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Máquina de solda com ajuste eletrônico da corrente de soldagem. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / equipamento de solda

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Uma característica da máquina de solda para transformador CC apresentada no artigo é a regulação eletrônica da corrente de soldagem por meio de um retificador tiristor controlado. Com alimentação adequada, o aparelho é adequado para soldagem com eletrodos revestidos com diâmetro de até 4 mm.

Uma máquina para soldar produtos de metal ferroso é muito útil em uma oficina doméstica. Existem muitos desses dispositivos à venda, mas são bastante caros. Os baratos fornecem apenas corrente alternada de soldagem, o que deteriora a qualidade da soldagem. A corrente de soldagem de tais dispositivos é regulada pela movimentação dos enrolamentos do transformador ou pela comutação de suas seções, o que reduz a vida útil do dispositivo e a eficiência de trabalhar com ele. A máquina de solda proposta não apresenta essas desvantagens.

Principais características técnicas

  • Tensão de alimentação, V ....... 230
  • Consumo de corrente, A ....... 24
  • Limites de regulação da corrente de soldagem, A ....... 40 ... 160
  • Tensão de circuito aberto, V ....... 80
  • Duração da carga,%.......60

O diagrama da parte de alimentação do dispositivo é mostrado na Fig. 1. É baseado no transformador T1, que possui dois enrolamentos secundários. Quatro seções do enrolamento III e tiristores VS1 e VS2 formam um retificador de onda completa controlado. Comparada a uma ponte, possui maior eficiência, requer uma seção transversal menor do fio do enrolamento secundário e contém menos elementos retificadores (tiristores).

Máquina de solda com ajuste eletrônico da corrente de solda
Arroz. 1. Esquema da parte de potência da máquina de solda

A corrente de soldagem é regulada e estabilizada alterando o ângulo de atraso dos SCRs. Na saída do retificador existe um indutor L2, que garante a combustão estável do arco e facilita sua ignição [1].

Um retificador para alimentação do arco é montado na ponte de diodos VD1. Sua tensão de saída é de cerca de 80 V. A necessidade disso se deve aos seguintes motivos: em primeiro lugar, em grandes ângulos de retardo de abertura dos SCRs do retificador principal, o arco queima de forma muito instável e, em segundo lugar, para facilitar sua ignição, o máximo possível tensão deve ser fornecida aos eletrodos. Porém, conforme requisitos de [2], não deve ultrapassar 80 V. Existe também um indutor L1 na saída do retificador auxiliar. O resistor R2 limita a corrente deste retificador a aproximadamente 7 A (com arco ardente). Se o eletrodo “grudar”, a corrente aumenta para 12 A.

O resfriamento do aparelho é forçado, através do ventilador M1. Como mostra a prática, os SCRs não aquecem muito mesmo sem ventilador, mas seu uso permite aumentar a duração relativa da operação sob carga (LOD) e facilitar o regime térmico do dispositivo, o que tem um efeito benéfico em sua confiabilidade .

A unidade de controle A1 gera sinais de controle para tiristores e fornece estabilização da corrente de soldagem, cujo sensor é o transformador de corrente T3. Em essência, o bloco é um regulador de pulso de fase com feedback de corrente de carga. Suas vantagens incluem a ausência de conexão galvânica com os tiristores retificadores, bem como o fato dos pulsos por ele gerados chegarem ao eletrodo de controle de cada tiristor somente quando a tensão em seu ânodo for positiva em relação ao cátodo. Deve-se notar que a última propriedade da unidade de controle é apenas parcialmente utilizada devido à presença de um retificador adicional de alimentação de arco. A unidade de controle é alimentada pelo transformador T2.

O diagrama do bloco A1 é mostrado na Fig. 2. Nos transistores A1.VT1 e A1.VT2 existe uma unidade de sincronização com a tensão alternada da rede, e cada um dos transistores abre apenas em seu “próprio” meio ciclo. Os pulsos dos coletores de transistores controlam um gerador de tensão em dente de serra nos elementos lógicos A1.DD2.1 e A1.DD2.2, conectados em paralelo para aumentar a capacidade de carga. Na fronteira dos meios ciclos, quando o valor instantâneo da tensão na rede é próximo de zero, ambos os transistores estão fechados, e a tensão nas saídas dos elementos A1.DD2.1 e A1.DD2.2 tem baixo nível lógico. O capacitor A1 .C7 é descarregado através do diodo aberto A1 .VD11. Com o início do próximo meio ciclo, o transistor A1.VT1 (ou A1.VT2) abre e o capacitor A1.C7 começa a carregar com a corrente fluindo através dos resistores A1.R12 e A1.R13.

Máquina de solda com ajuste eletrônico da corrente de solda
Arroz. 2. Esquema do bloco A1 (clique para ampliar)

A tensão dente de serra resultante é aplicada à entrada não inversora do amplificador operacional A1.DA1, que serve como comparador de tensão. Sua entrada inversora recebe uma tensão de referência Uarr do resistor de corte A1.R15. Em cada meio ciclo, assim que a tensão na entrada não inversora do amplificador operacional A1.DA1 exceder Uarr, um pulso de alto nível lógico aparece em sua saída. O atraso da queda crescente deste pulso em relação ao início do meio ciclo depende da tensão Uarr, e a queda decrescente está ligada ao momento em que a tensão da rede passa por zero. Ao alterar a tensão de referência, é possível regular a duração do estado aberto dos tiristores e, portanto, a potência na carga.

A tensão de realimentação no resistor R1, proporcional à corrente de soldagem, retifica a ponte de diodos A1.VD5-A1.VD8. A tensão retificada é fornecida ao resistor variável R3, que serve como regulador desta corrente. O resistor trimmer A1.R15 define o valor mínimo da tensão de resposta do comparador quando o controle deslizante do resistor variável R3 está na posição correspondente à corrente máxima de soldagem.

Enquanto a máquina de solda está no modo inativo, a tensão no resistor variável R3 é zero. A tensão de referência na entrada inversora de OUA1 .DA1 é mínima e sua saída é definida para um nível lógico alto. A duração do estado aberto dos tiristores neste modo é máxima e eles funcionam como diodos comuns.

Quando o arco é aceso, a tensão na entrada inversora do amplificador operacional A1.DA1 aumenta. Em sua saída aparecem pulsos de alto nível, cuja duração é menor quanto maior a corrente de soldagem. Isso leva a uma diminuição na duração do estado aberto dos SCRs e na corrente média de soldagem. É fácil perceber que quando a corrente de soldagem está ajustada no máximo (o controle deslizante do resistor R3 está na posição extrema direita conforme o diagrama), o feedback não afeta o funcionamento do regulador. Neste modo, assim como no modo inativo, os SCRs operam como diodos, e a corrente máxima de soldagem depende apenas dos parâmetros do transformador T1.

Da saída do amplificador operacional A1.DA 1, o sinal vai para a unidade de controle de arco, construída no elemento lógico A1.DD2.3. O objetivo desta unidade é bloquear o funcionamento do regulador quando o eletrodo de soldagem “gruda”. Para o dispositivo, este é um modo de curto-circuito. O pino 12 do elemento A1.DD2.3 é alimentado com tensão do divisor A1.R18, A1.R19, que o diodo zener A1.VD14 limita a um valor seguro para o microcircuito (cerca de 9 V). Embora a carga do dispositivo seja um arco de soldagem, a tensão no pino 12 do elemento A1.DD2.3 corresponde a um nível lógico alto, portanto o nível de tensão na saída deste elemento é invertido em relação ao amplificador operacional A1. DA1 instalado na saída. Quando a saída do amplificador operacional é alta, o nível baixo da saída do elemento A1.DD2.3 permite a operação de um gerador de pulsos com frequência de cerca de 5 kHz nos elementos A1.DD1.3 e A1.DD1.4. XNUMX.

Quando o eletrodo “gruda”, a tensão na saída do dispositivo cai drasticamente. Na saída do elemento A1.DD2.3 o nível fica alto, proibindo o funcionamento do gerador. O fornecimento de pulsos de abertura aos tiristores é interrompido. O dispositivo permanecerá neste estado até que o curto-circuito seja eliminado. O resistor trimmer A1.R19 define a tensão de resposta da unidade de controle de arco.

Esta unidade também pode ser usada para controlar a máquina de soldar através do botão [1]. Para concretizar esta possibilidade, deve-se interromper o circuito da saída 11 da central no ponto A (ver Fig. 1) e instalar um botão com contatos normalmente abertos no vão. Então o retificador controlado funcionará somente quando este botão for pressionado, e o dispositivo permanecerá travado quando o eletrodo “grudar”.

Pacotes de pulsos da saída do gerador, bem como pulsos dos coletores dos transistores A1.VT1 e A1.VT2, são fornecidos aos elementos lógicos NOR A1.DD1.1 e A1.DD1.2. Um nível alto aparece na saída do elemento cujas duas entradas são baixas. Na Fig. A Figura 3 mostra diagramas de tensão em diversos pontos do circuito da unidade de controle, bem como na saída do dispositivo (sob carga).

Máquina de solda com ajuste eletrônico da corrente de solda
Arroz. 3. Diagramas de tensão em vários pontos do circuito da unidade de controle na saída do dispositivo (sob carga)

Os sinais de saída dos elementos A1.DD1.1 e A1.DD1.2 são amplificados pelos transistores A1.VI3 e A1.VI4, carregados pelos enrolamentos primários dos transformadores de isolação A1.T1 e A1.T2. Para proteger os transistores de EMF de autoindução, os enrolamentos primários dos transformadores são desviados por circuitos resistivos de diodo A1.R10, A1.VD10 e A1.R21, A1.VD13.

A unidade de controle é montada sobre uma placa de circuito impresso feita de folha de fibra de vidro conforme desenho da Fig. 4. Ele usa resistores fixos MLT e resistores de corte SP3-38g. Capacitores - K73-17, óxidos - qualquer tipo para a tensão apropriada, por exemplo K50-35. Os transistores KT315G podem ser substituídos por quaisquer transistores de silício de baixa potência da estrutura npn e KT829A - KT972A, KT972B. Os diodos 1N4007 são substituídos por KD105V, KD247A - por KD226A. Em vez da ponte de diodos MB5010, é possível instalar quatro diodos separados com corrente de pelo menos 25 A, por exemplo, a série D132. Os SCRs T160 podem ser substituídos por outros projetados para corrente de 160 A ou mais, por exemplo, T171-200, T123-200. Ao substituir, você deve levar em consideração as características de design dos tiristores e seu resfriamento.

Máquina de solda com ajuste eletrônico da corrente de solda
Arroz. 4. Placa de circuito impresso em folha de fibra de vidro e desenho da unidade de controle

Os microcircuitos da série K561 podem ser substituídos por seus análogos funcionais das séries K176 ou KR1561, e o microcircuito KR544UD1A pode ser substituído por qualquer amplificador operacional com alta impedância de entrada.

O motor do ventilador é um AB-042-2MU3 trifásico com potência de 40 W. Os ventiladores também podem ser usados ​​com outros motores.

O Transformador T1 é fabricado de acordo com as recomendações estabelecidas em [3]. Seu núcleo magnético é composto por placas em forma de U de aço elétrico laminado a quente com 0,5 mm de espessura, montadas lado a lado. Suas dimensões, forma e disposição das seções de enrolamento são mostradas na Fig. 5. Os enrolamentos do transformador são de disco [3]. A largura da folga entre os enrolamentos II e III não importa.

O enrolamento I consiste em duas seções de 100 voltas de fio de cobre com diâmetro de 3 mm. O enrolamento II possui duas seções de 38 voltas de fio PEV-2 com diâmetro de 1,8 mm. O enrolamento III é dividido em quatro seções de 20 voltas de barramento de cobre 2x9 mm. Uma fita de algodão com 20 mm de largura foi utilizada como isolamento.

As seções de cada enrolamento estão localizadas em diferentes núcleos magnéticos (seções do enrolamento III - aos pares). Seus números são mostrados na Fig. 5. Todos eles são sem moldura, enrolados em mandris de madeira. Para evitar que as bobinas se espalhem, elas são fixadas com fita de tecido, seguida de impregnação obrigatória com verniz.

Máquina de solda com ajuste eletrônico da corrente de solda
Arroz. 5. As seções de cada enrolamento estão localizadas em diferentes núcleos do circuito magnético

O transformador T2 é utilizado pronto com tensão no enrolamento II de 10...12 V e corrente de carga de pelo menos 150 mA. O transformador de corrente T3 é enrolado em metade do circuito magnético ШЛ16х20, apertado com uma braçadeira feita de chapa de metal com 0,2 mm de espessura. Para não realizar conexões desnecessárias, foram utilizados os terminais do enrolamento III do transformador T1 como seus enrolamentos primários (uma volta cada). O enrolamento secundário do transformador T3 possui 300 voltas de fio PEV-2 com diâmetro de 0,4 mm.

Os transformadores T1 e T2 do bloco A1 são enrolados em núcleos magnéticos B26 feitos de ferrite 2000NM sem folga não magnética. O enrolamento I contém 150 voltas e o enrolamento II contém 100 voltas de fio PEV-2 com diâmetro de 0,18 mm.

O enrolamento indutor L1 é enrolado em um núcleo magnético de um transformador TS-180 com folga não magnética de 1 mm usando fio PEV-2 com diâmetro de 1,8 mm até que a janela seja preenchida. O indutor L2 é enrolado em um núcleo magnético ShL32x40 com uma folga não magnética de 1 mm. Seu enrolamento contém 60 voltas da mesma barra do enrolamento III do transformador T1. Textolite com espessura de 0,5 mm foi utilizado como material para gaxetas não magnéticas nos circuitos magnéticos das bobinas.

O resistor R1 é um fio enrolado importado. Você pode usar S5-35 (PEV) doméstico ou S5-37 com potência de 10 W ou conectar em paralelo cinco resistores MLT-2 com valor nominal de 110 Ohms.

O resistor R2 é feito de fio de nicromo com diâmetro de 1 mm e comprimento de 1,7 m, enrolado em tubos cerâmicos de postes de diodo KTs109A, conforme mostrado na Fig. 6. Uma variante de conexão paralela de seis resistores PEV-30 de 18 Ohm foi testada. Quando os eletrodos “grudam”, eles superaquecem muito, mas como este é um modo de curto prazo, tal superaquecimento pode ser considerado aceitável. Em qualquer caso, recomenda-se colocar o resistor R2 no fluxo de ar do ventilador para melhor resfriamento.

Máquina de solda com ajuste eletrônico da corrente de solda
Arroz. 6. O resistor R2 é feito de fio de nicromo com diâmetro de 1 mm e comprimento de 1,7 m, enrolado em tubos cerâmicos de postes de diodo KTs109A

Caso não seja desejada a dissipação de potência desperdiçada no resistor R2, ela pode ser retirada do aparelho limitando a corrente do retificador auxiliar conforme recomendado em [1], utilizando um banco de capacitores conectados em paralelo. Está conectado em série com o enrolamento II do transformador T1 e a ponte de diodos VD1. Para tal bateria, capacitores MBGP com capacidade total de 240 μF são adequados. Resistor variável R3 - SP-I grupo A.

Os SCRs devem ser instalados em coolers padrão (dissipadores de calor). A ponte de diodo MB5010 está equipada com um dissipador de calor separado com uma superfície de resfriamento efetiva de cerca de 300 cm2. Os transistores KT829A não precisam de dissipadores de calor.

O corpo do dispositivo pode ser qualquer coisa. Na versão do autor, todas as partes do dispositivo são colocadas sobre uma moldura feita de cantos dobrados em chapa de aço com 2 mm de espessura. A caixa do dispositivo é feita de chapa de aço com espessura de 0,8 mm. As paredes frontal e traseira do invólucro são feitas de tela metálica soldada com células de 10x10 mm. A caixa metálica deve ser aterrada.

Para configurar o dispositivo, você precisa de um osciloscópio e uma fonte de tensão DC ajustável de 0...12 V, além de um multímetro. A instalação deve começar com uma verificação completa da instalação correta. Após certificar-se de que não há erros, aplique tensão do enrolamento II do transformador T3 aos terminais 4 e 1 do bloco A2 com o transformador T1 e o ventilador desligado. Usando um osciloscópio, certifique-se de que existem conexões semelhantes às mostradas na Fig. 3 pulsos nos coletores dos transistores VT1 e VT2, além de tensão dente de serra no capacitor A1.C7.

Em seguida, coloque o controle deslizante do resistor de corte A1.R15 na posição superior de acordo com o diagrama, e o controle deslizante do resistor variável R3 na posição correta de acordo com o diagrama. Neste caso, a saída do amplificador operacional A1 .DA1 deve ser um nível baixo constante ou pulsos curtos de alto nível devem ser observados. Em seguida, movendo suavemente o controle deslizante do resistor de corte A1.R15 para baixo (de acordo com o diagrama), reduza as pausas entre os pulsos até que desapareçam completamente e estejam constantemente presentes na saída do amplificador operacional de alto nível.

Coloque o controle deslizante do resistor de corte A1.R19 na posição superior de acordo com o diagrama. Em seguida, aplique uma tensão de +11 V de uma fonte adicional ao pino 1 do bloco A8 e, movendo o controle deslizante do resistor A1.R15 para baixo (conforme diagrama), certifique-se de que um nível baixo apareça na saída do elemento A1.DD2.3 .1.1. Os trens de pulsos nas saídas dos elementos DD1.2 e DD3 devem corresponder à Fig. 1. Se precisar alterar a frequência do pulso, você deve selecionar um resistor A23.R11. Quando a tensão no pino 1 do bloco A8 cair abaixo de 5 V, o gerador de pulsos deverá desligar. A seguir, verifique a presença de pulsos entre os pinos 6, 7 e entre os pinos 8, 1 do bloco A1 com os circuitos de controle dos tiristores VS2 e VSXNUMX conectados.

A próxima etapa da configuração é verificar o funcionamento dos circuitos de feedback. Mova o resistor trimmer A1.R7 para a posição esquerda de acordo com o diagrama, aplique temporariamente uma tensão de +11 V ao pino 1 do bloco A9 e uma tensão constante de 1...4 V de uma fonte adicional ao capacitor A0. C10. Quando esta tensão muda, bem como quando o resistor variável R3 gira, pulsos devem aparecer na saída do amplificador operacional A1.DA1 e seu ciclo de trabalho deve mudar.

Coloque o controle deslizante do resistor R3 na posição extrema direita (de acordo com o diagrama). Conecte uma lâmpada incandescente de 36 V com potência de pelo menos 20 W à saída do aparelho. Desconecte temporariamente o indutor L1 e conecte o enrolamento primário do transformador T1 à rede. Neste caso, a lâmpada deve acender. Caso contrário, você deve trocar os pinos 3 e 4 do bloco A1. Ao aplicar tensão ao capacitor A1.C4 de uma fonte adicional, verifique o funcionamento do regulador de corrente. À medida que a tensão neste capacitor aumenta, o brilho da lâmpada deve diminuir.

Verifique se o ventilador está girando na direção certa. Para alterar a direção de sua rotação, você precisa trocar dois de seus três terminais. A corrente do motor não deve exceder o valor máximo permitido.

A seguir, desligue a fonte de tensão adicional, conecte o indutor L1 e o pino 11 do bloco A1 conforme diagrama. Conecte os cabos de soldagem aos terminais de saída do dispositivo por meio de um amperímetro de 200 A, coloque o controle deslizante do resistor variável R3 na posição de corrente mínima e ligue o dispositivo. Acenda o arco e use o resistor trimmer A1.R7 para definir a corrente no circuito de soldagem para cerca de 40 A. Em seguida, monitorando a corrente com um amperímetro, calibre a escala do resistor variável R3.

Literatura

  1. Bogdanov A. Controle eletrônico da corrente de soldagem. - Rádio, 2006, nº 4, p. 36-38.
  2. GOST 95-77. Transformadores monofásicos de estação única para soldagem a arco manual. Condições técnicas gerais. - URL: files.stroyinf.ru/Data1/10/10478.
  3. Volodin V. Transformador de soldagem: cálculo e fabricação. - Rádio, 2002, nº 11, p. 35, 36; Nº 12, pág. 38,39.

Autor: E. Gerasimov

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