تفاوت اینورتر جوشکاری ماسفت با IGBT یکی از موضوعات مهم برای علاقه‌مندان و متخصصان حوزه جوشکاری است. به خصوص برای کسانیکه برای خرید اینورتر جوشکاری تردید داشته یا اطلاعات لازم را ندارد تا بهترین خرید را برای کارگاه یا پروژه های خود داشته باشد .
این دو تکنولوژی در ساخت اینورترهای جوشکاری کاربرد گسترده‌ای دارند و هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در این مطلب، به بررسی دقیق تفاوت‌های این دو تکنولوژی می‌پردازیم تا بتوانید با آگاهی کامل، بهترین انتخاب را برای نیازهای خود داشته باشید.
اینورترهای جوشکاری ماسفت (MOSFET) از ترانزیستورهای اثر میدانی نیمه‌هادی (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) برای کنترل جریان و ولتاژ در فرآیند جوشکاری استفاده می‌کنند. این نوع اینورترها به دلیل سرعت سوئیچینگ بالا و بازده خوب، در جوشکاری‌های سبک تا متوسط کاربرد گسترده‌ای دارند.
1. ترانزیستورهای ماسفت: قطعات اصلی که وظیفه کنترل جریان و ولتاژ را بر عهده دارند.
2. مدار کنترلر (Controller): وظیفه مدیریت فرکانس و زمان سوئیچینگ ترانزیستورها را دارد.
3. ترانسفورماتور: برای تبدیل ولتاژ و جریان به سطح مناسب جوشکاری استفاده می‌شود.
4. خازن‌ها و سلف‌ها: برای فیلتر کردن نویز و تثبیت جریان و ولتاژ در مدار.
5. دیودها: برای هدایت جریان در جهت مناسب و جلوگیری از برگشت جریان.
6. رگولاتور ولتاژ: برای تنظیم ولتاژ خروجی و محافظت از مدار.
7. مدار حفاظتی: شامل فیوزها و سنسورها برای محافظت از دستگاه در برابر اضافه بار یا اتصال کوتاه.
اینورترهای جوشکاری IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) از ترانزیستورهای دو قطبی با گیت عایق‌شده استفاده می‌کنند. این تکنولوژی ترکیبی از مزایای ترانزیستورهای دو قطبی (توان بالا) و ترانزیستورهای اثر میدانی (سرعت سوئیچینگ بالا) است. اینورترهای IGBT برای جوشکاری‌های سنگین و صنعتی مناسب‌تر هستند.
1. ترانزیستورهای IGBT: قطعات اصلی که وظیفه کنترل جریان و ولتاژ را بر عهده دارند و برای کاربردهای با توان بالا طراحی شده‌اند.
2. مدار درایور IGBT: برای کنترل دقیق گیت ترانزیستورهای IGBT و اطمینان از سوئیچینگ بهینه.
3. ترانسفورماتور: برای تبدیل ولتاژ و جریان به سطح مناسب جوشکاری.
4. خازن‌ها و سلف‌ها: برای فیلتر کردن نویز و تثبیت جریان و ولتاژ در مدار.
5. دیودهای بازیابی سریع (Fast Recovery Diodes): برای هدایت جریان در جهت مناسب و جلوگیری از برگشت جریان.
6. رگولاتور ولتاژ: برای تنظیم ولتاژ خروجی و محافظت از مدار.
7. مدار حفاظتی: شامل فیوزها، سنسورهای دما و جریان برای محافظت از دستگاه در برابر اضافه بار یا اتصال کوتاه.
دستگاه‌های مبتنی بر اینورتر مزایای زیادی نسبت به دستگاه‌های سنتی دارند:
۱.وزن و اندازه:
این بزرگ‌ترین مزیت دستگاه‌های جوش اینورتر است. مثلاً یک دستگاه اینورتر با وزن کمتر از ۵ کیلوگرم، کوچکتر از یک چمدان و قابل حمل روی شانه، می‌تواند توان خروجی مشابه یک دستگاه ترانسفورماتوری ۵۰ کیلوگرمی داشته باشد.
۲.بازدهی:
دستگاه‌های اینورتر با کیفیت، مانند سری Weldforce، بازدهی حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد دارند، در حالی که دستگاه‌های سنتی بازدهی حدود ۵۰ درصد دارند. دلیل این موضوع مقاومت بیشتر ترانسفورماتورهای بزرگ در دستگاه‌های سنتی است که باعث اتلاف انرژی به صورت گرما می‌شود.
۳.استفاده از ژنراتور:
دستگاه‌های اینورتر به دلیل بازدهی بالا، برای استفاده با ژنراتورهای کوچک و قابل حمل مناسب‌تر هستند—چیزی که اغلب با دستگاه‌های سنتی ممکن نیست. البته استفاده از ژنراتور خطراتی هم دارد.
۴.چرخه کاری:
دستگاه‌های اینورتر معمولاً چرخه کاری بالاتری دارند، چون ترانسفورماتور کوچک‌تری دارند. قطعات کوچکتر در دستگاه‌های اینورتر سریع‌تر گرم می‌شوند، اما خنک‌سازی آن‌ها نیز سریع‌تر و آسان‌تر است. در دستگاه‌های سنتی، قطعات بزرگ‌تر گرما را بیشتر نگه می‌دارند و دیرتر خنک می‌شوند.
۵.خروجی DC:
بسیاری از دستگاه‌های جوش سنتی فقط خروجی AC دارند، که استفاده از برخی الکترودها را محدود می‌کند. اما دستگاه‌های اینورتر به راحتی جریان را به DC تبدیل می‌کنند و می‌توانند با انواع الکترودها کار کنند. برخی دستگاه‌های اینورتر حتی برای جوشکاری TIG با جریان DC نیز مناسب هستند، چیزی که با دستگاه‌های AC سنتی ممکن نیست.
نوع دستگاه:
– IGBT: ترکیبی از ویژگی‌های MOSFET و ترانزیستور دو قطبی است. دارای گیت کنترل‌شده با ولتاژ (مانند MOSFET) و قابلیت حمل جریان بالا (مانند ترانزیستور دو قطبی) است.
– MOSFET: یک ترانزیستور کنترل‌شده با ولتاژ است که با اعمال ولتاژ به گیت، جریان بین ترمینال‌های سورس و درین را کنترل می‌کند.
رنج ولتاژ:
– IGBT: معمولاً برای کاربردهای با ولتاژ بالا (صدها تا هزاران ولت) مناسب است.
– MOSFET: بیشتر در کاربردهای با ولتاژ پایین تا متوسط (ده‌ها تا صدها ولت) استفاده می‌شود.
قابلیت تحمل جریان:
– IGBT: برای کاربردهای با جریان بالا مناسب است و قابلیت کنترل ولتاژ MOSFET را با توانایی حمل جریان ترانزیستور دو قطبی ترکیب می‌کند.
– MOSFET: معمولاً برای جریان‌های پایین تا متوسط استفاده می‌شود.
سرعت سوئیچینگ:
– IGBT: سرعت سوئیچینگ کمتری نسبت به MOSFET دارد و برای کاربردهایی مناسب است که سرعت سوئیچینگ اولویت اصلی نیست.
– MOSFET: سرعت سوئیچینگ بالاتری دارد و برای کاربردهای با فرکانس بالا مناسب است.
بازدهی:
– IGBT: تلفات هدایت کمتری در ولتاژ و جریان بالا دارد و برای کاربردهای توان بالا مانند درایوهای موتور و اینورترها مناسب است.
– MOSFET: در ولتاژ و جریان پایین بازدهی بیشتری دارد و در کاربردهایی مانند منبع تغذیه و تقویت‌کننده‌ها که نیاز به سوئیچینگ سریع و بازدهی بالا است، استفاده می‌شود.
کاربردها:
– IGBT: معمولاً در کاربردهای توان بالا مانند درایوهای موتور، اینورترهای قدرت و سیستم‌های گرمایش القایی استفاده می‌شود.
– MOSFET: در کاربردهایی که نیاز به سوئیچینگ سریع و بازدهی در سطوح توان پایین‌تر است، مانند رگولاتورهای ولتاژ و مدارهای سوئیچینگ الکترونیکی، به‌طور گسترده استفاده می‌شود.
نیازمندی‌های درایو گیت:
– IGBT: برای روشن‌شدن نیاز به ولتاژ مثبت روی گیت نسبت به امیتر دارد، اما خاموش‌شدن آن با کاهش ولتاژ گیت کنترل می‌شود.
– MOSFET: برای روشن و خاموش‌شدن نیاز به ولتاژ مثبت روی گیت نسبت به سورس دارد.
انتخاب بین IGBT و MOSFET:
انتخاب بین این دو دستگاه به نیازهای خاص کاربرد بستگی دارد، از جمله سطح ولتاژ و جریان، فرکانس سوئیچینگ و ملاحظات بازدهی. هر دستگاه مزایای خود را دارد و برای انواع مختلف مدارها و سیستم‌های الکترونیکی مناسب‌تر است.
– اینورترهای جوشکاری MOSFET:
– مناسب برای جوشکاری سبک تا متوسط با توان پایین تا متوسط.
– مزایا:
– سوئیچینگ سریع که باعث بهبود بازدهی و کنترل بهتر جریان جوش می‌شود.
– مناسب برای کاربردهای فرکانس بالا و جوشکاری دقیق.
– معایب:
– تحمل جریان و ولتاژ محدود، بنابراین برای جوشکاری‌های سنگین و صنعتی مناسب نیست.
– اینورترهای جوشکاری IGBT:
– مناسب برای جوشکاری سنگین و صنعتی با توان بالا.
– مزایا:
– تحمل جریان و ولتاژ بالا که آن را برای جوشکاری‌های سنگین ایده‌آل می‌کند.
– تلفات هدایت کم در توان‌های بالا، که باعث افزایش بازدهی می‌شود.
– معایب:
– سرعت سوئیچینگ پایین‌تر نسبت به MOSFET، اما برای جوشکاری‌های صنعتی این موضوع معمولاً مشکلی ایجاد نمی‌کند.
نتیجه:
– اگر نیاز به جوشکاری سبک تا متوسط با کنترل دقیق و فرکانس بالا دارید، از اینورترهای MOSFET استفاده کنید.
– اگر نیاز به جوشکاری سنگین و صنعتی با توان بالا دارید، اینورترهای IGBT گزینه بهتری هستند.
| ویژگی / مشخصه | اینورتر MOSFET | اینورتر IGBT |
|---|---|---|
| تکنولوژی ساخت | نسل قدیمی‌تر ترانزیستور، معمولاً از چندین ماسفت موازی برای رسیدن به جریان بالا استفاده می‌شود. این ساختار می‌تواند پیچیدگی مدار را افزایش دهد اما هزینه اولیه قطعات ممکن است کمتر باشد. | نسل جدیدتر و پیشرفته‌تر ترانزیستور، یک یا چند ماژول IGBT می‌تواند جایگزین تعداد زیادی ماسفت شود. این تکنولوژی امکان دستیابی به توان‌های بالاتر با قطعات کمتر را فراهم می‌کند. |
| فرکانس سوئیچینگ | معمولاً بالاتر است (می‌تواند تا ۱۰۰ کیلوهرتز یا بیشتر هم برسد). فرکانس بالا می‌تواند منجر به قوس پایدارتر در برخی کاربردهای خاص شود اما تلفات سوئیچینگ را افزایش داده و نیاز به مدیریت حرارتی دقیق‌تری دارد. | معمولاً پایین‌تر است (حدود ۲۰ تا ۵۰ کیلوهرتز). این فرکانس برای جوشکاری کاملاً مناسب و بهینه است و باعث کاهش تلفات سوئیچینگ و افزایش راندمان کلی دستگاه، به خصوص در توان‌های بالا می‌شود. |
| توان و جریان خروجی | بیشتر برای دستگاه‌های با آمپر پایین‌تر و متوسط (معمولاً تا حدود ۲۵۰ آمپر) و مصارف خانگی یا کارگاهی سبک استفاده می‌شود. افزایش توان نیازمند موازی کردن تعداد زیادی ماسفت است که پیچیدگی و حجم را بالا می‌برد. | قابلیت ارائه توان و جریان بسیار بالاتر را دارد و به راحتی می‌تواند جریان‌های بالا (حتی تا ۱۰۰۰ آمپر یا بیشتر) را برای کاربردهای صنعتی سنگین فراهم کند. ساختار IGBT برای توان‌های بالا بهینه‌تر است. |
| راندمان (بهره‌وری) | راندمان خوبی دارد، اما ممکن است در جریان‌های بالا به دلیل مقاومت داخلی بالاتر و تلفات هدایتی بیشتر، راندمان کمی نسبت به IGBT کاهش یابد. تلفات سوئیچینگ نیز در فرکانس بالا قابل توجه است. | راندمان بسیار بالایی دارد، به خصوص در جریان‌ها و توان‌های بالا، به دلیل تلفات هدایتی (افت ولتاژ) کمتر در حالت روشن. این منجر به تولید حرارت کمتر و بهره‌وری انرژی بهتر می‌شود. |
| تحمل ولتاژ و جریان پیک | نسبتاً به نوسانات ولتاژ و جریان‌های ناگهانی (پیک) حساس‌تر هستند و مدارات حفاظتی بیشتری برای جلوگیری از آسیب‌دیدگی نیاز دارند. احتمال خرابی در شرایط کاری سخت بیشتر است. | مقاومت و تحمل بسیار بهتری در برابر ولتاژ بالا، جریان‌های هجومی و اتصال کوتاه دارند. این ویژگی باعث پایداری و طول عمر بیشتر دستگاه در شرایط سخت کاری و صنعتی می‌شود. |
| اندازه و وزن | برای یک توان مشخص، به دلیل نیاز به تعداد بیشتر قطعات قدرت و هیت‌سینک (خنک‌کننده) بزرگ‌تر برای دفع حرارت ناشی از تلفات، ممکن است کمی حجیم‌تر و سنگین‌تر باشند. | به دلیل چگالی توان بالاتر IGBT و نیاز به تعداد کمتر قطعات قدرت و مدیریت حرارتی بهینه‌تر، معمولاً دستگاه‌های مبتنی بر IGBT برای توان مشابه، فشرده‌تر و سبک‌تر هستند. |
| پیچیدگی مدار و تعمیرات | مدار درایور (راه‌انداز) گیت ماسفت‌ها ساده‌تر است، اما به دلیل تعداد زیاد قطعات موازی، عیب‌یابی و تعمیر ممکن است زمان‌بر و پیچیده‌تر باشد (نیاز به تست تک تک ماسفت‌ها). | مدار درایور IGBT پیچیده‌تر و حساس‌تر است، اما به دلیل ساختار یکپارچه‌تر بخش قدرت (اغلب به صورت ماژول)، تشخیص عیب و تعویض قطعه معیوب (ماژول IGBT) می‌تواند سریع‌تر و ساده‌تر باشد. |
| قیمت | معمولاً هزینه ساخت پایین‌تری دارند و دستگاه‌های مبتنی بر ماسفت، به خصوص در مدل‌های کم‌توان و خانگی، ارزان‌تر هستند. | هزینه قطعات IGBT و مدارات درایور مربوطه بالاتر است و دستگاه‌های مبتنی بر آن، به ویژه مدل‌های صنعتی و پرقدرت، قیمت بالاتری دارند. |
| جمع‌بندی: کدام اینورتر برای چه کسی مناسب است؟ | ||
|
اینورترهای MOSFET: این دستگاه‌ها گزینه‌ای اقتصادی و مناسب برای کاربران خانگی، علاقه‌مندان به جوشکاری (DIY)، کارگاه‌های کوچک و کارهای سبک تا متوسط هستند که نیاز به دستگاهی با قیمت مناسب‌تر دارند و معمولاً با جریان‌های پایین‌تر کار می‌کنند. اگر بودجه محدودتری دارید و کارهای سنگین و مداوم صنعتی انجام نمی‌دهید، اینورتر ماسفت می‌تواند انتخاب خوبی باشد. اینورترهای IGBT: این دستگاه‌ها برای جوشکاران حرفه‌ای، کارگاه‌های بزرگ، صنایع، کارخانجات و کاربردهایی که نیاز به توان بالا، کار مداوم، قابلیت اطمینان و دوام بالا در شرایط سخت دارند، ایده‌آل هستند. اگر به دنبال بالاترین راندمان، پایداری قوس عالی، تحمل بالا در برابر نوسانات و انجام پروژه‌های سنگین هستید، سرمایه‌گذاری روی یک اینورتر IGBT ارزشمند خواهد بود. |
||
– الکترود 6010:
– نیاز به جریان بالا و کنترل دقیق برای جوشکاری در موقعیت‌های سخت (مانند جوشکاری عمودی یا سقفی).
– اینورترهای IGBT بهتر هستند، زیرا توانایی تحمل جریان بالا و ارائه کنترل پایدار را دارند.
– الکترود 6013:
– برای جوشکاری عمومی با جریان متوسط و نیاز به کنترل نسبتاً خوب استفاده می‌شود.
– هم اینورترهای MOSFET و هم IGBT می‌توانند مناسب باشند، اما اگر جوشکاری سبک‌تر و با فرکانس بالاتر مد نظر است، MOSFET گزینه بهتری است.
– الکترود 7018:
– نیاز به جریان بالا و پایداری خوب برای جوشکاری‌های سنگین و صنعتی.
– اینورترهای IGBT بهترین گزینه هستند، زیرا توانایی تحمل جریان بالا و ارائه پایداری لازم را دارند.
نتیجه نهایی :
– برای الکترود 6010 و 7018 که نیاز به جریان بالا و پایداری دارند، اینورترهای IGBT مناسب‌تر هستند.
– برای الکترود 6013 در کاربردهای سبک‌تر، اینورترهای MOSFET نیز می‌توانند گزینه مناسبی باشند.
۱. SMAW (جوشکاری قوس الکترود دستی):
– نیاز به جریان پایدار و توان متوسط تا بالا دارد.
– اینورترهای IGBT بهتر هستند، زیرا توانایی تحمل جریان بالا و ارائه پایداری لازم را دارند.
– اینورترهای MOSFET نیز می‌توانند برای جوشکاری سبک‌تر با الکترودهای کوچکتر استفاده شوند، اما برای جوشکاری‌های سنگین‌تر، IGBT گزینه بهتری است.
۲. GTAW (جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ یا اصطلاحا جوشکاری آرگون و تیگ ):
– نیاز به کنترل دقیق جریان و پایداری بالا دارد، به ویژه برای جوشکاری مواد نازک و حساس.
– اینورترهای MOSFET مناسب‌تر هستند، زیرا سرعت سوئیچینگ بالا و کنترل دقیق‌تری ارائه می‌دهند.
– برای کاربردهای سنگین‌تر یا جوشکاری با جریان بالا، اینورترهای IGBT نیز می‌توانند استفاده شوند.
۳. GMAW (جوشکاری قوس فلزی با گاز محافظ یا اصطلاحا جوشکاری CO2 ،MIG , MAG ):
– نیاز به جریان بالا و پایداری خوب برای جوشکاری سریع و مداوم دارد.
– اینورترهای IGBT گزینه بهتری هستند، زیرا توانایی تحمل جریان بالا و ارائه پایداری لازم را دارند.
– اینورترهای MOSFET ممکن است برای کاربردهای سبک‌تر یا با فرکانس سوئیچینگ بالا مناسب باشند، اما برای جوشکاری‌های صنعتی، IGBT ترجیح داده می‌شود.
نتیجه:
– SMAW: اینورترهای IGBT برای جوشکاری‌های سنگین و MOSFET برای جوشکاری‌های سبک‌تر.
– GTAW: اینورترهای MOSFET برای کنترل دقیق و جوشکاری مواد نازک، و IGBT برای کاربردهای سنگین‌تر.
– GMAW: اینورترهای IGBT برای جوشکاری سریع و صنعتی
