Силова електроніка своїми руками
Силова частина з блоком живлення та драйверами.
Поданий на схемі зварювальний інвертор побудований за схемою однотактного прямохода. На первинну обмотку зварювального трансформатора за допомогою двох ключів подаються однополярні імпульси випрямленої напруги з заповненням не більше 42 %. Магнітопровід трансформатора відчуває одностороннє підмагнічування. У паузах між імпульсами магнітопровід розмагнічується так званої приватної петлі. Розмагнічуючий струм завдяки зворотно включеним діодам повертає магнітну енергію, запасену в сердечнику трансформатора назад у джерело, заряджаючи конденсатори (2 x 1000 мкф x 400 В) накопичувача.
На прямому ходу енергія передається у навантаження через зварювальний трансформатор та прямо включені діоди випрямляча (2x150EBU04). У паузі між імпульсами струм у навантаженні підтримується завдяки енергії, що накопичується в дроселі. Електричний ланцюг у цьому випадку замикається через зворотні діоди (2x150EBU04). Добре відомо, що на ці діоди припадає більше навантаження, ніж на прямі. Причина - струм у паузі тече довше ніж у імпульсі.
Конденсатор 1200 мкф x 250 В включений у зварювальні дроти через резистор 4,3 Ом забезпечує чітке запалення дуги. Мабуть, це одне з найвдаліших схемних рішень для підпалу в косому мосту.
Ключі косого мосту працюють у режимі жорсткого перемикання. Причому режим вмикання свідомо полегшений завжди присутньою індуктивністю розсіювання зварювального трансформатора. І оскільки до моменту включення ключів вважається, що магнітопровід трансформатора повністю розмагнічений, то через відсутність струму в первинній обмотці, втратами на включення можназнехтувати. Втрати виключення – дуже суттєві. Для їхнього зниження паралельно кожному ключу встановлені RCD-снаббери.
Для забезпечення точної роботи ключів у моменти між включеннями на їх затвори подається негативна напруга завдяки спеціальній схемі включення драйверів. Кожен драйвер живиться від гальванічно ізольованого джерела (близько 25) блоку живлення. Напруга живлення верхнього драйвера використовується для включення реле К1, контакти якого шунтують пусковий резистор.
Блок живлення (класичний малопотужний флайбек) має 3 гальванічно ізольовані виходи. При справних деталях починає працювати одразу. Напруга для драйверів – 23-25В. Напруга 12 використовується для живлення блоку управління.
Істотні радіатори потрібно передбачити для вхідного випрямляча, ключів та вихідного випрямляча. Від розмірів цих радіаторів та інтенсивності їх обдування залежатиме постійна тривалість роботи апарату. Оскільки апарат забезпечує суттєвий зварювальний струм (до 180 А), ключі потрібно обов'язково припаяти до мідних пластин товщиною 4 мм, потім ці бутерброди прикрутити до радіаторів через теплопровідну пасту. Про те, як це зробити написано тут. У місці кріплення ключів посадкове місце радіатора має бути ідеально плоским без сколів та раковин. Бажано, щоб у місці кріплення ключів радіатор мав суцільне тіло завтовшки не менше 10 мм. Як показала практика для кращого відведення тепла, не потрібно ізолювати ключі від радіатора. Найкраще ізолювати радіатор від корпусу апарату. У обдування потрібно поставити також трансформатор, дросель і обов'язково всі резистори потужністю 25 і 30 Вт. Інші елементи схеми в радіаторах і обдуві не потребують.
Блок керування.
Блок керування побудований на основіпоширеного ШІМ-контролера TL494 із залученням одного каналу регулювання. Цей канал стабілізує струм у дузі. Завдання струму формує мікроконтролер за допомогою модуля CCP1 у режимі ШІМ на частоті приблизно 75 кГц. Заповнення ШІМ визначатиме напругу на конденсаторі C1. Розмір цієї напруги визначає величину зварювального струму.
За допомогою мікроконтролера виконується також блокування інвертора. Якщо на вхід DT(4) TL494 буде подано високий логічний рівень, імпульси на виході Out зникнуть і інвертор зупиниться. Поява логічного нуля на виході мікроконтролера RA4 призведе до плавного старту інвертора, тобто до поступового збільшення заповнення імпульсів на виході Out до максимального. Блокування інвертора використовується в момент включення та при перевищенні температури радіаторів.
Ось що вийшло у залозі. Блок живлення, драйвера та блок керування на одній платі.
У моєму апараті індикатор та клавіатура підключено до блоку керування через комп'ютерний шлейф. Шлейф проходить у безпосередній близькості від радіаторів ключів та трансформатора. У чистому вигляді такий конструктив приводив до хибного натискання клавіші. Довелося застосувати такі спец. заходи. На шлейф одягнено феритову обручку К28x16x9. Шлейф скручений (наскільки дозволяла його довжина). Для клавіатури та термостатів використані додаткові підтягуючі резистори 1,8К, зашунтовані керамічними конденсаторами 100 пкф. Таке схемне рішення забезпечило стійкість до перешкод клавіатури, повністю виключені помилкові натискання клавіш.
Хоча, моя думка – потрібно не допускати перешкод у блок керування. Для цього блок управління має бути відокремлений від силової частини суцільним металевим листом.
Налаштування інвертора.
Силова частина покизнеструмлена. Попередньо перевірений блок живлення підключаємо до блоку управління та вмикаємо його в мережу. На індикаторі загоряться всі вісімки, потім увімкнеться реле і якщо контакти термостатів замкнуті, то індикатор покаже завдання струму 20 А. Осцилографом перевіряємо напругу на затворах ключів. Там мають бути прямокутні імпульси з фронтами не більше 200 нс, частотою 40-50 кГц напругою 13-15В у позитивній ділянці та 10 В – у негативній. Причому в негативній області імпульс має бути помітно довшим.
Якщо все так, збираємо повністю схему інвертора і вмикаємо його в мережу. На індикацію спочатку будуть виведені вісімки, потім має увімкнутися реле та індикатор покаже 20 А. Клацаючи кнопками, пробуємо змінювати завдання струму. Зміна завдання струму має пропорційно змінювати напругу на конденсаторі C1. Якщо змінивши завдання струму не натискати на кнопки більше 1 хвилини, запис запис завдання в енергонезалежну пам'ять. На індикаторі з'явиться “ЗАПС”. При подальшому включенні інвертора величина завдання струму дорівнюватиме значенню, яке записалося.
Якщо все так, встановлюємо завдання 20 А і включаємо до зварювальних дротів навантажувальний реостат опором 0,5 Ом. Реостат повинен витримувати протікання струму не менше 60 А. До висновків шунта підключаємо вольтметр магнітоелектричної системи зі шкалою на 75 мВ, наприклад прилад Ц 4380. На навантаженому інверторі намагаємося змінювати завдання струму, і за показаннями вольтметра контролюємо струм. У цьому режимі реостат може видавати звук, що нагадує дзвін. Його не варто бояться – це працює струмообмеження. Струм повинен змінюватися пропорційно до завдання. Виставляємо завдання струму 50 А. Якщо показання вольтметра не відповідають 50 А, то на вимкненому інверторі впаюємо опір R1іншого номіналу. Підбираючи опір R1, домагаємось відповідність завдання струму виміряному.
Перевіряємо роботу термозахисту. Для цього обриваємо ланцюг термостатів. На індикаторі висвітиться напис "EroC". Імпульси на затворах ключів повинні зникнути. Відновлюємо ланцюг термостатів. Індикатор повинен відобразити встановлений струм. На затворах ключів мають з'явитися імпульси. Їхня тривалість повинна плавно збільшиться до максимальної.
Якщо так, можна спробувати варити. Після 2-3-х хвилин зварювання струмом 120-150 А вимикаємо інвертор з мережі і шукаємо 2 гарячі радіатори. На них необхідно встановити захисні термостати. По можливості термостати встановлюються поза зоною обдування.
Вага апарату зі зварювальними проводами 11,5 кг.