Зварювальний апарат

А. ПЕТРОВ

ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Максимальний зварювальний (зарядний) струм:
– При двох ключах регулятора, А … … … … … … … …. 40 (30);
– При трьох ключах, А … … … … … … … … … … … … …. 60 (40);
Напруга холостого ходу, В … … … … … … … … … … 36
Мінімальний струм заряду, А … … … … … … … … … … … 1
Коефіцієнт корисної дії, не менше … … … …. 0,8

Який домашній майстер, а тим більше автолюбитель, не мріє мати у своєму розпорядженні малогабаритний зварювальний апарат постійного струму та ще з функцією заряду акумуляторних батарей. Розглянемо основні вимоги до апаратів подібного роду.

Джерело напруги зварювального апарата повинен мати гарні динамічними характеристиками. Робоча напруга на дузі має швидко встановлюватися і змінюватися залежно від довжини дуги, забезпечуючи її стійке горіння. Для постійного струму досить напруга запалювання 30 – 40 В, у той час як для змінного необхідна напруга 40 – 60 В.

Час відновлення робочої напруги при короткому замиканні від 0 до 30 В не повинна перевищувати 50 мс. Струм К.З. (короткого замикання) не повинен перевищувати робочий більше, ніж на 25 – 100%.

При ручному дуговому зварюванні зовнішня характеристика рис.1, джерела струму повинна бути падаючої, тобто напруга повинна зменшуватися зі збільшенням струму.

Зовнішня характеристика

При крутий динамічної характеристиці джерела живлення динамічні струми КЗ значно менше (вони близькі до статичних струмів КЗ) і при подовжиться дузі утвориться стабільна робоча точка. Вищепереліченим вимогам повною мірою відповідає джерело напруги, виконаний за схемою генератора струму. Властивості такої конструкції в повній мірі підходять і для зарядного пристрою. Виходячи з вищевикладеного та розроблено зварювальний апарат, схема якого представлена на рис.2.

З метою зменшення навантаження на діоди мосту мережевого випрямляча при включенні мережі застосовано пристрій заряду конденсатора, розроблене Б. Журавльовим і С. Ераносяном [1].

Відмітна особливість пристрою полягає в тому, що формувач імпульсу запуску тиристора забезпечує його спрацьовування при мінімальному напрузі на переході анод-катод, тобто синхронно з переходом мережевої напруги через нуль.

Схема працює в такий спосіб. До запуску перетворювача напруга на конденсаторі З 13 відсутня, тиристори закритий і заряд конденсатора фільтра С6 відбувається через обмежувальний резистор R6. Як тільки конденсатор С6 зарядиться до напруги запуску перетворювача, з'явитися напруга на С 13 і першим же сінхроімпульсом з VD6 через диференціальну ланцюжок С9, R7 запуститься одновібратор на транзисторах VT2, VT3. При цьому на керуючий електрод VS1 надійде що відкриває його напругу з конденсатора С13 через елементи R19, VT3. Кидок струму зарядки конденсатора фільтра не перевищує 15 А.

Елементи L2, VD5, С8, R4 служать для обмеження кидка струму через силові транзистори перетворювача в моменти запалювання дуги. Величину резистора R4 розраховують із співвідношення:

R4 = Un / 0,8 * Imax – Iн '= 300 / 0,8 х 24 – 5 = 22 Ом де Imax – максимальний допустимий імпульсний струм колектора силового транзистора;

Iн '- наведений до вхідного напруги Uн струм навантаження перетворювача. Струм, споживаний перетворювачем, розраховують за формулою:

Iн '= PН / Uпn = UнIн / Uпn = 20x60x/300×0, 8 = 0,5 A, де Рн – вихідна потужність апарату, n – ККД; Uн = 20В напр. на дузі. Потужність, що виділяється на резисторі R4, визначається виразом:

PR4 = IcR4j – де Ic = Iн – струм розряду конденсатора С8 [1];

y-коефіцієнт заповнення імпульсів.

Перетворювач апарата виконаний за схемою з полумостовой самозбудженням і комутує насичуються трансформатором. Пропорційно-струмовий управління сприяє підвищенню ККД пристрою за рахунок підвищення швидкодії комутаційних процесів.

За основу пристрою в цілому взята ідея, запозичена в [2]. Відмітна особливість полягає в тому, що включення та вимкнення сіловьк високовольтних транзисторів перетворювача здійснюється в режимі розімкнутих ключів Kl, K2, (КЗ) регулятора, тобто на холостому ходу у всьому діапазоні навантажень, що значно підвищує надійність пристрою за рахунок виключення наскрізних струмів, підвищує ККД і зменшує імпульсні перешкоди.

Регулювання струму навантаження здійснюється тривалістю імпульсів з допомогою схеми управління (СУ), виконаної на DD1, DD2. При цьому силові транзистори регулятора використовуються в режимі насичення з мінімальними втратами потужності. На елементах DD1.1, R18, VD10, VD12 виконаний формувач меандру, синхронного з частотою перетворення. Далі по фронту і по спаду сигналу за допомогою діфцепочек СЗ, R2, С4, R8 і DD2.2 формуються короткі, близько 2 мкс, негативні імпульси.

За роботу схеми широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) відповідає одновібратор, виконаний на елементах DD1.2, DD1.3, тривалість імпульсів якого залежить від стану транзистора VT1. Управляюче напруга на базу цього транзистора надходить від перетворювача струм-напруга (птн), виконаного на операційному підсилювачі DA1 і шунт R38 (75ШСМЗ-50-0, 5; падіння напруги 75 мВ при струмі навантаження 50А).

Мінімальний струм залежить від чутливості птн і налаштовується за допомогою резистора R36.

Максимальний струм обмежують підбором резистора R13.

Пристрій придатний для зарядки будь-яких акумуляторів напругою від 6 до 24 В, тому що є генератором струму.

Напруження у характерних точках показані на рис.3. Робота ключів регулятора описана в [3] і особливостей не має.

Напруження у характерних точках

Для зручності користування в пристрої передбачено два піддіапазону регулювання струму.

Катушка трансформатора Т1 виконана безкаркасних. Обмотка I відокремлена від решти трьома шарами Лакотканини. Обмотку II мотають в два дроти, як показано на мал.4. Таким чином, отримують чотири обомоткі, після чого їх "видзвонює" і належать до однієї полуобмотке з'єднують паралельно. Відведення отримують з'єднанням кінця однієї полуобмоткі з початком іншої.

Розташування вмтков обмоток трансформатора

Чинне (ефективне) значення струму вторинної обмотки з середньою точкою

Формула ефективного значення струму

Приймаються щільність струму J-6A/мм2

Тоді перетин дроту S = Iе / j = 43 / 6 = 7мм2

З метою зменшення ефекту витіснення струму, а також отримання достатньої гнучкості розбиваємо провідник на 16 проводів.

S = S/16-17/6 = 0,43 мм2,

звідки діаметр проводу Д-0, 74 мм (приймаємо Д-0, 8 мм). Моточні дані трансформаторів зведені в табл.1.

Таблиця намотувальних даних

Трансформатор Т1 і діоди VD16 – VD20 закріплені на загальному тепловідведення з площею охолоджуючої поверхні близько 1000см.кв, слугує задньою стінкою апарату.

Транзистори VT4 – VT7 закріплені на окремих ребристих радіаторах з площадьюохлаждающей поверхні близько 200 см. Причому колектори та бази спарених транзисторів об'єднані, а в емітера включені токовиравнівающіе резистори по 0,1 Ом типу С5-16МВ потужністю 2 Вт

Ключі К1, К2 регулятора виконані у вигляді окремих модулів і можуть нарощуватися до трьох. Транзистор VT11 забезпечений радіатором з площею охолоджуючої поверхні близько 150см кв. Транзистор VT9 закріплюють на тому ж радіаторі через слюдяної прокладку або на невеликому окремому радіаторі.

При використанні апарату зі струмом навантаження до 40 А дросель L2 можна замінити на Д59. Конденсатор С6 типу К50-35-350В-330мкФ можна замінити на два конденсатори типу К50-27-350В-220мкФ. В якості конденсаторів З 11, З 12 застосовані конденсатори типу К73-16-250В-3, 3 МКФ. Конденсатор С8 – типу К50-29-350В-22мкФ, конденсатор С23 – типу К50-29-63В-1000мкф, решта – типу К50-35 та К73-17. Резистор R4 – типу С5-35В потужністю 15 Вт. Дроселі типу Д13 за АГО.475.007ТУ, типу Д69 (Д59) за 0Ю0.475.000ТУ. Мікросхему ДА1 типу К140УД7 можна замінити на К140УД6. При правильній фазіровки трансформаторів перетворювач запускається відразу і, як правило, у налагодженні не потребує.

Регулятор струму налагоджують наступним чином. Встановіть 2 в положення 1 – 10 А, движок резистора R36 – в середнє положення, R16 – в крайнє праве. За допомогою підлаштування резистора R36 встановіть струм короткого замикання 1А по амперметри як навантаження. (При вимірі спочатку замикають вихідні клеми, потім до них підключають амперметр. Для вимірювань клеми розмикають. Перемикання діапазонів вимірювань також здійснювати при закороченних клемах). Вбудований прилад калібрують за допомогою підлаштування резистора R41. Потім переведіть резистор R16 в крайнє ліве за схемою становище. Підбором резистора R13 добийтеся струму короткого замикання близько 10А.

При бажанні, у пристрій можна ввести функцію запуску двигуна. Для цього досить зробити порогове пристрій, яке б перемикали апарат при осідання напруги в навантаженні (на акумуляторі) нижче 10 В з струму заряду близько 5А в режим віддачі максимального струму і назад.

Література:

1. С. А. Ераносян. Мережеві блоки живлення з високочастотним перетворенням. -Л.: Энергоатомиздат, 1991.
2. А. С. 1317420 СРСР, МКІ 1 травень / 569 Джерело живлення з безтрансформаторним входом. В. Г. Простаков. Відкриття, винаходи. 1987.N22.
3. А. Петров. Ефективний імпульсний стабілізатор напруги. Радіоаматор. N1, 1993, с. 29

Радіоаматор № 5, 1993