|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Електронний регулятор зварювального струму. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / зварювальне обладнання Автор запропонованої статті ділиться досвідом створення електронного регулятора зварювального струму (ЕРСТ) для багатопостового електрозварювання. Фірми, що спеціалізуються в галузі зварювального обладнання, сьогодні випускають ЕРСТ декількох моделей. Але вартість їхня така, що часом ставить під сумнів економічну ефективність застосування цих пристроїв. Наприклад, ЕРСТ Multi-Weld 350 фірми Lincoln Electric коштує понад 3000 дол. США. Пропонований прилад значно дешевший за аналоги, а завдяки близькому до 100% ККД він навіть при однозмінній роботі окупиться протягом року тільки за рахунок економії електроенергії. Передбачена в ньому можливість підбирати оптимальну для роботи навантажувальну характеристику забезпечує найкращу якість зварювального шва, практично усуває розбризкування металу. За наявності понижуючого трансформатора та випрямляча достатньої потужності ЕРСТ може стати основою зварювального апарату для домашньої майстерні. На тих промислових підприємствах, де електрозварювання займає в технологічному циклі одне з головних місць (наприклад, на суднобудівних та судноремонтних заводах), традиційно використовують багатопостове зварювання. Декілька зварювальних робочих місць (постів) живлять від одного потужного джерела постійного або змінного струму напругою 50...80 В. Відносної незалежності роботи постів досягають тим, що кожен з них підключений до джерела через індивідуальний баластний реостат, що служить для отримання необхідної для зварювання крутопадаючої навантажувальні характеристики та регулювання зварювального струму. Переваги такої організації зварювальних робіт - простота, безпека, економія виробничої площі та обладнання. На жаль, загальний ККД системи вбирається у 30...50 %, оскільки значну частину енергії реостати розсіюють як тепла. Досягнення сучасної електроніки дозволяють виготовити ЕРСТ - функціональний аналог баластового реостату з покращеними експлуатаційними характеристиками та ККД, близьким до 100 %. Це не тільки економить електроенергію, а й дозволяє підключати до одного джерела струму значно більше зварювальних постів, не перевищуючи його здатності навантаження. Звичайний зварювальний трансформатор призначений тільки для зварювання певного виду (ручний, напівавтоматичний, автоматичний, з електродом, що плавиться, з електродом, що не плавиться). Створенню універсального джерела донедавна перешкоджало те, що його зовнішню характеристику визначала переважно конструкція трансформатора. Щоб отримати жорстку характеристику навантаження, обмотки трансформатора роблять циліндричними, а падаючу - дисковими. Певної гнучкості вдавалося досягти, застосовуючи магнітні підсилювачі та трансформатори спеціальної конструкції (з магнітним шунтом), але за це доводилося платити значним збільшенням маси та габаритів джерел. В електронному зварювальному джерелі навантажувальну характеристику будь-якого необхідного виду формують не параметрично, а за рахунок зворотного зв'язку за напругою та струмом навантаження. ККД пропонованого ЕРСТ - не менше 92%. Він працює при напрузі первинного джерела 50...80 В і дозволяє вести безперервне зварювання струмом 10...315 А. Допускається короткочасне збільшення зварювального струму до 350 А. Передбачено оперативне регулювання нахилу навантажувальної характеристики від крутопадаючої до жорсткої. Це робить ЕРСТ придатним як для ручного, так напівавтоматичного зварювання. Прилад забезпечений захистом від неправильної полярності напруги живлення, його надмірного підвищення і зниження, від навантаження по струму і від перегріву, що гарантує надійну роботу у виробничих умовах. Робота ЕРСТ заснована на перетворенні за допомогою напівпровідникового переривника постійної вхідної напруги в імпульсне регульованої шпаруватості з наступною фільтрацією - виділенням постійної складової імпульсів. Завдяки тому, що польові транзистори переривника у відкритому стані мають дуже мале, а в закритому - дуже великий опір, що розсіюється на них потужність порівняно невелика. Схема ЕРСТ зображено на рис. 1. Затискач Х1 з'єднують із плюсом первинного джерела. Його мінус і затискач ХЗ з'єднують з деталлю, що зварюється, що грає роль загального дроту. Утримувач зварювального електрода підключають до затискача Х2.
Конденсатори С1, С2 та С3-С22 усувають вплив на роботу ЕРСТ вихідного опору джерела та індуктивності з'єднувальних проводів. Відразу після подачі на ЕРСТ напруги ці конденсатори починають заряджатися через обмежувальний резистор R2 і діод, що знаходиться в блоці зарядки і контролю напруги живлення (А2). Коли конденсатори заряджені повністю і за умови, що напруга між затискачами Х1 і ХЗ в нормі (50...80), запалюється світлодіод HL1 "Готов", а всередині блоку А2 спрацьовує реле, замикаючи контакти, що подають напругу в ланцюг включення ЕРСТ. Для включення достатньо натиснути кнопку SB1 "Пуск". контактор КМ1, що спрацював, зашунтує кнопку контактами КМ 1.1. Через силові контакти KM1.2, що замкнулися, напруга джерела надійде на конденсатори С1 - С22, минаючи зарядний ланцюг. Завдяки резистори Р1 контактор KM1 залишиться спрацював (а ЕРСТ включеним) до натискання на кнопку SB2 "Стоп". Якщо вхідна напруга вийде за допустимі межі в процесі роботи ЕРСТ, він буде вимкнений контактами реле блоку А2, що розімкнулися. У включеному ЕРСТ отримає блок живлення А1. Він служить для отримання гальванічно розв'язаних напруг, необхідних живлення блоків A3 і А4. Крім того, блок А1 формує трифазну напругу 220 В 50 Гц для вентиляторів М1 і М2, що обдувають тепловідведення потужних напівпровідникових приладів. Головний функціональний вузол ЕРСТ - понижуючий перетворювач напруги - складається з комутувального транзистора (батареї польових транзисторів VT1-VT20), розрядного діода (VD9-VD48, з'єднаних паралельно) і фільтра, що згладжує (дросселя L1 батареї конденс. Тим, хто хоче детальніше розібратися в роботі перетворювача, можна порадити користуватися літературою [27, 36]. Польові транзистори з ізольованим затвором мають позитивний температурний коефіцієнт опору відкритого каналу. Ця обставина сприяє рівномірному розподілу струмового навантаження між транзисторами, що дозволяє з'єднувати їх паралельно. Резистори R3-Р.22 пригнічують паразитні коливання напруги, що управляє. Для діодів КД213Б, що утворюють розрядний діод перетворювача, характерний досить великий час відновлення зворотного опору. Іноді до моменту відкриття комутатора вони не встигають повністю закритися. Щоб уникнути небажаних наслідків транзистори та діоди розділені обмоткою I трансформатора Т1, індуктивність якої (1,7 мкГн) обмежує швидкість наростання "наскрізного" струму, не дозволяючи йому досягти небезпечного значення. Після повного закривання розрядного діода енергія, накопичена в магнітному полі трансформатора, повернеться в джерело живлення - імпульс, наведений в обмотці II трансформатора, зарядить конденсатори С1 і С2 через діод VD8. А при різкому скиданні навантаження ЕРСТ батарея діодів VD49-VD54 забезпечить рекуперацію (повернення джерело) енергії, накопиченої в магнітному полі дроселя L1. Блок А4 вимірює вихідні струм і напругу ЕРСТ і генерує керуючі імпульси, змінюючи їх шпаруватість таким чином, щоб забезпечити задану органами управління "Нахил" та "Рівень" форму навантажувальної характеристики ЕРСТ. Ці імпульси через блок A3, що підсилює їх за потужністю, надходять на затвор транзистора комутування (VT1-VT20). Крім того, блок A3 містить вузли захисту, що забороняють відкривання комутувального транзистора до закінчення циклу рекуперації трансформатора Т1 та у разі перегріву. Про нього сигналізує світлодіод HL2. Конденсатори С1 та С2 – оксидні K50-18, інші – плівкові K73-17. Резистори R1, R2 – ПЕВ-25, R3-R32 – МЛТ зазначеної на схемі потужності. Резистор R33 - уніфікований зовнішній шунт 75ШИСВ-500 до амперметра на 500 А. Підійдуть і шунти інших типів, розраховані на вказаний струм, з падінням напруги при номінальному струмі - 75 мВ. У ланцюг протікання зварювального струму включають потужні висновки шунта, з болтами великого діаметра. Провід всіх інших ланцюгів підключають до вимірювальних висновків з меншими болтами діаметра. Транзистори VT1-VT20 та діоди VD9-VD48 встановлені на двох тепловідведеннях, площа активної поверхні кожного з яких - 3400 см2. Вентилятори М1 та М2 - 1,25ЕВ-2,8-6-3270У4 сумарною продуктивністю 560 м3/год обдувають тепловідведення. У повітряному потоці, створюваному вентиляторами, знаходяться резистори R23-R32, що розсіюють значну потужність. Контактора KM1 взято з осцилятора LHF-500 фірми KEMPPI. Його обмотка перемотана на напругу 50 (оригінальна розрахована на 24 В). Можна використовувати інший контактор (наприклад, з числа використовуються в електрокарах), здатний комутувати постійний струм не менше 200 А. У крайньому випадку підійде уніфікований електромагнітний пускач четвертої або п'ятої величини, всі групи силових контактів якого з'єднують паралельно. Вибравши контактор, необхідно виміряти напругу постійного струму Uc, коли він спрацьовує. Якщо вона значно нижча за 50 В або більше цього значення, обмотку контактора доведеться перемотати. Видаляючи наявну обмотку, підраховують кількість її витків w, і вимірюють діаметр дроту d. Нові значення обчислюють за формулами:
Трансформатор Т1 намотаний на П-подібному магнітопроводі з фериту М2000НМ від рядкового трансформатора ТВС110АМ (ТВС110ЛА) лампового телевізора серії УНТ47/59. У кожен із стиків магнітопроводу вставлені немагнітні прокладки товщиною 3 мм. Первинна обмотка - два витки джгута з 236 емальованих проводів діаметром 0,55 мм. Вторинна обмотка - 16 витків джгута з десяти таких проводів. Щоб забезпечити максимальний зв'язок між обмотками, вторинну розташовують в первинному обсязі. Для запобігання міжвитковим або міжобмотувальним замиканням джгут проводів вторинної обмотки перед намотуванням потрібно захистити стрічкою з лакоткані або фторопластової плівкою. Магнітопровід дроселя L1 - Ш32х80 з листової трансформаторної сталі завтовшки 0,35 мм. Обмотка дроселя - вісім витків джгута з 330 емальованих дротів діаметром 0,55 мм. Магнітопровід збирають устик. У його проміжок вставляють немагнітну прокладку товщиною 1,6... 1,7 мм. БЛОК А1 Структурна схема блоку живлення ЕРСТ показано на рис. 2. Нестабілізована вхідна напруга через вузол захисту надходить на лінійний стабілізатор, що живить напругою 15 Всі малопотужні вузли блоку, і на імпульсний стабілізатор, постійна напруга 36 В з виходу якого напівмостовий інвертор перетворює в змінну частотою приблизно 12,5. Зазначений вище вузол захисту відключить блок, якщо внаслідок несправності або збою вихідна напруга імпульсного стабілізатора перевищить допустиме значення."
Живлення напівмостового інвертора стабілізованою напругою забезпечує групову стабілізацію напруги на вторинних обмотках трансформатора Т1. Ізольовані від загального проводу ЕРСТ та один від одного випрямлячі 1 та 2 живлять блоки А4 та A3. Трифазний інвертор перетворює постійну напругу 270 В з виходу випрямляча 3 змінне трифазне 220 В, 50 Гц для живлення вентиляторів, що обдувають тепловідведення потужних напівпровідникових приладів ЕРСТ. Прототипом потужного ступеня імпульсного стабілізатора напруги послужив вузол, застосований у [3]. Його спрощена схема показано на рис. 3. Керуючі імпульси позитивної полярності надходять з урахуванням транзистора VT2. У паузах між ними цей транзистор закритий і до ділянки затвор-виток транзистора VT1 через резистор R3 прикладено у полярності, що відкриває напруга конденсатора С2, зарядженого під час попереднього паузі імпульсу. Транзистор VT1 відкритий, і поточний через канал і дросель L1 наростаючий струм заряджає конденсатор еC3. Накопичена конденсатором С2 енергія частково витрачається на зарядку ємності затвор-витік транзистора VT1. Діод VD1 потрібен для запобігання розрядженню конденсатора С2 через транзистор VT1.
Відкритий керуючим імпульсом транзистор VT2 з'єднує із загальним дротом затвор транзистора VT1. Останній закривається, а струм дроселя L1, спадаючи, продовжує текти через діод VD2, що відкрився. Напруга на початку транзистора VT1 і на правій (за схемою) обкладці конденсатора С2 у цьому стані дорівнює прямому падінню напруги на діоді VD2, негативному щодо загального дроту. По ланцюзі VD1R2 конденсатор С2 заряджається. Для управління польовими та біполярними транзисторами однотактних та двотактних інверторів є безліч мікросхем. Але зазвичай їх вихідні сигнали "прив'язані" до потенціалу загального дроту, що робить проблематичним застосування таких мікросхем у мостових та напівмостових інверторах. Справа в тому, що керуючі електроди "верхніх" транзисторів вихідних ступенів подібних інверторів знаходяться під великою і, як правило, змінною напругою щодо загального дроту. Мікросхеми-драйвери мостових і напівмостових інверторів [4] через велику вартість поки що не набули широкого поширення серед радіоаматорів. Вони воліють вирішувати цю проблему по-своєму, застосовуючи, зазвичай, оптичну чи трансформаторну розв'язку ланцюгів управління [5, 6]. Однак така розв'язка зовсім не є обов'язковою. Можлива схема напівмостового інвертора з ланцюгами керування без неї показано на рис. 4. Протифазні імпульсні послідовності Uy1 і Uy2 надходять від ШІ-контролера.
Основний недолік вузла, зібраного за цією схемою, полягає в тому, що він працездатний лише при напрузі живлення Uп1, що не перевищує максимально допустимої напруги між затвором та витоком польового транзистора VT3. Справа в тому, що в результаті реакції активно-індуктивного або активно-ємнісного навантаження напруга на початку транзистора VT3 може відставати по фазі від керуючого на затворі або випереджати його, що призводить до появи короткочасних негативних імпульсів напруги затвор-витік, амплітуда яких досягає напруги живлення Uп1. На рис. 5 показані додаткові елементи, що виправляють зазначений недолік. Діод VD2, відкриваючись при негативній полярності напруги між затвором та витоком транзистора VT3, обмежує його на дуже низькому, рівному прямому падінню напруги на відкритому діоді рівні. Надлишок напруги гасить резистор R8.
Конденсатор С1 у разі заряджається через діод VD1 безпосередньо від джерела живлення. Резистор R4 (див. рис. 4), марно розсіював досить значну потужність, з нового варіанта вузла виключено. література
Автор: В.Володін, м.Одеса, Україна
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ Оплата за допомогою посмішки ▪ Революційна технологія ядерного синтезу ▪ Розкрито секрет успішних людей ▪ Електроніку для допомоги п'яним та поганим автоводіям
▪ Електричні лічильники. Добірка статей ▪ стаття Мікроби. Історія та суть наукового відкриття ▪ стаття Хто такий Джозеф Лістер? Детальна відповідь ▪ стаття Коваль ручного кування. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Кодовий вимикач. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Згинання годинника. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page