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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Regulador electrónico de corriente de soldadura. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / equipo de soldadura El autor de este artículo comparte su experiencia en la creación de un regulador electrónico de corriente de soldadura (ERST) para soldadura eléctrica de múltiples estaciones. Las empresas especializadas en el campo de los equipos de soldadura producen hoy ERST en varios modelos. Pero su coste es tal que a veces pone en duda la rentabilidad del uso de estos dispositivos. Por ejemplo, el ERST Multi-Weld 350 de Lincoln Electric cuesta más de 3000 dólares. El dispositivo propuesto es mucho más barato que sus análogos y gracias a su eficiencia cercana al 100%, incluso con funcionamiento en un solo turno, se amortizará en un año solo gracias al ahorro de energía. La capacidad de seleccionar la característica de carga óptima para el trabajo que se realiza garantiza la mejor calidad de la costura de soldadura y prácticamente elimina las salpicaduras de metal. Si dispone de un transformador reductor y un rectificador de potencia suficiente, el ERST puede convertirse en la base de una máquina de soldar para un taller doméstico. En aquellas empresas industriales donde la soldadura eléctrica ocupa uno de los lugares principales en el ciclo tecnológico (por ejemplo, en las plantas de construcción y reparación naval), se utiliza tradicionalmente la soldadura multiestación. Varias estaciones de trabajo (postes) de soldadura funcionan con una potente fuente de corriente continua o alterna con un voltaje de 50...80 V. La relativa independencia del trabajo de los postes se logra por el hecho de que cada uno de ellos está conectado a fuente a través de un reóstato de balastro individual, que sirve para obtener la pendiente necesaria para las características de carga de soldadura y regulación de la corriente de soldadura. Las ventajas de esta organización del trabajo de soldadura son la simplicidad, la seguridad y el ahorro de espacio y equipo de producción. Desafortunadamente, la eficiencia global del sistema no supera el 30...50%, porque los reóstatos disipan una parte importante de la energía en forma de calor. Los avances en la electrónica moderna permiten producir un ERST, un análogo funcional de un reóstato de balasto con características de rendimiento mejoradas y una eficiencia cercana al 100%. Esto no solo ahorra energía, sino que también permite conectar muchas más estaciones de soldadura a una sola corriente. fuente sin exceder su capacidad de carga. Un transformador de soldadura convencional está destinado únicamente a soldadura de un determinado tipo (manual, semiautomática, automática, con electrodo consumible, con electrodo no consumible). Hasta hace poco, la creación de una fuente universal se vio obstaculizada por el hecho de que sus características externas estaban determinadas principalmente por el diseño del transformador. Para obtener una característica de carga rígida, los devanados del transformador se hacen cilíndricos y los devanados incidentes, de disco. Se logró cierta flexibilidad mediante el uso de amplificadores magnéticos y transformadores de diseño especial (con derivación magnética), pero esto tuvo que pagarse con un aumento significativo en la masa y las dimensiones de las fuentes. En una fuente de soldadura electrónica, la característica de carga de cualquier tipo requerido no se forma de forma paramétrica, sino mediante la retroalimentación del voltaje y la corriente de la carga. La eficiencia del ERST propuesto es nada menos que el 92%. Funciona con una tensión de fuente primaria de 50...80 V y permite soldar continuamente con una corriente de 10...315 A. Se permite un aumento breve de la corriente de soldadura hasta 350 A. Ajuste rápido de la carga. Se proporciona una pendiente característica de empinada a dura. Esto hace que ERST sea adecuado para soldadura tanto manual como semiautomática. El dispositivo está equipado con protección contra polaridad incorrecta de la tensión de alimentación, su aumento y disminución excesivos, contra sobrecorriente y sobrecalentamiento, lo que garantiza un funcionamiento confiable en condiciones industriales. El funcionamiento de ERST se basa en la conversión de un voltaje de entrada constante en un voltaje pulsado de ciclo de trabajo ajustable utilizando un interruptor semiconductor, seguido de un filtrado, aislando el componente constante de los pulsos. Debido al hecho de que los transistores de efecto de campo del helicóptero tienen una resistencia muy baja en estado abierto y una resistencia muy alta en estado cerrado, la potencia disipada por ellos es relativamente pequeña. El diagrama ERST se muestra en la Fig. 1. La abrazadera X1 está conectada al positivo de la fuente primaria. Su menos y la abrazadera HZ están conectadas a la pieza que se está soldando, que actúa como un cable común. El portaelectrodos de soldadura está conectado al terminal X2.
Los condensadores C1, C2 y C3-C22 eliminan la influencia de la resistencia de salida de la fuente y la inductancia de los cables de conexión en el funcionamiento del ERST. Inmediatamente después de aplicar voltaje al ERST, estos capacitores comienzan a cargarse a través de la resistencia limitadora R2 y el diodo ubicado en la unidad de control de voltaje de suministro y carga (A2). Cuando los condensadores están completamente cargados y siempre que la tensión entre los terminales X1 y XZ sea normal (50...80 V), se enciende el LED “Ready” HL1, y dentro del bloque A2 se activa un relé cerrando los contactos que alimentan. voltaje al circuito de conmutación ERST. Para encenderlo, simplemente presione el botón SB1 “Inicio”. El contactor activado KM1 pasará por alto el botón con contactos KM 1.1. A través de los contactos de potencia cerrados KM1.2, la tensión de la fuente se suministra a los condensadores C1 - C22, sin pasar por el circuito de carga. Gracias a la resistencia P1, el contactor KM1 permanecerá accionado (y el ERST estará encendido) hasta que se presione el botón “Stop” SB2. Si el voltaje de entrada sale de los límites permitidos durante el funcionamiento del ERST, se apagará mediante los contactos de relé abiertos del bloque A2. Cuando se enciende el ERST, la fuente de alimentación A1 funcionará. Sirve para obtener las tensiones galvánicamente aisladas necesarias para alimentar los bloques A3 y A4. Además, el bloque A1 genera una tensión trifásica de 220 V 50 Hz para los ventiladores M1 y M2, que soplan sobre los disipadores de calor de potentes dispositivos semiconductores. La unidad funcional principal del ERST, un convertidor reductor de voltaje, consta de un transistor de conmutación (batería de transistores de efecto de campo VT1-VT20), un diodo de descarga (VD9-VD48, conectado en paralelo) y un filtro suavizante (inductor L1, batería de condensadores C27-C36). A aquellos que quieran comprender el funcionamiento del convertidor con más detalle se les puede recomendar que utilicen la literatura [1, 2]. Los transistores de efecto de campo de puerta aislada tienen un coeficiente de temperatura positivo de resistencia de canal abierto. Esta circunstancia favorece una distribución uniforme de la carga de corriente entre los transistores, permitiendo conectarlos en paralelo. Las resistencias R3-P.22 suprimen las fluctuaciones parásitas en la tensión de control. Los diodos KD213B que forman el diodo de descarga del convertidor se caracterizan por un tiempo de recuperación de la resistencia inversa bastante largo. A veces, cuando se abre el interruptor, no tienen tiempo de cerrarse por completo. Para evitar consecuencias indeseables, los transistores y los diodos están separados por el devanado I del transformador T1, cuya inductancia (1,7 μH) limita la tasa de aumento de la corriente "pasante", evitando que alcance un valor peligroso. Después de que el diodo de descarga esté completamente cerrado, la energía acumulada en el campo magnético del transformador regresará a la fuente de energía; el pulso inducido en el devanado II del transformador recargará los capacitores C1 y C2 a través del diodo VD8. Y en caso de una caída brusca en la carga ERST, la batería de diodos VD49-VD54 garantizará la recuperación (retorno a la fuente) de la energía acumulada en el campo magnético del inductor L1. El bloque A4 mide la corriente de salida y el voltaje del ERST y genera pulsos de control, cambiando su ciclo de trabajo de tal manera que asegure la forma de la característica de carga del ERST especificada por los controles de "Pendiente" y "Nivel". Estos pulsos, a través del bloque A3, que los amplifica en potencia, se suministran a la puerta del transistor de conmutación (VT1-VT20). Además, el bloque A3 contiene unidades de protección que prohíben la apertura del transistor de conmutación hasta el final del ciclo de regeneración del transformador T1 y en caso de sobrecalentamiento. Esto lo indica el LED HL2. Los condensadores C1 y C2 son de óxido K50-18, el resto son condensadores de película K73-17. Resistencias R1, R2 - PEV-25, R3-R32 - MLT de la potencia indicada en el diagrama. La resistencia R33 es una derivación externa unificada 75SHISV-500 a un amperímetro de 500 A. También son adecuados otros tipos de derivaciones diseñadas para la corriente especificada, con una caída de voltaje a una corriente nominal de 75 mV. En el circuito de flujo de corriente de soldadura se incluyen potentes terminales de derivación equipados con pernos de gran diámetro. Los cables de todos los demás circuitos están conectados a los cables de prueba con pernos de menor diámetro. Los transistores VT1-VT20 y los diodos VD9-VD48 están instalados en dos disipadores de calor, la superficie activa de cada uno de los cuales es de 3400 cm2. Los ventiladores M1 y M2 - 1,25EV-2,8-6-3270U4 con una capacidad total de 560 m3/h soplan sobre los disipadores de calor. El flujo de aire creado por los ventiladores también contiene resistencias R23-R32, que disipan una potencia significativa. El contactor KM1 se toma del oscilador LHF-500 de KEMPPI. Su devanado se rebobina a una tensión de 50 V (el original está diseñado para 24 V). Puede utilizar otro contactor (por ejemplo, de los utilizados en los coches eléctricos), capaz de conmutar una corriente continua de al menos 200 A. En casos extremos, un arrancador electromagnético unificado de cuarta o quinta magnitud, todos los grupos de contactos de potencia de que están conectados en paralelo, es adecuado. Una vez seleccionado un contactor, es necesario medir la tensión CC Uc a la que funciona. Si es significativamente inferior a 50 V o superior a este valor, será necesario rebobinar el devanado del contactor. Quitando el devanado existente, cuente el número de vueltas w y mida el diámetro del cable d. Los nuevos valores se calculan mediante las fórmulas:
El transformador T1 está enrollado sobre un núcleo magnético en forma de U hecho de ferrita M2000NM de un transformador de línea TVS110AM (TVS110LA) de un televisor de tubo de la serie UNT47/59. En cada una de las juntas del circuito magnético se insertan juntas no magnéticas de 3 mm de espesor. El devanado primario son dos vueltas de un haz de 236 cables esmaltados con un diámetro de 0,55 mm. El devanado secundario consta de 16 vueltas de un haz de diez cables iguales. Para asegurar el máximo acoplamiento entre los devanados, el secundario se ubica dentro del volumen del primario. Para evitar cortocircuitos entre espiras o entre devanados, el mazo de cables del devanado secundario debe protegerse con cinta lacada o película fluoroplástica antes de enrollarlo. Núcleo magnético del inductor L1 - Ш32х80 fabricado de chapa de acero para transformador de 0,35 mm de espesor. El devanado del inductor consta de ocho vueltas de un haz de 330 cables esmaltados con un diámetro de 0,55 mm. El núcleo magnético se ensambla de un extremo a otro. En su espacio se inserta una junta no magnética con un espesor de 1,6... 1,7 mm. BLOQUE A1 El diagrama de bloques de la fuente de alimentación ERST se muestra en la Fig. 2. El voltaje de entrada no estabilizado se suministra a través de la unidad de protección a un estabilizador lineal, que suministra 15 V a todas las unidades de baja potencia de la unidad, y a un estabilizador de pulso, cuya salida se convierte en un voltaje alterno de aproximadamente 36 kHz mediante un inversor de medio puente. La unidad de protección antes mencionada apagará la unidad si, como resultado de un mal funcionamiento o falla, el voltaje de salida del estabilizador de pulso excede el valor permitido."
La alimentación del inversor de medio puente con tensión estabilizada garantiza la estabilización de la tensión del grupo en los devanados secundarios del transformador T1. Los rectificadores 1 y 2, aislados del cable común ERST y entre sí, alimentan los bloques A4 y A3. Un inversor trifásico convierte una tensión continua de 270 V de la salida del rectificador 3 en una tensión trifásica alterna de 220 V, 50 Hz para alimentar los ventiladores que soplan los disipadores de calor de los potentes dispositivos semiconductores ERST. El prototipo de una potente etapa de un estabilizador de voltaje por impulsos fue la unidad utilizada en [3]. Su diagrama simplificado se muestra en la Fig. 3. Los impulsos de control de polaridad positiva llegan a la base del transistor VT2. Durante las pausas entre ellos, este transistor se cierra y el voltaje del condensador C1, cargado durante el pulso que precede a la pausa, se aplica a la sección puerta-fuente del transistor VT3 a través de la resistencia R2 en polaridad de apertura. El transistor VT1 está abierto y la corriente creciente que fluye a través de su canal y el inductor L1 carga el condensador еC3. La energía acumulada por el condensador C2 se gasta parcialmente en cargar la capacitancia de la fuente de puerta del transistor VT1. El diodo VD1 es necesario para evitar que el condensador C2 se descargue a través del transistor VT1.
El transistor VT2, abierto por un pulso de control, conecta la puerta del transistor VT1 al cable común. Este último se cierra y la corriente del inductor L1, disminuyendo, continúa fluyendo a través del diodo abierto VD2. El voltaje en la fuente del transistor VT1 y en la placa derecha (según el diagrama) del capacitor C2 en este estado es igual a la caída de voltaje directo a través del diodo VD2, negativo en relación con el cable común. A través del circuito VD1R2 se carga el condensador C2. Hay muchos microcircuitos disponibles para controlar transistores bipolares y de efecto de campo de inversores de ciclo único y push-pull. Pero normalmente sus señales de salida están "vinculadas" al potencial del cable común, lo que hace problemático el uso de tales microcircuitos en inversores de puente y medio puente. El hecho es que los electrodos de control de los transistores "superiores" de las etapas de salida de dichos inversores están bajo un voltaje grande y, por regla general, variable en relación con el cable común. Los chips controladores para inversores puente y medio puente [4], debido a su elevado coste, aún no se han generalizado entre los radioaficionados. Prefieren resolver este problema a su manera, utilizando, por regla general, aislamiento óptico o transformador de los circuitos de control [5, 6]. Sin embargo, tal desacoplamiento no es en absoluto necesario. En la figura 4 se muestra un posible circuito de un inversor de medio puente con circuitos de control sin él. 1. Las secuencias de pulsos antifase Uy2 y UyXNUMX provienen del controlador PHI.
La principal desventaja de una unidad ensamblada de acuerdo con este circuito es que solo funciona con una tensión de alimentación Up1 que no excede la tensión máxima permitida entre la puerta y la fuente del transistor de efecto de campo VT3. El hecho es que como resultado de la reacción de una carga activo-inductiva o activa-capacitiva, el voltaje en la fuente del transistor VT3 puede retrasarse o avanzar en fase con respecto al voltaje de control en la puerta, lo que conduce a la aparición de pulsos de voltaje de fuente de puerta negativos de corta duración, cuya amplitud alcanza el voltaje de suministro Up1. En la Fig. La figura 5 muestra elementos adicionales que corrigen el inconveniente observado. El diodo VD2, que se abre cuando la polaridad de voltaje es negativa entre la puerta y la fuente del transistor VT3, lo limita a un nivel muy bajo, igual a la caída de voltaje directo en el nivel del diodo abierto. El exceso de tensión se extingue mediante la resistencia R8.
En este caso, el condensador C1 se carga a través del diodo VD1 directamente desde la fuente de alimentación. La resistencia R4 (ver Fig. 4), que disipaba inútilmente una cantidad bastante significativa de energía, fue excluida de la nueva versión de la unidad. Literatura
Autor: V.Volodin, Odessa, Ucrania
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