2 Техническая характеристика разрабатываемой конструкции

Сварочный аппарат инверторный предназначен для выполнения производства сварочных работ методом ручной электродуговой сварки различных видов стали с применением плавких электродов.

Сварочный аппарат инверторный должен соответствовать следующим техническим требованиям.

2.1 Эксплуатационные характеристики.

2.1.1 Напряжение питания 220±10% В частотой 50±0,5 Гц.

2.1.2 Максимальный рабочий ток 180 А.

2.1.3 Плавное регулирование сварочного тока. Точность задания рабочего тока 1 А, контролируется цифровым индикатором.

2.1.4 Погрешность задания рабочего сварочного тока не более 0,1 А.

2.1.5 Максимальная потребляемая мощность 4,5 КВт.

2.1.6 Максимальное выходное напряжение 48 В.

2.1.7 Срок службы сварочного аппарата инверторного не менее 10 лет.

2.1.8 Технический ресурс не менее 20000 часов.

2.1.9 Габаритные размеры не более 370х160х190 мм.

2.3 Требования надёжности.

2.3.1 Наработка на отказ не менее 7000 часов.

2.3.2 Вероятность безотказной работы 0,7.

Более подробно все технические требования изложены в техническом задании (Приложение 1).

3 Описание схемы электрической структурной

Сварочный инвертор представляет собой силовой трансформатор для понижения напряжения сети до необходимого напряжения холостого хода источника, блок силовых электрических схем, в основу которых заложены транзисторы IGBT, и стабилизирующего дросселя для уменьшения пульсаций выпрямленного тока. Принцип действия инверторного источника сварочной дуги следующий. Сетевое напряжение переменного тока подается на выпрямитель, после которого силовой модуль преобразует постоянный ток в переменный с повышенной частотой, который подается на высокочастотный сварочный трансформатор, напряжение которого после выпрямления подается на сварочную дугу.

Электрическая структурная схема сварочного аппарата инверторного представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 – Схема электрическая структурная сварочного аппарата инверторного

Электрическая структурная схема сварочного аппарата инверторного состоит из следующих блоков:

- блок управления – вырабатывает управляющие импульсы, поступающие на драйвера, а также формирует величину рабочего тока;

- широтно-импульсный модулятор – используется для формирования и стабилизации тока в электрической дуге посредством изменения скважности и частоты импульсов в соответствии с текущим значением входного сигнала;

- драйвера – служат для обеспечения чёткой работы ключей при подаче на их затворы отрицательного напряжения;

- силовая часть – предназначена для коммутации цепи нагрузки;

- нагрузка – роль нагрузки выполняют электроды сварочного аппарата;

- блок индикации – служит для визуального отображения величины рабочего тока;

- блок питания – служит для питания всех активных элементов схемы.

4 Описание схемы электрической принципиальной

Схема электрическая принципиальная сварочного аппарата инверторного представлена на рисунке 9.

Схема питается током от сети с напряжением 220В и частотой 50Гц. Автоматический выключатель QF1 защищает схему от тока, силой выше 1А. Мостовые выпрямители VD25 и VD26 преобразуют переменные составляющие электрического сигнала в пульсирующие однонаправленные. Питающее напряжение сети через диодные мосты подаётся на первичную обмотку трансформатора T1. На трех вторичных обмотках трансформатора формируется напряжение, пониженное до 24 и 12 В.

Напряжение для драйверов схемы – 24 В обеспечивают первая и вторая вторичные обмотки трансформатора Т1, а также включенные в цепь ультрабыстрые диоды VD13 и VD14. Напряжение 12 В обеспечивается третьей вторичной обмоткой трансформатора Т1 и диодом VD15, и используется для питания блока управления. Для стабилизации и преобразования напряжения в схеме предусмотрена микросхема DD5.

Сварочный аппарат инверторный построен по схеме однотактного прямохода. На первичную обмотку сварочного трансформатора Т2 с помощью двух ключей подаются однополярные импульсы выпрямленного сетевого напряжения с заполнением не более 42%. Каждый из ключей, входящий в состав драйвера, включает в себя IGBT-транзисторы VT6, VT7 и набор резисторов большой мощности R40-R47. Магнитопровод трансформатора испытывает одностороннее подмагничивание. В паузах между импульсами магнитопровод размагничивается. Размагничивающий ток благодаря обратно включенным диодам VD16, VD17 возвращает магнитную энергию, запасённую в сердечнике трансформатора Т2 обратно в источник, подзаряжая конденсаторы С33, С34, С35 накопителя.

На прямом ходу энергия передаётся в нагрузку через сварочный трансформатор Т2 и прямо включенные диоды выпрямителя VD21 и VD22. В паузе между импульсами ток в нагрузке поддерживается благодаря энергии, накопленной в дросселе L1. Электрическая цепь в этом случае замыкается через обратные диоды VD23 и VD24. На эти диоды приходится большая нагрузка, чем на прямые, так как ток в паузе течёт дольше, чем в импульсе.

Ключи косого моста работают в режиме жёсткого переключения. Это обеспечивается благодаря работающим в противофазе стабилитронам VD6, VD7 в «верхнем» драйвере и VD8, VD9 в «нижнем». Причём режим включения заведомо облегчен всегда присутствующей индуктивностью рассеивания сварочного трансформатора. И, поскольку к моменту включения ключей считается, что магнитопровод трансформатора полностью размагничен, то по причине отсутствия тока в первичной обмотке, потерями на включение можно пренебречь, в то время как потери на выключение – очень существенные. Для их снижения параллельно каждому ключу установлены RCD-снабберы R37, C17, VD4 и R38, C18, VD5.

Для обеспечения чёткой работы ключей, в моменты между включениями, на их затворы подаётся отрицательное напряжение благодаря специальной схеме включения драйверов. Каждый драйвер, который включает в себя высокоскоростные оптоэлектронные приборы DD3 (DD4) с IGBT-транзисторами на выходе, питается от гальванически изолированного источника блока питания (25 В). Напряжение питания “верхнего” драйвера также используется для включения реле К1, контакты которого шунтируют пусковой резистор R50, тем самым запуская вентилятор, подключенный к разъему XТ1.

Блок управления построен на основе распространённого ШИМ-контроллера TL494 (DD2) с задействованием одного канала регулирования. Этот канал стабилизирует ток в дуге. Задание тока формирует микроконтроллер DD1 с помощью модуля CCPI в режиме ШИМ на частоте в 75 КГц. Заполнение ШИМ будет определять напряжение на конденсаторе C1. Величина этого напряжения определяет величину сварочного тока.

С помощью микроконтроллера выполняется так же блокировка инвертора. Если на вход DTC микросхемы DD2 будет подан высокий логический уровень, то импульсы на выходе Е2 исчезнут и инвертор остановится. Появление логического нуля на выходе RA4 микроконтроллера приведёт к плавному старту инвертора, то есть к постепенному увеличению заполнения импульсов на выходе Е2 до максимального.

Индикация величины рабочего тока осуществляется с помощью индикатора с общим анодом HG1, четырёх транзисторов VT1-VT4 и ограничивающих резисторов R12-R19. Кнопки SB1 и SB2 выполняют роль органов управления, с помощью которых можно задавать необходимые параметры микроконтроллеру DD1. Включенный в схему биметаллический термостат SК1 предохраняет аппарат от перегрева и рассчитан на температуру в 75⁰С.

Для стабилизации напряжения в цепи блока управления предусмотрен стабилизатор напряжения DA1.