|
СХЕМЫ---->
Полезная схемотехника. статьи № 1-50
Автоматическое бесконтактное устройство ограничения напряжения холостого хода сварочного трансформатора.
Б. РАБКИН
Условия выполнения электросварочных работ на большинстве промышленных предприятий относятся, с точки эрения адектробезопасности, к условиям с повышенной опасностью или особо опасным. Напряжение холостого хода сварочного трансформатора, достигающее 60—76 В, в помещениях С токопровдящим полом, в емкостях, туннелях, коллекторах является опасным, прикосновение к электроду оголенным участком тела может привести к тяжелым последствиям. В связи с этим «Правила устройства электроустановок» и «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» требуют применения в подобных случаях устройств, обеспечивающих автоматическое отключение напряжения холостого хода сварочного трансформатора или ограничения напряжения холостого хода до 12 В с выдержкой не более 0,5 с.
Выполняя эти требования, на многих предприятиях внедряют релейные устройства ограничения напряжения холостого хода сварочного трансформатора. Недостатками таких устройств являются низкое быстродействие, малая надежность, неудобство подключения, а в большинстве случаев и невозможность применения их для сварочных трансформаторов без регулирующего дросселя. В предлагаемой конструкции эти недостатки отсутствуют.
Описываемое устройство предназначено для автоматического ограничения напряжения холостого хода сварочного трансформатора до 6—10 В с заданной выдержкой времени в интервале от нуля до 12 с. Оно состоит из четырех основных узлов (рис. 1): триггера Шмитта (транзисторы Т2 и Т3), ждущего блокинг-генератора (транзистор Т4), реле времени (транзистор Т1) и узла коммутации первичной обмотки сварочного трансформатора (тиристоры Д19, Д20). Напряжение питания устройства подается со вторичной обмотки трансформатора Тр2.
Принцип работы устройства основан на неоднозначности напряжений срабатывания и отпускания триггера Шмитта.
При включении питания первичная обмотка сварочного трансформатора Тр3 подключается к сети через цепочку R20C5 или R20C5C6. Напряжение на выводах разомкнутой вторичной обмотки сварочного трансформатора составляет 6—10 В. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора, выпрямленное диодами Д1—Д4, подается на вход электронного устройства. При этом транзисторы Т1 и Т2 открыты, транзистор Т3 закрыт. Ждущий блокинг-генератор не генерирует.
При замыкании сварочной цепи напряжение на выводах вторичной обмотки сварочного трансформатора уменьшается почти до нуля, так как первичная обмотка трансформатора подключена к сети через RC цепь, имеющую большое сопротивление. Напряжение па базе транзистора Т2 становится меньше напряжения отпускания триггера Шмидта. Транзистор Т2 закрывается, а Т3 открывается. Коллекторный ток транзистора T3 создает падение напряжения па делителе R13R14, достаточное для возбуждения блокинг-генератора. Последний начинает генерировать сигнал с частотой около 1 кГц.
Положительные импульсы со вторичной обмотки трансформатора Тр2 через цепочки Д17R18 и Д18R19 подаются на управляющие электроды тиристоров Д19 и д20, обеспечивая их открывание в начале положительного для каждого из них полупериода сетевого напряжения. Через открытые тиристоры на первичную обмотку сварочного трансформатора практически полается полное напряжение сети. На его вторичной обмотке появляется напряжение, равное 20—50 В, которого достаточно для поддержания сварочной дуги, но недостаточно для срабатывания триггера Шмитта.
После окончания процесса сварки при размыкании сварочной цепи напряжение на выводах вторичной обмотки сварочного трансформатора возрастает до 60— 76 В. Падение напряжения на резисторе R3 увеличивается и становится достаточным для пробоя стабилитрона Д5. Транзистор Т1 закрывается. Конденсатор С2, зашунтированный открытым транзистором Т1, начинает заряжаться через резисторы R5—R7. При достижении на конденсаторе С2 напряжения, большего, чем падение напряжения на резисторе R9, срабатывает триггер Шмитта. Транзистор Т2 открывается, а Т3 закрывается. Это приводит к срыву генерации блокинг-генератора. Исчезают управляющие импульсы тиристоров Д19 и Д20. Тиристоры закрываются. Напряжение на первичную обмотку сварочного трансформатора подается только через цепь R20C5 (R20C5C6). Устройство возвращается в исходное состояние. Конденсатор С2 быстро разряжается через открытый транзистор T1.
Резисторы Rl—R3 вместе с конденсатором С1 выполняют роль фильтра входного напряжения. Одновременно резисторы R1—R3 являются балластными для стабилитронов Д7 и Д8. Резистором R3 регулируют напряжение на входе устройства, при котором начинается отсчет времени выдержки на понижение напряжения на вторичной обмотке сварочного трансформатора после разрыва сварочной цепи. Диод Д6 ограничивает напряжение на базе транзистора T1. Диоды Д9 и Д10 обеспечивают развязку триггера по двум входам. Стабилитрон Д11 стабилизирует напряжение питания устройства. Резисторы R18, R19 компенсируют разброс параметров цепи управления тиристоров Д19 и Д20.
Выдержку времени регулируют переменным резистором R6.
Если используется сварочный трансформатор с переключателем на большие и малые токи (например ТД-300, ТД-500), следует учесть, что при переключении изменяется индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к его первичной обмотке. Следовательно, для получения напряжения холостого хода при разомкнутой вторичной цепи и закрытых тиристорах в пределах 6— 10 В, надо изменить параметры RC цепи, шунтирующей тиристоры (переключателем В2). При работе сварочного трансформатора в положении переключателя «Малые токи» переключатель В2 должен быть разомкнут, в положении «Большие токи» — замкнут.
Контроль напряжения питающей сети и на первичной обмотке сварочного трансформатора производится индикаторными лампами Л1 и Л2.
Детали и конструкция. В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ, переменные СП-0,5, конденсаторы ЭМ, К50-6, МБМ. Конденсаторы С5 и С6 — МБГЧ с рабочим напряжением 400 В, но можно использовать и другие типы конденсаторов с рабочим напряжением 600 В.
Трансформатор Tpl выполнен на сердечнике Ш16X25. Первичная обмотка содержит 6070 витков провода ПЭЛ 0,1, вторичная — 200 витков провода ПЭЛ 0,44. В качестве трансформатора Tpl может быть применен любой трансформатор 380/12 В мощностью не менее 8 ВА.
Выходной трансформатор Тр2 намотан проводом ПЭЛ 0,23 на сердечнике Ш16Х15. Обмотка 1 содер жит 50 витков, 2 — 35 витков, 3 и 4 — по 150 витков. При намотке трансформатора Тр2 особое внимание следует обратить на качество изоляции обмоток 3 и 4 между собой и относительно остальных обмоток.
Транзисторы T1—-T3 могут быть МП37А, МП37Б. При этом в качестве диода Д9 следует применять кремниевый диод (например, серии Д220 или Д226). Транзистор Т4 может быть любой из серий П214—П217. Его устанавливают на радиатор, изготовленный из полоски меди размером 40X25X2,5 мм.
Тиристоры Д19 и Д20—Т160 (не ниже 6 кл.) устанавливаются на стандартные семиреберные радиаторы.
Устройство выполнено в виде переносной приставки к сварочному трансформатору. Ее размер — 280X250X200 мм. К питающей сети приставку подключают кабелем с унифицированным разъемом. Монтаж электронной части устройства выполнен на печатной плате из фольгированного гетинакса размером 214X82 мм (рис. 2).
На верхней панели устройства устанавливают переключатели В1 и В2, регулятор выдержки времени, индикаторные лампы и предохранитель Пр1. Для охлаждения тиристоров в верхней и нижней панелях корпуса имеются вентиляционные отверстия. На боковой поверхности корпуса установлен унифицированный разъем для подключения сварочного трансформатора и два зажима для соединения входа устройства со вторичной обмоткой сварочного трансформатора.
Налаживание. Тщательно проверив правильность монтажа, размыкают цепь коллектора транзистора Т4 (отсоединив один из выводов обмотки 1 трансформатора Тр2). Движок подстроенного резистора R3 устанавливают в левое по схеме положение. На вход подают переменное напряжение 70 В и измеряют напряжение на стабилитронах Д7 и Д8. Оно должно составлять примерно 1,5 В. Затем отключают напряжение 70 В и подают напряжение питания устройства (12 В).
Для определения напряжения срабатывания и отпускания триггера используют источник регулируемого напряжения постоянного тока (на рис. 3 показан утолщенными линиями). Плавно увеличивая выходное напряжение источника, контролируют падение напряжения на резисторе R13 и на части делителя. Напряжение срабатывания и отпускания триггера определяют по показанию прибора ИП1 в момент резкого изменения показания вольтметра ИП2. Напряжение отпускания триггера должно быть на 0,1—0,3 В больше напряжения стабилизации стабилитронов Д7, Д8. Напряжение отпускания должно быть меньше этой величины на 0,3— 0,5 В. Подстройка чувствительности входа триггера производится подбором резистора R9.
После подбора резистора R9 вспомогательные цепи исключают и на вход устройства подают регулируемое переменное напряжение 10—20 В (например, через ЛАТр) и проводят измерения в следующем порядке.
Рис. 3. Подключение дополнительных элементов при определении напряжения срабатывания и отпускания триггера Шмитта
При кратковременном замыкании выводов эмиттера и коллектора транзистора Т2 напряжение на резисторе R13 должно скачком установиться близким к нулю и сохраняться после размыканий выводов.
Постепенно снижая напряжение на входе устройства, определяют напряжение, при котором напряжение на резисторе R13 скачком возрастет и установится на уровне 1—1,2 В. Это напряжение (на входе устройства) находится в пределах 4—6 В.
Перемещая движок подстроечного резистора R3 вправо по схеме добиваются, чтобы транзистор Т1 полностью закрылся при напряжении на входе, равном 50 В. Затем уменьшают напряжение на входе устройства до нуля.
Подсоединяют цепь коллектора транзистора Т4 и подбором резистора R15 устанавливают такой ток базы транзистора Т4, чтобы амплитуда импульсов на выходных обмотках трансформатора блокинг-генератора была достаточна для надежного открывания тиристоров. Следует стремиться к использованию резистора R15 с возможно большим сопротивлением. Налаживание блокинг-генератора следует производить только при подключенных к выходным обмоткам блокинг-трансформатора управляющих переходов тиристоров или резисторов сопротивлением 150 Ом.
Проверку открывания тиристоров производят, предварительно отсоединив от них цепь напряжением 380 В. Для проверки используют простой пробник, состоящий из батареи напряжением 4,5 В и лампы накаливания (МН3,5Х0,28). При подаче управляющих импульсов на управляющие электроды тиристоров, включенных встречно, лампа пробника должна загораться при подсоединении к аноду и катоду любого из тиристоров выводов пробника любой полярности.
Для подбора емкостей конденсаторов С5 и С6 в разрыв первичной цепи сварочного трансформатора, переключатель токов которого установлен в положении «Малые токи», включают RC цепочку и измеряют напряжение на выводах разомкнутой вторичной обмотки сварочного трансформатора. При постоянном сопротивлении резистора R20 подбирают конденсатор такой емкости которая бы обеспечила получение на выводах разомкнутой вторичной обмотки сварочного трансформатора напряжения, на 10—20% превышающего напряжение, определенное ранее (4—6 В).
Переключив сварочный трансформатор на большие токи, аналогично подбирают конденсатор С6. В статье емкости конденсаторов С5 и С6 даны для сварочного трансформатора ТД-500.
|
