Электронный регулятор сварочного тока (2)

Продолжение. Начало —   www.radioelectronika.ru/?mod=cxemi&sub_mod=full_cxema&id=683

Электронный регулятор сварочного тока (2)
БЛОК А2
      Входное напряжение ЭРСТ непрерывно контролирует блок, схема которого показана на рис. 8. Его плюс подан на вывод 2, минус — на вывод 3 блока. Два порога срабатывания получены с помощью всего одного элемента сравнения — компаратора на ОУ DA1.
      На рис. 9 показаны зависимости напряжения на инвертирующем (U2) и неинвертирующем (U3) входах ОУ от входного напряжения блока (UBX). Благодаря стабилитронам VD1—VD3 кривые пересекаются в двух точках. Прежде всего подстроечным резистором R3 устанавливают верхний порог срабатывания компаратора (точка 2), а затем подстроечным резистором R7 — нижний (точка 1). Обратная связь через резистор R12 обеспечивает четкое, без «дребезга», переключение компаратора. Для питания микросхемы DA1 входное напряжение блока понижают и стабилизируют с помощью стабилитрона VD5.

      Пока контролируемое напряжение в норме (рабочая точка компаратора находится между точками 1 и 2), на выходе ОУ DA1 высокий уровень. При этом транзистор VT2 открыт, в обмотке реле К1 течет ток и его контакты замкнуты. На рис. 1 внутри блока А2 изображены именно эти контакты и диод VD7, который защищает конденсаторы С1, С2 (см. рис. 1) от зарядки напряжением неправильной полярности. Резистор R16 ограничивает ток в обмотке реле, а диод VD6 защищает транзистор VT2 от пробоя напряжением самоиндукции в момент прекращения этого тока.
      Реле К1 — РЭС49, исполнение РС4.569.421-00 (подойдут также однотипные реле исполнений РС4.569.421 -04 илиРС4.569.421-10).
Электронный регулятор сварочного тока (2)
      В устройствах, подобных ЭРСТ, на входе которых установлен конденсатор большой емкости (С1, С2, см. рис. 1), его зарядный ток в момент подключения к источнику питания ограничивают резистором (R2, см. рис. 1). По окончании зарядки выводы резистора замыкают, чтобы исключить потери энергии в рабочем режиме ЭРСТ. Зачастую это делают с помощью таймера, отсчитывающего достаточный для полной зарядки интервал времени. Такое решение не исключает, что в некоторых ситуациях (например, при обрыве ограничительного резистора) непосредственно к источнику все-таки будет подключен разряженный конденсатор и его зарядный ток превысит безопасное значение. Нечто подобное регулярно происходит с инверторными сварочными источниками ВДУЧ-160, после чего им требуется серьезный ремонт.

      Блок А2 в предлагаемом ЭРСТ следит за напряжением, падающим на зарядном резисторе. Пока идет зарядка и оно велико, транзистор VT1 открыт текущим через резисторы R4 и R9 током и его участок коллектор—эмиттер шунтирует базовую цепь транзистора VT2, не позволяя последнему открыться, а реле К1 — сработать. Так продолжается, пока зарядный ток конденсаторов С1, С2 (см. рис. 1) и пропорциональное ему падение напряжения на резисторе R2 (см. рис. 1) не уменьшатся до значения, при котором транзистор VT1 закроется.
   Электронный регулятор сварочного тока (2)   
БЛОК A3
      На рис. 10 изображена схема блока. Он состоит из формирователя управляющих коммутирующим транзистором ЭРСТ (транзисторами VT1—VT20, см. рис. 1) импульсов и узла тепловой защиты этих транзисторов.
      Управляющие импульсы на затвор коммутирующего транзистора необходимо подавать относительно его истока, который находится под большим пульсирующим напряжением относительно общего провода ЭРСТ. Поэтому общий провод формирователя (вывод 6 блока) соединен с истоком коммутирующего транзистора, управляющие сигналы поступают через оптроны U1 —U3, а напряжение питания 12В (на выводы 1 и 2) — от находящегося в блоке А1 изолированного выпрямителя. Усилитель мощности импульсов на транзисторах VT5, VT6 питают этим напряжением непосредственно, а микросхемы DD1—DD4 — пониженным до 5 В с помощью интегрального стабилизатора DA2.

      Если в результате неисправности выпрямителя питающее напряжение превысит приблизительно 15В, сработает узел защиты на стабилитроне VD5, транзисторах VT3, VT4 и элементе DD4.2. Открывшийся выходной транзистор элемента DD4.2, соединив вход усилителя мощности с общим проводом, не допустит попадания повышенного напряжения на выход усилителя (вывод 5 блока A3) и на соединенный с ним затвор коммутирующего транзистора.
      Оптрон U1 связывает формирователь с ШИ регулятором (блоком А4). Когда через излучающий диод оптрона течет ток, логический уровень на выходе инвертора DD1.3 высокий, а на выходе элемента DD2.1 (при некоторых условиях, о которых речь пойдет ниже) — низкий. Это переводит триггер DD3.1, DD3.2 в состояние высокого уровня на выходе элемента DD3.1, в котором триггер остается до окончания поступающего от ШИ регулятора импульса.
      Выходной сигнал триггера через элементы DD2.3 и DD4.1 и усилитель на транзисторах VT5, VT6 управляет коммутирующим транзистором. В отсутствие аварийных ситуаций длительность открытого состояния этого транзистора равна длительности импульса ШИ регулятора.

      Оптрон U2 и связанные с ним элементы служат для контроля завершения цикла рекуперации трансформатора Т1 (см. рис. 1). Под действием наведенного в обмотке II этого трансформатора импульса через излучающий диод оптрона U2 течет ток, его фототранзистор открыт и логический уровень на одном из входов (выводе 10) элемента DD2.1 — низкий, что запрещает до завершения рекуперации переводить триггер DD3.1, DD3.2 в состояние, соответствующее открыванию коммутирующего транзистора.
      Узел на транзисторе VT7 контролирует падение напряжения на открытом коммутирующем транзисторе, пропорциональное протекающему через него току. Это напряжение поступает на базу транзистора VT7 через соединенный со стоком коммутирующего транзистора диод VD7 и резистивный делитель R30— R32, если на затвор транзистора с вывода 5 блока A3 подано открывающее напряжение. В паузах между импульсами тока, когда напряжение затвор—исток низкое, диод VD7 закрыт и напряжение на базе транзистора VT7 близко к нулевому. Конденсатор С7 сглаживает кратковременные импульсы, возникающие при переключении коммутирующего транзистора в точке соединения анода диода VD7 с резисторами R29 и R30.

      Если напряжение сток—исток открытого коммутирующего транзистора достигло значения, достаточного для открывания транзистора VT7, сигнал низкого логического уровня с коллектора VT7 через элементы DD1.1, DD1.2 поступает на один из входов элемента DD2.1, запрещая срабатывание триггера DD3.1, DD3.2. Этот же сигнал через элементы DD1.4 и DD2.2 установит триггер токовой защиты DD3.3, DD3.4 в состояние низкого уровня на выходе элемента DD3.4, что приведет к немедленной установке на затворе коммутирующего транзистора закрывающего нулевого напряжения. Триггер защиты будет возвращен в исходное состояние лишь с началом нового импульса ШИ регулятора (блока А4).
Электронный регулятор сварочного тока (2)
      Датчик температуры коммутирующего транзистора — однопереходный транзистор VT1 [7]. Узел, показанный на рис. 11, не только обеспечивает тепловой контакт транзистора 3 с теплоотводом 1 через алюминиевую пластину 4, но и служит одной из точек крепления платы блока A3 (2). При указанном на схеме подключении выводов транзистора в электрической изоляции его корпуса от теплоотвода нет необходимости.
      Микросхему DA1, служащую компаратором, питают входным напряжением ЭРСТ через параметрический стабилизатор на стабилитроне VD4. Дифференциальный вход компаратора подключен к диагонали моста, образованного участком база1—база2 однопереходного транзистора и резисторами R6, R9—R11.

      Подстроечным резистором R9 мост сбалансирован таким образом, что низкий уровень на выходе DA1 соответствует температуре датчика более 80 °С. При этом открыт транзистор VT2, течет ток через излучающий диод оптрона U3, резисторы R16, R17 и подключенный к выводам 9 и 10 светодиод (HL2, см. рис. 1). Сигнал низкого логического уровня с коллектора фототранзистора оптрона U3, поступив на вход элемента DD2.3, запретит открывание коммутирующего транзистора. Работа ЭРСТ будет заблокирована, пока температура теплоотвода не снизится до 65 °С.
      Стабилитрон VD2 обеспечивает нормальную работу тепловой защиты при обрыве в цепи установленного вне блока светодиода.

      Налаживание блока A3 сводится к установке порогов срабатывания токовой и тепловой защиты. Для регулировки токовой защиты необходимо временно отключить верхний по схеме вывод резистора R29 от эмиттеров транзисторов VT5 и VT6 и соединить его с плюсом источника питания (выводом 1). Между выводами 4 и 6 нужно включить подстроечный резистор номиналом 2 кОм. С его помощью устанавливают напряжение между этими выводами равным 2,97 В — падению напряжения на коммутирующем транзисторе при токе 350 А и температуре кристалла 125 °С. Остается подстроенным резистором R31 добиться смены высокого уровня на выходе элемента DD1.2 низким, после чего, выключив питание, удалить вспомогательный подстроечный резистор и восстановить исходное подключение резистора R29.

      Чтобы отрегулировать тепловую защиту, транзистор-датчик VT1 помещают в термостат. Вполне подходящий можно соорудить из литровой банки с водой, для термоизоляции обернутой полотенцем. Датчик гидроизолируют, поместив его в центр согнутой пополам поливинилхлоридной трубки диаметром 8…10 мм и длиной 400…500 мм. Температуру контролируют образцовым ртутным термометром, а добиваются нужного значения, подогревая воду в банке электрокипятильником или добавляя в нее холодную воду. С помощью подстроечного резистора R9 добиваются, чтобы при температуре выше 80 °С светодиод HL2 (см. рис. 1) загорался.
   Электронный регулятор сварочного тока (2)   
БЛОКА4
      В промышленных универсальных сварочных источниках наклон нагрузочной характеристики обычно изменяют дискретно с помощью переключателя. В рассматриваемом ЭРСТ наклон регулируют плавно переменным резистором R7, установленным в блоке А4, схема которого изображена на рис. 12.
      На нижний по схеме вывод R7 поступает напряжение, пропорциональное току нагрузки ЭРСТ. Его получают с помощью ОУ DA2, включенного по классической схеме дифференциального усилителя, входы которого подключены к измерительному шунту R33 (см. рис. 1). Диоды VD1 и VD2 защищают входы микросхемы DA2 от перегрузки. Номиналы элементов дифференциального усилителя выбраны таким образом, что при сварочном токе 315 А и указанном на рис. 1 сопротивлении шунта напряжение на выходе DA2 равно 1,2В.

      Напряжение на выходе ОУ DA1 и верхнем (по схеме) выводе резистора R7 пропорционально выходному напряжению ЭРСТ. Коэффициент передачи регулируют подстроечным резистором R4.
      В зависимости от положения движка переменного резистора R7 снимаемый с него сигнал обратной связи пропорционален току нагрузки, напряжению дуги или их линейной комбинации. Усиленный по мощности повторителем на ОУ DA3 этот сигнал поступает на узел сравнения и усилитель сигнала рассогласования на ОУ DA4. Сюда же подано напряжение с переменного резистора R9 «Уровень», которым регулируют сварочный ток, и с подстроечного резистора R12, которым устанавливают минимальное значение сварочного тока при нижнем (по схеме) положении движка переменного резистора R9. Максимальное (в верхнем положении движка R9) значение тока устанавливают подстроенным резистором R13.

      Узел, генерирующий импульсы переменной ширины (длительности), состоит из генератора пилообразного напряжения и запускающих импульсов на транзисторах VT1—VT3, компаратора на ОУ DA5 и триггера на элементах DD1.3, DD1.4. Последний значительно повышает устойчивость блока к импульсным помехам. По классификации [1] длительность импульса в описываемом узле изменяют модуляцией его фронта.
      Частоту импульсов релаксационного генератора на транзисторе VT1 можно регулировать в небольших пределах подстроечным резистором R10. Каждый импульс открывает транзисторы VT2 и VT3, первый из которых разряжает конденсатор С13, а импульс с коллектора второго устанавливает триггер в состояние высокого уровня на выходе элемента DD1.4. По окончании импульса релаксационного генератора происходит зарядка конденсатора С13 через резистор R20. Напряжение на инвертирующем входе DA5 нарастает. В момент, когда оно превысит поступающее на неинвертирующий вход напряжение рассогласования, высокий уровень на выходе компаратора сменится низким, что переведет триггер DD1.3, DD1.4 в состояние, противоположное установленному ранее запускающим импульсом.

      Сформированный триггером импульс, проинвертированный элементами DD1.1, DD1.2 (для уменьшения выходного сопротивления они соединены параллельно), управляет выходной ступенью на транзисторе VT4. В коллекторную цепь этого транзистора включен излучающий диод находящегося в блоке АЗ оптрона U1.
      Напряжение питания 2×12 В поступает на выводы 1 —3 блока А4 из блока А1. Фильтры L1C1C3 и L2C2C4 подавляют помехи. Резистор R26 ограничивает ток светодиода HL3 (см. рис. 1).
      Налаживание блока А4 начинают с установки подстроенным резистором R8 нуля на выходе ОУ DA2. Эту операцию выполняют, предварительно соединив между собой выводы 7—9 блока. Далее на выводы 6 и 7 подают постоянное напряжение 40 В (плюсом к выводу 7) и подстроечным резистором R4 устанавливают на выходе DA2 напряжение 1,2 В. С помощью резистора R10 настраивают генератор на транзисторе VT1. Период повторения его импульсов должен быть равен 40 мкс (частота 25 кГц).

ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ РЕГУЛИРОВКА ЭРСТ
      К изготовленному ЭРСТ, в котором установлены предварительно проверенные и отрегулированные блоки А1—А4, подключают эквивалент нагрузки — балластный реостат РБЗОО или другой достаточной мощности. Если подобного реостата найти не удалось, его заменяют самодельными резисторами из стальных или нихромовых полос или прутков сечением S не менее 100 мм2. Необходимое сопротивление резистора вычисляют по формуле
Электронный регулятор сварочного тока (2)

Затем определяют нужную длину полосы
Электронный регулятор сварочного тока (2)
где р — удельное сопротивление материала, Ом·м·10-6.

      Движки переменных резисторов R7 «Наклон» и R9 «Уровень» переводят в нижнее по схеме положение. Рукоятку управления реостатом устанавливают на отметку 10 А или подключают вместо него нагрузочный резистор, рассчитанный на этот ток. Подав на ЭРСТ напряжение первичного источника, дожидаются загорания светодиода НИ («Готов») и нажимают кнопку SB1 «Пуск». Должны заработать вентиляторы и загореться светодиод HL3 «Включено». Подстроечным резистором R12 устанавливают по амперметру РА1 минимальный сварочный ток — 10 А.
      Затем переводят рукоятку балластного реостата на отметку 315 А, а движок переменного резистора R9 — в верхнее по схеме положение и с помощью подстроечного резистора R13 устанавливают стрелку амперметра РА1 на 315 А — это максимальный сварочный ток. Все упомянутые в этом разделе переменные и подстроечные резисторы находятся в блоке А4 (рис. 12). Позиционные обозначения других элементов — по схеме, изображенной на рис. 1.

ЛИТЕРАТУРА
7. Володин В. Экономичное управление симистором. — Радио, 2003, № 6, с. 27, 28.

В. ВОЛОДИН, г. Одесса, Украина
«Радио» №№8-10 2004г.

Похожие статьи:
Электронный регистратор событий
Симисторный регулятор мощности
Комбинированный регулятор мощности
Электронное регулирование сварочного тока
Двухканальный регулятор мощности с ДУ
Электронный предохранитель
Сенсорный регулятор освещения
Электронный уровнемер
Электронный регулятор сварочного тока (1)
Симисторные регуляторы мощности

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *