnych jest to istotą oszczędności energetycznej.

Wszędzie tam, gdzie zasilane są duże ilości różnego rodzaju urządzeń elektrycznych ważnym czynnikiem może być odpowiedni ich dobór  pod kątem zapotrzebowania na energię elektryczną.

Dla porównania, poniższa tabela obrazuje różnice przy zastosowaniu opisanych powyżej źródeł zasilania w zgrzewarkach oporowych.

W porównaniu przyjęto parametr prądu zgrzewania 57 kA, przy wysięgu (długości) ramienia 350 mm.

Jak widać z powyższej tabeli zgrzewarki generują prąd zgrzewania 57 kA. W przypadku urządzenia AC przewód zasilający powinien być wykonany w przekroju 150 mm², a zabezpieczenie powinno wynosić 315A. Urządzenia DC dla wygenerowanie tego samego prądu potrzebują na zasilaniu przewód o przekroju 25 mm² i zabezpieczenie w wysokości 100A.

Różnica pomiędzy urządzeniami AC i DC jest znaczna, oczywiście należy brać pod uwagę różne czynniki, w tym też koszty zakupu urządzenia. Jeżeli jednak zakup urządzenia jest w perspektywie długiego czasu użytkowania to niektóre koszty będą nam się bilansować w tym okresie. Dodatkowo zwiększenie wydajności w przypadku urządzeń MF/DC daje zwiększenie konkurencyjność w danym sektorze produkcji.

Zależnie od zadania, powinno się dobrać odpowiednie źródło zgrzewania!

Potrzebujesz pomocy w wyborze odpowiedniej zgrzewarki?
Interesują Cię kompleksowe rozwiązania dla Twojej firmy?
Może chcesz, byśmy dobrali dla Ciebie inne, dogodne rozwiązanie?
Skontaktuj się z nami za pomocą poniższego formularza.