عملكرد جوش ترانزيستوري و نمونه لامپي

مقايسه عملكرد دستگاه جوش ترانزيستوري و نمونه لامپي

مقايسه عملكرد دستگاه جوش ترانزيستوري و نمونه لامپي


مقایسه عملکرد دستگاه جوش ترانزیستوری و نمونه لامپی و نکاتی پیرامون بهره‌وری در خط تولید لوله و پروفیل

مقدمه

 با پیشرفت تکنولوژی و پیدایش قطعات نیمه هادی (ترانزیستور) شاهد کاربرد روز‌افزون این قطعات در کلیه سیستمهای الکترونیکی و صنعتی هستیم. این مقاله با ذکر چند خصوصیت مهم ترانزیستور علل کاربردی آن را در تولید و ساخت دستگاههای درز جوش القایی بیان نموده و بهره‌وری بدست آمده در این راستا را با ذکر اندازه گیریهای انجام شده در نمونه لامپی و ترانزیستوری ارائه می‌نماید.

اصول عملکرد دستگاههای درز جوش القایی فرکانس بالا

دستگاههای جوش به طور خلاصه وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را از شبکه برق سراسری (سه فاز)می‌گیرد و سپس آنرا تقویت نموده و در نهایت آن را بر روی لبه‌های ورق که توسط قرقره‌های جوش فرم داده شده (لوله درز دار) متمرکز می‌نماید تا دو لبه را ذوب نموده و بهم متصل بنماید.

عمل تبدیل انرژی به علت وجود خاصیت القاء مغناطیسی است. براساس این خاصیت هرگاه از یک سیم، جریان الکتریکی متغیر با زمان ایجاد نماییم در اطراف آن سیم میدان مغناطیسی متناسب با آن جریان ایجاد خواهد شد  وبالعکس هرگاه یک هادی در یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان قرار گیرد ، در داخل آن هادی جریان الکتریکی متناسب با میدان مغناطیسی اعمال شده ، ایجاد خواهد گردید .

که این اصل شالوده ساخت ترانسفورمرها برای ولتاژ یا جریان می‌باشد. با این توضیح، عمل انجام شده در یک سیستم جوش القایی را می‌توان به راحتی فهمید و آن اینکه در دستگاه جوش القایی یک جریان الکتریکی با فرکانس بالا توسط سیستم در داخل سیم پیچ القاگر یا اینداکتور ایجاد می‌گردد .

(اولیه) این جریان به علت ساختار مارپیچی اینداکتور ، باعث ایجاد میدان مغناطیسی متناظر در داخل فضای خالی داخل اینداکتور شده و به علت حضور لوله درز دار در داخل اینداکتور همانطوریکه در بالا ذکر شد، القاء مغناطیسی سبب عبور جریان القائی در لوله شده (ثانویه) و باعث گرم شدن و در نهایت ذوب شدن لبه ‌های ورق می‌گردد.

البته ایمیدر یا ذغال به عنوان هسته این ترانسفورمر ، وظیفه انتقال هر چه بهتر میدان مغناطیسی از اینداکتور به لوله را دارد . بطور خلاصه می‌توان گفت که دستگاه جوش مبدلی است که جریان برق سه فاز فرکانس HZ60/50 شبکه برق سراسری را به جریان بالا با فرکانس بالا که مناسب برای جوش لوله است ، تبدیل می‌نماید.

استفاده از ترانزیستور به جای لامپ

ترانزیستور که گاهی اوقات از آن به عنوان SOLID STATE نام برده می‌شود، در ساختار خود از نیمه هادی استفاده می‌کند. و به این علت ابعاد آن در مقایسه با لامپ بسیار کوچک است . این خاصیت سبب شده است که در اثر وسایل الکترونیکی مانند کامپیوترها ، شبکه های ارتباطی و مخابراتی و حتی وسایل برقی خانگی کاربردهای وسیعی پیدا نماید.

و به علت کاربرد فراگیر و روز افزون آن دارای قیمت خیلی پایین‌تری نسبت به لامپ می‌باشند.

بعنوان مثال در حال حاضر در رادیو و تلوزیون بجای لامپهای گرانقیمت از ترانزیستور استفاده شده هم از نظر حجم ، ابعاد آن کاهش یافته و هم قیمت پایین تری دارند.

تقریبا می‌توان گفت که در اغلب کاربرهایی که احتیاج به تولید فرکانس بالاتر شبکه برق باشد ترانزیستور کاملا جای لامپ را گرفته است با توجه به فرکانس کار مورد نیاز دو نوع ترانزیستورمورد استفاده قرار می‌گیرد یکی IGBT که در فرکانسهای زیر KHZ150 استفاده می‌شود ودیگری MOSFET که در فرکانسهای بالاتراز KHZ150 استفاده می‌شود.

در حال حضر عموما از IGBT برای کنترل دور موتورهای AC و همچنین ساخت دستگاههای عملیات حرارتی قطعات فولادی در فرکانسهای زیر KHZ150 استفاده می‌شود و کاربرد آن در ساخت سیستمهای جوش القایی بسیار نادر است.

از MOSFET که بطور وسیعی در ساخت و تولیدUPS های کامپیوتری استفاده می‌گردد در حال حاضربعنوان جایگزین مناسبی برای لامپ تریود نام برده می‌شود و در کلیه سیستمهای القایی بالاتر از KHZ150 که اغلب در دستگاههای درز جوش اتفاق می‌افتد ، از این عنصر استفاده می‌شود.

اصولا به علت بهبود کیفیت ساخت قطعات نیمه های با گذشت زمان و دارابودن ابعادی بسیار کوچکتر ، ساخت دستگاههابا کیفیت بهتر و حجم کمتر و هزینه تعمیر و نگهداری کمتر انجام شده و در نتیجه بکارگیری ماسفت به جای لامپ در حال افزایش می‌باشد.

معرفی کلاس C در جوش لامپی و کلاس D در جوش ترانزیستوری

دستگاه جوش لامپی اصولا در کلاسC عمل می‌نماید . در این نوع کلاس عنصر فعال که در اینجا لامپ می‌باشد، در کمتر از 180 درجه از پریود سیگنال ورودی روشن می‌باشد که در طی این مدت در ولتاژ بالای لامپ ، جریان آند وجود داشته و بدین علت در این بخش از پریود ،‌لامپ که دارای تلفات توان می‌باشد که اثر آن را می‌توان بصورت ایجاد گرماو حرارت در آن مشاهده نمود.

در این راستا ملاحظات خاصی جهت خنک نمودن لامپ و عدم امکان قطع شدن آب مقطر خنک کننده در طراحی این سیستم اجتناب ناپذیر است.

در دستگاه جوش ترانزیستوری از ترانزیستور به عنوان سوئیچ ایده آل استفاده شده که به این نحوه استفاده از ترانزیستور کلاس Dگفته می‌شود . همانطوریکه مستحضرید هرگاه از سوئیچ جریان الکتریکی عبور نماید ،‌ولتاژ دو سر آن برابر صفر است و هرگاه در دو سوئیچ ، ولتاژی قرار گیرد ، جریان عبور کننده صفر خواهد بود .

و لذا تلفات سوئیچ در همه حال(چه قطع و چه وصل)صفر است. ولی در عمل باید در نظر داشت که توان ناچیزی توسط ترانزیستور تلف می‌شود که بسیار کمتر از تلفات نمونه مشابه لامپی است در حالی که بهترین وضعیت استفاده از لامپ در طراحی سیستم انجام پذیرد راندمان آن بین 55 الی 65% خواهد بود .

ولی در مورد نمونه ترانزیستوری با رعایت اصول طراحی این راندمان می‌تواند تا 90% افزایش یابد مسئله دیگر در مورد نحوه تبدیل انرژی الکتریکی برق شبکه سراری به انرژی فرکانس بالا می‌باشد در سیستم لامپی انرژی الکتریکی ابتدا توسط ترانس( های ولتتاژ) به ولتاژ بالا تبدیل شده و پس از یکسو سازی جهت تغذیه آن لود لامپ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این ولتاژ بالا به رزناتور سیستم اعمال شده و در آنجا توسط مدار خروجی مدار تانک به ولتاژ پایین و جریان بالا تبدیل شده که جهت اعمال به اینداکتور مناسب است.

این مسئله در دستگاه جوش ترانزیستوری به گونه ای دیگر انجام می‌گرددبه این ترتیب که ولتاژ برق شبکه سراسری ابتدا توسط یکسو ساز به ولتاژDC تبدیل شده و سپس یک سلف خیلی بزرگ تبدیل به یک جریانDC می‌گردد.این جریان ثابت به ترانزیستورهای قدرت اعمال شده و مجددا یک جریان متناوب با فرکانس بالا ایجاد می‌گردد جریان ایجاد شده وارد مدار تانگ شده و سپس به اینداکتور خروجی منتقل می‌گردد.

اصطلاحا گفته می‌شود که در دستگاه جوش ترانزیستوری از سوئیچ جریان استفاده شده است.

مقایسه سیستمهای جوش لامپی و ترانزیستوری از جهات مختلف

با توجه به نکاتی که در بخش 3 ارائه گردید ، می‌توان مقایسه دو سیستم معرفی شده را از نقطه نظرهای گوناگوت به عمل آورد.

مصرف انرژی:

همانطوریکه در بخش 2 گفته شد دستگاه جوش ترانزیستوری در کلاس Dکار می‌نمایدو بنابر این دارای تلفات توان کمتر و در نتیجه راندمان یا بهره‌وری بیشتری نسبت به نمونه مشابه لامپی است لذا هزینه برق مصرفی کمتر است.

خطر وجود های-ولتاژ:

به دلیل استفاده از سوئیچ جریان اصولا در دستگاه جوش ترانزیستوری های-ولتاژ وجود دارد.و لذا هنگام کار یا تعمیرات خطر برق گرفته‌گی برای پرسنل کاهش یافته و هنگام طراحی یا مونتاژ تابلو نیز نیازی به رعایت استانداردهای مخصوص های-ولتاژ نیست.

حجم دستگاه:

به دلیل استفاده از ترانزیستور حجم دستگاه نسبت به نمونه لامپی کاهش یافته و لذا در شرایط محدودیت فضای کاری،‌می‌توان بعنوان گزینه مناسب انتخاب گردد.

کیفیت جوش:

در دستگاه جوش ترانزیستوری ماهیت بار تعیین کننده فرکانس کار دستگاه بوده و با تغیرات قطر لوله و ضخامت ورق همواره تطبیق سیستم حفظ شده و این مسئله هم به افزایش راندمان و هم به کنترل بهتر کیفیت جوش کمک می‌کند.در حالیکه در دستگاه لامپی فرکانس نوسانساز ثابت بوده و اصولا به دلیل وجود لامپ و های-ولتاژ کنترل توان خروجی مستلزم قرار دادن تجهیزات جانبی می‌باشد.

به این ترتیب برای مواردی که احتیاج به وله های صنعتی با استاندارد جوش بالا باشد ، استفاده از نوع ترانزیستوری ارجح است.

هزینه تعمیر و نگهداری:

کلیه قطعاتی که در دستگاه ج.وش ترانزیستوری مورد استفاده واقع می‌شود، دارای قیمت پایین بوده و در صورت معیوب شدن با هزینه های بسیار پایین تعویض می‌شود.و در نونه لامپی بهای لامپ تریود و خازنهای های-ولتاژ رزناتور بسیار بالا است.

استهلاک قطعات مصرفی:

بر اساس آمار موجود و اعلام سازندگان لامپهای خلاء ، اگر طراحی و استفتده از لامپ تریود با رعایت منحنی‌های مشخصه لامپ انجم گرفته باشد ،‌در بهترین حالت عمر یک لامپ می‌تواند بین 20000الی 30000 ساعت متغیر باشد .

ولی در شرایطی که نکات فوق رعایت نشود در کمتر از 3000ساعت باید یک لامپ را تعویض نمود که با توجه به گرانی قیمت آن کاملا غیر اقتصادی خواهد بود .در حالیکه برای ترانزیستورها عملا هیچ مدت معینی برای استفاده تعریف نشده است.

آسیب پذیری:

بعلت ماهیت سیستم جوش پروفیل و استفاده از مدار رزونانس موازی در آن ، احتمال وقوع ولتاژهای بالا در آن وجود دارد. چون در تمونه لامپی اصولا از های-ولتاژ برای تولید میدان مغناطیسی مورد نیاز استفاده شده ،‌لذا در صورت وقوع های-ولتاژ ناخواسته، عمر مفید لامپ در دراز مدت کاهش می‌یابد .

ولی در سیستمهای ترانزیستوری وقوع چنین مواردی اگر با سرعت زیاد اتفاق بیفتد ،‌مدارهای حفاظتی قادر به انجام عکس العمل سریع نبوده و امکان آسیب دیدن ترانزیستورها یا دیود‌های قدرت وجود دارد. ولی با پیشرفت تکنولوژی و اصلاحات اعمال شده در طراحی سیستمهای جدید این موارد تا حدود زیادی مرتفع گردیده است.

مقایسه عملکرد دستگاه جوش ترانزیستوری و نمونه لامپی

عملکرد دستگاه جوش ترانزیستوری و نمونه لامپی

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

    EnglishIran