Các linh kiện cơ bản trong máy hàn điện tử

Máy hàn điện tử, đặc biệt là máy hàn Inverter, được cấu tạo từ nhiều nhóm linh kiện điện tử và linh kiện công suất. Mỗi linh kiện đảm nhiệm một chức năng riêng, từ chỉnh lưu nguồn điện, lọc điện, đóng cắt công suất, biến đổi điện áp, điều khiển dòng hàn cho đến bảo vệ máy.

1. IGBT

IGBT là một trong những linh kiện quan trọng nhất trong nhiều máy hàn Inverter hiện nay.

IGBT đảm nhiệm việc đóng và ngắt dòng điện ở tần số cao, giúp máy biến đổi năng lượng điện thành dạng phù hợp để đưa qua biến áp cao tần.

Một IGBT thường có ba chân:

• G, Gate
• C, Collector
• E, Emitter

Khi IGBT bị chập hoặc đánh thủng, máy hàn thường có thể gặp tình trạng:

• Nổ cầu chì
• Chập nguồn
• Không hoạt động
• Nổ linh kiện công suất
• Máy bật lên nhưng không có dòng hàn

Lưu ý: Không nên thay IGBT chỉ dựa vào mã linh kiện. Cần đối chiếu điện áp, dòng điện, đặc tính chuyển mạch và mạch điều khiển Gate.

2. MOSFET

MOSFET cũng là linh kiện bán dẫn công suất được sử dụng trong máy hàn điện tử.

MOSFET thường xuất hiện trong:

• Mạch nguồn xung
• Mạch công suất
• Mạch DC-DC
• Một số thiết kế Inverter

Một số mã MOSFET mà kỹ thuật viên có thể gặp gồm IRFP260N, IRFZ44N, 80N70...

Tuy nhiên, MOSFET và IGBT có đặc tính khác nhau, vì vậy không được mặc định rằng hai loại có thể thay thế trực tiếp.

3. Diode

Diode có mặt ở nhiều vị trí trong máy hàn.

Nhiệm vụ phổ biến gồm:

Chỉnh lưu AC → DC

hoặc

Chỉnh lưu điện áp cao tần → DC ở đầu ra.

Có thể gặp nhiều loại diode:

• Diode chỉnh lưu
• Diode nhanh
• Diode Schottky
• Diode Zener
• Diode công suất

Một số mã diode thông dụng trong các mạch điện tử như 1N4007, FR107, 1N5819, nhưng diode trong tầng công suất máy hàn thường yêu cầu thông số dòng và điện áp cao hơn nhiều.

4. Cầu diode

Cầu diode thường nằm ở khu vực đầu vào nguồn điện.

Nhiệm vụ chính là biến đổi:

AC → DC

Sau khi chỉnh lưu, điện áp DC tiếp tục được đưa đến hệ thống tụ lọc trước khi tới tầng nghịch lưu.

Cầu diode có thể bị hỏng khi:

• Máy bị quá dòng
• Có sự cố nguồn
• Tầng công suất bị chập
• Điện áp đầu vào bất thường

5. Tụ điện

Tụ điện là nhóm linh kiện xuất hiện rất phổ biến trong máy hàn điện tử.

Một trong những vị trí quan trọng nhất là tụ lọc bus DC.

Tụ có nhiệm vụ:

• Lọc điện áp
• Giảm độ gợn
• Tích trữ năng lượng
• Ổn định nguồn DC

Ví dụ, máy hàn sử dụng nguồn 220V AC sau chỉnh lưu có thể tạo ra điện áp DC khoảng 310V DC, tùy điện áp lưới và thiết kế mạch.

Ngoài tụ điện phân, máy hàn còn có thể sử dụng:

• Tụ film
• Tụ chống nhiễu
• Tụ snubber
• Tụ trong mạch nguồn phụ

6. Điện trở

Điện trở là linh kiện nhỏ nhưng có rất nhiều chức năng.

Trong máy hàn, điện trở có thể được sử dụng để:

• Hạn dòng
• Phân áp
• Xả tụ
• Điều khiển Gate
• Đo dòng
• Tạo tín hiệu hồi tiếp
• Bảo vệ mạch

Đặc biệt, điện trở công suất thường có kích thước lớn hơn điện trở thông thường và có khả năng chịu nhiệt cao.

7. IC điều khiển

IC có thể được xem như bộ phận xử lý và điều khiển của máy hàn.

Tùy thiết kế, máy có thể sử dụng nhiều loại IC khác nhau.

IC có thể đảm nhiệm:

• Tạo xung PWM
• Điều khiển IGBT/MOSFET
• Điều khiển nguồn phụ
• Khuếch đại tín hiệu
• Xử lý tín hiệu dòng điện
• Bảo vệ quá dòng
• Bảo vệ quá nhiệt

Một số dòng IC PWM phổ biến trong các mạch nguồn xung gồm UC3842, UC3843 và các họ IC tương đương.

8. Biến áp cao tần

Đây là linh kiện đặc trưng của máy hàn Inverter.

Khác với máy hàn biến áp truyền thống, biến áp cao tần có kích thước nhỏ hơn đáng kể.

Nó đảm nhiệm việc:

Truyền năng lượng cao tần + biến đổi điện áp/dòng điện.

Lõi biến áp thường sử dụng vật liệu ferrite.

Một số dạng lõi thường gặp:

• EE
• EER
• E
• ETD

Thông số biến áp phải phù hợp với:

• Tần số hoạt động
• Công suất
• Điện áp
• Dòng điện
• Số vòng dây
• Tiết diện dây

9. Cuộn cảm

Cuộn cảm đầu ra có nhiệm vụ làm phẳng dòng điện sau tầng chỉnh lưu.

Có thể hiểu đơn giản:

Biến áp + diode → dòng điện biến thiên

↓

Cuộn cảm → làm dòng ổn định hơn

↓

Đầu ra máy hàn

Cuộn cảm có ảnh hưởng đến đặc tính hồ quang và độ ổn định của dòng hàn.

10. Shunt đo dòng

Shunt là một điện trở có giá trị rất nhỏ được sử dụng để đo dòng điện.

Khi dòng điện chạy qua shunt sẽ tạo ra một điện áp nhỏ.

Mạch điều khiển đo điện áp này để suy ra dòng điện.

Có thể mô tả:

Dòng hàn → Shunt → tín hiệu điện áp → mạch điều khiển → điều chỉnh PWM

Đây là một phần quan trọng trong hệ thống hồi tiếp dòng điện.

11. Optocoupler

Optocoupler giúp truyền tín hiệu giữa hai phần mạch mà vẫn tạo cách ly điện.

Trong máy hàn, optocoupler có thể được sử dụng để:

• Truyền tín hiệu điều khiển
• Hồi tiếp điện áp
• Hồi tiếp dòng điện
• Cách ly mạch điều khiển với mạch công suất

Nếu optocoupler bị lỗi, máy có thể xuất hiện hiện tượng điều khiển không chính xác hoặc không hoạt động.

12. NTC

NTC thường được sử dụng để hạn chế dòng điện khởi động.

Khi máy vừa bật nguồn, tụ lọc cao áp cần nạp điện. Nếu không có biện pháp hạn dòng, dòng nạp ban đầu có thể rất lớn.

NTC giúp hạn chế dòng này.

Tuy nhiên, một số máy công suất lớn có thể sử dụng mạch soft-start bằng điện trở + relay thay vì chỉ sử dụng NTC.

13. MOV

MOV là linh kiện bảo vệ chống xung điện áp quá cao.

Nó thường được đặt ở khu vực đầu vào nguồn.

Khi xuất hiện xung điện áp bất thường, MOV có thể dẫn điện mạnh để hạn chế điện áp tăng quá mức, từ đó bảo vệ các linh kiện phía sau.

14. Relay

Relay có thể xuất hiện trong:

• Mạch soft-start
• Điều khiển nguồn
• Điều khiển quạt
• Mạch bảo vệ
• Các mạch chuyển đổi khác

Trong mạch soft-start, relay có thể được dùng để bypass điện trở hạn dòng sau khi tụ bus DC đã được nạp đến mức phù hợp.

15. Cảm biến nhiệt

Máy hàn công suất lớn thường có hệ thống giám sát nhiệt độ.

Cảm biến nhiệt có thể được gắn trên:

• Tản nhiệt IGBT
• Tản nhiệt diode
• Biến áp
• Các khu vực công suất

Khi nhiệt độ vượt giới hạn, mạch điều khiển có thể:

Giảm công suất → dừng tầng công suất → báo lỗi → chờ máy nguội.

16. Quạt làm mát

Quạt có nhiệm vụ đưa không khí qua hệ thống tản nhiệt.

Luồng khí thường đi qua:

Quạt → tản nhiệt IGBT/MOSFET → diode → biến áp → thoát khí

Nếu quạt bị:

• Kẹt
• Cháy
• Giảm tốc độ
• Bám bụi quá nhiều

thì nhiệt độ bên trong máy có thể tăng nhanh.

17. Nhôm tản nhiệt

IGBT, MOSFET và diode công suất thường cần được gắn lên nhôm tản nhiệt.

Tản nhiệt giúp truyền nhiệt từ linh kiện ra môi trường.

Một số máy còn sử dụng:

• Keo tản nhiệt
• Pad cách điện
• Miếng cách điện
• Vít cố định
• Ống lót cách điện

Khi sửa máy, cần chú ý cách điện giữa linh kiện công suất và tản nhiệt. Không phải linh kiện nào cũng có thể bắt trực tiếp vào nhôm mà không cần lớp cách điện.

18. Bo mạch điều khiển

Đây là nơi tập trung rất nhiều linh kiện nhỏ.

Trên bo điều khiển có thể có:

IC + điện trở + tụ + diode + optocoupler + transistor + biến trở + đầu nối.

Bo điều khiển chịu trách nhiệm xử lý các tín hiệu:

• Dòng hàn
• Điện áp
• Nhiệt độ
• Tín hiệu điều chỉnh dòng
• Tín hiệu bảo vệ

Sau đó tạo tín hiệu điều khiển cho tầng công suất.

19. Biến trở

Biến trở thường được sử dụng để điều chỉnh:

• Dòng hàn
• Điện áp
• Độ nhạy
• Một số thông số mạch

Ở máy hàn que, núm chỉnh dòng thường liên kết với biến trở hoặc encoder, tùy thiết kế.

20. Sơ đồ các linh kiện cơ bản trong máy hàn Inverter

Có thể hình dung đơn giản như sau:

          NGUỒN AC 220V/380V
                  │
                  ▼
          ┌──────────────┐
          │ Cầu chỉnh lưu│
          └──────┬───────┘
                 │
                 ▼
          ┌──────────────┐
          │  Tụ lọc DC   │
          └──────┬───────┘
                 │
                 ▼
          ┌──────────────┐
          │ IGBT/MOSFET  │
          └──────┬───────┘
                 │
                 ▼
          ┌──────────────┐
          │ Biến áp cao  │
          │     tần      │
          └──────┬───────┘
                 │
                 ▼
          ┌──────────────┐
          │ Diode công   │
          │    suất      │
          └──────┬───────┘
                 │
                 ▼
          ┌──────────────┐
          │ Cuộn cảm +   │
          │ tụ lọc       │
          └──────┬───────┘
                 │
                 ▼
             ĐẦU RA HÀN

Song song với tầng công suất là hệ thống:

IC điều khiển → Driver → IGBT/MOSFET → Shunt → hồi tiếp → IC điều khiển.

Đây chính là vòng điều khiển giúp máy duy trì dòng hàn theo giá trị cài đặt.

21. Bảng tổng hợp linh kiện cơ bản

Kết luận

Nếu chia theo chức năng, các linh kiện cơ bản trong máy hàn điện tử có thể gom thành 5 khối lớn:

1. Khối nguồn: cầu diode, tụ lọc, NTC, MOV, relay.

2. Khối công suất: IGBT/MOSFET, diode công suất, biến áp cao tần.

3. Khối đầu ra: diode, cuộn cảm, tụ lọc, shunt.

4. Khối điều khiển: IC PWM, driver, optocoupler, điện trở, tụ, biến trở.

5. Khối bảo vệ và làm mát: cảm biến nhiệt, quạt, tản nhiệt, cầu chì.

MUA Ở ĐÂY : https://www.muabanngay.com/stores/linhkienhancat