Строительная компания » »

Зварювальний апарат на сімісторов з фазоімпульсним управлінням

  1. Розроблений мною зварювальний апарат з підживленням дуги має наступні технічні характеристики:
  2. ЛІТЕРАТУРА
  3. Радіо №1 2007 р


СХЕМИ ---->
Схеми Автоелектроніка статті № 1-50 ---->
Схеми Автоелектроніка статті № 51-100

А. АТАПКОВ, м.Санкт-Петербург
Журнал "Радіо" в останні роки помістив ряд статей, присвячених питанням ручної зварки. Основна увага автори цих матеріалів приділяли електронного урядування зварювальним струмом і формування його "падаючої" характеристики. В інформації, що публікується нижче статті описаний ще один варіант зварювального апарату.

При проектуванні цього апарату була поставлена ​​задача - створити гранично простий вузол керування зварювальним струмом, який не містить дефіцитних деталей і легко повторюваний в аматорських умовах. В основу вузла покладено метод фазоімпульсной управління потужним симистором з підживленням зварювальної дуги [1].


Для пояснення цього методу розглянемо ідеалізовану схему регулятора, показану на рис. 1.

Ідеалізація полягає в умовному відсутності індуктивності розсіювання в зварювальному трансформаторі Т1 і використанні для підживлення дуги резистора Rn. На рис. 2 зображені відповідні діаграми струму і напруги.

На схемі зображено зварювальний трансформатор Т1, первинна обмотка якого живиться від мережі напруги їм Uc через симистор VS1. Вторинна обмотка навантажена зварювальної дугою, позначеною як Rн.
У кожному напівперіод мережевої напруги (180 град.) Симистор відкривається на певний відрізок часу Q (фі) (в кутовому вираженні). При зміні кута Q (фі) змінюються напруга і струм у вторинній цепі.Ету залежність прийнято називати регулювальної характеристикою. При відсутності ланцюга підживлення вона виглядає так, як показано на рис. 3. Тут по вертикальній осі відкладені відносини поточних значень струму до максимального.


Як видно з діаграми 2 на рис. 2, при імпульсному методі управління симистором протягом початкової частини полупериода а = 180-Q (фі) струм через навантаження відсутня. Це призводить до нестійкості горіння зварювальної дуги, погіршення якості зварювального шва, а при малих значеннях кута Q (фі) - до неможливості запалювання дуги.
Для того щоб виключити зазначені недоліки, в апарат вводять резистор підживлення Rn. Форму струму в первинної ланцюга при наявності цього резистора ілюструє діаграма 3 на рис. 2. Видно, що тепер протягом початкової частини полупериода а (альфа) через обмотку протікає підживлює струм. Його встановлюють мінімально необхідним для підтримання горіння дуги (при ручному зварюванні штучним електродом досить струму 15 А [1]). Резистор підживлення дозволяє забезпечити незалежність напруги холостого ходу апарату від кута Q (фі), що є умовою надійного запалювання дуги.
На практиці зварювальний трансформатор виконують так, щоб його індуктивність розсіювання була великою, котушки з первинною і вторинною обмотками розміщують на муздрамтеатрі окремо. Це обмежує струм замикання вихідний ланцюга трансформатора.
Інакше кажучи, навантажувальна характеристика трансформатора має падаючий характер [2].
Для виключення великих втрат потужності на резистори підживлення його замінюють дроселем. При цьому у вторинній обмотці між напругою і струмом з'являється фазовий зсув, також позитивно позначається на режимі зварювання. У моменти, коли зварювальний струм проходить через "нуль", напруга на дузі близько до максимального, тому повторне запалювання дуги полегшується.
На рис. 4 показані навантажувальні характеристики апарату при різних значеннях кута Q (фі) без дроселя (а) і з дроселем (б).

Вид кривих при Q (фі) = 180 град., Коли дросель не працює, оскільки виявляється шунтуватися симистором, визначає індуктивність розсіювання трансформатора. Крива А на рис. 4, б - навантажувальна характеристика ланцюга підживлення. Її форму визначає індуктивність дроселя підживлення.

Розроблений мною зварювальний апарат з підживленням дуги має наступні технічні характеристики:

Напруга живильної мережі, В ................................. 220
Максимальний споживаний від мережі струм, А ............. 50
Межі регулювання зварювального струму, А ............. 50 ... 180
Струм підживлення при замиканні зварювального кола, А ..... 30
Напруга холостого ходу зварювального кола, В ........ 65
Тривалість включення,%, при максимальному зварювальному струмі ...... 20
Рід зварювального струму - змінний і постійний.
Принципова схема апарату представлена ​​на рис. 5.

Апарат складається з зварювального трансформатора Т2, дроселя підживлення L1, вузла фазового регулювання зварювального струму (DA1, Т1, VD1, VS1) і випрямляча зварювального струму VD3-VD6 з дроселем фільтра L2.
Основними елементами вузла фазового регулювання зварювального струму служать гібридний фазовий регулятор DA1 і керований ним потужний симистор VS1. В апараті використаний симистор ТС 125, який може бути замінений більш сучасним уніфікованим ТС161-125. Як відомо, здатність сімісторов до управління, в залежності від полярності комутованого напруги і керуючих імпульсів, прийнято характеризувати квадрантами декартової системи координат, в яких може перебувати робоча точка приладів (рис. 6).


В описуваному апараті симистор працює в квадрантах 1 і 2 (слід зауважити, що деякі довідники по потужним сімісторов минулих років видання містять помилкову інформацію про особливості управління симисторами серій ТС125 і ТС161).
Для забезпечення цієї умови застосовані узгоджувальний трансформатор Т1 і мостовий випрямляч VD1. Елементи R3, R4 формують необхідну характеристику вузла управління. Стабілітрон VD2 обмежує амплітуду імпульсів, що виробляються фазовим регулятором DA1.
В процесі розробки і виготовлення апарату були випробувані близько двох десятків тринисторов зазначених типів. Нездатних до роботи в апараті виявлено не було. Однак в деяких випадках добірка симистора все ж може знадобитися.
Вузол управління апарату зберігав керованість і сталість кута Q (фі) при зниженні напруги живлення до 100 В. При мінусовій температурі навколишнього середовища випробування не проводилися.
Схема включення фазового регулятора DA1 (PR1500s) [3] особливостей не має. Навантаження регулятора - активна, нею служить лампа розжарювання потужністю 60 Вт. Імпульси управління, що знімаються з вузла регулювання, точно синхронізовані з частотою мережі і мають тривалість, пропорційну кутку Q (фі). Це забезпечує надійне відкривання симистора VS1, навантаження якого є значною індуктивність, особливо на холостому ходу [4].
Зварювальний трансформатор розрахований за методикою [2]. Коефіцієнт трансформації - 3,4; максимальна щільність струму в обмотках - 8 А / мм2, що забезпечує відносну тривалість включення 20% при зварювальному струмі 180 А. Магнитопровод ПЛ50х60х150 виготовлений з холоднокатаної сталі. Розташування обмоток на ньому схематично показано на рис. 7. Первинні полуобмоткі I.1 і I.2 намотані мідним дротом перетином 8 мм 2 (4x2 мм) в стекловолоконной ізоляції і включені послідовно згідно. Число витків кожної полуобмоткі - 102. Вторинні полуобмоткі II.1 і II.2 намотані мідним дротом прямокутного перетину 7х 1,7 (12 мм 2) в такий же ізоляції; полуобмоткі включені паралельно згідно. Число витків кожної вторинної полуобмоткі - 60.
Паралельне включення вторинних полуобмоток зручно тим, що з'являється можливість зварювання від однієї полуобмоткі в тих випадках, коли не потрібно зварювальний струм більше 90 А. Індуктивність розсіювання трансформатора в цьому випадку більше і, отже, дозволяє використовувати режими з великими значеннями кута Q (фі).
Однак паралельне включення полуобмоток вимагає високого ступеня їх ідентичності щоб уникнути появи зрівняльного струму. В першу чергу однаковими повинні бути число витків і довжина проводу полуобмоток; обидві полуобмоткі необхідно намотувати проводом з однієї котушки.
Як межслойной ізоляції я використовував кабельну папір. Все полуобмоткі виконані безкаркасними, тому зовні обмотані бавовняної стрічкою і просякнуті бітумним лаком БТ-577. Дросель підживлення L1 намотаний на муздрамтеатрі ПЛ25х50х100 від трансформатора ТС-330 старого кольорового телевізора, від нього ж використані і каркаси. Обмотки, включені паралельно згідно, містять по 500 витків дроту ПЕЛШО 1,35 кожна. При складанні муздрамтеатру необхідно між його половинами забезпечити немагнітний зазор 6 ... 12 мм.
Остаточно зазор встановлюють дослідним шляхом. Для цього збирають дросель з прокладками товщиною 6 мм між половинами магнітопровода, обмотки включають паралельно згідно і підключають до мережі через амперметр на 20 А. Якщо амперметр показує струм в ланцюзі менше 10 ... 12 А, дросель розбирають і замінюють прокладки на більш товсті. Немагнітні прокладки можна виготовити з електрокартону, гетинакса, текстоліту. Максимальна щільність струму в обмотках дроселя L1 досягає 3,3 А / мм2 при запалюванні дуги, а при зварюванні вона не перевищує 1,65 А / мм2.
Дросель фільтра L2 виготовлений відповідно до рекомендацій в [5] і служить для згладжування пульсацій зварювального струму. Магнитопровод дроселя такий же, як і у L1. Дві обмотки по 30 витків включені послідовно згідно. Намотані вони без каркаса в два дроти, кожен перетином 12 мм 2 (таким же, як вторинна обмотка зварювального трансформатора). Половини муздрамтеатру збирають з немагнітним зазором 0,3 ... 0,5 мм.
Трансформатор Т1 намотаний на муздрамтеатрі УШ 16x32 (від кадрового трансформатора ТВК-70 старих телевізорів). Первинна обмотка (на 220 В) містить 2000 витків дроту ПЕВ-2 0,12, вторинна (на 20 В) - 200 витків дроту ПЕВ-2 0,47.
Змінний резистор R1 (див. Рис. 5) - СП-la - служить для регулювання зварювального струму (кута Q (фі)). Корпус резистора слід ізолювати від корпусу апарата. Ручка резистора повинна бути пластмасовою. Її треба забезпечити стрілкою-покажчиком зварювального струму і шкалою в амперах, вид якої показаний на рис. 8. З досвідом значення зварювального струму вдається з достатньою для практики точністю визначати по яскравості світіння лампи HL1.


Слід враховувати, що всі елементи первинної ланцюга зварювального трансформатора знаходяться під мережевим напругою. Це вимагає обережності при експлуатації, огляді і при ремонті зварювального апарату. Випрямляч зварювального струму VD3- VD6 особливостей не має. Діоди встановлені на серійні тепловідвід (охолоджувачі) 0171-80. На такому ж теплоотводе змонтований і симистор VS1.
Описуваний зварювальний апарат споживає від мережі струм до 50 А. Часто задають питання: чи витримає мережа таке навантаження? Звичайно ж, для забезпечення високої якості зварювальних швів і зручності в роботі мережа повинна мати опір проводів, що дозволяє навантажувати її необхідним струмом. На цей струм повинні бути розраховані автомати захисту, лічильник електроенергії і контактні з'єднувачі. Необхідні консультації з цього приводу необхідно отримати в місцевому відділенні організації, що управляє електромережами.
Слід розуміти, що шкала регулятора зварювального струму будь-якого зварювального апарату істинна тільки при електромережі високої якості. Тільки досвідчені зварники можуть визначити необхідний зварювальний струм "на око". Тому тут обмежимося лише загальними рекомендаціями. У разі, якщо зварювання не виходить - струм малий навіть при установці регулятора на максимум, - значить, опір мережі (петлі "фаза-нуль") велике і зварювання неможлива. Доведеться пошукати інше місце для підключення апарату.
Оцінити можливість підключення до мережі потужної навантаження можна наступним простим способом. Спочатку вимірюють напругу мережі Ucх без навантаження. Потім підключають електропраска потужністю 1000 Вт і ще раз вимірюють напругу мережі Ucн. По різниці дельта Uс = Ucх - Ucн можна визначити опір петлі "фаза-нуль" і максимально можливий зварювальний струм в цій мережі, див. Таблицю.


Проведені випробування описаного зварювального апарату показали, що за якістю зварювання він перевершує всі відомі мені недорогі побутові моделі промислового виробництва. При використанні універсальних електродів (для зварювання на змінному і постійному струмі), таких як, наприклад, ОЗС-12, АНО-21, МР-3, якість шва високе.
Сварка електродами для постійного струму також можлива, але менш комфортна, що пояснюється значними пульсаціями випрямленої зварювального струму. Отримати постійний зварювальний струм високої якості можливо тільки з дроселем фільтpa, за розмірами, порівнянним із зварювальним трансформатором [1]. Основна перевага однополярного зварювального струму - можливість зварювати тонкі деталі струмом зворотної полярності (плюс - на електроді). При цьому виріб менше нагрівається і менше стає ймовірність прожогов.
Не варто купувати дорогі імпортні електроди - вітчизняні дозволяють виконувати всі види зварювання в побуті з гарною якістю. Необхідно тільки зберігати їх в сухому місці.

ЛІТЕРАТУРА


1. Закс М. І., Каганський Б. А., печінки А. А. Трансформатори для зварки. - Л .: Вища школа, Ленінградське відділення, 1988, с. 136.
2. Володін В. Зварювальний трансформатор: розрахунок і виготовлення. - Радіо, 2002 № 11, с. 35, 36; № 12, с. 38, 39.
3. Довгий А. Регулятори потужності PR1500, PR1500i, PR1500S, PRP-500. - Радіо, 2004, № 11, с. 47, 48.
4. Тиристори (Технічний довідник). Пер. з англ., під ред. Лабунцова В. А., Обухова С. Г., Свиридова А. Ф. Изд. 2-е, доп. - М .: Енергія, 1971.
5. Клабуков А., Бабінцев С. Доопрацювання зварювального апарату. - Радіо, 2002 № 4, с. 42.
Редактор - Л. Ломакін, графіка - Л. Ломакін

Радіо №1 2007 р


[email protected]

















Часто задають питання: чи витримає мережа таке навантаження?