|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Inwertorowe źródło prądu spawania. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / sprzęt spawalniczy Prace spawalnicze, odlewnicze, cynkownicze i inne wymagają specjalistycznego źródła napięcia lub prądu o dużej mocy (czasami o specjalnym kształcie). Analizując strukturę takich źródeł zauważono, że ich schematy funkcjonalne praktycznie się pokrywają. W artykule przedstawiono przykład realizacji mostkowego przetwornika napięcia opartego na uniwersalnym module sterującym mikrokontrolerem. Przetwornica ta nadaje się nie tylko do stosowania w inwertorowych źródłach prądu spawania, ale także w systemach nagrzewania indukcyjnego, zasilaczach bezprzerwowych do sprzętu elektronicznego, źródłach prądu do galwanizacji, przemiennikach częstotliwości, zasilaczach generatorów ultradźwiękowych. Proponowane inwerterowe źródło prądu spawania zasilane jest napięciem przemiennym o wartości 170...240 V i jest przystosowane do prądu obciążenia do 150 A przez 70% czasu pracy. Główną różnicą między tym źródłem a klasycznymi źródłami jest brak oddzielnej jednostki ładującej kondensator akumulacyjny, a także możliwość dostosowania się do rozwiązywania różnych problemów bez zmiany obwodu jednostki sterującej, a jedynie poprzez wymianę programu mikrokontrolera. Funkcjonalnie spawalnicze źródło prądu składa się ze źródła prądu jego podzespołów, prostownika sterowanego trinistorem, falownika mostkowego IGBT wysokiej częstotliwości z optoizolowanymi jednostkami sterującymi oraz zewnętrznej jednostki spawalniczej. Schemat ideowy wymienionych bloków pokazano na ryc. 1. Prostownik i falownik są sterowane i kontrolowane przez jednostkę sterującą i zarządzającą mikrokontrolerem, której obwód pokazano na ryc. 2. Numeracja elementów na tych schematach jest ciągła.
Gdy styki wyłącznika SA1 są zwarte, napięcie sieciowe prądu przemiennego dostarczane jest do mostka diodowego, składającego się z diod VD1, VD5 i diod głównego prostownika mocy VD11, VD12. Wyprostowany prąd ładuje kondensator C4 do amplitudy napięcia sieciowego. Termistor RK1 JNR10S470L ogranicza prąd ładowania. Przez rezystory R1, R2, R5 i R6 napięcie z kondensatora C4 wchodzi do obwodu zasilania sterownika przetwornicy napięcia DA1 TOR233R. Od momentu uruchomienia, aż napięcie na kondensatorze C10 wzrośnie do 5 V, mikroukład DA1 działa w trybie samooscylacyjnym. Po osiągnięciu tego napięcia obwód wyjściowy równoległego zintegrowanego regulatora DA2 TL431ALP otwiera się, co powoduje przepływ prądu przez rezystor R9 i diodę nadawczą transoptora U1. Otwarty fototranzystor tego transoptora zamyka obwód sterujący mikroukładu DA1, zapewniając zamknięcie jego klucza wyjściowego i zatrzymanie gromadzenia energii w obwodzie magnetycznym transformatora impulsowego T1. Dopóki ten klucz jest zamknięty, energia zgromadzona przez uzwojenia wtórne transformatora wchodzi do ich obciążeń. Wszystkie uzwojenia wtórne są odseparowane galwanicznie od siebie i od napięcia sieciowego. Więcej informacji na temat działania TOPSwitch-FX Family Design Elastic, EcoSmart®, Integrated Off-line Switcher można znaleźć w dokumencie pdf.datasheetbank.com/pdf/Power-Integrations/233 232. pdf. Jednostka sterująca i monitorująca wykonana jest na mikrokontrolerze DD1 ATmega48-20AU. Układ C34R59 opóźnia uruchomienie mikrokontrolera do czasu ustalenia stabilnego poziomu napięcia zasilania. Pod koniec impulsu generowanego przez ten obwód wewnętrzny generator zegara RC mikrokontrolera zaczyna pracować z częstotliwością 8 MHz. Częstotliwość ta jest ustawiana podczas programowania konfiguracji mikrokontrolera. Sinusoidalne napięcie sieciowe przez rezystory R34 i R35 dostarczane jest do mostka diodowego VD24. Wyprostowany prąd pulsujący przepływa przez diodę nadawczą transoptora U7, bocznikowaną przez rezystor R38. W pobliżu przejścia chwilowej wartości napięcia sieciowego przez zero prąd płynący przez diodę nadawczą zatrzymuje się na chwilę, a tranzystor wyjściowy transoptora U7 zamyka się, co prowadzi do dostarczenia na wejście sygnału zegarowego wysokiego poziomu PD2 mikrokontrolera DD1. Przetwarzając to zdarzenie, mikrokontroler ustawia na wyjściu PB3 sygnał o niskim poziomie z określonym opóźnieniem. Powoduje to przepływ prądu przez obwód składający się z diody nadawczej transoptora U2 i rezystora R14. Otwiera się fototranzystor transoptora U2, a sygnał z rezystora R15 otwiera tranzystor polowy z kanałem p VT1. Przez otwarty tranzystor i rezystory R16 i R17 napięcie + 12 V z prostownika na diodzie VD6 wchodzi do obwodów elektrod sterujących trinistorów Vs 1 i VS2. Trinistory otwarte. Napięcie sieciowe prądu przemiennego jest również dostarczane do mostka prostowniczego mocy utworzonego przez diody VD11 i VD12 oraz trinistory VS1 i VS2. Od momentu ich otwarcia do momentu odwrócenia polaryzacji napięcia anoda-katoda, powodując zamknięcie tyrystorów, kondensator magazynujący C17 jest ładowany. Przy każdym przejściu napięcia zasilania przez zero mikrokontroler zmniejsza opóźnienie otwarcia, dzięki czemu ładowanie przebiega płynnie. Czas jego trwania (w rozpatrywanym wariancie wynosi około 5 s) jest programowany. W sytuacji awaryjnej mikrokontroler nie generuje na wyjściu PB3 sygnału umożliwiającego otwarcie trinistorów, w efekcie czego pozostają one zamknięte. Obwody R18C15 i R20C16 wykluczają fałszywe otwarcie trinistorów pod wpływem zakłóceń. Po zakończeniu płynnego ładowania kondensatora C17 program zaczyna generować impulsy do sterowania kluczami falownika mostkowego na wyjściach PB1 i PB2 mikrokontrolera, z częstotliwością 20 kHz (ustawia to oprogramowanie). Cykl pracy impulsów jest regulowany za pomocą rezystora zmiennego R33 w zakresie 0,1 ... 0,9. Z tych wyjść sygnały sterujące opóźnione wzajemnie o połowę okresu częstotliwości 20 kHz wchodzą do jednostek sterujących IGBT VT3-VT6 wykonanych na transoptorach U2-U5. Ponieważ węzły te są identyczne, na schemacie z ryc. 1 pokazuje szczegółowo tylko jeden z nich, zbudowany na transoptorze U3. Zasilany jest z uzwojenia IV transformatora T1 przez diodę prostowniczą VD9 o napięciu 25 V. Wykresy czasowe objaśniające jego działanie pokazano na rys. 3. 5. Emiter IGBT VT3 sterowany przez ten węzeł jest podłączony do wyjścia zintegrowanego regulatora napięcia ujemnego DA18. Z tego powodu napięcie bramka-emiter IGBT, w zależności od stanu transoptora, zmienia się z +7 V, przy którym IGBT jest całkowicie otwarty, do -XNUMX V (IGBT jest bezpiecznie zamknięty).
Impulsy z wyjścia PB2 mikrokontrolera przez rezystor R60 są podawane do połączonych szeregowo diod emitujących transoptory U3 i U4, które sterują odpowiednio IGBT VT5 i VT2. Dlatego te IGBT otwierają się w tym samym czasie. IGBT VT3 i VT4 pozostają w tym czasie zamknięte, ponieważ na wyjściu PB1 nie ma impulsu. Prąd przepływa przez obwód dodatniej płytki kondensatora C17, otwarty IGBT VT2, przekładnik prądowy T4, uzwojenie I transformatora T5 (w kierunku od końca do początku), otwarty IGBT VT5, przekładnik prądowy T3, płytka ujemna kondensatora C17. Powoduje to indukowanie na uzwojeniach wtórnych transformatora T5 napięcia, przyłożonego dodatnio do anody diody VD21 i ujemnego do anody diody VD22. Prąd spawania przepływa przez uzwojenie II transformatora T5, otwartą diodę VD21, cewkę indukcyjną L2 i obwód spawania. W kolejnym półcyklu falownika program generuje impuls na wyjściu PB1 mikrokontrolera, który otwiera IGBT VT3 i VT4. Na wyjściu PB2 nie ma impulsu, więc IGBT VT2 i VT5 są zwarte. Prąd przepływa przez obwód dodatni kondensator C17, otwarty IGBT VT4, uzwojenie I transformatora T5 (od początku do końca), przekładnik prądowy T4, otwarty IGBT VT3, przekładnik prądowy T2, kondensator ujemny C17. Powoduje to indukowanie na uzwojeniach wtórnych transformatora T5 napięcia, przyłożonego dodatnio do anody diody VD22 i ujemnego do anody diody VD21. Prąd spawania przepływa przez uzwojenie III transformatora T5, otwartą diodę VD22, cewkę indukcyjną L2 i obwód spawania. Reguluj prąd spawania za pomocą rezystora zmiennego R33 zamontowanego na panelu przednim falownika. Napięcie podawane jest na wejście ADC2 mikrokontrolera poprzez układ scalony R46C30, w zależności od położenia suwaka tego rezystora zmiennego. Rezystory R41, R42, R45, R47 służą do wyeliminowania możliwości uszkodzenia wejścia ADC2 mikrokontrolera w przypadku przerwy w obwodzie rezystora zmiennego R33. Przetwornik ADC mikrokontrolera przetwarza napięcie przyłożone na wejście ADC2 na kod, a program przetwarza go i w zależności od wyniku zmienia współczynnik wypełnienia impulsów na wyjściach PB1 i PB2. Przekładniki prądowe T2 i T3 służą jako czujniki zwarć obciążenia IGBT i zabezpieczenia prądowe przelotowe. W sytuacji awaryjnej wzrasta napięcie na uzwojeniach wtórnych tych transformatorów. Po wyprostowaniu za pomocą zespołów diod VD25 lub VD26 jest on podawany przez dzielnik rezystancyjny R48R49 (kondensator C29 tłumi zakłócenia) na nieodwracające wejście komparatora DA7.1. Przykładowe napięcie na wejściu odwracającym tworzy dzielnik rezystancyjny R54R55 z kondensatorem przeciwzakłóceniowym C32 (jest ono również podawane na wejście nieodwracające komparatora DA7.2). Gdy sygnał odebrany na wejściu 5 przekroczy napięcie wzorcowe (ma to miejsce, gdy przez uzwojenia pierwotne transformatorów T2 lub T3 przepływa więcej niż 30 A), na wyjściu komparatora DA7.1 powstaje impuls wysokiego poziomu. Poprzez obwód scalony R58C35, który pozwala uniknąć fałszywych alarmów, wchodzi na wejście odwracające komparatora DA7.2. Jeżeli czas trwania impulsu awaryjnego przekroczy 5 ms, to z wyjścia komparatora DA3 na wejście PD7.2 mikrokontrolera zostanie wysłany sygnał, który zablokuje programowi generowanie impulsów sterujących na wyjściach PB1 i PB2. Przekładnik prądowy T4 służy jako czujnik prądu roboczego w uzwojeniu I transformatora T5. Napięcie uzwojenia wtórnego transformatora T23 prostowane mostkiem diod zespołów VD27 i VD4 przez obwód scalony R52C31 trafi na wejście ADC1 mikrokontrolera. Będzie mierzona i przetwarzana przez oprogramowanie. Gdy zmierzony prąd przekracza 25 A, program koryguje cykl pracy impulsów sterujących IGBT. Zabezpieczenie przed przegrzaniem realizowane jest na termistorze RK2 KTY81/210. Jego rezystancja oraz poziom sygnału na wejściu ADC0 mikrokontrolera zależą od temperatury. W przypadku przekroczenia dopuszczalnej temperatury program zmniejsza cykl pracy impulsów na wyjściach PB1 i PB2 lub całkowicie zatrzymuje ich powstawanie do czasu ostygnięcia termistora. Po zasileniu mikrokontrolera i uruchomieniu jego wewnętrznego generatora zegara program oczekuje na pojawienie się na wejściu PD2 sygnału przejścia wartości chwilowej napięcia sieciowego przez poziom zerowy. Po odebraniu takiego sygnału uruchamia dwa wewnętrzne timery. Zawartość rejestru zliczającego jednego z nich służy do kontrolowania szybkości ładowania kondensatora C17. Drugi timer służy do ochrony falownika. Restartuje mikrokontroler w przypadku braku sygnału zerowego napięcia przez 10 ms, w wyniku czego program uruchamia się od nowa. Po upływie 9,95 ms od momentu odebrania sygnału przejścia przez zero program wysyła sygnał o otwarciu trinistorów ustawiając wysoki poziom na wyjściu PB3 mikrokontrolera. Po odebraniu kolejnego takiego sygnału poziom na wyjściu PB3 spada do niskiego poziomu. Następny sygnał otwarcia tyrystorów zostanie podany za 9,9 ms, zatem pozostaną otwarte dłużej o 0,5 ms. Ze względu na stopniowe zwiększanie czasu trwania stanu otwartego trinistorów, kondensator C17 jest płynnie ładowany. Po około 5 s mikrokontroler da sygnał do ciągłego otwarcia trinistorów. Zostanie ono usunięte jedynie w przypadku awarii zasilania w sieci zasilającej lub w sytuacji „Wypadku”. Dopóki kondensator C17 nie zostanie w pełni naładowany, program nie generuje sygnałów sterujących IGBT. Po zakończeniu ładowania na wyjściach PB1 i PB2 mikrokontrolera pojawiają się ciągi impulsów, następujące po okresie 50 μs, przesuniętych wzajemnie o pół okresu (25 μs). Czas trwania impulsów zależy od napięcia podawanego na wejście ADC2 mikrokontrolera. Jego minimalna wartość wynosi 2,5 µs, maksymalna to 22,5 µs (pozostałe 2,5 µs półcyklu to minimalna przerwa wymagana do zapewnienia zamknięcia wcześniej otwartych tranzystorów IGBT). Działanie zabezpieczenia awaryjnego polega na zakończeniu tworzenia sygnałów kontrolnych IgBt w sytuacjach „Wypadek”, „Wypadek 2” i „Przegrzanie 2”. Sytuacja „awaryjna” ma miejsce, gdy wzrasta napięcie na wejściu ADC1 mikrokontrolera. Napięcie to jest konwertowane na kod binarny. W zależności od jego wartości, czas trwania sygnałów sterujących IGBT najpierw stopniowo maleje, a jeśli to nie zadziała, tworzenie impulsów całkowicie zatrzymuje się. Gdy na wejście PD3 dotrze sygnał o wysokim poziomie logicznym, natychmiast następuje stan „Alarm 2”. Warunkiem wystąpienia sytuacji „Przegrzanie 2” jest podwyższone napięcie na wejściu ADC0 mikrokontrolera. Jest on również konwertowany na kod binarny, którego wynikiem analizy jest skrócenie czasu trwania impulsów sterujących lub ich całkowite wyłączenie. Po usunięciu przyczyn awarii praca źródła inwerterowego zostaje automatycznie wznowiona. Do artykułu dołączony jest plik do pobrania programu mikrokontrolera weld.hex. Konfiguracja mikrokontrolera musi być ustawiona następująco: bajt rozszerzony - 0xFF, bajt wysoki - 0xDD, bajt niski - 0xE2. Programator podłączany jest do złącza XP9. Strukturalnie główna część części źródła spawania jest umieszczona na płytce drukowanej o wymiarach 140 x 92,5 mm, której rysunek drukowanych przewodów pokazano na ryc. 4.
Na dolnej stronie płytki drukowanej (rys. 5) znajdują się elementy do montażu powierzchniowego, a także diody VD11 i VD12, trinistory VS1 i VS2, IGBT VT2-VT5. Na górnej stronie (ryc. 6) - reszta elementów. Obwody zasilające wykonuje się za pomocą wiszących przewodów o przekroju co najmniej 2,5 mm2. Na druty te nałożone są rdzenie magnetyczne przekładników prądowych T2, T3, T4 o wymiarach K20x12x6 wykonane z ferrytu 2000NM1 z uzwojeniami wtórnymi zawierającymi 200 zwojów drutu PEV-2 o średnicy 0,25 mm.
Transformator T1 montowany jest na górze płytki PCB. Jego obwód magnetyczny stanowi pierścień o wymiarach K24x13x7,5 wykonany z permalloyu MP140, izolowany warstwą lakierowanej tkaniny. Dane uzwojenia podano w tabeli. 1, a kolejność nawinięcia uzwojeń odpowiada ich numeracji na schemacie. Zwoje uzwojenia I, VI i VII są równomiernie rozmieszczone na całym obwodzie obwodu magnetycznego. Każde z pozostałych uzwojeń jest nawinięte na swój własny odcinek obwodu magnetycznego i nie zachodzi na siebie. Wszystkie uzwojenia izolowane są lakierowaną tkaniną. Tabela 1
Ssanie L1 - EC24. Kondensator C17 mocowany jest nad górną powierzchnią płytki na stojakach o wysokości 20 mm. Dociskają płatki montażowe do jego zacisków za pomocą przylutowanych do nich przewodów podłączonych do zacisków kondensatora. Do podłączenia przewodów zasilających z zaciskami IGBT VT2-VT5, trinistorami VS1 i VS2, diodami VD11 i VD12, na płytce drukowanej znajdują się pola stykowe z otworami. Elementy te dociskane są do bloku radiatora poprzez uszczelki izolacyjne, jak pokazano na rys. 7.
Transformator wyjściowy T5, cewka indukcyjna L2, diody prostownicze VD21, VD22 znajdują się na oddzielnym radiatorze. Dane uzwojenia transformatora T5 podano w tabeli. 2. Jego rdzeń magnetyczny jest klasy Gammamet GM414. 2 standardowe rozmiary OL64x40x30. Uzwojenie pierwotne jest odizolowane od obwodu magnetycznego i uzwojeń wtórnych podwójną warstwą lakierowanej tkaniny. Tabela 2
Uzwojenie cewki indukcyjnej L2 nawinięte jest na obwód magnetyczny ShLM20x32 wykonany ze stali elektrotechnicznej o grubości 0,08 mm z pakietem pięciu miękkich taśm miedzianych o grubości 0,1 mm i szerokości nieco mniejszej niż wysokość okna obwodu magnetycznego. Opakowanie zaizolowane lakierowaną tkaniną wykonało siedem obrotów. Obwód magnetyczny jest montowany z niemagnetyczną szczeliną o długości 1,8 mm. Pomiędzy radiatorami umieszczono dwa wentylatory 80x80 mm z zasilacza komputera podłączane do złączy XP1 i XP2. Jeden wentylator wieje wokół transformatora T5, cewki indukcyjnej L2 i kondensatora C17. Jego strumień powietrza skierowany jest w stronę transformatora T5. Drugi wentylator znajduje się pomiędzy radiatorami. Jego strumień powietrza skierowany jest w stronę diod VD21 i VD22. Kabel sieciowy PVA 2x2,5 mm2 podłączony do zacisków 1 i 3 (górnych) wyłącznika SA1. Do zacisków 2 i 4 (dolnych) tego wyłącznika podłączone są dwa przewody o przekroju 1,5 mm2. Jeden z przewodów z zacisku 2 jest podłączony do anody trinistora VS2, a drugi do katody diody VD12 (nie ma między nimi połączenia poprzez drukowane przewody). Jeden z przewodów z zacisku 4 idzie do anody trinistora VS1, a drugi do katody diody VD11. Nie ma też żadnego połączenia między nimi poprzez drukowane przewodniki. Rezystor regulacyjny prądu zmiennego R33 jest zainstalowany na przednim panelu obudowy i podłączony do złącza XP8 za pomocą trójprzewodowej wiązki przewodów. Termistor RK2 mocuje się do radiatora za pomocą wspornika zaciskowego. Program mikrokontrolera można pobrać z ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/03/weld.zip. Autorzy: A. Zharkov
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Plastik, który można bez końca poddawać recyklingowi ▪ Światło zgasło - powietrze stało się czystsze
▪ sekcja serwisu Urządzenia różnicowoprądowe. Wybór artykułu ▪ artykuł I jesteś pasjonatem, Paramosha! Popularne wyrażenie ▪ artykuł kierowcy samochodu. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Wykańczanie skór owczych po farbowaniu. Proste przepisy i porady ▪ artykuł Kolorowe krążki w galaretkach. Doświadczenie chemiczne
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony