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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
Saldatrice con regolazione elettronica della corrente di saldatura. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / attrezzatura per saldatura Una caratteristica della saldatrice per trasformatori CC presentata nell'articolo è la regolazione elettronica della corrente di saldatura mediante un raddrizzatore a tiristori controllato. Con un'adeguata alimentazione di rete l'apparecchio è adatto alla saldatura con elettrodi rivestiti fino a 4 mm di diametro. Una macchina per la saldatura di prodotti in metalli ferrosi è molto utile in un'officina domestica. Esistono molti di questi dispositivi in vendita, ma sono piuttosto costosi. Quelli economici forniscono solo corrente di saldatura alternata, che deteriora la qualità della saldatura. La corrente di saldatura di tali dispositivi è regolata spostando gli avvolgimenti del trasformatore o commutando le loro sezioni, e ciò riduce la durata del dispositivo e l'efficienza del lavoro con esso. La macchina saldatrice proposta è esente da questi inconvenienti. Principali caratteristiche tecniche
Lo schema della parte di potenza del dispositivo è mostrato in Fig. 1 . Si basa sul trasformatore T1, che ha due avvolgimenti secondari. Quattro sezioni dell'avvolgimento III e tiristori VS1 e VS2 formano un raddrizzatore a onda intera controllato. Rispetto ad un ponte ha un rendimento maggiore, richiede una sezione trasversale minore del filo dell'avvolgimento secondario e contiene meno elementi raddrizzatori (tiristori).
La corrente di saldatura viene regolata e stabilizzata modificando l'angolo di ritardo degli SCR. All'uscita del raddrizzatore è presente uno starter L2, che garantisce una combustione stabile dell'arco e ne facilita l'accensione [1]. Sul ponte a diodi VD1 è montato un raddrizzatore per l'alimentazione dell'arco. La sua tensione di uscita è di circa 80 V. La sua necessità è causata dai seguenti motivi: in primo luogo, con ampi angoli di ritardo di apertura degli SCR del raddrizzatore principale, l'arco brucia in modo molto instabile e, in secondo luogo, per facilitarne l'accensione, la massima l'eventuale tensione deve essere fornita agli elettrodi. Tuttavia, secondo i requisiti di [2], non deve superare gli 80 V. All'uscita del raddrizzatore ausiliario è presente anche un induttore L1. Il resistore R2 limita la corrente di questo raddrizzatore a circa 7 A (con un arco acceso). Se l'elettrodo "si attacca", la corrente aumenta a 12 A. Il raffreddamento del dispositivo è forzato, utilizzando la ventola M1. Come dimostra la pratica, gli SCR non si riscaldano molto anche senza ventola, ma il suo utilizzo consente di aumentare la durata relativa di funzionamento sotto carico (LOD) e allentare il regime termico del dispositivo, il che ha un effetto benefico sulla sua affidabilità . L'unità di controllo A1 genera segnali di controllo per i tiristori e fornisce la stabilizzazione della corrente di saldatura, il cui sensore è il trasformatore di corrente T3. In sostanza, il blocco è un regolatore di impulsi di fase con feedback della corrente di carico. I suoi vantaggi includono l'assenza di una connessione galvanica con i tiristori del raddrizzatore, nonché il fatto che gli impulsi da esso generati arrivano all'elettrodo di controllo di ciascun tiristore solo quando la tensione al suo anodo è positiva rispetto al catodo. Da notare che quest'ultima proprietà dell'unità di controllo viene utilizzata solo parzialmente a causa della presenza di un ulteriore raddrizzatore di alimentazione dell'arco. La centrale è alimentata dal trasformatore T2. Lo schema del blocco A1 è mostrato in Fig. 2. Sui transistor A1.VT1 e A1.VT2 è presente un'unità di sincronizzazione con la tensione alternata di rete e ciascuno dei transistor si apre solo nel “proprio” semiciclo. Gli impulsi provenienti dai collettori a transistor controllano un generatore di tensione a dente di sega sugli elementi logici A1.DD2.1 e A1.DD2.2, collegati in parallelo per aumentare la capacità di carico. Al confine dei semicicli, quando il valore istantaneo della tensione nella rete è vicino allo zero, entrambi i transistor sono chiusi e la tensione alle uscite degli elementi A1.DD2.1 e A1.DD2.2 ha un valore basso livello logico. Il condensatore A1 .C7 viene scaricato attraverso il diodo A1 .VD11 aperto. Con l'inizio del semiciclo successivo, il transistor A1.VT1 (o A1.VT2) si apre e il condensatore A1.C7 inizia a caricarsi con la corrente che scorre attraverso i resistori A1.R12 e A1.R13.
La tensione a dente di sega risultante viene applicata all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale A1.DA1, che funge da comparatore di tensione. Il suo ingresso invertente riceve una tensione di riferimento Uarr dalla resistenza di regolazione A1.R15. In ogni semiciclo, non appena la tensione sull'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale A1.DA1 supera Uarr, alla sua uscita appare un impulso di livello logico alto. Il ritardo della caduta crescente di questo impulso rispetto all'inizio del semiciclo dipende dalla tensione Uarr, e la caduta in caduta è legata al momento in cui la tensione di rete passa per lo zero. Modificando la tensione di riferimento è possibile regolare la durata dello stato aperto dei tiristori e quindi la potenza nel carico. La tensione di retroazione sul resistore R1, proporzionale alla corrente di saldatura, raddrizza il ponte a diodi A1.VD5-A1.VD8. La tensione raddrizzata viene fornita al resistore variabile R3, che funge da regolatore di questa corrente. Il resistore trimmer A1.R15 imposta il valore minimo della tensione di risposta del comparatore quando il cursore del resistore variabile R3 è nella posizione corrispondente alla corrente di saldatura massima. Mentre la saldatrice è in modalità di riposo, la tensione sul resistore variabile R3 è zero. La tensione di riferimento sull'ingresso invertente di OUA1 .DA1 è minima e la sua uscita è impostata su un livello logico alto. La durata dello stato aperto dei tiristori in questa modalità è massima e funzionano come normali diodi. Quando l'arco viene acceso, la tensione sull'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale A1.DA1 aumenta. Alla sua uscita compaiono impulsi di alto livello, la cui durata è più breve quanto maggiore è la corrente di saldatura. Ciò porta ad una diminuzione della durata dello stato aperto degli SCR e della corrente media di saldatura. È facile notare che quando la corrente di saldatura è impostata al massimo (lo slider del resistore R3 è nella posizione estrema destra secondo lo schema), il feedback non influenza il funzionamento del regolatore. In questa modalità, come in modalità inattiva, gli SCR funzionano come diodi e la corrente di saldatura massima dipende solo dai parametri del trasformatore T1. Dall'uscita dell'amplificatore operazionale A1.DA 1, il segnale va all'unità di controllo dell'arco, costruita sull'elemento logico A1.DD2.3. Lo scopo di questa unità è quello di bloccare il funzionamento del regolatore quando l'elettrodo di saldatura “si attacca”. Per il dispositivo, questa è una modalità di cortocircuito. Il pin 12 dell'elemento A1.DD2.3 viene alimentato con tensione dal divisore A1.R18, A1.R19, che il diodo zener A1.VD14 limita a un valore sicuro per il microcircuito (circa 9 V). Mentre il carico del dispositivo è un arco di saldatura, la tensione sul pin 12 dell'elemento A1.DD2.3 corrisponde a un livello logico alto, quindi il livello di tensione all'uscita di questo elemento è invertito rispetto all'amplificatore operazionale A1. DA1 installato in uscita. Quando l'uscita dell'amplificatore operazionale è alta, il livello basso dall'uscita dell'elemento A1.DD2.3 consente il funzionamento di un generatore di impulsi con una frequenza di circa 5 kHz sugli elementi A1.DD1.3 e A1.DD1.4. XNUMX. Quando l'elettrodo "si attacca", la tensione all'uscita del dispositivo diminuisce bruscamente. All'uscita dell'elemento A1.DD2.3, il livello diventa alto, impedendo il funzionamento del generatore. L'erogazione degli impulsi di apertura ai tiristori si interrompe. Il dispositivo rimarrà in questo stato fino all'eliminazione del cortocircuito. Il resistore trimmer A1.R19 imposta la tensione di risposta dell'unità di controllo dell'arco. Questa unità può essere utilizzata anche per controllare la saldatrice utilizzando il pulsante [1]. Per realizzare questa possibilità è necessario interrompere il circuito dell'uscita 11 della centralina nel punto A (vedi Fig. 1) e installare nell'intercapedine un pulsante con contatti normalmente aperti. Quindi il raddrizzatore controllato funzionerà solo quando questo pulsante viene tenuto premuto e il dispositivo rimarrà bloccato quando l'elettrodo "si attacca". Pacchetti di impulsi dall'uscita del generatore, nonché impulsi dai collettori dei transistor A1.VT1 e A1.VT2, vengono forniti agli elementi logici NOR A1.DD1.1 e A1.DD1.2. Un livello alto appare all'uscita dell'elemento i cui entrambi gli ingressi sono bassi. Nella fig. La Figura 3 mostra i diagrammi di tensione in vari punti del circuito dell'unità di controllo, nonché all'uscita del dispositivo (sotto carico).
I segnali di uscita degli elementi A1.DD1.1 e A1.DD1.2 sono amplificati dai transistor A1.VI3 e A1.VI4, caricati dagli avvolgimenti primari dei trasformatori di isolamento A1.T1 e A1.T2. Per proteggere i transistor dai campi elettromagnetici di autoinduzione, gli avvolgimenti primari dei trasformatori sono deviati dai circuiti a diodi resistivi A1.R10, A1.VD10 e A1.R21, A1.VD13. L'unità di controllo è assemblata su un circuito stampato in lamina di fibra di vetro secondo il disegno di Fig. 4. Utilizza resistori fissi MLT e resistori di regolazione SP3-38g. Condensatori - K73-17, ossido - qualsiasi tipo per la tensione appropriata, ad esempio K50-35. I transistor KT315G possono essere sostituiti da qualsiasi transistor al silicio a bassa potenza della struttura npn e KT829A - KT972A, KT972B. I diodi 1N4007 vengono sostituiti con KD105V, KD247A - con KD226A. Al posto del ponte a diodi MB5010 è possibile installare quattro diodi separati con una corrente di almeno 25 A, ad esempio della serie D132. Gli SCR T160 possono essere sostituiti con altri progettati per una corrente di 160 A o più, ad esempio T171-200, T123-200. Durante la sostituzione, è necessario tenere conto delle caratteristiche di progettazione dei tiristori e del loro raffreddamento.
I microcircuiti della serie K561 possono essere sostituiti con i loro analoghi funzionali delle serie K176 o KR1561 e il microcircuito KR544UD1A può essere sostituito con qualsiasi amplificatore operazionale con un'elevata impedenza di ingresso. Il motore del ventilatore è un trifase AB-042-2MU3 con potenza di 40 W. I ventilatori possono essere utilizzati anche con altri motori. Il trasformatore T1 è prodotto in conformità con le raccomandazioni di cui [3]. Il suo nucleo magnetico è costituito da piastre a forma di U di acciaio elettrico laminato a caldo dello spessore di 0,5 mm, assemblate una accanto all'altra. Le sue dimensioni, forma e disposizione delle sezioni di avvolgimento sono mostrate in Fig. 5. Gli avvolgimenti del trasformatore sono un disco [3]. L'ampiezza dello spazio tra gli avvolgimenti II e III non ha importanza. L'avvolgimento I è costituito da due tratti da 100 spire di filo di rame del diametro di 3 mm. L'avvolgimento II ha due sezioni di 38 spire di filo PEV-2 con un diametro di 1,8 mm. L'avvolgimento III è diviso in quattro sezioni da 20 spire di barra di rame 2x9 mm. Come isolante è stato utilizzato un nastro di cotone largo 20 mm. Le sezioni di ciascun avvolgimento si trovano su diversi nuclei magnetici (sezioni dell'avvolgimento III - in coppia). I loro numeri sono mostrati in Fig. 5. Sono tutti senza cornice, avvolti su mandrini di legno. Per evitare che le bobine si diffondano, vengono fissate con nastro in tessuto, seguito da impregnazione obbligatoria con vernice.
Il trasformatore T2 viene utilizzato già pronto con una tensione sull'avvolgimento II di 10...12 V con una corrente di carico di almeno 150 mA. Il trasformatore di corrente T3 è avvolto su metà del circuito magnetico ШЛ16х20, serrato con un morsetto in lamiera spessa 0,2 mm. Per non effettuare collegamenti inutili, come avvolgimenti primari sono stati utilizzati i terminali dell'avvolgimento III del trasformatore T1 (una spira ciascuno). L'avvolgimento secondario del trasformatore T3 ha 300 spire di filo PEV-2 con un diametro di 0,4 mm. I trasformatori T1 e T2 del blocco A1 sono avvolti su nuclei magnetici B26 realizzati in ferrite da 2000 NM senza traferro non magnetico. L'avvolgimento I contiene 150 spire e l'avvolgimento II contiene 100 spire di filo PEV-2 con un diametro di 0,18 mm. L'avvolgimento dell'induttore L1 viene avvolto su un nucleo magnetico di un trasformatore TS-180 con uno spazio non magnetico di 1 mm utilizzando un filo PEV-2 con un diametro di 1,8 mm fino al riempimento della finestra. L'induttore L2 è avvolto su un nucleo magnetico ShL32x40 con uno spazio non magnetico di 1 mm. Il suo avvolgimento contiene 60 spire dello stesso bus dell'avvolgimento III del trasformatore T1. Come materiale per le guarnizioni non magnetiche nei circuiti magnetici delle induttanze è stata utilizzata textolite con uno spessore di 0,5 mm. Il resistore R1 è un filo avvolto importato. È possibile utilizzare S5-35 (PEV) o S5-37 domestico con una potenza di 10 W o collegare in parallelo cinque resistori MLT-2 con un valore nominale di 110 Ohm. Il resistore R2 è costituito da un filo di nicromo con un diametro di 1 mm e una lunghezza di 1,7 m, avvolto su tubi ceramici dai pali del diodo KTs109A, come mostrato in Fig. 6. È stata testata una variante del collegamento in parallelo di sei resistori PEV-30 da 18 Ohm. Quando gli elettrodi "si attaccano", si surriscaldano notevolmente, ma poiché si tratta di una modalità a breve termine, tale surriscaldamento può essere considerato accettabile. In ogni caso si consiglia di posizionare la resistenza R2 nel flusso d'aria proveniente dalla ventola per un migliore raffreddamento.
Se la dissipazione di potenza sprecata nel resistore R2 non è desiderata, può essere rimossa dall'apparato limitando la corrente del raddrizzatore ausiliario come raccomandato in [1], utilizzando un banco di condensatori collegati in parallelo. È collegato in serie con l'avvolgimento II del trasformatore T1 e il ponte a diodi VD1. Per tale batteria sono adatti condensatori MBGP con una capacità totale di 240 μF. Resistore variabile R3 - SP-I gruppo A. Gli SCR devono essere installati su raffreddatori standard (dissipatori di calore). Il ponte a diodi MB5010 è dotato di dissipatore separato con superficie di raffreddamento effettiva di circa 300 cm2. I transistor KT829A non necessitano di dissipatori di calore. Il corpo del dispositivo può essere qualsiasi cosa. Nella versione dell'autore, tutte le parti del dispositivo sono posizionate su un telaio costituito da angoli piegati in lamiera d'acciaio di 2 mm di spessore. L'involucro del dispositivo è realizzato in lamiera di acciaio spessa 0,8 mm. Le pareti anteriore e posteriore dell'involucro sono realizzate in rete metallica elettrosaldata con celle da 10x10 mm. L'alloggiamento metallico deve essere messo a terra. Per configurare il dispositivo sono necessari un oscilloscopio e una sorgente di tensione continua regolabile da 0...12 V, nonché un multimetro. L'installazione dovrebbe iniziare con un controllo approfondito della corretta installazione. Dopo essersi assicurati che non ci siano errori, applicare la tensione dall'avvolgimento II del trasformatore T3 ai terminali 4 e 1 del blocco A2 con trasformatore T1 e ventola spenta. Utilizzando un oscilloscopio, assicurarsi che siano presenti collegamenti simili a quelli mostrati in Fig. 3 impulsi sui collettori dei transistor VT1 e VT2, nonché una tensione a dente di sega sul condensatore A1.C7. Successivamente, impostare il cursore del resistore di regolazione A1.R15 nella posizione superiore secondo il diagramma e il cursore del resistore variabile R3 nella posizione destra secondo il diagramma. In questo caso, l'uscita dell'amplificatore operazionale A1 .DA1 dovrebbe essere un livello basso costante oppure si dovrebbero osservare brevi impulsi di alto livello. Quindi, spostando dolcemente il cursore del resistore di regolazione A1.R15 verso il basso (secondo lo schema), riduci le pause tra gli impulsi finché non scompaiono completamente e sono costantemente presenti all'uscita dell'amplificatore operazionale di alto livello. Impostare il cursore del resistore di regolazione A1.R19 nella posizione superiore secondo lo schema. Quindi applicare una tensione di +11 V da una sorgente aggiuntiva al pin 1 del blocco A8 e, spostando verso il basso il cursore del resistore A1.R15 (secondo lo schema), assicurarsi che all'uscita dell'elemento A1.DD2.3 appaia un livello basso .1.1. I treni di impulsi alle uscite degli elementi DD1.2 e DD3 devono corrispondere alla Fig. 1. Se è necessario modificare la frequenza degli impulsi, selezionare un resistore A23.R11. Quando la tensione sul pin 1 del blocco A8 scende al di sotto di 5 V, il generatore di impulsi dovrebbe spegnersi. Successivamente, verificare la presenza di impulsi tra i pin 6, 7 e tra i pin 8, 1 del blocco A1 con i circuiti di controllo dei tiristori VS2 e VSXNUMX collegati. La fase successiva della configurazione consiste nel verificare il funzionamento dei circuiti di feedback. Spostare il resistore trimmer A1.R7 nella posizione sinistra secondo lo schema, applicare temporaneamente una tensione di +11 V al pin 1 del blocco A9 e una tensione costante di 1...4 V da una fonte aggiuntiva al condensatore A0. C10. Quando questa tensione cambia, così come quando ruota il resistore variabile R3, gli impulsi dovrebbero apparire all'uscita dell'amplificatore operazionale A1.DA1 e il loro ciclo di lavoro dovrebbe cambiare. Impostare il cursore del resistore R3 nella posizione estrema destra (secondo lo schema). Collegare all'uscita dell'apparecchio una lampada a incandescenza da 36 V con una potenza di almeno 20 W. Scollegare temporaneamente l'induttore L1 e collegare l'avvolgimento primario del trasformatore T1 alla rete. In questo caso, la lampada dovrebbe accendersi. Altrimenti dovresti scambiare i pin 3 e 4 del blocco A1. Applicando tensione al condensatore A1.C4 da una fonte aggiuntiva, controllare il funzionamento del regolatore di corrente. All'aumentare della tensione ai capi di questo condensatore, la luminosità della lampada dovrebbe diminuire. Controlla se la ventola gira nella direzione giusta. Per cambiare la direzione della sua rotazione, è necessario scambiare due dei suoi tre terminali. La corrente del motore non deve superare il valore massimo consentito. Successivamente, spegnere la fonte di tensione aggiuntiva, collegare l'induttore L1 e il pin 11 del blocco A1 secondo lo schema. Collegare i cavi di saldatura ai terminali di uscita del dispositivo tramite un amperometro da 200 A, impostare il cursore del resistore variabile R3 sulla posizione di corrente minima e accendere il dispositivo. Accendere l'arco e utilizzare il resistore trimmer A1.R7 per impostare la corrente nel circuito di saldatura su circa 40 A. Quindi, monitorando la corrente con un amperometro, calibrare la scala del resistore variabile R3. Letteratura
Autore: E. Gerasimov
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