|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 101-150
Управляемый тринисторный выпрямитель для сварочного аппарата.
В. КАПЛУН, г. Северодонецк, Украина
В статье описан управляемый выпрямитель для сварочного аппарата, позволяющий электронным способом варьировать выходной ток в широких пределах. Это в значительной степени облегчает сварщику выбор оптимального режима сварки для каждого конкретного вида работы, материалов, электродов и пр.
Этот выпрямитель разработан для использования в сварочном аппарате. Он обеспечивает высокое качество шва при сварочном токе от 30 до 160 А, позволяет уверенно "держать" дугу даже при сварке электродом из нержавеющей стали. Для совместной работы с выпрямителем можно использовать серийный сварочный трансформатор со вторичной обмоткой на напряжение 35...60 В при указанном токе или обычный (в том числе и самодельный), имеющий вторичную обмотку на 28...45 В при таком же токе.
Во время горения сварочной дуги устройство отбирает из питающей сети 220 В ток до 22 А.
Устройство состоит из собственно выпрямителя, собранного на двух мощных диодах VD1, VD2 (см. схему на рис. 1) и двух тринисторах VS1, VS2, и блока управления на транзисторах VT1— VT7.
Большинство деталей блока управления смонтированы на печатной плате.
Блок управления формирует требуемую ("падающую") нагрузочную характеристику независимо от типа примененного трансформатора, позволяет плавно регулировать сварочный ток и стабилизирует его при колебаниях сетевого напряжения. Кроме этого, блок ограничивает выходное напряжение холостого хода выпрямителя до безопасного для сварщика значения.
Выходной ток выпрямителя зависит от угла открывания тринисторов VS1, VS2, задаваемого блоком управления, при этом блок учитывает напряжение на датчике тока нагрузки — резисторе R4, сигнал с узла ограничения выходного напряжения, собранного на транзисторе VT3, и положение движка резистора R8 — регулятора выходного тока. Резистором R8 устанавливают начальное смещение на базе транзистора VT2, определяя тем самым значение выходного тока, при котором падение напряжения на резисторе R4 достаточно для открывания транзистора VT2.
При повышении напряжения на выходе выпрямителя сверх значения, определяемого положением движка подстроечного резистора R12, ток транзистора VT3, протекающий через резистор R7, открывает транзистор VT2. Это приводит к увеличению напряжения на эмиттере транзистора VT7, от которого зависит порог срабатывания узла, собранного на транзисторах VT6, VT7 и диоде VD18.
В моменты перехода напряжения сети через "нуль" узел на элементах VT5, VD16, VD17 разряжает конденсатор С6 формирователя пилообразного напряжения, собранного на транзисторах VT6, VT7, после чего напряжение на этом конденсаторе линейно увеличивается. Когда оно достигает порогового
уровня, срабатывает формирователь и подает открывающий сигнал на управляющие электроды тринисторов VS1, VS2 через генератор тока (4 А) на транзисторе VT1 и диодах VD7—VD9 — открывается один из тринисторов. Диоды VD5, VD6 — развязывающие.
Таким образом, увеличение выходного тока и выходного напряжения сверх установленных значений вызывает повышение уровня срабатывания порогового устройства и увеличение интервала времени от момента перехода напряжения сети через "нуль" до момента открывания тринисторов, т. е. увеличение угла их открывания. В результате выходной ток (напряжение) возвращается к установленному уровню. Иначе говоря, управляющий блок при работе сварочного аппарата стабилизирует выходное напряжение и ограничивает выходной ток.
При сварочном токе до 160 А напряжение на зажженной дуге обычно не превышает 28 В, поэтому при сварке происходит стабилизация сварочного тока, а при погашенной дуге — ограничение напряжения холостого хода.
Генератор тока 20 мА, собранный на элементах VT4, VD12, VD13, совместно со стабилитроном VD15 образуют параметрический стабилизатор напряжения 12 В, питающий все узлы блока управления.
Конденсатор С1 и дроссель L1 создают условия для стабильного и "мягкого" зажигания и горения сварочной дуги. Дроссель можно намотать на любом магнитопроводе сечением 15...25 см2 с немагнитным зазором 0,5 мм. Число витков — 50...80, сечение медного обмоточного провода — не менее 10 мм2. Изоляция провода должна быть теплостойкой.
Конденсатор С1 следует набрать из нескольких, например из пяти, штук К50-18 10000 мк х 50 В. Общая емкость батареи конденсаторов не должна быть
менее 30 000 мкФ. Диоды VD1, VD2 и тринисторы подойдут практически любые, с допустимым током не менее 160 А.
Если используемый трансформатор имеет две одинаковые обмотки, и каждая с указанными параметрами, их следует соединить последовательно согласно, а общую их точку — с плюсовым выводом конденсатора С1; в этом случае диоды VD1 и VD2 становятся ненужными.
Датчик тока R4 представляет собой две стальные пластины толщиной 8...10 мм квадратной или прямоугольной формы (см. схематический рис. 2),
соединенные между собой четырьмя отрезками сварочного электрода диаметром 3 мм из нержавеющей стали. Концы отрезков приварены или припаяны сплавом ПСР к краю пластин (либо все четыре — к одной стороне, либо по два — к противоположным сторонам). Расстояние между ближними краями пластин — 55 мм.
Монтажная схема сильноточной части аппарата показана на рис. 3.
Все разъемные электрические соединения выполняют болтами М10 или М12 с гайками, шайбами и наконечниками, напаянными на концы кабеля. Соединительный медный кабель должен иметь сечение не менее 25 мм2. Расположение узлов аппарата должно быть таким, чтобы было обеспечено эффективное их охлаждение, а соединительные отрезки кабеля были возможно более короткими.
В качестве датчика тока R4 можно использовать часть подводящего сварочного кабеля (рис. 4).
Длину этого участка (она равна 2...5 м в зависимости от сечения кабеля по меди) подбирают такой, чтобы падение напряжения на нем при сварочном токе 160 А было примерно равно 0,3 В. К найденной точке сварочного кабеля приматывают и пропаивают провод, который подключают к выводу 1 платы. При таком датчике тока дроссель L1 следует перенести в минусовую цепь аппарата.
Возможны и другие варианты конструкции датчика тока. Основные требования к нему — механическая прочность, надежность соединений, временная стабильность сопротивления, неразрушаемость при нагревании током (следует иметь в виду, что на датчике рассеивается мощность до 50 Вт).
Конструктивно выпрямитель может быть собран в виде самостоятельного узла, питающегося от вторичной обмотки трансформатора, либо в одном блоке с ним. Ручку регулировки тока (R8) размещают на пульте устройства.
Большинство деталей выпрямителя смонтированы на печатной плате (на схеме они обведены штрихпунктирной линией) из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж платы изображен на рис. 5.
При выборе деталей для устройства необходимо учитывать, что транзисторы VT1, VT3, VT4, VT6 и диоды VD3, VD4, VD14, VD18 должны выдерживать амплитудное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора.
Мощные диоды VD1, VD2 и тринисторы VS1, VS2 необходимо установить на теплоотводы с полезной площадью не менее 1000 см2 каждый. Если предусмотреть принудительное охлаждение теплоотводов вентилятором, вынужденные перерывы в сварке могут быть короче и реже. Существенное значение в этом плане имеет правильная компоновка узлов на раме сварочного аппарата.
Для налаживания устройства его выход нагружают резистором сопротивлением 10 Ом мощностью не менее 100 Вт, движок резистора R8 устанавливают в правое по схеме положение, а резистора R12 — в верхнее. Включают аппарат в сеть и, поворачивая движок резистора R12, контролируют изменение выходного напряжения в пределах 24...36 В. Если пределы смещены, подбирают резистор R11.
Затем замыкают выход аппарата амперметром постоянного тока со шкалой на 200 А и, вращая ручку резистора R8, убеждаются, что ток в сварочной цепи при этом изменяется в пределах 30... 160 А. Можно измерять ток в сетевой обмотке трансформатора (амперметром переменного тока) и умножать его на коэффициент трансформации. Результат будет близким к указанному.
Если в крайнем положении движка резистора R8 выходной ток более 160 А, увеличивают сопротивление датчика тока R4, стачивая напильником равномерно все четыре стержня (или переносят место припайки к кабелю провода от вывода 1 платы дальше от выходного зажима).
И наконец, снова подключают к выходу тот же десятиомный резистор, устанавливают подстроечным резистором R12 выходное напряжение 30...36 В, отключают нагрузочный резистор и, зажигая сварочную дугу, проверяют работу аппарата во всем интервале выходного тока.
В заключение необходимо отметить, что большой объем информации, касающейся специфики конструирования сварочного оборудования и особенностей процесса сварки металлов, оставлен за рамками короткой журнальной статьи. Тем, кто возьмется за изготовление описанного аппарата, необходимо ознакомиться с литературой по этой теме.
Радио №9 2004 год.
|
