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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Régulateur électronique de courant de soudage. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / poste à souder L'auteur de l'article proposé partage son expérience dans la création d'un contrôleur électronique de courant de soudage (ERST) pour le soudage électrique multiposte. Les entreprises spécialisées dans le domaine des équipements de soudage produisent aujourd'hui plusieurs modèles d'ERST. Mais leur coût est tel qu'il remet parfois en cause l'efficacité économique de l'utilisation de ces appareils. Par exemple, l'ERST Multi-Weld 350 de Lincoln Electric coûte plus de 3000 100 $. L'appareil proposé est beaucoup moins cher que ses homologues et, en raison de son efficacité proche de XNUMX %, même en fonctionnement en une seule équipe, il sera rentable en un an seulement grâce aux économies d'énergie. La possibilité offerte de sélectionner la caractéristique de charge optimale pour le travail effectué garantit la meilleure qualité de soudure et élimine pratiquement les projections de métal. Avec un transformateur abaisseur et un redresseur de puissance suffisante, l'ERST peut également devenir la base d'une machine à souder pour un atelier à domicile. Dans les entreprises industrielles où le soudage électrique occupe l'une des places principales du cycle technologique (par exemple, dans les usines de construction et de réparation navales), le soudage multipostes est traditionnellement utilisé. Plusieurs travaux de soudage (postes) sont alimentés par une source puissante de courant continu ou alternatif avec une tension de 50 ... caractéristiques de charge et régulation du courant de soudage. Les avantages d'une telle organisation des travaux de soudage sont la simplicité, la sécurité et les économies d'espace et d'équipements de production. Malheureusement, le rendement global du système ne dépasse pas 80...30 %, car les rhéostats dissipent une partie importante de l'énergie sous forme de chaleur. Les réalisations de l'électronique moderne permettent de fabriquer un ERST - un analogue fonctionnel d'un rhéostat de ballast avec des performances améliorées et un rendement proche de 100 %. Cela permet non seulement d'économiser de l'énergie, mais vous permet également de connecter beaucoup plus de postes de soudage à une seule alimentation. source sans dépasser sa capacité de charge. Le transformateur de soudage classique est conçu uniquement pour certains types de soudage (manuel, semi-automatique, automatique, électrode consommable, électrode non consommable). Jusqu'à récemment, la création d'une source universelle était entravée par le fait que ses caractéristiques externes étaient principalement déterminées par la conception du transformateur. Pour obtenir une caractéristique de charge rigide, les enroulements du transformateur sont rendus cylindriques et celui qui tombe est un disque. Une certaine flexibilité pouvait être obtenue en utilisant des amplificateurs magnétiques et des transformateurs de conception spéciale (avec un shunt magnétique), mais cela devait être payé par une augmentation significative de la masse et des dimensions des sources. Dans une source de soudage électronique, les caractéristiques de charge de tout type requis ne sont pas formées de manière paramétrique, mais en raison du retour sur la tension et le courant de la charge. L'efficacité de l'ERST proposé est d'au moins 92 %. Il fonctionne avec une tension de source primaire de 50...80 V et permet un soudage continu avec un courant de 10...315 A. Une augmentation à court terme du courant de soudage jusqu'à 350 A est autorisée. la caractéristique de charge allant de la chute abrupte à la chute dure est fournie. Cela rend l'ERST adapté au soudage manuel et semi-automatique. L'appareil est équipé d'une protection contre la polarité incorrecte de la tension d'alimentation, ses augmentations et diminutions excessives, les surintensités et la surchauffe, ce qui garantit un fonctionnement fiable dans des conditions de production. Le fonctionnement de l'ERST est basé sur la conversion d'une tension d'entrée constante en une impulsion de rapport cyclique réglable à l'aide d'un interrupteur à semi-conducteur, suivie d'un filtrage - la sélection de la composante constante des impulsions. Du fait que les transistors à effet de champ de l'interrupteur ont une très faible résistance à l'état ouvert et une très grande résistance à l'état fermé, la puissance dissipée par eux est relativement faible. Le schéma ERST est illustré à la fig. 1. La borne X1 est connectée au positif de la source primaire. Son moins et la pince HZ sont reliés à la pièce à souder, qui joue le rôle de fil commun. Le porte-électrode de soudage est connecté à la borne X2.
Les condensateurs C1, C2 et C3-C22 éliminent l'influence de l'impédance de sortie de la source et de l'inductance des fils de connexion sur le fonctionnement de l'ERST. Immédiatement après l'application de la tension à l'ERST, ces condensateurs commencent à se charger via la résistance de limitation R2 et la diode située dans l'unité de commande de charge et de tension d'alimentation (A2). Lorsque les condensateurs sont complètement chargés et à condition que la tension entre les bornes X1 et XZ soit normale (50 ... 80 V), la LED HL1 "Prêt" s'allume et à l'intérieur du bloc A2 le relais est activé, fermant les contacts qui fournissent la tension au circuit de commutation ERST. Pour l'allumer, appuyez simplement sur le bouton SB1 "Démarrer". Un contacteur KM1 déclenché contournera le bouton avec des contacts KM 1.1. Grâce aux contacts d'alimentation fermés KM1.2, la tension source sera fournie aux condensateurs C1 - C22, en contournant le circuit de charge. Grâce à la résistance P1, le contacteur KM1 restera déclenché (et l'ERST allumé) jusqu'à ce que l'on appuie sur le bouton "Stop" SB2. Si la tension d'entrée dépasse les limites admissibles pendant le fonctionnement de l'ERST, elle sera désactivée par les contacts ouverts du relais du bloc A2. Dans l'ERST inclus, le bloc d'alimentation A1 fonctionnera. Il sert à obtenir les tensions isolées galvaniquement nécessaires à l'alimentation des unités A3 et A4. De plus, le bloc A1 génère une tension triphasée de 220 V 50 Hz pour les ventilateurs M1 et M2 soufflant les dissipateurs thermiques des puissants dispositifs semi-conducteurs. L'unité fonctionnelle principale de l'ERST - un convertisseur abaisseur de tension - se compose d'un transistor de commutation (une batterie de transistors à effet de champ VT1-VT20), d'une diode de décharge (VD9-VD48 connectée en parallèle) et d'un filtre de lissage (starter L1, batteries de condensateurs C27-C36). Il peut être recommandé à ceux qui souhaitent comprendre le fonctionnement du convertisseur plus en détail d'utiliser la littérature [1, 2]. Les transistors à effet de champ à grille isolée ont un coefficient de température positif de résistance à canal ouvert. Cette circonstance favorise une répartition uniforme de la charge de courant entre les transistors, leur permettant d'être connectés en parallèle. Les résistances R3-P.22 suppriment les oscillations parasites de la tension de commande. Les diodes KD213B, qui forment la diode de décharge du convertisseur, se caractérisent par un temps de récupération de la résistance inverse assez long. Parfois, au moment où l'interrupteur est ouvert, ils n'ont pas le temps de se fermer complètement. Pour éviter des conséquences indésirables, les transistors et les diodes sont séparés par l'enroulement I du transformateur T1 dont l'inductance (1,7 µH) limite la vitesse de montée du courant « passant », l'empêchant d'atteindre une valeur dangereuse. Une fois la diode de décharge complètement fermée, l'énergie accumulée dans le champ magnétique du transformateur reviendra à la source d'alimentation - l'impulsion induite dans l'enroulement II du transformateur rechargera les condensateurs C1 et C2 via la diode VD8. Et avec un délestage brutal, la batterie ERST de diodes VD49-VD54 assurera la récupération (retour à la source) de l'énergie accumulée dans le champ magnétique de l'inductance L1. Le bloc A4 mesure le courant et la tension de sortie de l'ERST et génère des impulsions de commande, modifiant leur cycle de service de manière à fournir la forme de la caractéristique de charge de l'ERST spécifiée par les commandes « Pente » et « Niveau ». Ces impulsions via le bloc A3, qui les amplifie en puissance, sont transmises à la grille du transistor de commutation (VT1-VT20). De plus, le bloc A3 contient des unités de protection qui interdisent l'ouverture du transistor de commutation jusqu'à la fin du cycle de régénération du transformateur T1 et en cas de surchauffe. Il est signalé par la LED HL2. Les condensateurs C1 et C2 sont en oxyde K50-18, le reste est en film K73-17. Résistances R1, R2 - PEV-25, R3-R32 - MLT indiquées dans le schéma de puissance. La résistance R33 est un shunt externe unifié 75SHISV-500 vers un ampèremètre de 500 A. Des shunts d'autres types, évalués pour le courant spécifié, avec une chute de tension à un courant nominal de 75 mV, conviennent également. De puissants câbles de dérivation équipés de boulons de grand diamètre sont inclus dans le circuit de flux de courant de soudage. Les fils de tous les autres circuits sont connectés aux cordons de test avec des boulons de plus petit diamètre. Les transistors VT1-VT20 et les diodes VD9-VD48 sont installés sur deux dissipateurs thermiques dont la surface active de chacun est de 3400 cm2. Ventilateurs M1 et M2 - 1,25EV-2,8-6-3270U4 d'une capacité totale de 560 m3/h grâce aux dissipateurs thermiques. Dans le flux d'air créé par les ventilateurs, se trouvent également des résistances R23-R32, qui dissipent une puissance importante. Le contacteur KM1 est issu de l'oscillateur KEMPPI LHF-500. Son enroulement est rembobiné à une tension de 50 V (celui d'origine est évalué à 24 V). Vous pouvez utiliser un autre contacteur (par exemple, parmi ceux utilisés dans les voitures électriques) capable de commuter un courant continu d'au moins 200 A. Dans les cas extrêmes, un démarreur électromagnétique unifié de quatrième ou cinquième grandeur convient, tous les groupes de contacts de puissance dont sont connectés en parallèle. Après avoir sélectionné un contacteur, il est nécessaire de mesurer la tension continue Uc à laquelle il fonctionne. S'il est nettement inférieur à 50 V ou supérieur à cette valeur, l'enroulement du contacteur devra être rembobiné. En retirant l'enroulement existant, comptez le nombre de ses tours w et mesurez le diamètre du fil d. Les nouvelles valeurs sont calculées par les formules :
Le transformateur T1 est enroulé sur un noyau magnétique en forme de U en ferrite M2000NM provenant d'un transformateur de ligne TVS110AM (TVS110LA) d'une série TV à tubes UNT47/59. Des entretoises amagnétiques de 3 mm d'épaisseur sont insérées dans chacune des articulations du circuit magnétique. Enroulement primaire - deux tours d'un faisceau de 236 fils émaillés d'un diamètre de 0,55 mm. Enroulement secondaire - 16 tours d'un faisceau de dix fils identiques. Pour assurer une connexion maximale entre les enroulements, le secondaire est placé dans le volume du primaire. Pour éviter les courts-circuits entre spires ou entre enroulements, le faisceau de câbles de l'enroulement secondaire doit être protégé avant l'enroulement avec du ruban en tissu verni ou un film fluoroplastique. Le circuit magnétique de l'inducteur L1 - Sh32x80 est en tôle d'acier pour transformateur d'une épaisseur de 0,35 mm. L'enroulement de l'accélérateur est constitué de huit tours d'un faisceau de 330 fils émaillés d'un diamètre de 0,55 mm. Le noyau magnétique est assemblé bout à bout. Un joint non magnétique de 1,6 ... 1,7 mm d'épaisseur est inséré dans son espace. BLOC A1 Le schéma fonctionnel de l'alimentation ERST est illustré à la fig. 2. La tension d'entrée non stabilisée via l'unité de protection est fournie à un stabilisateur linéaire qui fournit 15 V à toutes les unités de faible puissance de l'unité et à un régulateur à découpage dont la sortie est convertie par un onduleur demi-pont en un fréquence variable d'environ 36 kHz. Le nœud de protection mentionné ci-dessus arrêtera l'unité si, à la suite d'un dysfonctionnement ou d'une panne, la tension de sortie du régulateur à découpage dépasse la valeur admissible.
L'alimentation d'un onduleur en demi-pont avec une tension stabilisée assure une stabilisation de la tension de groupe sur les enroulements secondaires du transformateur T1. Redresseurs 1 et 2 isolés du fil commun ERST et des blocs d'alimentation A4 et A3 entre eux. L'onduleur triphasé convertit la tension continue 270 V de la sortie du redresseur 3 en tension alternative triphasée 220 V, 50 Hz pour alimenter les ventilateurs soufflant les dissipateurs thermiques des puissants dispositifs semi-conducteurs ERST. Le nœud utilisé dans [3] a servi de prototype d'un étage puissant d'un stabilisateur de tension à découpage. Son schéma simplifié est présenté sur la Fig. 3. Des impulsions de commande de polarité positive sont envoyées à la base du transistor VT2. Dans les pauses entre eux, ce transistor est fermé et la tension du condensateur C1, chargé pendant l'impulsion précédant la pause, est appliquée dans la polarité d'ouverture à la section grille-source du transistor VT3 à travers la résistance R2. Le transistor VT1 est ouvert et le courant croissant circulant dans son canal et son inductance L1 charge le condensateur eC3. L'énergie accumulée par le condensateur C2 est partiellement dépensée pour charger la capacité grille-source du transistor VT1. La diode VD1 est nécessaire pour empêcher la décharge du condensateur C2 à travers le transistor VT1.
Le transistor VT2, ouvert avec une impulsion de commande, relie la grille du transistor VT1 à un fil commun. Cette dernière se ferme, et le courant de l'inductance L1, décroissant, continue de circuler à travers la diode ouverte VD2. La tension à la source du transistor VT1 et sur la plaque droite (selon le schéma) du condensateur C2 dans cet état est égale à la chute de tension continue aux bornes de la diode VD2, qui est négative par rapport au fil commun. Le condensateur C1 est chargé le long du circuit VD2R2. Il existe de nombreux microcircuits pour contrôler les transistors de champ et bipolaires des onduleurs asymétriques et push-pull. Mais généralement, leurs signaux de sortie sont "liés" au potentiel du fil commun, ce qui rend problématique l'utilisation de tels microcircuits dans les onduleurs en pont et en demi-pont. Le fait est que les électrodes de commande des transistors "supérieurs" des étages de sortie de tels onduleurs sont soumises à une tension élevée et, en règle générale, alternative par rapport au fil commun. Les pilotes de puces d'onduleurs en pont et demi-pont [4], en raison de leur coût élevé, ne se sont pas encore répandus parmi les radioamateurs. Ils préfèrent résoudre ce problème à leur manière, en utilisant, en règle générale, une isolation optique ou par transformateur des circuits de commande [5, 6]. Toutefois, un tel découplage n’est en aucun cas nécessaire. Un schéma possible d'un onduleur en demi-pont avec circuits de commande sans celui-ci est illustré à la fig. 4. Les séquences d'impulsions en phase opposée Uy1 et Uy2 proviennent du contrôleur SHI.
Le principal inconvénient du nœud assemblé selon ce schéma est qu'il n'est opérationnel que lorsque la tension d'alimentation Up1 ne dépasse pas la tension maximale admissible entre la grille et la source du transistor à effet de champ VT3. Le fait est qu'à la suite de la réaction d'une charge active-inductive ou active-capacitive, la tension à la source du transistor VT3 peut être en retard ou mettre la grille de commande en phase, ce qui conduit à l'apparition de courts termes. des impulsions de tension grille-source négatives dont l'amplitude atteint la tension d'alimentation Up1. Sur la fig. La figure 5 montre des éléments supplémentaires qui corrigent l'inconvénient constaté. La diode VD2, s'ouvrant avec une polarité de tension négative entre la grille et la source du transistor VT3, la limite à un niveau très bas, égal à la chute de tension continue aux bornes de la diode ouverte. Une tension excessive éteint la résistance R8.
Dans ce cas, le condensateur C1 est chargé via la diode VD1 directement à partir de la source d'alimentation. La résistance R4 (voir Fig. 4), qui dissipait inutilement beaucoup d'énergie, a été exclue de la nouvelle version du nœud. littérature
Auteur : V.Volodin, Odessa, Ukraine
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