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Poste à souder avec réglage électronique du courant de soudage. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / poste à souder

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Une caractéristique de la machine à souder à transformateur CC présentée dans l'article est le réglage électronique du courant de soudage à l'aide d'un redresseur trinistor contrôlé. Avec la puissance appropriée de l'alimentation électrique, l'appareil convient au soudage avec des électrodes enrobées jusqu'à 4 mm de diamètre.

Un appareil pour souder des produits métalliques ferreux est très utile dans un atelier à domicile. Il existe de nombreux appareils de ce type sur le marché, mais ils sont assez chers. Les moins chers ne fournissent qu'un courant de soudage alternatif, ce qui dégrade la qualité du soudage. Le courant de soudage de ces appareils est régulé en déplaçant les enroulements du transformateur ou en commutant leurs sections, ce qui réduit la durée de vie de l'appareil et l'efficacité de son utilisation. La machine à souder proposée est dépourvue de ces inconvénients.

Principales caractéristiques techniques

• Tension d'alimentation, V ....... 230
• Consommation de courant, A ....... 24
• Limites de régulation du courant de soudage, A ....... 40 ... 160
• Tension de circuit ouvert, V ....... 80
• Durée de charge,%.......60

Le schéma de la partie puissance de l'appareil est illustré à la fig. 1 . Sa base est le transformateur T1, qui a deux enroulements secondaires. Quatre sections d'enroulement III et des trinistors VS1 et VS2 forment un redresseur double alternance contrôlé. Comparé à un pont, il a un rendement plus élevé, nécessite une plus petite section du fil d'enroulement secondaire et contient moins d'éléments redresseurs (trinistors).

Riz. 1. Schéma de la partie puissance de la machine à souder

Le courant de soudage est régulé et stabilisé en modifiant l'angle de retard d'activation des trinistors. La sortie du redresseur a une inductance L2, qui assure une combustion stable de l'arc et facilite son allumage [1].

Un redresseur pour alimenter l'arc est monté sur le pont de diodes VD1. Sa tension de sortie est d'environ 80 V. Sa nécessité est due aux raisons suivantes: premièrement, à de grands angles de retard dans l'ouverture des trinistors du redresseur principal, l'arc brûle de manière très instable, et deuxièmement, pour faciliter son allumage, le la tension maximale possible doit être appliquée aux électrodes. Cependant, selon les exigences de [2], elle ne doit pas dépasser 80 V. La sortie du redresseur auxiliaire comporte également une self L1. La résistance R2 limite le courant de ce redresseur à environ 7 A (avec l'arc brûlant). En cas de "collage" de l'électrode, le courant passe à 12 A.

Refroidissement de l'appareil - obligatoire, au moyen du ventilateur M1. Comme le montre la pratique, les trinistors ne chauffent pas beaucoup même sans ventilateur, mais son utilisation permet d'augmenter la durée relative de fonctionnement sous charge (PN) et de faciliter le régime thermique de l'appareil, ce qui affecte favorablement sa fiabilité.

L'unité de commande A1 génère des signaux de commande pour les trinistors et assure la stabilisation du courant de soudage dont le capteur est le transformateur de courant T3. En fait, le bloc est un contrôleur phase-impulsion avec rétroaction sur le courant de charge. Ses avantages incluent l'absence de connexion galvanique avec les SCR redresseurs, ainsi que le fait que les impulsions générées par celui-ci n'arrivent à l'électrode de commande de chaque SCR que lorsque la tension à son anode est positive par rapport à la cathode. Il convient de noter que la dernière propriété de l'unité de commande n'est utilisée que partiellement en raison de la présence d'un redresseur d'alimentation d'arc supplémentaire. La centrale est alimentée par le transformateur T2.

Le schéma fonctionnel A1 est illustré à la fig. 2. Sur les transistors A1.VT1 et A1.VT2, une unité de synchronisation avec tension alternative du secteur est réalisée et chacun des transistors ne s'ouvre que dans son "propre" demi-cycle. Les impulsions provenant des collecteurs des transistors commandent le générateur de tension en dents de scie sur les éléments logiques A1.DD2.1 et A1.DD2.2 connectés en parallèle pour augmenter la capacité de charge. A la frontière des demi-cycles, lorsque la valeur instantanée de la tension dans le réseau est proche de zéro, les deux transistors sont fermés, et la tension aux sorties des éléments A1.DD2.1 et A1.DD2.2 a une niveau logique bas. Le condensateur A1.C7 se décharge à travers la diode A1.VD11 ouverte. Au début de l'alternance suivante, le transistor A1.VT1 (ou A1.VT2) s'ouvre et la charge du condensateur A1.C7 commence par le courant traversant les résistances A1.R12 et A1.R13.

Riz. 2. Schéma du bloc A1 (cliquez pour agrandir)

La tension en dents de scie résultante est appliquée à l'entrée non inverseuse de l'OU A1.DA1, qui sert de comparateur de tension. Son entrée inverseuse reçoit un exemple de tension U_arr avec trimmer A1 .R15. A chaque demi-cycle, dès que la tension à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op A1.DA1 dépasse U_arr, une impulsion de niveau logique haut apparaît à sa sortie. Le retard de la chute montante de cette impulsion par rapport au début de l'alternance dépend de la tension U_arr, et la chute décroissante est liée au moment où la tension secteur passe par zéro. En changeant l'exemple de tension, il est possible de réguler la durée de l'état ouvert des trinistors, et, par conséquent, la puissance dans la charge.

La tension de rétroaction proportionnelle au courant de soudage aux bornes de la résistance R1 redresse le pont de diodes A1.VD5-A1.VD8. La tension redressée est fournie à la résistance variable R3, qui sert de régulateur de ce courant. La résistance ajustable A1.R15 définit la valeur minimale de la tension de fonctionnement du comparateur lorsque le curseur de la résistance variable R3 est dans la position correspondant au courant de soudage maximal.

Pendant que la machine à souder est au ralenti, la tension aux bornes de la résistance variable R3 est nulle. La tension de référence à l'entrée inverseuse OUA1 .DA1 est minimale, et sa sortie est fixée à un niveau logique haut. La durée de l'état ouvert des trinistors dans ce mode est maximale et ils fonctionnent comme des diodes ordinaires.

Lorsque l'arc est amorcé, la tension à l'entrée inverseuse de l'OU A1.DA1 augmente. A sa sortie apparaissent des impulsions de haut niveau dont la durée est d'autant plus courte que le courant de soudage est important. Cela conduit à une diminution de la durée de l'état ouvert des SCR et du courant de soudage moyen. Il est facile de voir que lorsque le courant de soudage est réglé au maximum (le curseur de la résistance R3 est à l'extrême droite selon le schéma), la rétroaction n'affecte pas le fonctionnement du régulateur. Dans ce mode, comme au ralenti, les SCR fonctionnent comme des diodes et le courant de soudage maximal ne dépend que des paramètres du transformateur T1.

A partir de la sortie de l'OU A1.DA 1, le signal est envoyé à l'unité de contrôle d'arc construite sur l'élément logique A1 .DD2.3. Le but de ce nœud est de bloquer le fonctionnement du régulateur lorsque l'électrode de soudage "colle". Pour l'appareil, il s'agit d'un mode court-circuit. La tension du diviseur A12.R1, A2.3.R1 est appliquée à la borne 18 de l'élément A1.DD19, que la diode zener A1.VD14 limite à une valeur sûre pour le microcircuit (environ 9 V). Alors que la charge de l'appareil est un arc de soudage, la tension à la broche 12 de l'élément A1 .DD2.3 correspond à un niveau logique haut, donc le niveau de tension à la sortie de cet élément est inversé par rapport à la sortie de l'OU A1.DA1. Lorsque la sortie de l'ampli-op est haute, un niveau bas de la sortie de l'élément A1.DD2.3 permet le fonctionnement d'un générateur d'impulsions avec une fréquence d'environ 5 kHz sur les éléments A1.DD1.3 et A1. DD1.4.

Lorsque l'électrode colle, la tension à la sortie de l'appareil chute fortement. A la sortie de l'élément A1.DD2.3, le niveau devient haut, interdisant le fonctionnement du générateur. La fourniture d'impulsions d'ouverture aux trinistors est arrêtée. L'appareil restera dans cet état jusqu'à ce que le court-circuit soit éliminé. La résistance ajustable A1.R19 règle la tension de fonctionnement de l'unité de contrôle d'arc.

Ce nœud peut également être utilisé pour contrôler la machine à souder à l'aide du bouton [1]. Pour réaliser cette possibilité, il est nécessaire de couper le circuit de sortie 11 de l'unité de commande au point A (voir Fig. 1) et d'installer un bouton avec des contacts normalement ouverts dans l'espace. Ensuite, le redresseur commandé ne fonctionnera que lorsque ce bouton sera maintenu enfoncé, et le blocage de l'appareil en cas de "collage" de l'électrode restera.

Des paquets d'impulsions provenant de la sortie du générateur, ainsi que des impulsions provenant des collecteurs des transistors A1.VT1 et A1.VT2, sont transmis aux éléments logiques OR-NOT A1.DD1.1 et A1.DD1.2. Un niveau haut apparaît à la sortie de cet élément, aux deux entrées dont le niveau est bas. Sur la fig. 3 montre des diagrammes de tension en différents points du circuit de l'unité de commande, ainsi qu'en sortie de l'appareil (en charge).

Riz. 3. Tracés de tension à différents points du circuit de l'unité de commande à la sortie de l'appareil (sous charge)

Les signaux de sortie des éléments A1.DD1.1 et A1.DD1.2 amplifient les transistors A1.VI3 et A1.VI4, chargés par les enroulements primaires des transformateurs d'isolement A1.T1 et A1.T2. Pour protéger les transistors des champs électromagnétiques d'auto-induction, les enroulements primaires des transformateurs sont shuntés avec des circuits résistifs à diodes A1.R10, A1.VD10 et A1.R21, A1.VD13.

L'unité de commande est assemblée sur une carte de circuit imprimé en fibre de verre en feuille conformément au dessin de la fig. 4. Il utilise des résistances fixes MLT et des résistances de réglage SP3-38g. Condensateurs - K73-17, oxyde - tout type pour la tension correspondante, par exemple K50-35. Les transistors KT315G peuvent être remplacés par n'importe quel transistor au silicium de faible puissance de la structure npn, et KT829A - KT972A, KT972B. Les diodes 1N4007 sont remplacées par KD105V, KD247A - par KD226A. Au lieu du pont de diodes MB5010, il est permis d'installer quatre diodes séparées pour un courant d'au moins 25 A, par exemple la série D132. Les SCR T160 peuvent être remplacés par d'autres conçus pour un courant de 160 A ou plus, par exemple, T171-200, T123-200. Lors du remplacement, les caractéristiques de conception des trinistors et leur refroidissement doivent être pris en compte.

Riz. 4. Une carte de circuit imprimé en fibre de verre et un dessin de l'unité de contrôle

Les puces de la série K561 peuvent être remplacées par leurs homologues fonctionnels des séries K176 ou KR1561, et la puce KR544UD1A par n'importe quel ampli op à haute impédance d'entrée.

Le moteur du ventilateur est un AV-042-2MU3 triphasé d'une puissance de 40 W. Vous pouvez utiliser des ventilateurs avec d'autres moteurs.

Le transformateur T1 est réalisé conformément aux recommandations de [3]. Son noyau magnétique est assemblé à partir de plaques en U d'acier électrique laminé à chaud de 0,5 mm d'épaisseur, assemblées en chevauchement. Ses dimensions, sa forme et la disposition des sections d'enroulement sont illustrées à la Fig. 5. Enroulements du transformateur - disque [3]. La largeur de l'espace entre les enroulements II et III n'a pas d'importance.

L'enroulement I est constitué de deux sections de 100 tours de fil de cuivre d'un diamètre de 3 mm. L'enroulement II comporte deux sections de 38 tours de fil PEV-2 d'un diamètre de 1,8 mm. L'enroulement III est divisé en quatre sections de 20 tours d'un bus en cuivre de 2x9 mm. Un ruban de coton de 20 mm de large a été utilisé comme isolant.

Les sections de chaque enroulement sont situées sur différents noyaux du circuit magnétique (sections d'enroulement III - par paires). Leurs numéros sont indiqués sur la Fig. 5. Tous sont sans cadre, enroulés sur des mandrins en bois. Pour éviter que les bobines ne se propagent, elles sont fixées avec un ruban de tissu avec une imprégnation ultérieure obligatoire avec du vernis.

Riz. 5. Des sections de chaque enroulement sont situées sur différents noyaux du circuit magnétique

Le transformateur T2 est utilisé prêt à l'emploi avec une tension sur l'enroulement II de 10 ... 12 V à un courant de charge d'au moins 150 mA. Le transformateur de courant T3 est enroulé sur la moitié du circuit magnétique ShL16x20, assemblé avec une pince en tôle de 0,2 mm d'épaisseur. Afin de ne pas effectuer de connexions inutiles, les conclusions de l'enroulement III du transformateur T1 sont utilisées comme enroulements primaires (un tour chacun). L'enroulement secondaire du transformateur T3 comporte 300 tours de fil PEV-2 d'un diamètre de 0,4 mm.

Les transformateurs T1 et T2 du bloc A1 sont enroulés sur des noyaux magnétiques B26 en ferrite 2000NM sans entrefer non magnétique. L'enroulement I contient 150 tours et l'enroulement II - 100 tours de fil PEV-2 d'un diamètre de 0,18 mm.

L'enroulement de l'inductance L1 est enroulé sur un circuit magnétique à partir d'un transformateur TC-180 avec un entrefer non magnétique de 1 mm avec un fil PEV-2 d'un diamètre de 1,8 mm jusqu'à ce que la fenêtre soit remplie. L'inductance L2 est bobinée sur un circuit magnétique ShL32x40 avec un entrefer non magnétique de 1 mm. Son enroulement contient 60 spires du même bus que l'enroulement III du transformateur T1. La textolite de 0,5 mm d'épaisseur a été utilisée comme matériau pour les joints non magnétiques dans les circuits magnétiques des selfs.

Résistance R1 - fil importé. Vous pouvez utiliser des C5-35 (PEV) ou C5-37 domestiques d'une puissance de 10 W, ou connecter en parallèle cinq résistances MLT-2 d'une valeur nominale de 110 Ohms.

La résistance R2 est constituée d'un fil de nichrome de 1 mm de diamètre et de 1,7 m de long, enroulé sur des tubes en céramique à partir de bornes de diode KTs109A, comme indiqué sur la fig. 6. Une variante de connexion en parallèle de six résistances PEV-30 de 18 ohms a été testée. Lorsque les électrodes collent, elles surchauffent fortement, mais comme il s'agit d'un mode à court terme, une telle surchauffe peut être considérée comme acceptable. Dans tous les cas, il est recommandé de placer la résistance R2 pour un meilleur refroidissement dans le flux d'air du ventilateur.

Riz. 6. La résistance R2 est constituée d'un fil de nichrome d'un diamètre de 1 mm et d'une longueur de 1,7 m, enroulé sur des tubes en céramique à partir de piliers de diodes KTs109A

Si la dissipation de puissance inutile sur la résistance R2 n'est pas souhaitable, elle peut être supprimée de la machine en limitant le courant auxiliaire du redresseur comme recommandé dans [1], en utilisant une batterie de condensateurs connectés en parallèle. Il est connecté en série avec l'enroulement II du transformateur T1 et le pont de diodes VD1. Les condensateurs MBGP d'une capacité totale de 240 uF conviennent à une telle batterie. Résistance variable R3 - SP-I groupe A.

Les SCR doivent être installés sur des refroidisseurs standard (dissipateurs de chaleur). Le pont de diodes MB5010 est équipé d'un dissipateur thermique séparé avec une surface de refroidissement efficace d'environ 300 cm². Les transistors KT829A n'ont pas besoin de dissipateurs thermiques.

Le corps de l'appareil peut être n'importe quoi. Dans la version de l'auteur, tous les détails de l'appareil sont placés sur un cadre constitué de coins pliés en tôle d'acier de 2 mm d'épaisseur. Le boîtier de l'appareil est en tôle d'acier de 0,8 mm d'épaisseur. Les parois avant et arrière du caisson sont en treillis soudé avec des mailles de 10x10 mm. Le boîtier métallique doit être mis à la terre.

Pour configurer l'appareil, un oscilloscope et une source de tension continue réglable de 0 ... 12 V, ainsi qu'un multimètre sont nécessaires. Le réglage doit commencer par une vérification approfondie de l'installation correcte. Après vous être assuré qu'il n'y a pas d'erreurs, appliquez une tension aux bornes 3 et 4 du bloc A1 à partir de l'enroulement II du transformateur T2 avec le transformateur T1 et le ventilateur éteints. À l'aide d'un oscilloscope, assurez-vous qu'il existe des oscilloscopes similaires illustrés à la Fig. 3 impulsions sur les collecteurs des transistors VT1 et VT2, ainsi qu'une tension en dents de scie sur le condensateur A1 .C7.

Ensuite, réglez le curseur du trimmer A1.R15 sur la position supérieure selon le schéma, et le curseur de la résistance variable R3 sur la bonne position selon le schéma. Dans ce cas, la sortie de l'ampli-op A1 .DA1 doit être un niveau bas constant ou de courtes impulsions de haut niveau doivent être observées. Ensuite, en déplaçant doucement le curseur de la résistance d'accord A1.R15 vers le bas (selon le schéma), réduisez les pauses entre les impulsions jusqu'à ce qu'elles disparaissent complètement et que le niveau haut soit constamment présent à la sortie de l'ampli-op.

Réglez la résistance ajustable A1.R19 sur la position supérieure selon le schéma. Ensuite, appliquez une tension de +11 V à partir d'une source supplémentaire à la borne 1 du bloc A8 et, en déplaçant le curseur de la résistance A1.R15 vers le bas (selon le schéma), atteignez un niveau bas à la sortie de l'élément A1.DD2.3. Les paquets d'impulsions aux sorties des éléments DD1.1 et DD1.2 doivent correspondre à la Fig. 3. Si vous devez modifier la fréquence d'impulsion, vous devez sélectionner la résistance A1 .R23. Lorsque la tension à la borne 11 du bloc A1 descend en dessous de 8 V, le générateur d'impulsions doit s'éteindre. Ensuite, vérifiez les impulsions entre les bornes 5, 6 et entre les bornes 7, 8 du bloc A1 avec les circuits de commande des trinistors VS1 et VS2 connectés.

L'étape suivante du réglage consiste à vérifier le fonctionnement des circuits de rétroaction. Déplacez la résistance ajustable A1.R7 vers la position gauche selon le schéma, appliquez temporairement une tension de +11 V à la borne 1 du bloc A9 et une tension constante de 1 ... 4 V d'une source supplémentaire au condensateur A0. C10. Lorsque cette tension change, ainsi que lorsque le moteur de la résistance variable R3 tourne, des impulsions doivent apparaître à la sortie de l'ampli-op A1.DA1 et leur rapport cyclique doit changer.

Réglez le curseur de la résistance R3 à l'extrême droite (selon le schéma). Connectez une lampe à incandescence de 36 V d'une puissance d'au moins 20 W à la sortie de l'appareil. Éteignez temporairement l'inductance L1 et connectez l'enroulement primaire du transformateur T1 au réseau. Dans ce cas, la lampe doit s'allumer. Sinon, les broches 3 et 4 du bloc A1 doivent être permutées. En appliquant une tension au condensateur A1.C4 à partir d'une source supplémentaire, vérifiez le fonctionnement du régulateur de courant. À mesure que la tension sur ce condensateur augmente, la luminosité de la lampe devrait diminuer.

Vérifiez si le ventilateur tourne dans le bon sens. Pour changer le sens de sa rotation, il faut échanger deux de ses trois conclusions. Le courant du moteur ne doit pas dépasser la valeur maximale autorisée.

Ensuite, éteignez la source de tension supplémentaire, connectez l'inductance L1 et la borne 11 du bloc A1 selon le schéma. Connectez les câbles de soudage via l'ampèremètre 200 A aux bornes de sortie de l'appareil, réglez le curseur de la résistance variable R3 sur la position de courant minimum et allumez l'appareil. Amorcez l'arc et réglez le courant dans le circuit de soudage à environ 1 A avec la résistance d'ajustage A7.R40, puis, en contrôlant le courant sur l'ampèremètre, calibrez l'échelle de la résistance variable R3.

littérature

1. Bogdanov A. Contrôle électronique du courant de soudage. - Radio, 2006, n° 4, p. 36-38.
2. GOST 95-77. Transformateurs monophasés monoposte pour le soudage manuel à l'arc. Spécifications générales. - URL : files.stroyinf.ru/Data1/10/10478.
3. Volodin V. Transformateur de soudage : calcul et production. - Radio, 2002, n° 11, p. 35, 36 ; n° 12, p. 38,39.

Auteur : E. Gerasimov

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