Hitsausvirtalähteet ja niissä käytettävät tehoelektroniikkakomponentit

Abstract

Hitsausvirtalähde on hitsauskoneen tehonlähde. Kaarihitsauksessa hitsausvirtalähteellä syötetään sähkötehoa hitsausvalokaareen siten, että valokaari pysyy mahdollisimman tasaisena. Hitsausvirtalähteet perustuvat virranmuunto-operaatioihin, joissa sisääntulovirtaa muokataan erilaisilla muuntimilla, jotta saadaan halutunlainen ulostulovirta. Mittausdataan perustuvat säätöalgoritmit ovat olennainen osa tasaisen hitsausvalokaaren saavuttamista, ja hitsausvirtalähteet sisältävät usein ulostulojännitteen ja -virran mittauksia. Säätö toteutetaan vertaamalla käyttäjän asettamaa ohjearvoa mitattuun dataan. Vaikka virtalähteiden perusteoriat ovatkin pysyneet samoina vuosikymmeniä, ovat modernit tehoelektroniikkakomponentit mahdollistaneet virtalähteiden ominaisuuksien paranemisen. Tämä kandidaatintyö on kirjallisuusselvitys kaarihitsausvirtalähteiden toiminnasta sekä niissä käytettävistä tehoelektroniikkakomponenteista. Työssä tarkastellaan kaarihitsausvirtalähteiden rakennetta, toimintaa sekä niiden sovelluskohteita. Työssä perehdytään hitsausvirtalähteiden peruskomponentteihin, erilaisten tehonlähdetyyppien ominaiskäyriin sekä erilaisiin virranmuunto-operaatioihin. Työn tarkoituksena on tarkastella ja esitellä erilaisia kaarihitsausvirtalähdetyyppejä sekä niiden soveltuvuutta eri hitsausprosesseille. Työssä esitellään käytetyimmät kaarihitsausprosessit sekä tarkastellaan lyhyesti niiden laitteistoa ja toimintaa. Kaarihitsausprosesseja on useita ja jokaisella prosessilla on omanlaisensa hitsausvirtalähde. Työn perusteella tehoelektroniikan kehitys on parantanut hitsausvirtalähteiden hyötysuhdetta, muokannut laitteita pienemmiksi ja kevyemmiksi sekä tehnyt laitteista monikäyttöisempiä. Modernit hitsausvirtalähteet vaativat tarkkaa ja huolellista säätötekniikkaa, jonka vuoksi säätöalgoritmit ovat monimutkaisia. Monimutkaiset säätöalgoritmit kuitenkin mahdollistavat laajat virta-alueet, häviöiden pienenemiset sekä käyttäjää avustavat järjestelmät hitsausvirtalähteissä. Tulevaisuudessa hitsausrobottien kehitys jatkuu ja tekoäly, konenäkö sekä esineiden internet tulevat olemaan suuressa roolissa hitsausprosessien sekä virtalähteiden kehityksessä. Esimerkiksi esineiden internet mahdollistaa paremmin robottien keskinäisen kommunikoinnin ja konenäkö mahdollistaa antureiden ja kameroiden lisäämisen laadun varmistusta varten.