Безкоштовна технічна бібліотека

Інверторне джерело зварювального струму. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / зварювальне обладнання

Коментарі до статті

Для проведення зварювальних, ливарних, гальванічних та інших робіт потрібне потужне спеціалізоване джерело напруги або струму (іноді спеціальної форми). При аналізі пристрою таких джерел було відмічено, що функціональні схеми практично збігаються. У пропонованій статті наведено приклад реалізації перетворювача напруги мостового типу на базі універсального мікроконтролерного модуля управління. Цей перетворювач придатний не тільки для використання в інверторних джерелах зварювального струму, але й у системах індукційного нагріву, джерелах безперебійного живлення радіоелектронної апаратури, джерелах струму для гальваніки, частотних перетворювачах, джерелах живлення ультразвукових генераторів.

Пропонований інверторний джерело зварювального струму живиться від мережі змінної напруги 170...240 і розрахований на струм навантаження до 150 А протягом 70% робочого часу. Основна відмінність цього джерела від класичних - відсутність окремого вузла зарядки накопичувального конденсатора, а також можливість пристосування до вирішення різних завдань без зміни схеми блоку управління, а лише заміною програми мікроконтролера.

Функціонально джерело зварювального струму складається з джерела живлення вузлів, що входять до його складу, триністорного керованого випрямляча, високочастотного мостового інвертора на IGBT з оптоізольованими вузлами управління і зовнішнього зварювального блоку. Принципова схема перелічених блоків зображено на рис. 1. Випрямлячем та інвертором управляє, а також контролює їх роботу мікроконтролерний блок контролю та управління, схема якого показана на рис. 2. Нумерація елементів цих схемах - наскрізна.

Мал. 1. Принципова схема зовнішнього зварювального блоку (натисніть , щоб збільшити)

Рис. 2. Схема мікроконтролерного блоку контролю та управління

При замкнутих контактах автоматичного вимикача SA1 змінна напруга мережі надходить на діодний міст, що складається з діодів VD1, VD5 і діодів основного силового випрямляча VD11, VD12. Випрямлений струм заряджає до амплітуди напруги мережі конденсатор C4. Терморезистор RK1 JNR10S470L обмежує струм заряджання.

Через резистори R1, R2, R5 і R6 напруга з конденсатора C4 надходить у ланцюг живлення контролера перетворювача напруги DA1 ТОР233Р.

З моменту старту до наростання напруги на конденсаторі C10 до 5 мікросхема DA1 працює в автогенераторному режимі. Коли ця напруга досягнута, відкривається вихідний ланцюг паралельного інтегрального стабілізатора DA2 TL431ALP, що викликає протікання струму через резистор R9 і діод випромінювання оптрона U1. Фототранзистор цього оптрона, що відкрився, замикає ланцюг управління мікросхеми DA1, забезпечуючи закривання її вихідного ключа і припинення накопичення енергії в магнітопроводі імпульсного трансформатора T1. Поки цей ключ закритий, накопичена енергія через вторинні обмотки трансформатора надходить у їх навантаження. На всіх вторинних обмотках діють гальванічно розв'язані між собою і від мережі напруги. Більш детально з роботою зворотноходового перетворювача напруги на мікросхемі ТОР233Р можна ознайомитись у документі "TOP232-234 Fashion Design Flexible, EcoSmart®, Integrated Off-line Switcher", pdf.datasheetbank.com/pdf/ Power-Integrations663 PDF.

Блок керування та контролю виконаний на мікроконтролері DD1 ATmega48-20AU. Ланцюг C34R59 затримує запуск мікроконтролера до встановлення стабільного рівня напруги живлення. Після закінчення імпульсу, що формується цим ланцюгом, починає працювати з частотою 8 МГц внутрішній тактовий RC-генератор мікроконтролера. Цю частоту задають під час програмування конфігурації мікроконтролера.

Мережева синусоїдальна напруга через резистори R34 і R35 надходить на діодний міст VD24. Випрямлений ним пульсуючий струм тече через випромінюючий діод оптрона U7, зашунтований резистором R38. Поблизу переходу миттєвого значення напруги через нуль струм через випромінюючий діод на деякий час припиняється, а вихідний транзистор оптрона U7 закривається, що призводить до подачі синхронізуючого сигналу високого логічного рівня на вхід PD2 мікроконтролера DD1.

Обробляючи цю подію, мікроконтролер із заданою затримкою встановлює своєму виході PB3 сигнал низького рівня. Це викликає протікання струму ланцюга, що складається з випромінюючого діода оптрона U2 і резистора R14. Фототранзистор оптрона U2 відкривається і сигнал з резистора R15 відкриває p-канальний польовий транзистор VT1. Через транзистор, що відкрився, і резистори R16 і R17 напруга + 12 В з випрямляча на діоді VD6 надходить в ланцюги керуючих електродів тріністорів Vs 1 і VS2. Триністори відкриваються.

Змінна мережна напруга надходить також на силовий мостовий випрямляч, утворений діодами VD11 та VD12 та триністорами VS1 та VS2. З моменту їхнього відкривання і до зміни полярності напруги анод-катод, що викликає закриття триністорів, відбувається зарядка накопичувального конденсатора C17. При кожному переході напруги через нуль мікроконтролер зменшує затримку відкривання, тому зарядка відбувається плавно. Її тривалість (у аналізованому варіанті – близько 5 с) задана програмно.

У разі аварійної ситуації мікроконтролер не формує на виході PB3 сигнал, що дозволяє відкривання триністорів, внаслідок чого вони залишаються закритими. Ланцюги R18C15 і R20C16 виключають помилкові відкривання триністорів під впливом перешкод.

Завершивши плавну зарядку накопичувального конденсатора C17, програма починає формувати на виходах PB1 і PB2 мікроконтролера імпульси управління ключами мостового інвертора, що йдуть із частотою 20 кГц (вона задана програмно). Коефіцієнт заповнення імпульсів регулюють змінним резистором R33 в інтервалі 0,1...0,9.

З цих виходів сигнали управління, взаємно затримані на половину періоду частоти 20 кГц, надходять у виконані на оптронах U3-U6 вузли управління IGBT VT2-VT5. Оскільки ці вузли є ідентичними, на схемі рис. 1 показано лише один з них, побудований на оптроні U3.

Він живиться від обмотки IV трансформатора T1 випрямленим діодом VD9 напругою 25 В. Тимчасові діаграми, що пояснюють його роботу, зображені на рис. 3. Емітер керованого цим вузлом IGBT VT5 з'єднаний з виходом інтегрального стабілізатора негативної напруги DA3. За рахунок цього напруга затвор-емітер IGBT, залежно від стану оптрона, змінюється від +18, при якому IGBT повністю відкритий, до -7 В (IGBT надійно закритий).

Рис. 3. Тимчасові діаграми

Імпульси з виходу PB2 мікроконтролера через резистор R60 надходять на з'єднані послідовно випромінюючі діоди оптронів U3 і U4, що керують відповідно IGBT VT5 і VT2. Тому ці IGBT відкриваються одночасно. IGBT VT3 та VT4 в цей час залишаються закритими, оскільки імпульс на виході PB1 відсутня. Струм протікає по ланцюзі плюсова обкладка конденсатора C17, відкритий IGBT VT2, трансформатор струму T4, обмотка I трансформатора T5 (напрямок від кінця до початку), відкритий IGBT VT5, трансформатор струму T3, мінусова обкладка конденсатора C17. Це індукує на вторинних обмотках трансформатора T5 напруги, прикладені плюсом до анода діода VD21 та мінусом до анода діода VD22. Зварювальний струм тече по обмотці II трансформатора T5, відкритого діода VD21, дроселя L2 і зварювального ланцюга.

У наступному напівперіод роботи інвертора програма формує імпульс на виході PB1 мікроконтролера, чим відкриває IGBT VT3 і VT4. На виході PB2 імпульсу немає, тому IGBT VT2 та VT5 закриті. Струм протікає по ланцюзі плюсова відкладка конденсатора C17, відкритий IGBT VT4, обмотка I трансформатора T5 (в напрямку початку до кінця), трансформатор струму T4, відкритий IGBT VT3, трансформатор струму T2, мінусова обкладка конденсатора C17. Це індукує на вторинних обмотках трансформатора T5 напруги, прикладені плюсом до анода діода VD22 та мінусом до анода діода VD21. Зварювальний токтечет по обмотці III трансформатора T5, відкритого діода VD22, дроселя L2 та зварювального ланцюга.

Регулюють зварювальний струм змінним резистором R33, встановленим на передній інверторній панелі. На вхід ADC2 мікроконтролера через інтегруючу ланцюг R46C30 надходить напруга, що залежить від положення цього змінного резистора. Резистори R41, R42, R45, R47 служать для виключення можливості пошкодження входу мікроконтролера ADC2 при обриві в ланцюгу змінного резистора R33. АЦП мікроконтролера перетворює подане на вхід ADC2 напругу код, а програма обробляє його і, залежно від отриманого результату, змінює коефіцієнт заповнення імпульсів на виходах PB1 і PB2.

Трансформатори струму T2 і T3 є датчиками захисту від замикання в навантаженні і наскрізного струму IGBT. У разі аварійної ситуації напруга на вторинних обмотках цих трансформаторів зростає. Після випрямлення діодними складаннями VD25 або VD26 воно через резистивний дільник R48R49 (конденсатор С29 пригнічує перешкоди) надходить на вхід, що не інвертує компаратора DA7.1. Зразкова напруга на його вході, що інвертує, формує резистивний дільник R54R55 з помехоподавляющим конденсатором С32 (воно ж подано і на неінвертуючий вхід компаратора DA7.2). При перевищенні сигналом, що надійшли на вхід 5, зразкової напруги (це відбувається при протіканні через первинні обмотки трансформаторів T2 або T3 струму більше 30 А) на виході DA7.1 компаратора формується імпульс високого рівня. Через інтегруючий ланцюг R58C35, що дозволяє уникнути помилкових спрацьовувань, він надходить на вхід, що інвертує компаратора DA7.2. Якщо тривалість аварійного імпульсу перевищить 5 мс, то на вхід мікроконтролера PD3 з виходу компаратора DA7.2 надійде сигнал, який заборонить програмі формування керуючих імпульсів на виходах PB1 і PB2.

Трансформатор струму T4 служить датчиком робочого струму в обмотці трансформатора I T5. Випрямлене мостом з діодів збірок VD23 і VD27 напруга вторинної обмотки трансформатора T4 через інтегруючий ланцюг R52C31 надійде на вхід мікроконтролера ADC1. Воно буде виміряно та оброблено програмно. При перевищенні вимірюваним струмом значення 25 А програма коригує коефіцієнт заповнення імпульсів керування IGBT.

Захист від перегріву виконаний на терморезисторі RK2 KTY81/210. Від температури залежить його опір і рівень сигналу на вході ADC0 мікроконтролера. У разі перевищення допустимої температури програма зменшує коефіцієнт заповнення імпульсів на виходах PB1 і PB2 або зовсім припиняє їх формування до охолодження терморезистора.

Після подачі на мікроконтролер живлення та запуску його внутрішнього тактового генератора програма очікує приходу на вхід PD2 сигналу переходу миттєвого значення напруги мережі через нульовий рівень. Після отримання такого сигналу вона запускає два внутрішні таймери. Вміст лічильного регістра одного з них використовується для керування швидкістю заряджання конденсатора C17.

Другий таймер обслуговує захист інвертора. Він перезапускає мікроконтролер за відсутності протягом 10 мс сигналу переходу напруги через нульовий рівень, в результаті чого робота програми починається заново. Через 9,95 мс з моменту отримання сигналу переходу через нуль програма подає сигнал відкриття триністорів, встановлюючи високий рівень на виході мікроконтролера PB3. Після отримання такого сигналу рівень на виході PB3 стає низьким. Наступний сигнал відкривання тріністорів буде поданий через 9,9 мс, тому вони залишаться відкритими на 0,5 мс довше. За рахунок поступового збільшення тривалості відкритого стану триністорів конденсатор C17 плавно заряджається. Приблизно через 5 секунд мікроконтролер буде подавати сигнал відкривання триністорів безперервно. Знятий він буде тільки при зникненні напруги в мережі живлення або в ситуації "Аварія".

До повного заряджання конденсатора C17 сигнали управління IGBT програма не формує. Після завершення його зарядки на виходах PB1 і PB2 мікроконтролера з'являються послідовності імпульсів, що йдуть з періодом 50 мкс, взаємно зрушені на півперіоду (25 мкс). Тривалість імпульсів залежить від напруги, що надходить на вхід мікроконтролера ADC2. Її мінімальне значення – 2,5 мкс, максимальне – 22,5 мкс (решта 2,5 мкс напівперіоду – мінімальна пауза, необхідна для гарантованого закривання раніше відкритих IGBT).

Дія аварійного захисту заснована на припиненні формування сигналів управління IgBt у ситуаціях "Аварія", "Аварія 2" та "Перегрів 2". Ситуація "Аварія" виникає у разі підвищення напруги на вході ADC1 мікроконтролера. Ця напруга перетворюється на двійковий код. Залежно з його значення тривалість сигналів управління IGBT спочатку плавно зменшується, і якщо це дає результату, формування імпульсів остаточно припиняється.

При надходженні сигналу високого рівня на вхід PD3 ситуація "Аварія 2" виникає без затримки. Умова виникнення ситуації "Перегрів 2" - підвищена напруга на вході мікроконтролера ADC0. Воно також перетворюється на двійковий код, результатом аналізу якого стає зменшення тривалості імпульсів управління або їх повне виключення. Після усунення причин виникнення аварійних ситуацій робота інверторного джерела автоматично відновлюється.

Завантажувальний файл програми мікроконтролера weld.hex додається до статті. Конфігурація мікроконтролера повинна бути встановлена ​​наступною: розширений байт – 0xFF, старший байт – 0xDD, молодший байт – 0xE2. Програматор підключають до гнізда XP9.

Конструктивно основна частина деталей зварювального джерела розміщена на друкованій платі розмірами 140x92,5 мм, креслення друкованих провідників якої зображено на рис. 4.

Рис. 4. Друкована плата

З нижньої сторони друкованої плати (рис. 5) розташовані елементи для поверхневого монтажу, а також діоди VD11 та VD12, триністори VS1 та VS2, IGBT VT2-VT5. На верхній стороні (рис. 6) – інші елементи. Силові ланцюги виконані навісними проводами перетином не менше 2,5 мм.². Магнітопроводи трансформаторів струму T2, T3, T4 типорозміру К20х12х6 з фериту 2000НМ1 з вторинними обмотками, що містять по 200 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,25 мм, надіті на ці дроти.

Рис. 5. Елементи на друкованій платі

Рис. 6. Елементи на друкованій платі

Трансформатор T1 встановлений на верхній стороні плати. Його магнітопровід - кільце типорозміру К24х13х7,5, 140 з пермалою МП1 ізольоване шаром лакоткані. Намотувальні дані наведені у табл. XNUMX, причому порядок, в якому намотують обмотки, відповідає номерам на схемі. Витки обмоток I, VI та VII розподілені рівномірно по всьому периметру магнітопроводу. Кожна з інших обмоток намотана своєму сегменті магнитопровода і перекривається. Всі обмотки ізольовані лакотиканням.

Таблиця 1

Дросель L1 – EC24.

Конденсатор C17 закріплений над верхньою поверхнею плати на стійках заввишки 20 мм. Вони притискають для його висновків монтажні пелюстки з припаяними до них проводами, що з'єднуються з висновками конденсатора. Для з'єднання силових проводів з висновками IGBT VT2-VT5, тріністорів VS1 та VS2, діодів VD11 та VD12 на друкованій платі передбачені контактні майданчики з отворами. Ці елементи через ізоляційні прокладки притиснуті до блоку тепловідведення, як показано на рис. 7.

Рис. 7. Блок тепловідводів

Вихідний трансформатор T5, дросель L2, випрямні діоди VD21, VD22 розміщені на окремому блоці тепловідводів. Намотувальні дані трансформатора T5 наведено у табл. 2. Його магнітопровід – Гаммамет ГМ414 кл. 2 типорозміри ОЛ64х40х30. Первинна обмотка ізольована від магнітопроводу та вторинних обмоток подвійними шарами лакоткані.

Таблиця 2

Обмотка дроселя L2 намотана на магнітопроводі ШЛМ20х32 з електротехнічної сталі товщиною 0,08 мм пакетом з п'яти мідних м'яких стрічок завтовшки 0,1 мм і завширшки трохи менше висоти вікна магнітопроводу. Пакетом, ізольованим лакотиканням, зроблено сім витків. Магнітопровід зібраний з немагнітним зазором завдовжки 1,8 мм.

Між блоками тепловідведення розташовані два вентилятори типорозміру 80х80 мм від комп'ютерного блоку живлення, що підключаються до роз'ємів XP1 і XP2. Один вентилятор обдуває трансформатор T5, дросель L2 та конденсатор C17. Його повітряний потік спрямований у бік трансформатора T5. Другий вентилятор перебуває між блоками тепловідводів. Його повітряний потік спрямований у бік діодів VD21 та VD22.

Мережевий кабель ПВС 2х2,5, XNUMX мм² підключений до затискачів 1 та 3 (верхнім) автоматичного вимикача SA1. До затискачів 2 і 4 (нижнім) цього вимикача підключені по два дроти перерізом 1,5 мм². Один із проводів від затиску 2 з'єднаний з анодом тріністора VS2, а інший - з катодом діода VD12 (через друковані провідники з'єднання між ними немає). Один із проводів від затиску 4 йде до анода тріністора VS1, а другий - до катода діода VD11. З'єднання між ними через друкарські провідники також немає. Змінний резистор R33 регулювання струму встановлений на передній панелі корпусу і з'єднаний з роз'ємом XP8 джгутом із трьох дротів. Терморезистор RK2 закріплений на тепловідводі притискною скобою.

Програму мікроконтролера можна завантажити з ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/03/weld.zip.

Автори: А. Жарков

Дивіться інші статті розділу зварювальне обладнання.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Випадкова новина з Архіву Більше мозок - вищий ризик психічних захворювань 29.07.2016 Команда вчених із США та Франції провела дослідження, яке показало, що нейронні зв'язки в мозку великого розміру, характерному для ссавців, влаштовані так, що зростає ризик психічних захворювань. Вчені порівняли архітектуру нейронних мереж кори головного мозку приматів (з великим мозком) та гризунів (з маленьким мозком), які організовані за однаковими принципами. Вони орієнтувалися насамперед на кількісну оцінку рівня зв'язності між функціональними зонами мозку. З'ясувалося, що пристрій зв'язків у мозку примату підпорядковується так званому правилу зміни відстані по експоненті (EDR) – воно визначає відношення між відстанями та силою зв'язку між зонами мозку. Це ставлення залишається константою і для маленького, і для великого мозку, з'ясували вчені, порівнюючи приматів та гризунів. Отже, при корі великого розміру - наприклад, в людини - підвищується ризик порушень зв'язності, що й веде до появи різних психічних порушень.

Інші цікаві новини:

▪ Надтонкий надпровід

▪ Мініатюрний ресивер EagleTec

▪ Перетворення звичайного матеріалу на магніт

▪ Виявлено гігантську планету

▪ Робот пішов за грибами

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Радіоприйом. Добірка статей

▪ стаття Допомога при утопленні. Охорона праці

▪ стаття Звідки відбулося слово зморозити? Детальна відповідь

▪ стаття Укладач-виборщик мокрого товару та пряжі вручну. Посадова інструкція

▪ стаття Найпростіша гальванічна ванна для електрохімічного фарбування металевих деталей у будь-який колір. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Блок живлення для електромеханічного годинника типу Слава. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024