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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
Schweißgerät mit elektronischer Schweißstromregelung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Schweißgeräte Ein Merkmal des im Artikel vorgestellten Gleichstromtransformator-Schweißgeräts ist die elektronische Regelung des Schweißstroms mittels eines gesteuerten Thyristorgleichrichters. Bei entsprechender Netzspannung ist das Gerät zum Schweißen mit umhüllten Elektroden mit einem Durchmesser von bis zu 4 mm geeignet. Eine Maschine zum Schweißen von Eisenmetallprodukten ist in einer Heimwerkstatt sehr nützlich. Es gibt viele solcher Geräte im Angebot, aber sie sind ziemlich teuer. Billige Modelle liefern nur Wechselstrom, was die Schweißqualität verschlechtert. Der Schweißstrom solcher Geräte wird durch Bewegen der Transformatorwicklungen oder Umschalten ihrer Abschnitte reguliert, was die Lebensdauer des Geräts und die Effizienz der Arbeit damit verringert. Die vorgeschlagene Schweißmaschine weist diese Nachteile nicht auf. Wichtigste technische Merkmale
Das Diagramm des Leistungsteils des Geräts ist in Abb. dargestellt. 1 . Es basiert auf dem Transformator T1, der über zwei Sekundärwicklungen verfügt. Vier Abschnitte der Wicklung III und der Thyristoren VS1 und VS2 bilden einen gesteuerten Vollweggleichrichter. Im Vergleich zu einer Brücke hat sie einen höheren Wirkungsgrad, benötigt einen kleineren Querschnitt des Sekundärwicklungsdrahtes und enthält weniger Gleichrichterelemente (Thyristoren).
Der Schweißstrom wird durch Veränderung des Verzögerungswinkels der SCRs reguliert und stabilisiert. Am Ausgang des Gleichrichters befindet sich eine Drossel L2, die für eine stabile Verbrennung des Lichtbogens sorgt und dessen Zündung erleichtert [1]. Auf der VD1-Diodenbrücke ist ein Gleichrichter zur Speisung des Lichtbogens montiert. Seine Ausgangsspannung beträgt etwa 80 V. Die Notwendigkeit hierfür hat folgende Gründe: Erstens brennt der Lichtbogen bei großen Öffnungsverzögerungswinkeln der SCRs des Hauptgleichrichters sehr instabil und zweitens, um seine Zündung zu erleichtern, das Maximum Den Elektroden muss eine möglichst hohe Spannung zugeführt werden. Gemäß den Anforderungen von [2] sollte sie jedoch 80 V nicht überschreiten. Am Ausgang des Hilfsgleichrichters befindet sich außerdem eine Induktivität L1. Der Widerstand R2 begrenzt den Strom dieses Gleichrichters auf ca. 7 A (bei brennendem Lichtbogen). Wenn die Elektrode „klemmt“, steigt der Strom auf 12 A. Die Kühlung des Geräts erfolgt forciert über den Lüfter M1. Wie die Praxis zeigt, erwärmen sich SCRs auch ohne Lüfter nicht sehr stark, aber ihre Verwendung ermöglicht es Ihnen, die relative Betriebsdauer unter Last (LOD) zu erhöhen und das thermische Regime des Geräts zu entlasten, was sich positiv auf seine Zuverlässigkeit auswirkt . Das Steuergerät A1 erzeugt Steuersignale für Thyristoren und sorgt für die Stabilisierung des Schweißstroms, dessen Sensor der Stromwandler T3 ist. Im Wesentlichen handelt es sich bei dem Block um einen Phasenimpulsregler mit Laststromrückführung. Zu seinen Vorteilen gehört das Fehlen einer galvanischen Verbindung mit den Gleichrichterthyristoren sowie die Tatsache, dass die von ihm erzeugten Impulse nur dann an der Steuerelektrode jedes Thyristors ankommen, wenn die Spannung an seiner Anode relativ zur Kathode positiv ist. Es ist zu beachten, dass die letzte Eigenschaft der Steuereinheit aufgrund des Vorhandenseins eines zusätzlichen Lichtbogenspeisegleichrichters nur teilweise genutzt wird. Die Stromversorgung der Steuereinheit erfolgt über den Transformator T2. Das Diagramm von Block A1 ist in Abb. dargestellt. 2. An den Transistoren A1.VT1 und A1.VT2 befindet sich eine Synchronisationseinheit mit der Netzwechselspannung, und jeder der Transistoren öffnet nur in seiner „eigenen“ Halbwelle. Impulse von den Transistorkollektoren steuern einen Sägezahnspannungsgenerator an den parallel geschalteten Logikelementen A1.DD2.1 und A1.DD2.2, um die Lastkapazität zu erhöhen. An der Grenze der Halbzyklen, wenn der Momentanwert der Spannung im Netzwerk nahe Null liegt, sind beide Transistoren geschlossen und die Spannung an den Ausgängen der Elemente A1.DD2.1 und A1.DD2.2 ist niedrig logische Ebene. Der Kondensator A1 .C7 wird über die geöffnete Diode A1 .VD11 entladen. Mit Beginn der nächsten Halbwelle öffnet der Transistor A1.VT1 (oder A1.VT2) und der Kondensator A1.C7 beginnt mit dem Laden, wobei der Strom durch die Widerstände A1.R12 und A1.R13 fließt.
Die resultierende Sägezahnspannung wird an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers A1.DA1 angelegt, der als Spannungskomparator dient. Sein invertierender Eingang erhält eine Referenzspannung Uarr vom Trimmwiderstand A1.R15. In jeder Halbwelle, sobald die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers A1.DA1 U überschreitetarr, erscheint an seinem Ausgang ein Impuls mit hohem Logikpegel. Die Verzögerung des zunehmenden Abfalls dieses Impulses gegenüber dem Beginn der Halbwelle hängt von der Spannung U abarr, und der fallende Abfall ist an den Moment gebunden, in dem die Netzwerkspannung den Nulldurchgang durchläuft. Durch Ändern der Referenzspannung können Sie die Dauer des offenen Zustands der Thyristoren und damit die Leistung in der Last regulieren. Die zum Schweißstrom proportionale Rückkopplungsspannung am Widerstand R1 richtet die Diodenbrücke A1.VD5-A1.VD8 gleich. Die gleichgerichtete Spannung wird dem variablen Widerstand R3 zugeführt, der als Regler dieses Stroms dient. Der Trimmerwiderstand A1.R15 stellt den Mindestwert der Komparator-Ansprechspannung ein, wenn sich der Schieber des variablen Widerstands R3 in der Position befindet, die dem maximalen Schweißstrom entspricht. Während sich das Schweißgerät im Ruhezustand befindet, ist die Spannung am variablen Widerstand R3 Null. Die Referenzspannung am invertierenden Eingang von OUA1 .DA1 ist minimal und sein Ausgang ist auf einen hohen Logikpegel eingestellt. Die Dauer des offenen Zustands von Thyristoren ist in diesem Modus maximal und sie funktionieren wie gewöhnliche Dioden. Wenn der Lichtbogen gezündet wird, steigt die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A1.DA1. An seinem Ausgang erscheinen Impulse mit hohem Pegel, deren Dauer umso kürzer ist, je höher der Schweißstrom ist. Dies führt zu einer Verringerung der Dauer des offenen Zustands der SCRs und des durchschnittlichen Schweißstroms. Es ist leicht zu erkennen, dass die Rückmeldung keinen Einfluss auf den Betrieb des Reglers hat, wenn der Schweißstrom auf Maximum eingestellt ist (der Schieberegler des Widerstands R3 befindet sich laut Diagramm in der äußersten rechten Position). In diesem Modus arbeiten SCRs wie im Leerlaufmodus wie Dioden und der maximale Schweißstrom hängt nur von den Parametern des Transformators T1 ab. Vom Ausgang des Operationsverstärkers A1.DA 1 geht das Signal zur Lichtbogensteuereinheit, die auf dem logischen Element A1.DD2.3 aufgebaut ist. Der Zweck dieser Einheit besteht darin, den Betrieb des Reglers zu blockieren, wenn die Schweißelektrode „festklebt“. Für das Gerät handelt es sich um einen Kurzschlussmodus. Pin 12 des Elements A1.DD2.3 wird vom Teiler A1.R18, A1.R19 mit Spannung versorgt, die die Zenerdiode A1.VD14 auf einen für die Mikroschaltung sicheren Wert (ca. 9 V) begrenzt. Während die Last des Geräts ein Schweißlichtbogen ist, entspricht die Spannung an Pin 12 des Elements A1.DD2.3 einem hohen logischen Pegel, daher ist der Spannungspegel am Ausgang dieses Elements relativ zum Operationsverstärker A1 invertiert. DA1 am Ausgang installiert. Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers hoch ist, ermöglicht der niedrige Pegel vom Ausgang des Elements A1.DD2.3 den Betrieb eines Impulsgenerators mit einer Frequenz von etwa 5 kHz an den Elementen A1.DD1.3 und A1.DD1.4. XNUMX. Wenn die Elektrode „klebt“, sinkt die Spannung am Ausgang des Geräts stark. Am Ausgang des Elements A1.DD2.3 wird der Pegel hoch und verhindert den Betrieb des Generators. Die Versorgung der Thyristoren mit Öffnungsimpulsen wird unterbrochen. Das Gerät bleibt in diesem Zustand, bis der Kurzschluss behoben ist. Der Trimmerwiderstand A1.R19 stellt die Ansprechspannung der Lichtbogensteuereinheit ein. Mit diesem Gerät kann auch das Schweißgerät über die Taste [1] gesteuert werden. Um diese Möglichkeit zu realisieren, sollten Sie den Stromkreis von Ausgang 11 der Steuereinheit am Punkt A (siehe Abb. 1) unterbrechen und in die Lücke einen Taster mit Schließerkontakten einbauen. Dann funktioniert der gesteuerte Gleichrichter nur, wenn diese Taste gedrückt gehalten wird, und das Gerät bleibt gesperrt, wenn die Elektrode „klemmt“. Impulspakete vom Ausgang des Generators sowie Impulse von den Kollektoren der Transistoren A1.VT1 und A1.VT2 werden den NOR-Logikelementen A1.DD1.1 und A1.DD1.2 zugeführt. Am Ausgang des Elements, dessen beide Eingänge niedrig sind, erscheint ein hoher Pegel. In Abb. Abbildung 3 zeigt Spannungsdiagramme an verschiedenen Punkten im Stromkreis des Steuergeräts sowie am Ausgang des Geräts (unter Last).
Die Ausgangssignale der Elemente A1.DD1.1 und A1.DD1.2 werden durch die Transistoren A1.VI3 und A1.VI4 verstärkt, die von den Primärwicklungen der Trenntransformatoren A1.T1 und A1.T2 belastet werden. Um Transistoren vor Selbstinduktions-EMF zu schützen, werden die Primärwicklungen der Transformatoren durch Diodenwiderstandskreise A1.R10, A1.VD10 und A1.R21, A1.VD13 überbrückt. Das Steuergerät ist auf einer Leiterplatte aus Glasfaserfolie gemäß der Zeichnung in Abb. montiert. 4. Es werden Festwiderstände MLT und Trimmwiderstände SP3-38g verwendet. Kondensatoren – K73-17, Oxid – jeder Typ für die entsprechende Spannung, zum Beispiel K50-35. Die Transistoren KT315G können durch alle Siliziumtransistoren mit geringer Leistung und NPN-Struktur ersetzt werden, und KT829A - KT972A, KT972B. Die Dioden 1N4007 werden durch KD105V, KD247A – durch KD226A ersetzt. Anstelle der MB5010-Diodenbrücke können vier separate Dioden mit einem Strom von mindestens 25 A eingebaut werden, beispielsweise der D132-Serie. Die SCRs T160 können durch andere ersetzt werden, die für einen Strom von 160 A oder mehr ausgelegt sind, zum Beispiel T171-200, T123-200. Beim Austausch sollten Sie die Konstruktionsmerkmale der Thyristoren und deren Kühlung berücksichtigen.
Die Mikroschaltungen der K561-Serie können durch ihre funktionalen Analoga aus der K176- oder KR1561-Serie ersetzt werden, und die Mikroschaltung KR544UD1A kann durch jeden Operationsverstärker mit hoher Eingangsimpedanz ersetzt werden. Der Lüftermotor ist ein dreiphasiger AB-042-2MU3 mit einer Leistung von 40 W. Ventilatoren können auch mit anderen Motoren verwendet werden. Der Transformator T1 wird gemäß den Empfehlungen in [3] hergestellt. Sein Magnetkern besteht aus U-förmigen Platten aus warmgewalztem Elektrostahl mit einer Dicke von 0,5 mm, die nebeneinander montiert sind. Seine Abmessungen, Form und Anordnung der Wicklungsabschnitte sind in Abb. dargestellt. 5. Transformatorwicklungen sind Scheiben [3]. Die Breite der Lücke zwischen den Wicklungen II und III spielt keine Rolle. Wicklung I besteht aus zwei Abschnitten von 100 Windungen Kupferdraht mit einem Durchmesser von 3 mm. Wicklung II besteht aus zwei Abschnitten mit 38 Windungen PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 1,8 mm. Wicklung III ist in vier Abschnitte mit 20 Windungen einer 2x9 mm großen Kupferschiene unterteilt. Als Isolierung wurde ein 20 mm breites Baumwollband verwendet. Abschnitte jeder Wicklung befinden sich auf verschiedenen Magnetkernen (Wicklungsabschnitte III - paarweise). Ihre Nummern sind in Abb. dargestellt. 5. Alle sind rahmenlos und auf Holzdornen gewickelt. Um ein Ausbreiten der Spulen zu verhindern, werden diese mit Gewebeband fixiert und anschließend obligatorisch mit Lack imprägniert.
Der Transformator T2 wird fertig konfektioniert mit einer Spannung an der Wicklung II von 10...12 V bei einem Laststrom von mindestens 150 mA eingesetzt. Der Stromwandler T3 ist auf die Hälfte des Magnetkreises ШЛ16х20 gewickelt und mit einer Klemme aus 0,2 mm dickem Blech festgezogen. Um unnötige Verbindungen zu vermeiden, wurden die Anschlüsse der Wicklung III des Transformators T1 als Primärwicklungen (je eine Windung) verwendet. Die Sekundärwicklung des Transformators T3 besteht aus 300 Windungen PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,4 mm. Die Transformatoren T1 und T2 des Blocks A1 sind auf B26-Magnetkerne aus 2000-NM-Ferrit ohne nichtmagnetischen Spalt gewickelt. Wicklung I enthält 150 Windungen und Wicklung II enthält 100 Windungen PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,18 mm. Die Induktorwicklung L1 wird mit PEV-180-Draht mit einem Durchmesser von 1 mm auf einen Magnetkern eines TS-2-Transformators mit einem nichtmagnetischen Spalt von 1,8 mm gewickelt, bis das Fenster gefüllt ist. Der Induktor L2 ist auf einen ShL32x40-Magnetkern mit einem nichtmagnetischen Spalt von 1 mm gewickelt. Seine Wicklung enthält 60 Windungen des gleichen Busses wie Wicklung III des Transformators T1. Als Material für nichtmagnetische Dichtungen in den Magnetkreisen der Drosseln wurde Textolith mit einer Dicke von 0,5 mm verwendet. Widerstand R1 ist ein importierter Drahtwiderstand. Sie können inländische S5-35 (PEV) oder S5-37 mit einer Leistung von 10 W verwenden oder fünf MLT-2-Widerstände mit einem Nennwert von 110 Ohm parallel schalten. Der Widerstand R2 besteht aus Nichromdraht mit einem Durchmesser von 1 mm und einer Länge von 1,7 m und ist auf Keramikrohre aus KTs109A-Diodenpfosten gewickelt, wie in Abb. 6. Es wurde eine Variante der Parallelschaltung von sechs PEV-30 18 Ohm-Widerständen getestet. Wenn die Elektroden „kleben“, überhitzen sie stark. Da es sich jedoch um einen Kurzzeitmodus handelt, kann eine solche Überhitzung als akzeptabel angesehen werden. In jedem Fall empfiehlt es sich, zur besseren Kühlung den Widerstand R2 im Luftstrom des Lüfters zu platzieren.
Wenn die verschwendete Verlustleistung im Widerstand R2 nicht erwünscht ist, kann sie aus dem Gerät entfernt werden, indem der Hilfsgleichrichterstrom wie in [1] empfohlen mithilfe einer Reihe parallel geschalteter Kondensatoren begrenzt wird. Es ist in Reihe mit der Wicklung II des Transformators T1 und der Diodenbrücke VD1 geschaltet. Für eine solche Batterie eignen sich MBGP-Kondensatoren mit einer Gesamtkapazität von 240 μF. Variabler Widerstand R3 - SP-I Gruppe A. SCRs müssen auf Standardkühlern (Kühlkörpern) installiert werden. Die MB5010-Diodenbrücke ist mit einem separaten Kühlkörper mit einer effektiven Kühlfläche von ca. 300 cm ausgestattet2. KT829A-Transistoren benötigen keine Kühlkörper. Der Gerätekörper kann alles sein. In der Version des Autors sind alle Teile des Geräts auf einem Rahmen aus aus 2 mm dickem Stahlblech gebogenen Ecken platziert. Das Gehäuse des Gerätes besteht aus 0,8 mm dickem Stahlblech. Die Vorder- und Rückwände des Gehäuses bestehen aus geschweißtem Drahtgeflecht mit Zellen von 10 x 10 mm. Das Metallgehäuse muss geerdet sein. Zum Aufbau des Gerätes benötigen Sie ein Oszilloskop und eine einstellbare Gleichspannungsquelle von 0...12 V, sowie ein Multimeter. Die Installation sollte mit einer gründlichen Überprüfung der korrekten Installation beginnen. Nachdem Sie sichergestellt haben, dass keine Fehler vorliegen, legen Sie bei ausgeschaltetem Transformator T3 und ausgeschaltetem Lüfter Spannung von Wicklung II des Transformators T4 an die Klemmen 1 und 2 von Block A1 an. Überprüfen Sie mit einem Oszilloskop, ob solche vorhanden sind, die den in Abb. gezeigten ähneln. 3 Impulse an den Kollektoren der Transistoren VT1 und VT2 sowie eine Sägezahnspannung am Kondensator A1.C7. Als nächstes stellen Sie den Schieberegler des Trimmwiderstands A1.R15 gemäß Diagramm auf die obere Position und den Schieberegler des variablen Widerstands R3 gemäß Diagramm auf die rechte Position. In diesem Fall sollte der Ausgang des Operationsverstärkers A1 .DA1 einen konstant niedrigen Pegel haben oder es sollten kurze Impulse mit hohem Pegel beobachtet werden. Verringern Sie dann durch sanftes Bewegen des Schiebereglers des Trimmwiderstands A1.R15 nach unten (gemäß Diagramm) die Pausen zwischen den Impulsen, bis sie vollständig verschwinden und ständig am Ausgang des Hochleistungs-Operationsverstärkers anliegen. Stellen Sie den Schieberegler des Trimmwiderstands A1.R19 gemäß Diagramm auf die obere Position. Legen Sie dann eine Spannung von +11 V von einer zusätzlichen Quelle an Pin 1 des Blocks A8 an und stellen Sie durch Verschieben des Schiebereglers des Widerstands A1.R15 nach unten (gemäß Diagramm) sicher, dass am Ausgang des Elements A1.DD2.3 ein niedriger Pegel erscheint .1.1. Die Impulsfolgen an den Ausgängen der Elemente DD1.2 und DD3 müssen Abb. entsprechen. 1. Wenn Sie die Pulsfrequenz ändern müssen, sollten Sie einen Widerstand A23.R11 auswählen. Wenn die Spannung an Pin 1 von Block A8 unter 5 V sinkt, sollte der Impulsgenerator abschalten. Überprüfen Sie als Nächstes, ob zwischen den Pins 6, 7 und zwischen den Pins 8, 1 des Blocks A1 Impulse vorhanden sind, wobei die Steuerkreise der Thyristoren VS2 und VSXNUMX angeschlossen sind. Der nächste Schritt der Einrichtung besteht darin, die Funktion der Rückkopplungskreise zu überprüfen. Bringen Sie den Trimmerwiderstand A1.R7 gemäß der Abbildung in die linke Position, legen Sie vorübergehend eine Spannung von +11 V an Pin 1 von Block A9 und eine konstante Spannung von 1...4 V von einer zusätzlichen Quelle an den Kondensator A0 an. C10. Wenn sich diese Spannung ändert und wenn sich der variable Widerstand R3 dreht, sollten am Ausgang des Operationsverstärkers A1.DA1 Impulse erscheinen und ihr Arbeitszyklus sollte sich ändern. Stellen Sie den Schieberegler des Widerstands R3 ganz nach rechts (gemäß Diagramm). Schließen Sie eine 36-V-Glühlampe mit einer Leistung von mindestens 20 W an den Ausgang des Geräts an. Trennen Sie die Induktivität L1 vorübergehend und schließen Sie die Primärwicklung des Transformators T1 an das Netzwerk an. In diesem Fall sollte die Lampe aufleuchten. Andernfalls sollten Sie die Pins 3 und 4 von Block A1 vertauschen. Überprüfen Sie die Funktion des Stromreglers, indem Sie Spannung von einer zusätzlichen Quelle an den Kondensator A1.C4 anlegen. Wenn die Spannung an diesem Kondensator zunimmt, sollte die Helligkeit der Lampe abnehmen. Überprüfen Sie, ob sich der Lüfter in die richtige Richtung dreht. Um die Drehrichtung zu ändern, müssen Sie zwei seiner drei Anschlüsse vertauschen. Der Motorstrom darf den maximal zulässigen Wert nicht überschreiten. Als nächstes schalten Sie die zusätzliche Spannungsquelle aus, verbinden die Induktivität L1 und Pin 11 von Block A1 gemäß dem Diagramm. Schließen Sie die Schweißkabel über ein 200-A-Amperemeter an die Ausgangsklemmen des Geräts an, stellen Sie den Schieberegler des variablen Widerstands R3 auf die Position „Mindeststrom“ und schalten Sie das Gerät ein. Zünden Sie den Lichtbogen an und stellen Sie mit dem Trimmerwiderstand A1.R7 den Strom im Schweißkreis auf etwa 40 A ein. Anschließend überwachen Sie den Strom mit einem Amperemeter und kalibrieren die Skala des variablen Widerstands R3. Literatur
Autor: E. Gerasimov
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