Spawarka inwertorowa – prąd HF na wyjściu, brak topienia, uszkodzone diody prostownicze

Pytanie

Jaka może być przyczyna występowaniu na wyjściu spawarki prądu wysokiej częstotliwości. Czy uszkodzone diody mogą być przyczyną?
Spawarka zajarza łuk ale nie topi.

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Tak, uszkodzone lub odłączone diody prostownicze w głównym torze mocy to najczęstszy powód, dla którego na wyjściu spawarki pozostaje jedynie napięcie/prąd wysokiej częstotliwości (HF).
• Inne możliwe przyczyny to: przerwa w połączeniach mocy, przepalone bezpieczniki/stycznik, uszkodzone tranzystory falownika lub utrata pojemności filtrów wyjściowych.

Kluczowe punkty
• Jonizator HF działa poprawnie, więc łuk „iskrzy”, lecz brak jest ciągłego prądu spawania.
• Najpierw sprawdź prostownik wyjściowy (diody, przewody, ścieżki PCB), a dopiero potem układ sterowania.

Szczegółowa analiza problemu

1. Funkcja toru HF
   • W TIG/MMA jonizator (≈ 1-3 MHz, kilkanaście kV) służy tylko do zajarzenia łuku.
   • Po zapłonie sterownik odcina część HF, a materiał topi się prądem stałym rzędu dziesiątek-set amperów.
   • Jeżeli tor DC nie załącza się lub jest uszkodzony, na uchwycie pozostaje wyłącznie sygnał HF – łuk zapala się, ale nie ma energii do stapiania.

2. Rola i możliwe uszkodzenia prostownika
   • Każda zwarta lub przerwana dioda zakłóca przepływ prądu DC; typowo spowoduje:
   – brak/niewielkie napięcie jałowe (≤ 10 V DC) przy włączonej spawarce,
   – wyraźną obecność impulsów HF na oscyloskopie (dziesiątki-set woltów pp),
   – gwałtowane grzanie pozostałych diod lub transformatora.
   • Uszkodzenie diody zwykle ma postać zwarcia (zmniejsza napięcie) lub przerwy (brak prądu). Oba przypadki blokują tor mocy.

3. Inne usterki dające podobny efekt
   • Wypalone zaciski/luźne śruby na mostku prostowniczym.
   • Przerwa na dławiku lub wypalony przewód powrotny (masa).
   • Awaria przekaźnika/IGBT załączającego sekcję mocy (inwerter).
   • Spadek pojemności/ESR kondensatorów filtra – napięcie zapada się pod obciążeniem.

4. Diagnostyka krok po kroku
   a) Rozładuj kondensatory! (> 400 V w typowej spawarce inwertorowej).
   b) Pomiar omomierzem każdej diody w mostku (po odlutowaniu jednej nóżki):
   – przewodzenie tylko w kierunku „+” do „-”; w przeciwnym nieskończoność.
   c) Pomiar napięcia jałowego: ≈ 50-90 V DC (w zależności od konstrukcji). Jeśli widzisz tylko zmienny sygnał rzędu kilku V plus HF – prostownik nie działa.
   d) Oscyloskop: obecność pakietów HF bez składowej DC potwierdza brak toru mocy.
   e) Wizualna inspekcja laminatu, zacisków śrubowych i złącz „banan/Euro”.

Teoretyczne podstawy
• Składowa HF niesie niewielką energię, a efekt naskórkowości (skin-effect) ogranicza głębokość oddziaływania do mikrometrów – materiał nie topi się.
• Do stapiania potrzeba mocy P = U × I – w spawarce TIG/MMA typowo 100 A × 20 V ≈ 2 kW na jeziorko spawalnicze. HF zapewnia najwyżej pojedyncze waty.

Praktyczne zastosowania
• Wymuszona obecność HF (np. przy spawaniu aluminium AC TIG) ma ułatwiać jonizację, ale zawsze równolegle płynie prąd DC/AC spawania.

Aktualne informacje i trendy

• Fora serwisowe (elektroda.pl, WeldingWeb) podają, że w ~70 % przypadków „iskrzy, nie spawa” winne są diody mostka lub przepalone ścieżki pomiędzy mostkiem a wyjściem.
• W nowoczesnych inwerterach sekcję prostownika diodowego zastępuje układ synchroniczny z MOSFET/IGBT – objawy są identyczne, diagnostyka wymaga dodatkowo sprawdzenia tranzystorów i driverów.
• Producenci zaczynają stosować czujniki prądu kontrolujące stan diod; po wykryciu usterki spawarka wyłącza HF, aby zmniejszyć emisję zakłóceń EMC – trend ten pojawia się w modelach od 2023 r.

Wspierające wyjaśnienia i detale

Przykład: Spawarka inwertor 160 A

1. Transformator HF (2 kV) generuje serię impulsów ~ 1 µs.
2. Mostek MUR1560 600 V/15 A prostuje wtórne 55 V AC → 80 V DC.
3. Zwarcie jednej diody MUR1560 = spadek Uo do 5-10 V, HF przebija lukę powietrzną, łuk błyska, brak topienia.

Analogicznie w spawarce transformatorowej (MIG/MAG): diody BYT65-400 zwarta ⇒ drut się „klei”.

Aspekty etyczne i prawne

• Praca przy otwartej spawarce to narażenie na wysokie napięcia i promieniowanie HF > 1 kV – obowiązek wyłączenia, rozładowania kondensatorów i stosowania blokad źródeł energii (LOTO).
• Usterki HF mogą powodować zakłócenia radiowe (EMC); użytkownik odpowiada za ich ograniczenie wg Dyrektywy EMC 2014/30/UE.

Praktyczne wskazówki

1. Zawsze wymieniaj cały zestaw diód mostka, nie pojedyncze sztuki.
2. Sprawdź radiator i pastę termo­przewodzącą – przegrzanie jest częstą przyczyną awarii.
3. Po naprawie wykonaj:
   • pomiar Uo bez obciążenia,
   • test przy prostowniku obciążonym rezystorem 0,1 Ω (≈ 70-100 A przez 2 s),
   • próbę spawania przy min. 50 % prądu znamionowego.
4. Zweryfikuj ustawienia prądu HF – zbyt wysokie napięcie jonizatora niszczy nowe diody.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Bez schematu trudno wskazać konkretną wartość napięć; niektóre spawarki mają dwa równoległe mostki – awaria jednego daje połowę prądu, łuk zapala się, lecz szybko gaśnie.
• Jeśli diody są dobre, sprawdź przekaźnik zasilający transformator HF (czasem klei się odwrotnie – HF zostaje, DC nie wchodzi).

Sugestie dalszych badań

• Pomiary impedancji ESR kondensatorów wyjściowych > 100 kHz – wzrost ESR powoduje modulację HF.
• Analiza logów sterownika (jeśli to cyfrowy inwerter) – może wskazać kod błędu „no-output-current”.
• Zapoznanie się z normami EN 60974-10 (EMC spawarek) i EN 60974-1 (bezpieczeństwo).

Krótkie podsumowanie

Brak topienia przy widocznym zapłonie łuku oznacza, że działa wyłącznie układ HF. Najczęściej winny jest przerwany tor główny, głównie uszkodzone diody prostownicze, rzadziej przerwane połączenia lub uszkodzenia tranzystorów mocy. Szybka diagnostyka multimetrem i oscyloskopem pozwala zweryfikować diody, a ich wymiana przywraca prawidłowy prąd spawania.

Pytanie

Łuka się zajarza także przy odłączonym układzie HF. Diody nie wykazują zwarcia, lecz opór w kierunku zaporowym wynoszący ok 20k.

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Rezystancja zaporowa ≈ 20 kΩ jest co najmniej dziesięciokrotnie za niska dla sprawnych, szybkich diod prostowniczych stosowanych w wyjściu spawarki inwertorowej.
• Najbardziej prawdopodobną przyczyną niestabilnego łuku (zajarza się, ale nie topi) jest częściowa degradacja diod – tzw. upływność w kierunku zaporowym.
• Aby mieć pewność, diody należy wymierzyć po odłączeniu jednej z nóg lub całkowicie wymienić komplet.

Kluczowe punkty
• Zdrowa dioda: > 1 MΩ w kierunku zaporowym, spadek 0,4-0,8 V w kierunku przewodzenia.
• 20 kΩ oznacza prąd upływu rzędu miliamperów – wystarczający, aby „zabijać” napięcie prostowane pod obciążeniem.
• Łuk pojawia się dzięki napięciu jałowemu, ale brak prądu -> brak topienia.

Szczegółowa analiza problemu

1. Jak powstaje błąd

   • W stanie jałowym kondensatory filtrujące są naładowane do 60-90 VDC. Upływ 2-5 mA przez uszkodzone diody nie obniża znacząco napięcia, więc łuk można zainicjować nawet bez HF.
   • Po zajarzeniu łuku prąd rośnie do dziesiątek amperów. Diody, które powinny blokować połowę okresów AC, zaczynają wówczas przewodzić dwukierunkowo ⇨ spadek napięcia ⇨ łuk gaśnie lub świeci „na zimno”.

2. Skąd 20 kΩ?

   • Najczęściej: mikroprzebicie lub przegrzanie złącza (lokalne topnienie, tworzenie ścieżek przewodzących).
   • Rzadziej: rezystor wyrównujący napięcie podłączony równolegle do diody (sprawdzić PCB).
   • Pomiar „w układzie” może być zafałszowany przez rezystancję kondensatora RC-snubber lub brud/kanalik cyny; dlatego testujemy „na stole”.

3. Konsekwencje elektryczne
   [
   I{\text{leak}} = \frac{U{\text{R}}}{R{\text{rev}}}
   ]
   dla (U{\text{R}} = 80\; \text{V}) i (R{\text{rev}} = 20\; \text{k}\Omega) ⇒ (I{\text{leak}}\approx 4\; \text{mA}).
   4 mA to za mało, by zniszczyć diodę, ale wystarcza, by przy 40–100 kHz wywołać:

   • zwiększone straty → nagrzewanie,
   • rezonans LC z indukcyjnością rozproszenia → niekontrolowane oscylacje HF,
   • spadek U_dc pod obciążeniem.

4. Pomiary dynamiczne

   • Rezystor 1 Ω/100 W na wyjściu: zdrowy układ da ~60 A; tu zobaczysz poniżej 10 A.
   • Oscyloskop na wyjściu: tętnienia > 50 % i oscylacje 50-500 kHz wskazują na „dziurawe” prostowanie.

Aktualne informacje i trendy

• Współczesne inwertory przechodzą na diody SiC (Schottky 650 V, trr≈0 ns) lub pełne mostki MOSFET/IGBT z synchronicznym prostowaniem – ogranicza się w ten sposób ryzyko uszkodzeń spowodowanych powolnym odzyskiem diod krzemowych.
• Producenci zaczęli stosować czujniki temperatury przy diodach i logikę deratingu – po wykryciu 90 °C ograniczają PWM, aby uniknąć uszkodzenia.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dioda szybka (MUR, STTH) ma strukturę p+n-i-n+. Degradacja tworzy lokalny „pin-hole”, który zachowuje się jak rezystor ≈ kΩ→ dziesiątki kΩ.
• W spawarce TIG/MMA część energii jest dostarczana z kondensatorów filtrujących; jeśli prostownik „dziurawy”, kondensator rozładuje się w milisekundy – widzimy krótkie rozbłyski łuku.

Aspekty etyczne i prawne

• Praca przy kondensatorach > 400 VDC wymaga procedur LOTO i wyraźnego oznakowania stanowiska.
• Wymiana pojedynczych diod „byle działało” może stwarzać ryzyko porażenia i pożaru – zgodnie z normą PN-EN 60974-1 producent deklaruje określone parametry i testy typu; po naprawie trzeba przywrócić oryginalne parametry izolacji.

Praktyczne wskazówki

1. Diagnostyka
   1. Odłącz zasilanie, rozładuj kondensatory (rezystor 10 kΩ/5 W + miernik do 10 V).
   2. Odkręć radiator, wylutuj minimum jedną elektrodę każdej diody.
   3. Pomiar multimetrem (tryb diode):
      • (V_f) 0,4-0,8 V → OK; „OL” w kier. zaporowym → OK.
      • Inne wyniki → wymiana kompletu.
2. Dobór zamienników
   • (V{RRM} ≥ 2×U{\text{wtórne(pik)}}), (IF) średni ≥ 1,5×I max spawarki, (t{rr} ≤ 100 \text{ns}).
   • Przykłady: MUR1560, STTH30L06, SiC C3D10060A (lepsze).
3. Montaż
   • Nowa pasta termiczna, podkładki mikowe lub silikonowe, moment śruby wg karty (zwykle 1,2-1,5 Nm).
   • Sprawdź sprężyny dociskowe radiatora i czy wentylator daje > 2,5 m/s.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Jeśli po wymianie diod objaw pozostanie, sprawdź:
  • zwarcie częściowe dławika wyjściowego,
  • zwiększone ESR kondensatorów elektrolitycznych,
  • asymetrię wysterowania tranzystorów IGBT (składowa DC na transformatorze).
• 20 kΩ może wynikać z rezystorów balansujących (np. 47 kΩ), rzadko spotykanych w nowszych inwertorach – dlatego pomiar „w układzie” nie jest ostateczny.

Sugestie dalszych badań

• Zbudować prosty tracer I-V (zasilacz laboratoryjny + rezystor + oscyloskop XY) i porównać charakterystykę nowych vs starych diod.
• Rozważyć modernizację prostownika do SiC – mniejsza strata ≈ 1 V/diodę → wyższa sprawność i mniejsze grzanie.
• Przeprowadzić test termowizyjny całego toru mocy przy 100 A, żeby wykryć lokalne punkty gorące.

Krótkie podsumowanie

Rezystancja zaporowa 20 kΩ wskazuje na znaczny prąd upływu diod, co pod obciążeniem powoduje załamanie napięcia prostownika i brak energii do topienia metalu. Najpierw pomiar diod poza układem; w praktyce – wymiana kompletu na szybsze, o równych lub lepszych parametrach, z zachowaniem poprawnego montażu termicznego. Po naprawie sprawdzić łuk pod sztucznym obciążeniem i termicznie, aby wykluczyć dodatkowe uszkodzenia.