Puente oblicuo inversor de soldadura de bricolaje. Inversor de soldadura - asimétrico (puente oblicuo) con control por microcontrolador. Puente completo con estrangulador de disipación.

Esquema de la unidad de potencia con fuente de alimentación y controladores.

………. El inversor de soldadura que se muestra en el diagrama está construido de acuerdo con el circuito directo de un solo ciclo. Los pulsos unipolares de tensión de red rectificada con un relleno de no más del 42% se suministran al devanado primario del transformador de soldadura mediante dos llaves. El circuito magnético del transformador experimenta una magnetización unilateral. En las pausas entre pulsos, el circuito magnético se desmagnetiza a lo largo del llamado bucle privado. La corriente de desmagnetización, gracias a los diodos retroconectados, devuelve la energía magnética almacenada en el núcleo del transformador a la fuente, recargando los condensadores (2 x 1000 uF x 400 V) del variador.

………. En el avance, la energía se transfiere a la carga a través de un transformador de soldadura y diodos rectificadores conectados directamente (2x150EBU04). En la pausa entre pulsos, la corriente en la carga se mantiene debido a la energía almacenada en el inductor. El circuito eléctrico en este caso se cierra a través de los diodos inversos (2x150EBU04). Es bien sabido que estos diodos tienen una carga mayor que los rectos, la razón es que la corriente en la pausa fluye más tiempo que en el pulso.

………. Un condensador de 1200 microfaradios x 250 V conectado a los cables de soldadura a través de una resistencia de 4,3 ohmios garantiza un encendido preciso del arco. Quizás esta sea una de las soluciones de circuito exitosas para la ignición en el puente espacial.

………. Los interruptores de puente de polarización funcionan en modo de conmutación dura. Además, el modo de conmutación es obviamente facilitado por la inductancia de fuga siempre presente del transformador de soldadura. Y, dado que en el momento en que se encienden las llaves, se considera que el circuito magnético del transformador está completamente desmagnetizado, debido a la falta de corriente en el devanado primario, las pérdidas de encendido pueden despreciarse. La pérdida por apagado es muy significativa. Para reducirlos, se instalan amortiguadores RCD en paralelo a cada tecla.

………. Para garantizar un funcionamiento preciso de las teclas, en los momentos entre encendidos, se aplica un voltaje negativo a sus puertas debido a un circuito de conmutación de controlador especial. Cada controlador está alimentado por una fuente de alimentación aislada galvánicamente (alrededor de 25 V). La tensión de alimentación del controlador "superior" se utiliza para activar el relé K1, cuyos contactos pasan por alto la resistencia de arranque.

………. La fuente de alimentación (flyback clásico de baja potencia) tiene 3 salidas aisladas galvánicamente. Con piezas reparables, comienza a funcionar inmediatamente. Tensión para drivers -23-25V. El voltaje de 12V se utiliza para alimentar la unidad de control.

………. Se deben proporcionar disipadores de calor sustanciales para el rectificador de entrada, los interruptores y el rectificador de salida. Del tamaño de estos radiadores y de la intensidad de su soplado dependerá la constante de tiempo del aparato. Dado que el dispositivo proporciona una corriente de soldadura importante (hasta 180 A), las llaves deben soldarse a placas de cobre de 4 mm de espesor, luego estos "sándwiches" se atornillan a los radiadores mediante pasta termoconductora. Está escrito cómo hacer esto: junto con la fijación de las llaves, el asiento del radiador debe quedar idealmente plano, sin astillas ni cáscaras. Es deseable que en el lugar donde se fijan las teclas el radiador tenga un cuerpo macizo con un espesor de al menos 10 mm. Como ha demostrado la práctica, para una mejor disipación del calor, no es necesario aislar las teclas del radiador. Es mejor aislar el radiador del cuerpo del dispositivo. El soplador también debe estar equipado con un transformador, un estrangulador y, por supuesto, todas las resistencias con una potencia de 25 y 30 vatios. El resto de elementos del circuito no necesitan radiadores ni ventiladores.

bloque de control

Esquema de la unidad de control para un inversor de soldadura de puente completo.

………. La unidad de control está construida sobre la base del controlador PWM TL494 común utilizando un canal de control. Este canal estabiliza la corriente en el arco. El comando actual lo genera el microcontrolador utilizando el módulo CCP1 en modo PWM a una frecuencia de aproximadamente 75 kHz. El llenado de PWM determinará el voltaje a través del capacitor C1. El valor de este voltaje determina el valor de la corriente de soldadura.

………. El microcontrolador también bloquea el inversor. Si la entrada DT(4) de TL494 se pone alta, entonces los pulsos en la salida Out desaparecerán y el inversor se detendrá. La aparición de un cero lógico en la salida RA4 del microcontrolador conducirá a un arranque suave del inversor, es decir, a un aumento gradual en el llenado de los pulsos en la salida Out al máximo. El bloqueo del inversor se utiliza en el momento del encendido y cuando se supera la temperatura de los radiadores.

Esto es lo que sucedió en el hierro. Fuente de alimentación, controladores y unidad de control en una sola placa.

. En mi dispositivo, el indicador y el teclado están conectados a la unidad de control mediante un cable de computadora. El circuito pasa por las inmediaciones de los radiadores clave y del transformador. En su forma más pura, tal construcción conducía a una pulsación de tecla falsa, tuve que aplicar las siguientes especiales. medidas. Anillo de ferrita K28x16x9 en el tren. El tren está torcido (hasta donde lo permita su longitud). Para el teclado y los termostatos, se utilizaron resistencias pull-up adicionales de 1,8 K, desviadas con condensadores cerámicos de 100 pF. Esta solución de circuito garantiza la inmunidad al ruido del teclado y excluye por completo las pulsaciones falsas.

………. Aunque mi opinión es que es necesario evitar interferencias en la unidad de control. Para ello, la unidad de control debe estar separada de la unidad de potencia por una chapa sólida.

Configuración del inversor

………. La parte de potencia aún está desenergizada, conectamos la fuente de alimentación previamente revisada a la unidad de control y la encendemos a la red. Todos los ocho se encenderán en el indicador, luego el relé se encenderá y, si los contactos del termostato están cerrados, el indicador mostrará la configuración actual de 20 A. Verificamos el voltaje en las puertas de las teclas con un osciloscopio. Debe haber pulsos rectangulares con frentes no mayores a 200 ns, una frecuencia de 40-50 kHz, un voltaje de 13-15V en la región positiva y 10V en la región negativa. Además, en la zona negativa el pulso debería ser notablemente más largo.

………. Si todo es así, montamos el circuito inversor por completo y lo conectamos a la red. Al principio, se mostrarán ochos en la pantalla, luego el relé debería encenderse y el indicador mostrará 20 A. Al hacer clic en los botones, intentamos cambiar la configuración actual. Cambiar la referencia actual debería cambiar proporcionalmente el voltaje a través del capacitor C1. Si cambia la configuración actual y no presiona los botones durante más de 1 minuto, la configuración se escribirá en la memoria no volátil. El mensaje “ZAPS” aparecerá brevemente en el indicador. La próxima vez que se encienda el inversor, el valor de referencia actual será igual al valor registrado.

………. Si todo es así, establezca la tarea a 20 A e incluya en los cables de soldadura un reóstato de carga con una resistencia de 0,5 Ohm. El reóstato debe soportar un flujo de corriente de al menos 60 A. Conectamos un voltímetro del sistema magnetoeléctrico con un escala de 75 mV a los terminales de derivación, por ejemplo, el dispositivo C 4380. En un inversor cargado, intentamos cambiar la configuración actual y, de acuerdo con las lecturas del voltímetro, controlamos la corriente. En este modo, el reóstato puede emitir un sonido de timbre. No debes tenerle miedo: esta es la limitación actual. La corriente debe cambiar en proporción a la referencia. Establecemos la referencia actual a 50 A. Si las lecturas del voltímetro no corresponden a 50 A, entonces en el inversor apagado soldamos la resistencia R1 de una clasificación diferente. Seleccionando la resistencia R1, logramos la correspondencia del ajuste actual con el medido.

………. Comprobamos el funcionamiento de la protección térmica. Para hacer esto, corte el circuito del termostato. El indicador mostrará la inscripción "EroC". Los pulsos en las puertas de las llaves deberían desaparecer Restaurando el circuito del termostato. El indicador debe mostrar la corriente establecida. Los pulsos deben aparecer en las puertas de las teclas. Su duración debería aumentar gradualmente hasta el máximo.

………. Si todo es así, puede intentar cocinar Después de 2-3 minutos de soldadura con una corriente de 120-150 A, apague el inversor de la red y busque los 2 radiadores más calientes. Se deben instalar termostatos de protección en ellos. Si es posible, los termostatos se instalan fuera de la zona de flujo de aire.

Muy a menudo, se utilizan tres tipos principales de convertidores de alta frecuencia para construir un inversor de soldadura, a saber, convertidores conectados de acuerdo con los esquemas: un puente asimétrico u oblicuo, un medio puente y un puente completo. En este caso, los convertidores resonantes son subespecies de circuitos de medio puente y de puente completo. Según el sistema de control, estos dispositivos se pueden dividir en: PWM (modulación de ancho de pulso), PFM (control de frecuencia), control de fase y también puede haber combinaciones de los tres sistemas.

Todos los convertidores anteriores tienen sus pros y sus contras. Tratemos cada uno por separado.

Sistema de medio puente con PWM

El diagrama de bloques se muestra a continuación:

Este es quizás uno de los convertidores push-pull de la familia más simples, pero no menos confiables. La "acumulación" del voltaje del devanado primario del transformador de potencia será igual a la mitad del voltaje de suministro; este es un inconveniente de este circuito. Pero si miras desde el otro lado, puedes usar un transformador con un núcleo más pequeño, sin temor a entrar en la zona de saturación, lo que también es una ventaja. Para soldar inversores con una potencia de aproximadamente 2-3 kW, un módulo de potencia de este tipo es bastante prometedor.

Dado que los transistores de potencia funcionan en modo de conmutación dura, se deben instalar controladores para su funcionamiento normal. Esto se debe al hecho de que cuando funcionan en este modo, los transistores necesitan una señal de control de alta calidad. También es necesario tener una pausa sin corriente para evitar la apertura simultánea de transistores, lo que provocará la falla de estos últimos.

Una vista bastante prometedora de un convertidor de medio puente, su circuito se muestra a continuación:

Un medio puente resonante será un poco más simple que un medio puente PWM. Esto se debe a la presencia de inductancia resonante, que limita la corriente máxima de los transistores, y la conmutación de los transistores se produce con corriente o tensión cero. La corriente que fluye a través del circuito de alimentación tendrá la forma de una sinusoide, que eliminará la carga de los filtros del condensador. Con esta construcción del circuito, no se necesitan necesariamente controladores; la conmutación se puede realizar mediante un transformador de pulsos convencional. La calidad de los pulsos de control en este circuito no es tan significativa como en el anterior, pero aún debe haber una pausa sin corriente.

En este caso, puede prescindir de la protección actual y de la forma de la característica corriente-voltaje, que no requiere su formación paramétrica.

La corriente de salida estará limitada solo por la inductancia de magnetización del transformador y, en consecuencia, puede alcanzar valores bastante significativos en caso de que se produzca un cortocircuito. Esta propiedad tiene un efecto positivo en el encendido y la combustión del arco, pero también debe tenerse en cuenta al seleccionar los diodos de salida.

Como regla general, los parámetros de salida se controlan cambiando la frecuencia. Pero la regulación de fase también ofrece algunas de sus ventajas y es más prometedora para los inversores de soldadura. Le permite evitar un fenómeno tan desagradable como la coincidencia del modo de cortocircuito con la resonancia, y también aumenta el rango de regulación de los parámetros de salida. El uso del ajuste de fase puede permitirle cambiar la corriente de salida en el rango de 0 a I máx.

Puente asimétrico u "oblicuo"

Este es un convertidor directo de ciclo único, cuyo diagrama de bloques se muestra a continuación:

Este tipo de convertidor es bastante popular entre los radioaficionados comunes y los fabricantes de inversores de soldadura. Los primeros inversores de soldadura se construyeron exactamente de acuerdo con tales esquemas: un puente asimétrico u "oblicuo". Inmunidad al ruido, una gama bastante amplia de regulación de corriente de salida, confiabilidad y simplicidad: todas estas cualidades aún atraen a los fabricantes hasta el día de hoy.

Corrientes bastante altas que pasan a través de los transistores, un mayor requisito para la calidad del pulso de control, lo que lleva a la necesidad de usar controladores potentes para controlar los transistores, y altos requisitos para el trabajo de instalación en estos dispositivos y la presencia de grandes corrientes de pulso, que en a su vez aumentan los requisitos para - Estas son desventajas significativas de este tipo de convertidor. Además, para mantener el funcionamiento normal de los transistores, es necesario agregar cadenas RCD: amortiguadores.

Pero a pesar de las desventajas anteriores y la baja eficiencia del dispositivo según el esquema de puente asimétrico u "oblicuo", todavía se usan en inversores de soldadura. En este caso, los transistores T1 y T2 trabajarán en fase, es decir, se cerrarán y abrirán al mismo tiempo. En este caso, la acumulación de energía no se producirá en el transformador, sino en la bobina inductora Dr1. Por eso, para obtener la misma potencia con un convertidor puente, es necesario el doble de corriente a través de los transistores, ya que el ciclo de trabajo no superará el 50%. Discutiremos este sistema con más detalle en futuros artículos.

Es un convertidor push-pull clásico, cuyo diagrama de bloques se muestra a continuación:

Este esquema le permite obtener energía 2 veces más que cuando enciende el tipo de medio puente y 2 veces más que cuando enciende el tipo de puente "oblicuo", mientras que la magnitud de las corrientes y, en consecuencia, las pérdidas en todos tres casos serán iguales. Esto puede explicarse por el hecho de que la tensión de alimentación será igual a la tensión de "crecimiento" del devanado primario del transformador de potencia.

¡Para obtener la misma potencia con un medio puente (voltaje de acumulación de suministro de 0.5U), se necesita una corriente 2 veces! menos que en el caso del medio puente. En un circuito de puente completo con PWM, los transistores funcionarán alternativamente: T1, T3 están encendidos y T2, T4 están apagados, y viceversa, respectivamente, cuando cambia la polaridad. A través de monitorear y controlar los valores de la corriente de amplitud que fluye a través de esta diagonal. Existen dos métodos más comúnmente utilizados para su regulación:

Deje el voltaje de corte sin cambios y cambie solo la longitud del pulso de control;
Realice cambios en el nivel de voltaje de corte de acuerdo con los datos del transformador de corriente, mientras deja sin cambios la duración del pulso de control;

Ambos métodos pueden hacer posible realizar cambios en la corriente de salida dentro de límites bastante amplios. El puente completo PWM tiene las mismas desventajas y requisitos que el medio puente PWM. (Véase más arriba).

Es el circuito convertidor de alta frecuencia más prometedor para un inversor de soldadura, cuyo diagrama de bloques se muestra a continuación:

Un puente resonante no es muy diferente de un puente PWM completo. La diferencia radica en el hecho de que con una conexión resonante, un circuito LC resonante se conecta en serie con el devanado del transformador. Sin embargo, su aparición cambia radicalmente el proceso de transferencia de poder. Las pérdidas disminuirán, la eficiencia aumentará, la carga en los electrolitos de entrada disminuirá y la interferencia electromagnética disminuirá. En este caso, los controladores de transistores de potencia deben usarse solo si se usan transistores MOSFET, que tienen una capacitancia de puerta de más de 5000 pF. Los IGBT sólo pueden funcionar con un transformador de impulsos. En los siguientes artículos se darán descripciones más detalladas de los esquemas.

La corriente de salida se puede controlar de dos maneras: frecuencia y fase. Ambos métodos se describieron en el medio puente resonante (ver arriba).

Puente completo con estrangulador de disipación.

Su circuito prácticamente no es diferente del circuito de un puente resonante o medio puente, solo que en lugar de un circuito LC resonante, un circuito LC no resonante está conectado en serie con el transformador. La capacitancia C, aproximadamente C≈22μF x 63V, funciona como un capacitor de equilibrio, y la reactancia inductiva del inductor L como una reactancia, cuyo valor cambiará linealmente dependiendo del cambio de frecuencia. El convertidor es controlado por el método de frecuencia. , a medida que aumenta la frecuencia del voltaje, aumentará la resistencia de la inductancia, lo que reducirá la corriente en el transformador de potencia. Manera bastante simple y confiable. Por lo tanto, una gran cantidad de inversores industriales se construyen de acuerdo con este principio de limitar los parámetros de salida.

Recientemente ensamblé un inversor de soldadura de Barmaley, para una corriente máxima de 160 amperios, una opción de placa única. Este esquema lleva el nombre de su autor, Barmaley. Aquí está el diagrama de cableado y el archivo de PCB.

Circuito inversor para soldadura.

Funcionamiento inversor: la energía de una red monofásica de 220 Voltios es rectificada, suavizada por capacitores y alimentada a interruptores de transistores, los cuales generan una corriente alterna de alta frecuencia a partir de un voltaje constante suministrado a un transformador de ferrita. Debido a la alta frecuencia, tenemos una disminución en las dimensiones del trance de energía y, como resultado, no usamos hierro, sino ferrita. El siguiente es un transformador reductor, seguido de un rectificador y un estrangulador.

Control de oscilogramas de transistores de efecto de campo. Lo medí en un diodo zener ks213b sin interruptores de encendido, un ciclo de trabajo de 43 y una frecuencia de 33.

En su versión, teclas de encendido IRG4PC50U reemplazado por más moderno IRGP4063DPBF. El diodo zener ks213b fue reemplazado por dos contraconectados de 15 voltios y 1,3 vatios, ya que en el dispositivo ks213b anterior se calentaban un poco. Después de reemplazar el problema desapareció inmediatamente. Todo lo demás permanece como en el esquema.

Este es un oscilograma del colector-emisor de la tecla inferior (según el diagrama). Cuando se suministra energía a 310 voltios a través de una lámpara de 150 vatios. El osciloscopio cuesta una división de 5 voltios y una división de 5 µs. a través de un divisor multiplicado por 10.

El transformador de potencia se enrolla en el núcleo B66371-G-X187, N87, E70/33/32 EPCOS Datos de devanado: primero el piso primario, el secundario y nuevamente los restos del primario. El cable que está en el primario, el del secundario, con un diámetro de 0,6 mm. Primario: 10 cables 0.6 trenzados juntos 18 vueltas (total). 9 vueltas caben en la primera fila. A continuación, enrollamos los restos del primario hacia un lado 6 vueltas con un cable de 0,6 doblado en 50 trozos, también retorcidos. Y luego de nuevo los restos del primario, es decir, 9 vueltas. No olvide el aislamiento entre capas (utilicé varias capas de papel moneda, 5 o 6, ya no somos celosos, de lo contrario el devanado no encajará en la ventana). Cada capa se impregnó con epoxi.

Luego ensamblamos todo, entre las mitades de la ferrita E70 necesitamos un espacio de 0,1 mm, en los núcleos extremos colocamos una junta de un recibo de caja normal. Aprietamos todo, lo pegamos.

Pinté con spray con pintura negra mate, luego barnizé. Sí, casi lo olvido, cuando giramos cada devanado, lo envolvemos con cinta adhesiva, lo aislamos, por así decirlo. No olvide marcar el comienzo y el final de los devanados, será útil para su posterior montaje y montaje. Si la fase del transformador es incorrecta, el dispositivo se cocinará a la mitad de su fuerza.

Cuando el inversor está conectado a la red, comienza la carga de los condensadores de salida. La corriente inicial de su carga es muy grande, comparable a un cortocircuito, y puede provocar el desgaste del puente de diodos. Sin mencionar el hecho de que para los conductos esto también está plagado de fallas. Para evitar un aumento de corriente tan fuerte en el momento del encendido, se instalan limitadores de carga de condensadores. En el circuito de Barmaley, estas son 2 resistencias de 30 ohmios cada una, con una potencia de 5 vatios, para un total de 15 ohmios x 10 vatios. La resistencia limita la corriente de carga de los condensadores y, una vez cargados, ya se puede suministrar energía directamente, sin pasar por estas resistencias, que es lo que hace el relé.

En la máquina de soldar según el esquema Barmaley, se utiliza el relé WJ115-1A-12VDC-S. Potencia de la bobina del relé: 12 voltios CC, carga de conmutación 20 amperios, 220 voltios CA. En productos caseros es muy común el uso de relés automotrices de 12 Voltios, 30 Amperios. Sin embargo, no están diseñados para conmutar corrientes de hasta 20 A de tensión de red, pero, sin embargo, son baratos, asequibles y hacen su trabajo bastante bien.

Es mejor instalar una resistencia limitadora de corriente con una de alambre normal, soportará cualquier sobrecarga y es más económica que las importadas. Por ejemplo C5-37 V 10 (20 ohmios, 10 vatios, cable). En lugar de resistencias, puede colocar capacitores limitadores de corriente en serie con un circuito de voltaje alterno. Por ejemplo, K73-17, 400 voltios, con una capacidad total de 5-10 microfaradios. Los capacitores de 3uF cargan una capacitancia de 2000uF en aproximadamente 5 segundos. El cálculo de la corriente de carga de los condensadores es el siguiente: 1 uF limita la corriente a 70 miliamperios. Resulta 3 uF al nivel de 70x3 \u003d 210 miliamperios.

Finalmente armó todo y lo lanzó. El límite de corriente establecido en 165 amperios, ahora colocaremos el inversor de soldadura en un buen estuche. El costo de un inversor casero es de aproximadamente 2500 rublos: pedí las piezas en Internet.

Tomé el cable en el taller de rebobinado. También puede quitar el cable de los televisores del circuito de desmagnetización del cinescopio (este es un secundario casi terminado). Acelerador hecho de E65, tira de cobre de 5 mm de ancho y 2 mm de espesor - 18 vueltas. Recogí la inductancia de 84 μH aumentando el espacio entre las mitades, era de 4 mm. Es posible no enrollarlo con una tira, sino también con un cable de 0,6 mm, pero será más difícil colocarlo. El primario del transformador se puede enrollar con un cable de 1,2 mm, un juego de 5 piezas de 18 vueltas, pero también puedes contar el número de cables para la sección que necesitas con 0,4 mm, es decir, por ejemplo, 15 piezas. de 0,4 mm 18 vueltas.

Después de montar y configurar el circuito en la placa, puse todo junto. Barmaley pasó las pruebas con éxito: el triple y cuádruple del electrodo tira con calma. La limitación de corriente se establece en 165 amperios. Montado y probado el dispositivo: arcee .

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Diagrama esquemático de la fábrica de inversor de soldadura "Resanta" (haga clic para ampliar)

Circuito inversor del fabricante alemán FUBAG con una serie de características adicionales (haga clic para ampliar)

Un ejemplo de un diagrama de circuito de un inversor de soldadura de bricolaje (haga clic para ampliar)

El diagrama de circuito del dispositivo inversor consta de dos partes principales: la sección de potencia y el circuito de control. El primer elemento de la sección de potencia del circuito es un puente de diodos. La finalidad de un puente de este tipo es precisamente convertir la corriente alterna en corriente continua.

En la corriente continua convertida a partir de corriente alterna en un puente de diodos, pueden aparecer impulsos que es necesario suavizar. Para ello, después del puente de diodos, se instala un filtro, que consta de condensadores de tipo predominantemente electrolítico. Es importante saber que el voltaje que sale del puente de diodos es aproximadamente 1,4 veces mayor que su valor en la entrada. Los diodos rectificadores se calientan mucho al convertir CA a CC, lo que puede afectar seriamente su rendimiento.

Para protegerlos, así como otros elementos del rectificador del sobrecalentamiento, se utilizan radiadores en esta parte del circuito eléctrico. Además, se instala un fusible térmico en el puente de diodos, cuya tarea es apagar la fuente de alimentación si el puente de diodos se calienta a una temperatura superior a 80–90 grados.

Las interferencias de alta frecuencia generadas durante el funcionamiento del dispositivo inversor pueden ingresar a la red eléctrica a través de su entrada. Para evitar que esto suceda, se instala un filtro EMC frente al bloque rectificador del circuito. Dicho filtro consta de un estrangulador y varios condensadores.

El inversor en sí, que ya convierte la corriente continua en corriente alterna, pero con una frecuencia mucho más alta, se ensambla a partir de transistores de acuerdo con el esquema de "puente oblicuo". La frecuencia de conmutación de los transistores, por lo que se forma la corriente alterna, puede ser de decenas o cientos de kilohercios. La corriente alterna de alta frecuencia resultante tiene una amplitud rectangular.

Para obtener una corriente de fuerza suficiente en la salida del dispositivo para que pueda usarse para realizar trabajos de soldadura de manera efectiva, lo permite un transformador de reducción de voltaje instalado detrás de la unidad inversora. Para obtener corriente continua con la ayuda de un aparato inversor, se conecta un potente rectificador, también montado en un puente de diodos, después del transformador reductor.

Elementos de protección y control del inversor.

Para evitar la influencia de factores negativos en el funcionamiento del inversor, varios elementos en su diagrama de circuito lo permiten.

Para garantizar que los transistores que convierten CC en CA no se quemen durante su funcionamiento, se utilizan circuitos de amortiguación especiales (RC). Todos los bloques de circuitos eléctricos que funcionan bajo cargas pesadas y se calientan mucho no solo cuentan con enfriamiento forzado, sino que también están conectados a sensores térmicos que cortan su energía si su temperatura de calentamiento excede un valor crítico.

Debido al hecho de que los condensadores de filtro, después de cargarse, pueden producir una gran corriente que puede quemar los transistores del inversor, el dispositivo debe contar con un arranque suave. Para ello se utilizan estabilizadores.

En el circuito de cualquier inversor existe un controlador PWM que se encarga de controlar todos los elementos de su circuito eléctrico. Desde el controlador PWM, las señales eléctricas se envían al transistor de efecto de campo y de éste a un transformador de aislamiento, que tiene simultáneamente dos devanados de salida. El controlador PWM, a través de otros elementos del circuito eléctrico, también suministra señales de control a los diodos de potencia y transistores de potencia de la unidad inversora. Para que el controlador controle eficazmente todos los elementos del circuito eléctrico del inversor, también es necesario aplicarle señales eléctricas.

Para generar tales señales, se utiliza un amplificador operacional, a cuya entrada se suministra la corriente de salida generada en el inversor. Cuando los valores de este último difieren de los parámetros dados, el amplificador operacional genera una señal de control al controlador. Además, el amplificador operacional recibe señales de todos los circuitos de protección. Esto es necesario para que pueda desconectar el inversor de la fuente de alimentación en el momento en que surja una situación crítica en su circuito eléctrico.

Ventajas y desventajas de las máquinas de soldar tipo inversor.

Los dispositivos que han sustituido a los transformadores habituales tienen una serie de ventajas importantes.

Gracias a un enfoque completamente diferente para la formación y regulación de la corriente de soldadura, el peso de estos dispositivos es de sólo 5 a 12 kg, mientras que los transformadores de soldadura pesan de 18 a 35 kg.
Los inversores tienen una eficiencia muy alta (alrededor del 90%). Esto se debe al hecho de que consumen mucho menos exceso de energía para calentar los componentes. Los transformadores de soldadura, a diferencia de los dispositivos inversores, se calientan mucho.
Debido a su alta eficiencia, los inversores consumen 2 veces menos energía eléctrica que los transformadores de soldadura convencionales.
La alta versatilidad de los dispositivos inversores se explica por la capacidad de regular la corriente de soldadura en un amplio rango con su ayuda. Debido a esto, el mismo dispositivo puede usarse para soldar piezas de diferentes metales, así como para su implementación utilizando diferentes tecnologías.
La mayoría de los modelos de inversores modernos están dotados de opciones que minimizan el impacto de los errores del soldador en el proceso. Estas opciones incluyen, en particular, "Anti-stick" y "Arc forcing" (encendido rápido).
La estabilidad excepcional de la tensión aplicada al arco de soldadura está garantizada por los elementos automáticos del circuito eléctrico del inversor. En este caso, la automatización no solo tiene en cuenta y suaviza las fluctuaciones en el voltaje de entrada, sino que también corrige incluso interferencias como la atenuación del arco de soldadura debido al viento fuerte.
La soldadura con equipo inverter se puede realizar con cualquier tipo de electrodo.
Algunos modelos de inversores de soldadura modernos tienen una función de programación, que le permite ajustar sus modos con precisión y rapidez al realizar ciertos tipos de trabajo.

Como cualquier dispositivo técnico complejo, los inversores de soldadura tienen una serie de desventajas que también debe tener en cuenta.

Los inversores son caros, entre un 20 y un 50 % más caros que los transformadores de soldadura convencionales.
Los elementos más vulnerables y que a menudo fallan de los dispositivos inversores son los transistores, cuyo costo puede llegar hasta el 60 % del precio del dispositivo completo. En consecuencia, es una empresa bastante costosa.
Los inversores, debido a la complejidad de su diagrama de circuito, no se recomiendan para su uso en condiciones climáticas adversas y a bajas temperaturas, lo que limita seriamente su alcance. Para usar dicho dispositivo en el campo, es necesario preparar un área especial cerrada y calentada.

En el trabajo de soldadura realizado con un inversor, no se pueden usar cables largos, ya que inducen interferencias que afectan negativamente el funcionamiento del dispositivo. Por esta razón, los cables para los inversores se hacen bastante cortos (unos 2 metros), lo que introduce algunos inconvenientes en el trabajo de soldadura.

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La máquina de soldadura por arco debe proporcionar una característica de corriente-voltaje decreciente en la carga (arco). En los inversores de puente, por regla general, la característica de caída la proporciona una electrónica bastante compleja con retroalimentación de corriente obligatoria. Desde el punto de vista de la facilidad de control, en mi opinión, el puente resonante es el más atractivo. En él, la característica de caída de la fuente de corriente de soldadura es proporcionada por las propiedades paramétricas de la cadena resonante en el circuito primario del inversor.

Una característica del inversor, que se presenta en este artículo, no es solo el uso de un puente resonante completo, sino también su control mediante el microcontrolador PIC16F628-20I / P.

Inmediatamente, notamos que la corriente de soldadura máxima del inversor depende de la configuración. Su valor está completamente determinado por el ancho del espacio no magnético en el circuito magnético del inductor resonante. Para los elementos de potencia utilizados en el inversor, en función de sus condiciones térmicas, la corriente de soldadura puede alcanzar los 200 A.

El diagrama de circuito del inversor se divide en dos partes. En Figura 1 se muestra la sección de potencia, y Figura 2- esquema de alimentación con la centralita. El inversor de soldadura de puente clásico consta de un rectificador de tensión de red con condensadores de filtro. El voltaje de CC de 300 V se convierte en un voltaje de CA de mayor frecuencia con la ayuda de 4 teclas, que se reduce con la ayuda de un transformador de soldadura y luego se rectifica.

Parte de poder

En los convertidores resonantes, un inductor resonante L1 y un condensador resonante C1-C10 están conectados en serie con el devanado primario del transformador de soldadura T1 (ver Fig. Figura 1 en el que los circuitos de potencia están resaltados en negrita). La inductancia del circuito en serie consiste en la inductancia del inductor resonante L1 y la inductancia del devanado primario del transformador T1. El devanado secundario T1 está cargado con un arco de soldadura. Si la capacitancia C1-C10 y la inductancia L1 son valores constantes, entonces la inductancia del devanado primario T1 depende de la resistencia de carga en el devanado secundario, es decir de la corriente de soldadura. La inductancia máxima del devanado primario T1 corresponde al modo "inactivo" del inversor y la mínima corresponde al modo de cortocircuito. La resistencia de carga también determina el factor de calidad del circuito. Así, la frecuencia de resonancia del circuito es mínima en el modo "inactivo" (con la inductancia máxima del devanado primario T1) y máxima en el modo de cortocircuito (con la inductancia mínima del devanado primario T1). Cuando el inversor se carga con un arco de soldadura, la frecuencia de resonancia del circuito depende de la corriente en el arco.

De todo lo anterior, es obvio que la frecuencia del inversor cuando funciona a máxima potencia en el arco debe ser menor que la frecuencia natural del circuito resonante del inversor en el modo de cortocircuito y por encima de ella en el modo "inactivo". modo. De manera óptima, la resonancia se produce a la frecuencia natural del circuito, a la que se desarrolla la potencia máxima en el arco (f POTENCIA MÁXIMA). Este es el criterio principal para la correcta configuración del inversor. Si en este caso aumenta la frecuencia del inversor respecto a f MAX. FUERZA , la corriente en el arco se reduce aumentando la resistencia inductiva del estrangulador resonante L1. Es así como se realiza la regulación de frecuencia de la corriente en el arco de soldadura.

La resonancia en el circuito del inversor en caso de cortocircuito y sintonización incorrecta del inversor también es posible a una frecuencia superior a f MAX. FUERZA .

También observamos que la resonancia es inaceptable en el modo de cortocircuito para los interruptores de transistores del inversor debido a la aparición de sobrecorriente en el circuito primario. Dado que el modo de cortocircuito es el modo normal de la máquina de soldar, es necesario evitar que el inversor funcione a frecuencias superiores a f MAX. FUERZA en caso de cortocircuito en el circuito de soldadura.

Para hacer esto, en este inversor, el microcontrolador monitorea continuamente el hecho de un cortocircuito en los cables de soldadura mediante un detector especial. Cuando se produce un cortocircuito, el microcontrolador reduce automáticamente la frecuencia del inversor al valor f MAX previamente establecido. FUERZA - a esta frecuencia, la resonancia en un cortocircuito es imposible, lo que evita el flujo de corriente excesiva en el circuito primario y, en consecuencia, a través de los interruptores.

en la sección de potencia (Figura 1) R13 es una resistencia de arranque. Limita la corriente de carga de los condensadores de óxido C16, C17 cuando el dispositivo está encendido. El puente de diodos VD14-VD21 está diseñado para rectificar la tensión de red 220 V / 50 Hz, que se suaviza con los condensadores C15-C17 y se alimenta al puente de salida del circuito, que consta de 4 interruptores en los transistores IGBT VT1-VT4.

Los supresores VD3, VD9 y VD22 protegen las teclas de las sobretensiones. Las resistencias R5, R6 descargan el capacitor resonante cuando el inversor está apagado. Los diodos Zener VD1, VD2, VD4, VD5 no permiten que la tensión en las puertas de las teclas supere los 18 V. Las resistencias R1, R3, R7 y R9 limitan la corriente de salida de los drivers en los momentos de carga-descarga de la puerta. capacitancias de las teclas. Las resistencias R2, R4, R8, R10 brindan un cierre confiable de las teclas en momentos en que no hay energía para los controladores.

El transformador de soldadura T1 con una relación de transformación de 6 reduce el voltaje y proporciona un aislamiento galvánico de la salida con respecto a la parte de red del inversor. La tensión alterna del devanado secundario del transformador de soldadura es rectificada por los diodos VD6, VD7 y suministrada a través de los hilos de soldadura al electrodo y las superficies a soldar. Las cadenas R11C13 y R12C14 sirven para absorber la energía de las sobretensiones inversas del rectificador de salida. Para la combustión estable del arco a bajas corrientes, así como para facilitar su encendido, se prevé un duplicador de tensión montado en los elementos C11, C12, VD10-VD13, C19, C20 y L2. La resistencia R14 sirve como carga duplicadora. El supresor VD8 protege los diodos del rectificador de salida de sobretensiones inversas.

unidad de poder

Construido de acuerdo con el circuito convertidor flyback basado en un microcircuito DA6 TNY264 especializado de acuerdo con un circuito típico (Figura 2). Proporciona energía a los controladores, relés y unidad de control del microcontrolador. La alimentación de los drivers de los interruptores superiores está aislada galvánicamente de la alimentación del relé de 24 V y de la alimentación de los drivers inferiores. Para alimentar el microcontrolador DD1 (5 V) se utiliza un estabilizador paramétrico DA7. Los controladores DA1-DA4 del tipo HCPL3120 están diseñados para controlar los interruptores VT1-VT4 y proporcionar flancos pronunciados de los pulsos de control en las puertas de estos transistores.

El detector de cortocircuito se monta en los elementos R25, R27, R28, DA8, VD32, VD33, C38. Cuando el voltaje en los cables de soldadura es inferior a 9 V (cortocircuito), aparece un nivel lógico alto en la entrada RB4 del controlador DD1, y con un voltaje superior a 9 V (sin cortocircuito), aparece un nivel lógico bajo. en la entrada RB4.

En la posición DD1, se utiliza un microcontrolador (MK) PIC16F628-20I / P ampliamente utilizado en un paquete DIP.

Funcionamiento inversor

Tan pronto como se inicia la fuente de alimentación, el programa del microcontrolador comienza a funcionar. Después de un retraso de unos 5 segundos, sonará el zumbador y el inversor comenzará a funcionar. Tan pronto como el voltaje en los cables de soldadura supere los 9 V, el MK abrirá la tecla VT5, que activará el relé K1, y la resistencia de carga R13 desviará los contactos del relé. El timbre también se apagará. A partir de este momento el inversor está listo para funcionar. La frecuencia del inversor estará determinada por la posición del potenciómetro R18. Además, la frecuencia mínima (también es f POTENCIA MÁXIMA) corresponde a la corriente máxima de soldadura, y la frecuencia máxima corresponde a la corriente mínima. La frecuencia cambia paso a paso (discretamente). Sólo se utilizan 17 posiciones. Cuando se gira el potenciómetro R18, el cambio de frecuencia va acompañado de un breve pitido. Por lo tanto, es posible cambiar la frecuencia de la corriente de soldadura por el número deseado de posiciones por el sonido del zumbador.

En caso de cortocircuito en los hilos de soldadura, el inversor automáticamente comienza a funcionar a una frecuencia f MAX. FUERZA ,- El funcionamiento del inversor en modo de cortocircuito va acompañado de una señal acústica del zumbador. Si el cortocircuito dura más de 1 s, el inversor se bloquea y después de 3 s se reanuda de nuevo. Así es como se implementa la función antiadherente del electrodo.

En ausencia de un cortocircuito, se aplica un nivel lógico bajo a la entrada RB4 y la frecuencia del inversor está determinada por la posición del potenciómetro R18.

Para proteger los interruptores de salida contra el sobrecalentamiento, se utilizan dos termostatos TS1 y TS2 como sensores. Si al menos uno de los termostatos está apagado, se bloquea el funcionamiento del inversor. El zumbador emite una señal sonora intermitente y frecuente hasta que se enfríe el radiador en el que está instalado el termostato activado.

Construcción y detalles El inductor resonante L1 está enrollado en un circuito magnético ETD59, material No. 87 de EPCOS y contiene 12 vueltas de alambre de cobre con un diámetro de 2 mm en aislamiento de barniz. El cable se enrolla con un espacio obligatorio entre las vueltas. Se puede utilizar un hilo grueso para dejar un espacio. Para arreglar el devanado, es necesario cubrir las vueltas con pegamento epoxi. Las mitades del circuito magnético se unen con un espacio no magnético de 1 ... 2 mm. Se selecciona un valor más preciso del espacio no magnético al ajustar la frecuencia resonante. Durante el funcionamiento del inversor, el circuito magnético del estrangulador resonante puede calentarse mucho. Esto se debe a la saturación de la ferrita al operar en resonancia. Para garantizar una fijación confiable del espacio del circuito magnético, sus mitades deben juntarse con pasadores de metal. En este caso, es necesario garantizar la distancia desde el espacio hasta los montantes de al menos 5 mm. De lo contrario, los montantes podrían derretirse cerca del espacio. Por la misma razón, es inaceptable apretar el acelerador con una carcasa de metal sólido.

El transformador T1 está enrollado en un núcleo magnético E65, material No. 87 de EPCOS. Primero, el devanado primario se enrolla en una fila: 18 vueltas de alambre de cobre con un diámetro de 2 mm en aislamiento de barniz. Los devanados II y III están enrollados sobre el devanado primario. Cada uno de ellos ocupa la mitad del marco. Los devanados II y III contienen 3 vueltas en cuatro alambres de cobre con un diámetro de 2 mm. Las mitades del circuito magnético del transformador se unen sin dejar espacio y se fijan de forma segura.

El inductor L2 contiene 20 vueltas de un cable de montaje con una sección transversal de 1,5 mm 2 enrollado en un anillo de ferrita K28x16x9.

El transformador T2 está enrollado en una ferrita Sh5x5 con una permeabilidad de 2000 NM. Las mitades del circuito magnético se unen con un espacio de 0,1 ... 0,2 mm. El devanado I contiene 180 vueltas de alambre PEV-1 con un diámetro de 0,2 mm. El devanado II está enrollado en una fila y contiene 47 vueltas del mismo cable. Los devanados III, IV y V contienen 33 vueltas de alambre PEV-1 con un diámetro de 0,25 mm. Entre los devanados es necesario colocar 2 capas de aislamiento (por ejemplo, cinta adhesiva). La fase de la conexión del devanado se indica en Figura 2.

Está permitido usar solo condensadores de película de alta calidad C1-C10 para un voltaje de al menos 1000 V. Es preferible usar condensadores del tipo K78-2. El condensador de bloqueo C15 debería ser del mismo tipo.

No es necesario configurar la fuente de alimentación y, con piezas reparables, comienza a funcionar inmediatamente. Solo es necesario verificar los valores de voltaje para alimentar controladores de 16 ... 17 V. Al verificar la fuente de alimentación, se puede aplicar un voltaje de red de 220 V a sus terminales de entrada GND y +300 V. En el De la misma manera, encienda la fuente de alimentación al configurar la frecuencia de resonancia.

Durante el funcionamiento del inversor, todos sus elementos de potencia se calientan. De qué tan bien se soplen estos elementos dependerá el tiempo de funcionamiento continuo del dispositivo y su durabilidad. Se deben proporcionar radiadores de gran superficie para el rectificador de entrada VD14-VD21, los transistores VT1-VT4 y el rectificador de salida VD6, VD7. La refrigeración por aire forzado también es necesaria para la bobina resonante L1, el transformador de soldadura T1 y los diodos duplicadores VD10-VD13. Los termostatos de protección TS1 y TS2 tipo KSD250V están instalados en los radiadores de los interruptores superiores y diodos de salida. Todos los demás elementos del inversor no necesitan flujo de aire ni radiadores.

Configuración de la frecuencia de resonancia

Para configurar el inversor, necesita un LATR y un reóstato de carga con una resistencia de 0,15 ohmios. El reóstato debe soportar un flujo de corriente a corto plazo de hasta 200 A. El espacio del circuito magnético del inductor resonante se establece en aproximadamente 1 mm. Se instala un puente entre los pines 3 y 4 del optoacoplador DA8. Instale el microcontrolador "cosido" en la unidad de control.

La fuente de alimentación debe alimentarse por separado durante la instalación. Para hacer esto, sin conectar el dispositivo a la red, los cables GND y +300 V de la fuente de alimentación deben ser alimentados con una tensión de red de 220 V.

La sección de potencia todavía está desenergizada. Después de encender la alimentación, después de 5 segundos, el timbre debería encenderse, luego el sonido debería detenerse y el relé debería encenderse. Pulsamos ambos botones SB1 y SB2 al mismo tiempo. Mantenga presionados los botones hasta que suene el timbre. Soltamos los botones. El sonido continuo se detendrá y el timbre comenzará a sonar de forma intermitente con un período de aproximadamente 2 s. Esto corresponde al modo de sintonización de frecuencia resonante.

Si todo es así, entonces usando un osciloscopio controlamos la presencia de pulsos bipolares entre las puertas de los transistores VT2 y VT4 con una frecuencia de 30 kHz, una amplitud de al menos 15 V y un paso de "tiempo muerto" de 2 μs. La misma señal debe estar entre las puertas VT1 y VT3. Si todo es así, alimentamos la parte de potencia a través de LATR y ajustamos el voltaje a 20 ... 30 V.

A los cables de soldadura se puede encender una bombilla de 12 V. Si la luz está encendida, incluimos un reóstato de 0,15 Ohm y un voltímetro de CC en los cables de soldadura. Configuramos el voltaje a 30 ... 40 V en el LATR y comenzamos a sintonizar. Los botones SB1 y SB2 reducen o aumentan la frecuencia del inversor. Límites de cambio de frecuencia 30…42 kHz. Al ajustar la frecuencia con los botones, logramos el voltaje máximo en el reóstato. Si el voltaje continúa aumentando cuando la frecuencia disminuye a 30 kHz, entonces es necesario aumentar la brecha en el núcleo magnético del estrangulador resonante y repetir la configuración nuevamente. Si el voltaje en el reóstato continúa aumentando cuando la frecuencia aumenta a 42 kHz, es necesario reducir la brecha en el circuito magnético del inductor resonante y repetir la configuración nuevamente.

Es necesario lograr resonancia, es decir. ajuste el circuito para que aumentar o disminuir la frecuencia del inversor conduzca a una disminución en el voltaje a través del reóstato. Con los elementos indicados en el diagrama, lo más preferible es lograr tal espacio en el estrangulador resonante de modo que se produzca resonancia con una carga de 0,15 ohmios a una frecuencia de 33 ... 37 kHz. La resonancia a una frecuencia más alta aumentará la corriente de soldadura máxima, pero los interruptores y los diodos de salida funcionarán al límite.

Una vez configurada la frecuencia de resonancia, presione ambos botones al mismo tiempo. Después de una señal de sonido larga, el valor de la frecuencia resonante se escribirá en la memoria no volátil del microcontrolador. Girando el potenciómetro R18 comprobamos el funcionamiento del control de frecuencia. La frecuencia mínima debe ser igual a la resonante. Cuando se gira el potenciómetro, el cambio de frecuencia debe ir acompañado de un pitido corto (17 pasos en total).

Si todo sucede así, montamos todo el circuito inversor. Retire el puente entre los pines 3 y 4 del optoacoplador DA8. Encendemos el inversor en la red. Después de 5 segundos, sonará el timbre, luego el relé se encenderá y el sonido se detendrá. El potenciómetro R18 establece la frecuencia mínima (también conocida como f MAX. POWER) correspondiente a la corriente máxima. Cargamos brevemente el inversor con un reóstato con una resistencia de 0,15 ohmios y medimos el voltaje en la carga. Si este voltaje excede los 23 V, entonces la configuración se puede considerar completa. Si es menor, debe aumentar la brecha en el circuito magnético del inductor resonante y repetir la configuración desde el principio.