Podul oblic invertor de sudare de bricolaj. Invertorul de sudare este asimetric (punte oblică) cu control prin microcontroler. Punte completă cu șocul de disipare

Schema secțiunii de alimentare cu sursă de alimentare și drivere.

………. Invertorul de sudură prezentat în diagramă este construit conform diagramei de flux înainte cu un singur ciclu. Impulsurile unipolare ale tensiunii de rețea redresate cu o umplere de cel mult 42% sunt furnizate înfășurării primare a transformatorului de sudură folosind două întrerupătoare. Miezul magnetic al transformatorului experimentează magnetizare unilaterală. În timpul pauzelor dintre impulsuri, circuitul magnetic este demagnetizat într-o așa-numită buclă privată. Curentul de demagnetizare, datorită diodelor conectate invers, returnează energia magnetică stocată în miezul transformatorului înapoi la sursă, reîncărcând condensatorii (2 x 1000 µF x 400 V) ai unității.

………. În funcționare directă, energia este transferată la sarcină printr-un transformator de sudură și diode redresoare conectate direct (2x150EBU04). În timpul pauzei dintre impulsuri, curentul din sarcină este menținut datorită energiei acumulate în inductor. În acest caz, circuitul electric este închis prin diode cu roată liberă (2x150EBU04). Este bine cunoscut faptul că aceste diode au o sarcină mai mare decât diodele drepte.Motivul este că curentul într-o pauză curge mai mult decât într-un impuls.

………. Un condensator de 1200 uF x 250 V conectat la firele de sudură printr-un rezistor de 4,3 ohmi asigură aprinderea precisă a arcului. Poate că aceasta este una dintre soluțiile de circuit de succes pentru aprinderea în spațiu.

………. Tastele de punte oblice funcționează în modul de comutare greu. Mai mult, modul de comutare este evident facilitat de inductanța de scurgere mereu prezentă a transformatorului de sudură. Și, deoarece până când comutatoarele sunt pornite, se presupune că circuitul magnetic al transformatorului este complet demagnetizat, atunci din cauza lipsei de curent în înfășurarea primară, pierderile de pornire pot fi neglijate. Pierderea la oprire este foarte semnificativă. Pentru a le reduce, amortizoarele RCD sunt instalate paralel cu fiecare cheie.

………. Pentru a asigura funcționarea fără probleme a tastelor, în momentele dintre pornire, porțile acestora li se aplică o tensiune negativă datorită unui circuit special de comutare a driverului. Fiecare driver este alimentat de la o sursă izolată galvanic (aproximativ 25 V). Tensiunea de alimentare a driverului „superior” este utilizată pentru a porni releul K1, ale cărui contacte ocolesc rezistența de pornire.

………. Sursa de alimentare (flyback clasic de putere redusă) are 3 ieșiri izolate galvanic. Dacă piesele sunt în stare bună, începe să funcționeze imediat. Tensiunea pentru drivere este de 23-25V. Tensiunea de 12 V este utilizată pentru alimentarea unității de control.

………. Trebuie prevăzute radiatoare semnificative pentru redresorul de intrare, comutatoare și redresorul de ieșire. Timpul de funcționare al dispozitivului va depinde de mărimea acestor calorifere și de intensitatea suflarii lor. Deoarece dispozitivul oferă un curent de sudare semnificativ (până la 180 A), cheile trebuie lipite pe plăci de cupru de 4 mm grosime, apoi aceste „sandvișuri” trebuie înșurubate la radiatoare prin pastă termoconductoare. Este scris despre cum se face acest lucru.La atașarea cheilor, scaunul radiatorului trebuie să fie perfect plat, fără așchii sau cavități. Este de dorit ca la locul unde sunt atașate cheile radiatorul să aibă un corp solid cu o grosime de cel puțin 10 mm. După cum a arătat practica, pentru o mai bună eliminare a căldurii nu este nevoie să izolați cheile radiatorului. Este mai bine să izolați radiatorul de corpul dispozitivului. Suflanta trebuie să fie, de asemenea, furnizată cu un transformator, un șoc și, desigur, toate rezistențele cu o putere de 25 și 30 W. Elementele rămase ale circuitului nu necesită radiatoare sau flux de aer.

Bloc de control

Diagrama unității de comandă pentru un invertor de sudare cu punte completă

………. Unitatea de control este construită pe baza controlerului comun TL494 PWM folosind un canal de reglare. Acest canal stabilizează curentul în arc. Setarea curentă este generată de microcontroler folosind modulul CCP1 în modul PWM la o frecvență de aproximativ 75 kHz. Umplerea PWM va determina tensiunea la condensatorul C1. Mărimea acestei tensiuni determină mărimea curentului de sudare.

………. Microcontrolerul blochează și invertorul. Dacă se aplică un nivel logic ridicat la intrarea DT(4) a TL494, impulsurile de la ieșirea Out vor dispărea și invertorul se va opri. Apariția unui zero logic la ieșirea RA4 a microcontrolerului va duce la o pornire lină a invertorului, adică la o creștere treptată a umplerii impulsurilor la ieșirea Out la maximum. Blocarea invertorului este utilizată în momentul pornirii și când temperatura radiatoarelor este depășită.

Asta s-a întâmplat în hardware. Surse de alimentare, drivere și unitate de control pe o singură placă.


. În dispozitivul meu, indicatorul și tastatura sunt conectate la unitatea de control printr-un cablu de computer. Bucla trece în imediata apropiere a radiatoarelor cheilor și a transformatorului. În forma sa pură, un astfel de design a dus la apăsarea falsă a tastelor. A trebuit să folosesc următoarele speciale. măsuri. Cablul are un inel de ferită K28x16x9. Trenul este răsucit (atât cât îi permite lungimea). Pentru tastatură și termostate s-au folosit rezistențe suplimentare de 1,8K pull-up, derivați de condensatori ceramici de 100 pF. Acest design de circuit a asigurat că tastatura era rezistentă la zgomot și că apăsările false ale tastelor au fost complet eliminate.

………. Deși, părerea mea este că interferențele ar trebui prevenite în unitatea de control. Pentru a face acest lucru, unitatea de control trebuie separată de partea de putere printr-o foaie de metal solidă.

Configurarea invertorului

………. Secțiunea de alimentare este încă dezactivată.Conectăm sursa de alimentare testată anterior la unitatea de control și o conectăm la rețea. Toate opturile de pe indicator se vor aprinde, apoi releul se va porni și, dacă contactele termostatului sunt închise, indicatorul va afișa o setare curentă de 20 A. Utilizând un osciloscop, verificăm tensiunea la porțile cheilor. Ar trebui să existe impulsuri dreptunghiulare cu fronturi de cel mult 200 ns, o frecvență de 40-50 kHz, o tensiune de 13-15 V în regiunea pozitivă și 10 V în negativ. În plus, în regiunea negativă pulsul ar trebui să fie vizibil mai lung.

………. Dacă totul este așa, asamblam întregul circuit al invertorului și îl conectăm la rețea. Afișajul va afișa mai întâi opturi, apoi releul ar trebui să se pornească și indicatorul va afișa 20 A. Făcând clic pe butoane, încercăm să schimbăm setarea curentă. Modificarea setării curentului ar trebui să modifice proporțional tensiunea condensatorului C1. Dacă, după modificarea setării curente, nu apăsați butoanele mai mult de 1 minut, sarcina va fi înregistrată în memoria nevolatilă. Mesajul „RESERVE” va apărea pentru scurt timp pe indicator. Data viitoare când invertorul este pornit, valoarea curentă de comandă va fi egală cu valoarea înregistrată.

………. Dacă totul este așa, setăm sarcina la 20 A și conectăm la firele de sudură un reostat de sarcină cu o rezistență de 0,5 Ohm. Reostatul trebuie să reziste la fluxul unui curent de cel puțin 60 A. Conectam un voltmetru al magnetoelectricului. sistem cu o scară de 75 mV la bornele de șunt, de exemplu dispozitivul Ts 4380. Pe un invertor încărcat, încercăm să schimbăm setarea curentului și să folosim citirile voltmetrului pentru a controla curentul. În acest mod, reostatul poate emite un sunet asemănător unui sunet. Nu trebuie să vă fie frică de asta - limitarea actuală funcționează. Curentul trebuie să varieze proporțional cu referința. Setăm setarea curentă la 50 A. Dacă citirile voltmetrului nu corespund cu 50 A, atunci cu invertorul oprit, lipim rezistența R1 de o valoare diferită. Selectând rezistența R1, ne asigurăm că setarea curentă corespunde celei măsurate.

………. Verificăm funcționarea protecției termice. Pentru a face acest lucru, întrerupem circuitul termostatului. Indicatorul va afișa „EroC”. Pulsurile de pe porțile cheii ar trebui să dispară.Restabilim circuitul termostatului. Indicatorul ar trebui să arate curentul setat. Pulsurile ar trebui să apară pe porțile cheii. Durata lor ar trebui să crească treptat la maxim.

………. Daca totul este asa, poti incerca sa sudezi.Dupa 2-3 minute de sudare cu un curent de 120-150 A, inchide invertorul din retea si cauta cele mai fierbinti 2 calorifere. Trebuie să instaleze termostate de protecție. Dacă este posibil, termostatele sunt instalate în afara zonei de suflare.

Destul de des, pentru a construi un invertor de sudură, se folosesc principalele trei tipuri de convertoare de înaltă frecvență, și anume convertoare conectate după următoarele circuite: punte asimetrică sau oblică, semipunte și punte completă. În acest caz, convertoarele rezonante sunt subtipuri de circuite cu jumătate de punte și punte completă. În funcție de sistemul de control, aceste dispozitive pot fi împărțite în: PWM (modularea lățimii pulsului), PFM (controlul frecvenței), controlul fazei și pot exista și combinații ale tuturor celor trei sisteme.

Toate convertoarele de mai sus au avantajele și dezavantajele lor. Să ne ocupăm de fiecare separat.

Sistem semi-bridge cu PWM

Diagrama bloc este prezentată mai jos:

Acesta este poate unul dintre cele mai simple, dar nu mai puțin fiabile convertoare push-pull. „Surplusul” tensiunii înfășurării primare a transformatorului de putere va fi egală cu jumătate din tensiunea de alimentare - acesta este un dezavantaj al acestui circuit. Dar dacă te uiți din cealaltă parte, poți folosi un transformator cu miez mai mic fără teamă de a intra în zona de saturație, ceea ce este și un plus. Pentru sudarea invertoarelor cu o putere de aproximativ 2-3 kW, un astfel de modul de putere este destul de promițător.

Deoarece tranzistoarele de putere funcționează în modul de comutare greu, driverele trebuie instalate pentru funcționarea lor normală. Acest lucru se datorează faptului că atunci când funcționează în acest mod, tranzistoarele necesită un semnal de control de înaltă calitate. De asemenea, este necesar să existe o pauză fără curent pentru a preveni deschiderea simultană a tranzistoarelor, ceea ce va duce la defectarea acestora din urmă.

O vedere destul de promițătoare a unui convertor cu jumătate de punte, circuitul său este prezentat mai jos:

O jumătate de punte rezonantă va fi puțin mai simplă decât o jumătate de punte PWM. Acest lucru se datorează prezenței inductanței rezonante, care limitează curentul maxim al tranzistorilor, iar comutarea tranzistoarelor are loc la curent sau tensiune zero. Curentul care curge prin circuitul de putere va fi sub forma unei sinusoide, care va elimina sarcina de la filtrele condensatorului. Cu acest design al circuitului, driverele nu sunt neapărat necesare; comutarea poate fi efectuată de un transformator de impuls convențional. Calitatea impulsurilor de control din acest circuit nu este la fel de semnificativă ca în cel precedent, dar ar trebui să existe totuși o pauză fără curent.

În acest caz, puteți face fără protecție curentă, iar forma caracteristicii curent-tensiune este , care nu necesită formarea sa parametrică.

Curentul de ieșire va fi limitat doar de inductanța de magnetizare a transformatorului și, în consecință, poate atinge valori destul de semnificative în cazul în care apare un scurtcircuit. Această proprietate are un efect pozitiv asupra aprinderii și arderii arcului, dar trebuie luată în considerare și la selectarea diodelor de ieșire.

De obicei, parametrii de ieșire sunt ajustați prin schimbarea frecvenței. Dar reglarea fazelor oferă și unele avantaje și este mai promițătoare pentru invertoarele de sudare. Vă permite să ocoliți un fenomen atât de neplăcut precum coincidența unui scurtcircuit cu rezonanța și, de asemenea, mărește domeniul de reglare a parametrilor de ieșire. Utilizarea controlului de fază poate permite variarea curentului de ieșire în intervalul de la 0 la I max.

Punte asimetrică sau oblică

Acesta este un convertor cu un singur capăt, cu flux direct, a cărui diagramă bloc este prezentată mai jos:

Acest tip de convertor este destul de popular atât printre radioamatorii obișnuiți, cât și printre producătorii de invertoare de sudare. Primele invertoare de sudură au fost construite exact conform unor astfel de scheme - un pod asimetric sau „oblic”. Imunitate la zgomot, o gamă destul de largă de reglare a curentului de ieșire, fiabilitate și simplitate - toate aceste calități atrag producătorii și astăzi.

Curenți destul de mari care trec prin tranzistori, o cerință crescută pentru calitatea impulsului de control, ceea ce duce la necesitatea de a utiliza drivere puternice pentru a controla tranzistoarele și cerințe ridicate pentru lucrările de instalare în aceste dispozitive și prezența curenților de impuls mari, care în rândul său, crește cerințele pentru - Acestea sunt dezavantaje semnificative ale acestui tip de convertor. De asemenea, pentru a menține funcționarea normală a tranzistorilor, este necesar să adăugați lanțuri RCD - amortizoare.

Dar, în ciuda dezavantajelor de mai sus și a eficienței scăzute a dispozitivului, o punte asimetrică sau „oblică” este încă utilizată în invertoarele de sudare. În acest caz, tranzistoarele T1 și T2 vor funcționa în fază, adică se vor închide și se vor deschide simultan. În acest caz, acumularea de energie nu va avea loc în transformator, ci în bobina inductorului Dr1. De aceea, pentru a obține aceeași putere cu un convertor în punte, este necesar un curent dublu prin tranzistoare, deoarece ciclul de lucru nu va depăși 50%. Vom lua în considerare acest sistem mai detaliat în articolele următoare.

Este un convertor clasic push-pull, a cărui diagramă bloc este prezentată mai jos:

Acest circuit vă permite să primiți putere de 2 ori mai mult decât la pornirea tipului de semi-punte și de 2 ori mai mult decât la pornirea tipului de punte „oblică”, în timp ce mărimile curenților și, în consecință, pierderile în toate cele trei cazuri vor fii egali. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că tensiunea de alimentare va fi egală cu tensiunea „de antrenare” a înfășurării primare a transformatorului de putere.

Pentru a obține aceeași putere cu o semi-punte (tensiune de antrenare 0,5U de alimentare), curentul necesar este de 2 ori! mai puţin decât pentru cazul semi-punte. Într-un circuit cu punte completă cu PWM, tranzistoarele vor funcționa alternativ - T1, T3 sunt pornite și T2, T4 sunt oprite și, în consecință, invers când polaritatea se schimbă. Valorile curentului de amplitudine care curge prin această diagonală sunt monitorizate și controlate. Pentru a-l regla, există două metode cel mai frecvent utilizate:

• Lăsați tensiunea de întrerupere neschimbată și modificați numai lungimea impulsului de control;
• Modificați nivelul tensiunii de întrerupere în funcție de datele de la transformatorul de curent, lăsând neschimbată durata impulsului de control;

Ambele metode pot permite modificări ale curentului de ieșire în limite destul de mari. O punte completă cu PWM are aceleași dezavantaje și cerințe ca o jumătate de punte cu PWM. (Vezi deasupra).

Este cel mai promițător circuit convertor de înaltă frecvență pentru un invertor de sudură, a cărui diagramă bloc este prezentată mai jos:

O punte rezonantă nu este foarte diferită de o punte PWM completă. Diferența este că, cu o conexiune rezonantă, un circuit LC rezonant este conectat în serie cu înfășurarea transformatorului. Cu toate acestea, aspectul său schimbă radical procesul de transfer al puterii. Pierderile vor scădea, eficiența va crește, sarcina electroliților de intrare va scădea și interferențele electromagnetice vor scădea. În acest caz, driverele pentru tranzistoarele de putere ar trebui utilizate numai dacă sunt utilizate tranzistoare MOSFET care au o capacitate de poartă mai mare de 5000 pF. IGBT-urile se descurcă doar cu un transformator de impulsuri. Descrieri mai detaliate ale schemelor vor fi oferite în articolele următoare.

Curentul de ieșire poate fi controlat în două moduri - frecvență și fază. Ambele metode au fost descrise într-o jumătate de punte rezonantă (vezi mai sus).

Pod complet cu șocul de disipare

Circuitul său nu este practic diferit de circuitul unei punți rezonante sau semi-punte, doar că în locul unui circuit LC rezonant, un circuit LC nerezonant este conectat în serie cu transformatorul. Capacitatea C, aproximativ C≈22μF x 63V, funcționează ca un condensator de echilibrare, iar reactanța inductivă a inductorului L ca o reactanță, a cărei valoare se va schimba liniar în funcție de modificarea frecvenței. Convertorul este controlat de frecvență. , Pe măsură ce frecvența tensiunii crește, rezistența inductanței va crește, ceea ce va reduce curentul în transformatorul de putere. O metodă destul de simplă și de încredere. Prin urmare, un număr destul de mare de invertoare industriale sunt construite conform acestui principiu de limitare a parametrilor de ieșire.

Am asamblat recent un invertor de sudura de la Barmaley, pentru un curent maxim de 160 de amperi, varianta single-board. Această schemă este numită după autorul său - Barmaley. Iată schema electrică și fișierul PCB.

Circuit invertor pentru sudare

Funcționare cu invertor: puterea de la o rețea monofazată de 220 de volți este rectificată, netezită de condensatoare și furnizată comutatoarelor cu tranzistori, care convertesc tensiunea de curent continuu în tensiune alternativă de înaltă frecvență furnizată unui transformator de ferită. Datorită frecvenței înalte, avem o reducere a dimensiunilor transei de putere și, ca urmare, folosim mai degrabă ferită decât fier. Urmează un transformator coborâtor, urmat de un redresor și un șoc.

Oscilograme pentru controlul tranzistorilor cu efect de câmp. L-am măsurat pe o diodă zener ks213b fără întrerupătoare de alimentare, factor de umplere 43 și frecvență 33.

În versiunea sa, taste de pornire IRG4PC50Uînlocuite cu altele mai moderne IRGP4063DPBF. Am înlocuit dioda zener ks213b cu două diode zener de 15 volți și 1,3 wați conectate spate în spate, deoarece dispozitivul ks213b anterior s-a încălzit puțin. După înlocuire, problema a dispărut imediat. Restul rămâne ca în diagramă.

Aceasta este o oscilogramă a colectorului-emițător al comutatorului inferior (conform diagramei). Când puterea este furnizată la 310 volți printr-o lampă de 150 wați. Osciloscopul costă diviziuni de 5 volți și diviziuni de 5 µs. prin divizor înmulțit cu 10.

Transformatorul de putere este înfășurat pe un miez B66371-G-X187, N87, E70/33/32 EPCOS Date de înfășurare: mai întâi etajul primar, secundar și din nou rămășițele primarului. Firul de pe primar și pe secundar are un diametru de 0,6 mm. Primar - 10 fire 0,6 răsucite împreună 18 spire (total). Primul rând se potrivește doar pentru 9 ture. Apoi, puneți deoparte rămășițele primarului, înfășurând 6 spire de sârmă de 0,6 pliate în 50 de bucăți și, de asemenea, răsucite. Și apoi din nou rămășițele primarului, adică 9 ture. Nu uitați de izolația interstrat (am folosit mai multe straturi de hârtie cash, 5 sau 6, nu o mai facem, altfel înfășurarea nu va intra în fereastră). Fiecare strat a fost impregnat cu epoxid.

Apoi asamblam totul, este nevoie de un spațiu de 0,1 mm între jumătățile feritei E70 și punem o garnitură dintr-o chitanță obișnuită pe miezurile exterioare. Tragem totul și lipim împreună.

L-am vopsit prin pulverizare cu vopsea neagră mată, apoi l-am lăcuit. Da, aproape că am uitat, când răsucim fiecare înfășurare, o înfășurăm cu bandă de mascare - o izolăm, ca să spunem așa. Nu uitați să marcați începutul și sfârșitul înfășurărilor; acest lucru va fi util pentru etapizarea și asamblarea ulterioară. Dacă fazarea transformatorului este incorectă, dispozitivul va găti la jumătate din putere.

Când invertorul este conectat la rețea, începe încărcarea condensatoarelor de ieșire. Curentul inițial de încărcare este foarte mare, comparabil cu un scurtcircuit și poate duce la arderea punții de diode. Ca să nu mai vorbim de faptul că pentru aparatele de aer condiționat acest lucru este, de asemenea, plin de eșecuri. Pentru a evita un astfel de salt brusc al curentului în momentul pornirii, sunt instalate limitatoare de încărcare a condensatorului. În circuitul lui Barmaley, acestea sunt 2 rezistențe de 30 ohmi, cu o putere de 5 wați fiecare, pentru un total de 15 ohmi x 10 wați. Rezistorul limitează curentul de încărcare al condensatorilor și după încărcarea acestora, puteți furniza energie direct, ocolind aceste rezistențe, ceea ce face releul.

În aparatul de sudură conform schemei Barmaley, este utilizat releul WJ115-1A-12VDC-S. Alimentare cu bobina releului - 12 volți DC, sarcină de comutare 20 Amperi, 220 Volți AC. În produsele de casă, utilizarea releelor ​​auto de 12 volți și 30 de amperi este foarte comună. Cu toate acestea, nu sunt proiectate pentru comutarea curenților de până la 20 de amperi de tensiune de rețea, dar, cu toate acestea, sunt ieftine, accesibile și fac față pe deplin sarcinii lor.

Este mai bine să utilizați un rezistor obișnuit cu fir bobinat ca rezistor de limitare a curentului; va rezista la orice suprasarcină și este mai ieftin decât cele importate. De exemplu, C5-37 V 10 (20 Ohm, 10 Watt, fir). În loc de rezistențe, puteți pune condensatori de limitare a curentului în serie în circuitul de tensiune alternativă. De exemplu K73-17, 400 Volți, capacitate totală 5-10 µF. Condensatorii sunt de 3 uF, încărcați o capacitate de 2000 uF în aproximativ 5 secunde. Calculul curentului de încărcare a condensatorului este următorul: 1 µF limitează curentul la 70 miliamperi. Se dovedește 3 uF la nivelul de 70x3 = 210 miliamperi.

În cele din urmă am pus totul cap la cap și l-am lansat. Limita de curent a fost setată la 165 de amperi, acum să punem invertorul de sudură într-un caz bun. Costul unui invertor de casă este de aproximativ 2.500 de ruble - am comandat piesele pe internet.

Am luat firul de la magazinul de bobinare. De asemenea, puteți scoate firul de la televizoare din circuitul de demagnetizare de la kinescop (acesta este aproape unul secundar gata făcut). Accelerația a fost făcută din E65, bandă de cupru de 5 mm lățime și 2 mm grosime - 18 spire. Inductanța a fost ajustată la 84 μH prin creșterea distanței dintre jumătăți; a fost de 4 mm. De asemenea, îl puteți înfășura cu un fir de 0,6 mm în loc de o bandă, dar va fi mai dificil să îl așezați. Primarul de pe transformator poate fi înfășurat cu un fir de 1,2 mm, un set de 5 bucăți de 18 spire, dar puteți folosi și fire de 0,4 mm pentru a calcula numărul de fire pentru secțiunea transversală de care aveți nevoie, adică, de exemplu , 15 piese de 0,4 mm 18 spire.

După ce am instalat și configurat circuitul pe placă, am pus totul împreună. Barmaley a trecut testele cu succes: a tras cu calm cei trei și patru electrozi. Limita de curent a fost stabilită la 165 Amperi. Asamblat și testat dispozitivul: Arcee .

Discutați articolul SUDARE INVERTOR BARMALY

Schema schematică a invertorului de sudură din fabrică „Resanta” (click pentru a mări)

Circuit invertor de la producătorul german FUBAG cu o serie de funcții suplimentare (click pentru a mări)

Un exemplu de diagramă de circuit a unui invertor de sudură pentru autoproducție (click pentru a mări)

Schema circuitului electric a dispozitivului invertor constă din două părți principale: secțiunea de putere și circuitul de control. Primul element al secțiunii de putere a circuitului este o punte de diode. Sarcina unui astfel de pod este tocmai să transforme curentul alternativ în curent continuu.

În curentul continuu convertit din curent alternativ în puntea de diode, pot apărea impulsuri care trebuie netezite. Pentru a face acest lucru, după puntea de diode este instalat un filtru format din condensatori de tip predominant electrolitic. Este important de știut că tensiunea care iese din puntea de diode este de aproximativ 1,4 ori mai mare decât valoarea sa la intrare. La conversia AC în DC, diodele redresoare devin foarte fierbinți, ceea ce le poate afecta grav performanța.

Pentru a le proteja, precum și alte elemente ale redresorului de supraîncălzire, radiatoarele sunt utilizate în această parte a circuitului electric. În plus, pe puntea de diode este instalată o siguranță termică, a cărei sarcină este de a opri sursa de alimentare dacă puntea de diode s-a încălzit până la o temperatură care depășește 80-90 de grade.

Interferența de înaltă frecvență generată în timpul funcționării dispozitivului invertor poate intra în rețeaua electrică prin intrarea acesteia. Pentru a preveni acest lucru, în fața blocului redresor al circuitului este instalat un filtru de compatibilitate electromagnetică. Un astfel de filtru constă dintr-un șoc și mai mulți condensatori.

Invertorul în sine, care transformă curentul continuu în curent alternativ, dar cu o frecvență mult mai mare, este asamblat din tranzistoare folosind un circuit „punte oblică”. Frecvența de comutare a tranzistoarelor, datorită căreia este generat curentul alternativ, poate fi de zeci sau sute de kiloherți. Curentul alternativ de înaltă frecvență astfel obținut are o amplitudine dreptunghiulară.

Un transformator de reducere a tensiunii instalat în spatele unității invertorului vă permite să obțineți un curent suficient de puternic la ieșirea dispozitivului, astfel încât să puteți efectua eficient lucrările de sudare cu ajutorul acestuia. Pentru a obține curent continuu folosind un aparat cu invertor, după transformatorul descendente este conectat un redresor puternic, asamblat tot pe o punte de diode.

Elemente de control și protecție a invertorului

Mai multe elemente din schema sa de circuit vă permit să evitați influența factorilor negativi asupra funcționării invertorului.

Pentru a se asigura că tranzistoarele care convertesc curentul continuu în curent alternativ nu se ard în timpul funcționării lor, se folosesc circuite speciale de amortizare (RC). Toate blocurile de circuite electrice care funcționează sub sarcină mare și devin foarte fierbinți nu sunt doar prevăzute cu răcire forțată, ci sunt și conectate la senzori de temperatură care își opresc alimentarea dacă temperatura lor de încălzire depășește o valoare critică.

Datorită faptului că condensatoarele de filtru, după ce sunt încărcate, pot produce un curent mare, care poate arde tranzistoarele invertorului, dispozitivul trebuie să fie prevăzut cu o pornire lină. În acest scop, se folosesc stabilizatori.

Circuitul oricărui invertor are un controler PWM, care este responsabil pentru controlul tuturor elementelor circuitului său electric. De la controlerul PWM, semnalele electrice sunt trimise la un tranzistor cu efect de câmp și de la acesta la un transformator de izolare, care are simultan două înfășurări de ieșire. Controlerul PWM, prin alte elemente ale circuitului electric, furnizează și semnale de control diodelor de putere și tranzistoarelor de putere ale unității invertorului. Pentru ca controlerul să controleze eficient toate elementele circuitului electric al invertorului, este, de asemenea, necesar să îi furnizeze semnale electrice.

Pentru a genera astfel de semnale, se folosește un amplificator operațional, a cărui intrare este alimentată cu curentul de ieșire generat în invertor. Dacă valorile acestuia din urmă diferă de la parametrii specificați, amplificatorul operațional generează un semnal de control către controler. În plus, amplificatorul operațional primește semnale de la toate circuitele de protecție. Acest lucru este necesar pentru ca el să poată deconecta invertorul de la sursa de alimentare în momentul în care apare o situație critică în circuitul său electric.

Avantajele și dezavantajele mașinilor de sudat de tip invertor

Dispozitivele care au înlocuit transformatoarele obișnuite au o serie de avantaje semnificative.

• Datorită unei abordări complet diferite a formării și reglarii curentului de sudare, greutatea unor astfel de dispozitive este de numai 5-12 kg, în timp ce transformatoarele de sudură cântăresc 18-35 kg.
• Invertoarele au o eficiență foarte mare (aproximativ 90%). Acest lucru se explică prin faptul că cheltuiesc mult mai puțin excesul de energie pentru încălzirea componentelor. Transformatoarele de sudare, spre deosebire de dispozitivele cu invertor, devin foarte fierbinți.
• Datorită eficienței atât de ridicate, invertoarele consumă de 2 ori mai puțină energie electrică decât transformatoarele convenționale pentru sudare.
• Versatilitatea ridicată a mașinilor cu invertor se explică prin capacitatea de a regla curentul de sudare pe o gamă largă cu ajutorul lor. Datorită acestui fapt, același dispozitiv poate fi utilizat pentru sudarea pieselor din diferite metale, precum și pentru sudarea folosind diferite tehnologii.
• Cele mai multe modele moderne de invertoare sunt echipate cu opțiuni care minimizează impactul erorilor de sudură asupra procesului tehnologic. Astfel de opțiuni, în special, includ „Anti-stick” și „Arc Force” (aprindere rapidă).
• Stabilitatea exceptionala a tensiunii furnizate arcului de sudura este asigurata de elementele automate ale circuitului electric al invertorului. În acest caz, automatizarea nu numai că ia în considerare și netezește diferențele de tensiune de intrare, ci și corectează chiar și interferențe precum atenuarea arcului de sudare din cauza vântului puternic.
• Sudarea cu echipament invertor se poate realiza cu orice tip de electrod.
• Unele modele de invertoare moderne de sudare au o funcție de programare, care vă permite să configurați cu precizie și rapid modurile lor atunci când efectuați un anumit tip de lucru.

La fel ca orice dispozitive tehnice complexe, invertoarele de sudare au o serie de dezavantaje de care trebuie să fii conștient.

• Invertoarele sunt foarte scumpe, cu 20–50% mai mari decât costul transformatoarelor convenționale de sudare.
• Cele mai vulnerabile și adesea defecte ale dispozitivelor cu invertor sunt tranzistoarele, al căror cost poate fi de până la 60% din prețul întregului dispozitiv. Prin urmare, este o întreprindere destul de costisitoare.
• Datorită complexității circuitelor lor electrice, invertoarele nu sunt recomandate pentru utilizare în condiții meteorologice nefavorabile și la temperaturi scăzute, ceea ce le limitează serios domeniul de aplicare. Pentru a utiliza un astfel de dispozitiv în condiții de câmp, este necesar să pregătiți o zonă specială închisă și încălzită.

La lucrările de sudare efectuate cu ajutorul unui invertor, firele lungi nu pot fi utilizate, deoarece induc interferențe care afectează negativ funcționarea dispozitivului. Din acest motiv, firele pentru invertoare sunt realizate destul de scurte (aproximativ 2 metri), ceea ce face ca munca de sudare să fie oarecum incomodă.

(voturi: 9 , rata medie: 4,00 din 5)

Mașina de sudat cu arc trebuie să asigure o caracteristică curent-tensiune descrescătoare în sarcină (arc). În invertoarele punte, de regulă, caracteristica de cădere este asigurată de o electronică destul de complexă, cu feedback obligatoriu de curent. Din punct de vedere al ușurinței controlului, în opinia mea, puntea rezonantă este cea mai atractivă. În ea, caracteristica de cădere a sursei de curent de sudare este asigurată de proprietățile parametrice ale circuitului rezonant din circuitul primar al invertorului.

O caracteristică a invertorului prezentată în acest articol este nu numai utilizarea unei punți rezonante complete, ci și controlul acestuia folosind un microcontroler PIC16F628-20I/P.

Să observăm imediat că curentul maxim de sudare al invertorului depinde de setare. Valoarea sa este determinată în întregime de lățimea decalajului nemagnetic din circuitul magnetic al choke-ului rezonant. Pentru elementele de putere utilizate în invertor, în funcție de condițiile lor termice, curentul de sudare poate ajunge la 200 A.

Schema circuitului invertorului este împărțită în două părți. Pe Fig.1 este afișată secțiunea de putere și Fig.2— schema alimentării cu unitatea de comandă. Un invertor clasic de sudură în punte constă dintr-un redresor de tensiune de rețea cu condensatori de filtru. O tensiune continuă de 300 V este convertită cu ajutorul a 4 întrerupătoare într-o tensiune alternativă de o frecvență mai mare, care este coborâtă și apoi redresată cu ajutorul unui transformator de sudură.

Partea de putere

La convertoarele rezonante, un inductor rezonant L1 și un condensator rezonant C1-C10 sunt conectate în serie cu înfășurarea primară a transformatorului de sudare T1 (vezi Fig. Fig.1 pe care circuitele de putere sunt evidențiate cu linii aldine). Inductanța circuitului în serie constă din inductanța bobinei rezonante L1 și inductanța înfășurării primare a transformatorului T1. Înfășurarea secundară T1 este încărcată cu un arc de sudare. Dacă capacitatea C1-C10 și inductanța L1 sunt valori constante, atunci inductanța înfășurării primare T1 depinde de rezistența de sarcină din înfășurarea secundară, adică. de la curentul de sudare. Inductanța maximă a înfășurării primare T1 corespunde modului „fără sarcină” al invertorului, iar inductanța minimă corespunde modului de scurtcircuit. Rezistența de sarcină determină și factorul de calitate al circuitului. Astfel, frecvența de rezonanță a circuitului este minimă în modul „fără sarcină” (cu inductanța maximă a înfășurării primare T1) și maximă în modul de scurtcircuit (cu inductanța minimă a înfășurării primare T1). Când sarcina invertorului este un arc de sudare, frecvența de rezonanță a circuitului depinde de curentul din arc.

Din tot ce s-a spus mai sus, este evident că frecvența invertorului atunci când funcționează la putere maximă în arc ar trebui să fie mai mică decât frecvența naturală a circuitului rezonant al invertorului în modul scurtcircuit și mai mare decât aceasta în modul „inactiv”. Este optim ca rezonanța să apară la frecvența naturală a circuitului, la care puterea maximă se dezvoltă în arc (f MAX. POWER). Acesta este principalul criteriu pentru configurarea corectă a invertorului. Dacă în acest caz frecvența invertorului este crescută în raport cu f MAX. PUTERE , curentul arcului scade datorită creșterii reactanței inductive a inductorului rezonant L1. Acesta este modul în care se realizează reglarea frecvenței curentului în arcul de sudare.

Rezonanța în circuitul invertorului din cauza unui scurtcircuit și a setărilor incorecte ale invertorului este posibilă la o frecvență mai mare decât f MAX. PUTERE .

Rețineți, de asemenea, că rezonanța este inacceptabilă în modul de scurtcircuit pentru comutatoarele cu tranzistori ale invertorului din cauza apariției supracurentului în circuitul primar. Deoarece modul de scurtcircuit este modul normal pentru aparatul de sudură, este necesar să împiedicați funcționarea invertorului la frecvențe peste f MAX. PUTERE în cazul unui scurtcircuit în circuitul de sudare.

Pentru a face acest lucru, microcontrolerul din acest invertor monitorizează continuu faptul unui scurtcircuit în firele de sudură folosind un detector special. Când apare un scurtcircuit, microcontrolerul reduce automat frecvența invertorului la valoarea setată anterior f MAX. PUTERE - la această frecvență, rezonanța într-un scurtcircuit este imposibilă, ceea ce împiedică curgerea unui curent excesiv în circuitul primar și, în consecință, prin comutatoare.

În secțiunea de putere (Fig.1) R13 - rezistență de pornire. Limitează curentul de încărcare al condensatorilor de oxid C16, C17 atunci când dispozitivul este pornit. Puntea de diode VD14-VD21 este proiectată pentru a redresa tensiunea de rețea 220 V / 50 Hz, care este netezită de condensatoarele C15-C17 și alimentată la puntea de ieșire a circuitului, constând din 4 comutatoare pe tranzistoarele IGBT VT1-VT4.

Supresoarele VD3, VD9 și VD22 protejează cheile de supratensiuni. Rezistoarele R5, R6 descarcă condensatorul rezonant atunci când invertorul este oprit. Diodele Zener VD1, VD2, VD4, VD5 nu permit ca tensiunea de pe porțile întrerupătoarelor să depășească 18 V. Rezistoarele R1, R3, R7 și R9 limitează curentul de ieșire al driverelor în momentele de încărcare și descărcare a porții capacități ale comutatoarelor. Rezistoarele R2, R4, R8, R10 asigură închiderea fiabilă a tastelor în momentele în care driverele nu au curent.

Transformatorul de sudare T1 cu un raport de transformare de 6 reduce tensiunea și asigură izolarea galvanică a ieșirii față de partea de rețea a invertorului. Tensiunea alternativă de la înfășurarea secundară a transformatorului de sudură este redresată de diodele VD6, VD7 și este alimentată prin firele de sudură la electrod și suprafețele sudate. Lanțurile R11C13 și R12C14 servesc la absorbția energiei emisiilor de tensiune inversă ale redresorului de ieșire. Pentru arderea stabilă a arcului la curenți scăzuti, precum și pentru a facilita aprinderea acestuia, este prevăzut un dublator de tensiune, asamblat pe elementele C11, C12, VD10-VD13, C19, C20 și L2. Rezistorul R14 servește ca sarcină pentru dublator. Supresorul VD8 protejează diodele redresoare de ieșire de supratensiuni inverse.

unitate de putere

Construit folosind un circuit convertor flyback bazat pe un microcircuit specializat DA6 TNY264 conform unui circuit standard (Fig.2). Oferă energie driverelor, releelor ​​și unității de control al microcontrolerului. Sursa de alimentare pentru driverele de comutare superioare este izolată galvanic de canalul de alimentare cu releu de 24 V și de canalul de alimentare pentru driverele inferioare. Pentru alimentarea microcontrolerului DD1 (5 V), este utilizat un stabilizator parametric DA7. Driverele DA1-DA4 de tip HCPL3120 sunt proiectate pentru a controla comutatoarele VT1-VT4 și pentru a oferi margini abrupte ale impulsurilor de control pe porțile acestor tranzistoare.

Detectorul de scurtcircuit este asamblat pe elementele R25, R27, R28, DA8, VD32, VD33, C38. Când tensiunea de pe firele de sudură este sub 9 V (scurtcircuit), la intrarea RB4 a controlerului DD1 apare un nivel logic ridicat, iar când tensiunea este mai mare de 9 V (fără scurtcircuit), apare un nivel logic scăzut. la intrarea RB4.

Poziția DD1 utilizează microcontrolerul utilizat pe scară largă (MCU) PIC16F628-20I/P într-un pachet DIP.

Funcționare cu invertor

De îndată ce pornește sursa de alimentare, programul microcontrolerului începe să ruleze. După o întârziere de aproximativ 5 s, soneria va suna și invertorul va începe să funcționeze. De îndată ce tensiunea din firele de sudură depășește 9 V, MK va deschide cheia VT5, care va porni releul K1, iar contactele releului vor fi ocolite prin rezistența de încărcare R13. Se va opri și soneria. Din acest moment, invertorul este gata de funcționare. Frecvența de funcționare a invertorului va fi determinată de poziția potențiometrului R18. Mai mult, frecvența minimă (aka f MAX. POWER) corespunde curentului maxim de sudare, iar frecvența maximă corespunde curentului minim. Frecvența se modifică în trepte (discret). Sunt utilizate doar 17 poziții. La rotirea potențiometrului R18, schimbarea frecvenței este însoțită de un bip scurt de la sonerie. Astfel, prin sunetul soneriei, puteți modifica frecvența curentului de sudare la numărul necesar de poziții.

Dacă există un scurtcircuit în cablurile de sudură, invertorul începe automat să funcționeze la frecvența f MAX. PUTERE ,- Funcționarea invertorului în modul scurtcircuit este însoțită de un sunet sonor. Dacă scurtcircuitul durează mai mult de 1 s, funcționarea invertorului este blocată și reia după 3 s. Așa este implementată funcția electrodului antilipire.

În absența unui scurtcircuit, la intrarea RB4 se aplică un nivel logic scăzut, iar frecvența invertorului este determinată de poziția potențiometrului R18.

Pentru a proteja comutatoarele de ieșire împotriva supraîncălzirii, sunt utilizate ca senzori două termostate TS1 și TS2. Dacă cel puțin unul dintre termostate este oprit, funcționarea invertorului este blocată. Soneria emite un bip intermitent, rapid, până când radiatorul pe care este instalat termostatul declanșat se răcește.

Construcție și detalii Choke rezonant L1 este înfășurat pe un miez magnetic ETD59, material nr. 87 de la EPCOS și conține 12 spire de sârmă de cupru cu diametrul de 2 mm în izolație cu lac. Firul este înfășurat cu un spațiu obligatoriu între spire. Pentru a oferi spațiu liber, puteți folosi un fir gros. Pentru a fixa înfășurarea, trebuie să acoperiți spirele cu adeziv epoxidic. Jumătățile circuitului magnetic sunt unite cu un spațiu nemagnetic de 1...2 mm. La setarea frecvenței de rezonanță este selectată o valoare mai precisă a decalajului nemagnetic. În timpul funcționării invertorului, circuitul magnetic al șoculului rezonant poate deveni foarte fierbinte. Acest lucru se datorează saturației feritei atunci când funcționează în rezonanță. Pentru a asigura o fixare fiabilă a golului miezului magnetic, jumătățile acestuia trebuie strânse cu știfturi metalice. În acest caz, este necesar să se asigure o distanță de la gol până la știfturi de cel puțin 5 mm. În caz contrar, știfturile se pot topi în apropierea golului. Din același motiv, este inacceptabil să strângeți accelerația cu o carcasă metalică solidă.

Transformatorul T1 este înfăşurat pe un miez magnetic E65, materialul nr. 87 de la EPCOS. În primul rând, înfășurarea primară este înfășurată pe un rând - 18 spire de sârmă de cupru cu un diametru de 2 mm în izolație cu lac. Înfășurările II și III sunt înfășurate deasupra înfășurării primare. Fiecare dintre ele ocupă jumătate din cadru. Înfășurările II și III conțin fiecare câte 3 spire din patru fire de cupru cu un diametru de 2 mm. Jumătățile miezului magnetic al transformatorului sunt îmbinate fără goluri și fixate în siguranță.

Choke L2 conține 20 de spire de sârmă de montare cu o secțiune transversală de 1,5 mm 2, înfășurată pe un inel de ferită K28x16x9.

Transformatorul T2 este înfășurat pe ferită Sh5x5 cu o permeabilitate de 2000 NM. Jumătățile circuitului magnetic sunt unite cu un spațiu de 0,1...0,2 mm. Înfășurarea I conține 180 de spire de sârmă PEV-1 cu un diametru de 0,2 mm. Înfășurarea II este înfășurată pe un rând și conține 47 de spire ale aceluiași fir. Înfășurările III, IV și V conțin fiecare 33 de spire de sârmă PEV-1 cu un diametru de 0,25 mm. Între înfășurări trebuie să așezați 2 straturi de izolație (de exemplu, bandă de mascare). Fazarea conexiunilor înfășurării este indicată pe Fig.2.

Este permisă utilizarea numai a condensatoarelor de film de înaltă calitate C1-C10 pentru o tensiune de cel puțin 1000 V. Este de preferat să folosiți condensatori de tip K78-2. Condensatorul de blocare C15 ar trebui să fie de același tip.

Sursa de alimentare nu necesită configurare și, dacă piesele sunt în stare bună, începe să funcționeze imediat. Este necesar doar să verificați valorile tensiunii pentru alimentarea driverelor de 16...17 V. Când verificați sursa de alimentare, puteți aplica o tensiune de rețea de 220 V la bornele sale de intrare GND și +300 V. Sursa de alimentare trebuie alimentată. în același mod la setarea frecvenței de rezonanță.

În timpul funcționării invertorului, toate elementele sale de putere se încălzesc. Timpul de funcționare continuă a dispozitivului și durabilitatea acestuia vor depinde de cât de bine sunt suflate aceste elemente. Pentru redresorul de intrare VD14-VD21, tranzistoarele VT1-VT4 și redresorul de ieșire VD6, VD7 trebuie prevăzute radiatoare cu o suprafață mare. De asemenea, este necesară răcirea forțată cu aer pentru șocul rezonant L1, transformatorul de sudură T1 și diodele duble VD10-VD13. Termostatele de siguranță TS1 și TS2 de tip KSD250V sunt instalate pe radiatoarele comutatoarelor superioare și ale diodelor de ieșire. Toate celelalte elemente ale invertorului nu necesită flux de aer și radiatoare.

Setarea frecvenței de rezonanță

Pentru a configura invertorul, aveți nevoie de un LATR și un reostat de sarcină cu o rezistență de 0,15 Ohm. Reostatul trebuie să reziste la un flux de curent de scurtă durată de până la 200 A. Distanța circuitului magnetic al bobinei de rezonanță este setată la aproximativ 1 mm. Un jumper este instalat între pinii 3 și 4 ai optocuplerului DA8. Instalați microcontrolerul „cusut” în unitatea de control.

La configurare, sursa de alimentare trebuie alimentată separat. Pentru a face acest lucru, fără a porni dispozitivul la rețea, trebuie să aplicați o tensiune de rețea de 220 V la firele GND și +300 V ale sursei de alimentare.

Secțiunea de putere este încă dezactivată. După pornirea alimentării, soneria ar trebui să sune după 5 secunde, apoi sunetul ar trebui să se oprească și releul ar trebui să pornească. Apăsați simultan ambele butoane SB1 și SB2. Țineți apăsate butoanele până se aude soneria. Să eliberăm butoanele. Sunetul continuu se va opri și soneria va începe să sune intermitent timp de aproximativ 2 secunde. Aceasta corespunde modului de acordare a frecvenței de rezonanță.

Dacă totul este așa, atunci utilizând un osciloscop monitorizăm prezența impulsurilor bipolare între porțile tranzistoarelor VT2 și VT4 cu o frecvență de 30 kHz, o amplitudine de cel puțin 15 V și un pas de „timp mort” de 2 μs. Același semnal ar trebui să fie între porțile VT1 și VT3. Dacă totul este așa, alimentam secțiunea de putere prin LATR și setăm tensiunea la 20...30 V.

Puteți conecta un bec de 12 V la firele de sudură. Dacă lumina este aprinsă, conectați un reostat de 0,15 Ohm și un voltmetru DC la firele de sudură. Setăm tensiunea LATR la 30...40 V și începem configurarea. Utilizați butoanele SB1 și SB2 pentru a reduce sau a crește frecvența invertorului. Limite de schimbare a frecvenței 30…42 kHz. Reglând frecvența cu ajutorul butoanelor, atingem tensiunea maximă pe reostat. Dacă tensiunea continuă să crească atunci când frecvența scade la 30 kHz, atunci este necesar să creșteți decalajul în circuitul magnetic al choke-ului rezonant și să repetați din nou reglarea. Dacă, atunci când frecvența crește la 42 kHz, tensiunea de pe reostat continuă să crească, este necesar să se reducă decalajul din circuitul magnetic al choke-ului rezonant și să se repete din nou reglarea.

Este necesar să se obțină rezonanță, adică configurați circuitul astfel încât o creștere sau scădere a frecvenței invertorului să conducă la o scădere a tensiunii pe reostat. Cu elementele indicate în diagramă, este de preferat să se realizeze un astfel de decalaj în șocul rezonant, astfel încât rezonanța cu o sarcină de 0,15 Ohmi să apară la o frecvență de 33...37 kHz. Rezonanța la o frecvență mai mare va crește curentul maxim de sudare, dar comutatoarele și diodele de ieșire vor funcționa la limita lor.

Odată ce frecvența de rezonanță este setată, apăsați simultan ambele butoane. După un semnal sonor lung, valoarea frecvenței de rezonanță va fi scrisă în memoria nevolatilă a microcontrolerului. Prin rotirea potențiometrului R18, verificăm funcționarea reglării frecvenței. Frecvența minimă trebuie să fie egală cu frecvența de rezonanță. La rotirea potențiometrului, schimbarea frecvenței ar trebui să fie însoțită de un semnal sonor scurt (17 trepte în total).

Dacă totul se întâmplă astfel, asamblam întregul circuit al invertorului. Scoateți jumperul dintre pinii 3 și 4 ai optocuplerului DA8. Pornim invertorul la rețea. După 5 secunde, soneria va suna, apoi releul se va porni și sunetul se va opri. Cu ajutorul potențiometrului R18 setăm frecvența minimă (aka f MAX. POWER), corespunzătoare curentului maxim. Încărcăm pe scurt invertorul cu un reostat cu o rezistență de 0,15 Ohm și măsurăm tensiunea din sarcină. Dacă această tensiune depășește 23 V, atunci configurarea poate fi considerată completă. Dacă este mai mică, atunci ar trebui să măriți decalajul din circuitul magnetic al șoculului rezonant și să repetați reglarea de la început.