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용접 전류의 인버터 소스. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
용접, 주조, 갈바니 및 기타 작업을 수행하려면 강력하고 특수한 전압 또는 전류 소스(때로는 특수한 형태)가 필요합니다. 이러한 소스의 디자인을 분석해 보면 기능 다이어그램이 거의 동일하다는 것을 알 수 있습니다. 이 기사에서는 범용 마이크로컨트롤러 제어 모듈을 기반으로 한 브리지형 전압 변환기 구현의 예를 제공합니다. 이 변환기는 인버터 용접 전원뿐만 아니라 유도 가열 시스템, 전자 장비의 무정전 전원 공급 장치, 전기 도금용 전류원, 주파수 변환기 및 초음파 발생기용 전원 공급 장치에도 적합합니다. 제안된 인버터 용접 전류원은 170~240V의 교류 전압 네트워크에서 전력을 공급받으며 작업 시간의 150% 동안 최대 70A의 부하 전류를 위해 설계되었습니다. 이 소스와 기존 소스의 주요 차이점은 저장 커패시터를 위한 별도의 충전 장치가 없으며 제어 장치 회로를 변경하지 않고 마이크로 컨트롤러 프로그램을 교체하여 다양한 문제를 해결하는 데 적응할 수 있다는 것입니다. 기능적으로 용접 전류 소스는 구성 요소용 전원, 트리니스터 제어 정류기, 광절연 제어 장치가 있는 고주파 IGBT 브리지 인버터 및 외부 용접 장치로 구성됩니다. 나열된 블록의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다. 2. 정류기와 인버터는 마이크로 컨트롤러 모니터링 및 제어 장치에 의해 제어 및 모니터링되며 그 다이어그램은 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX. 이 다이어그램의 요소 번호는 연속적입니다.
회로 차단기 SA1의 접점이 닫히면 다이오드 VD1, VD5와 주전원 정류기 VD11, VD12의 다이오드로 구성된 다이오드 브리지에 교류 주전원 전압이 공급됩니다. 정류된 전류는 커패시터 C4를 주전원 전압의 진폭으로 충전합니다. 서미스터 RK1 JNR10S470L은 충전 전류를 제한합니다. 저항 R1, R2, R5 및 R6을 통해 커패시터 C4의 전압이 DA1 TOR233R 전압 변환기 컨트롤러의 전원 회로에 공급됩니다. 시작 순간부터 커패시터 C10의 전압이 5V로 증가할 때까지 DA1 마이크로 회로는 자체 발진기 모드에서 작동합니다. 이 전압에 도달하면 TL2ALP 병렬 통합 레귤레이터 DA431의 출력 회로가 열리고 이로 인해 전류가 저항 R9와 옵토커플러 U1의 방출 다이오드를 통해 흐르게 됩니다. 이 옵토커플러의 열린 포토 트랜지스터는 DA1 마이크로 회로의 제어 회로를 닫아 출력 스위치를 닫고 펄스 변압기 T1의 자기 회로에 에너지 축적을 중지합니다. 이 키가 닫혀 있는 동안 축적된 에너지는 변압기의 233차 권선을 통해 부하로 흐릅니다. 모든 232차 권선은 서로 및 공급 네트워크로부터 갈바닉 절연된 전압에서 작동합니다. TOP234P 칩의 플라이백 전압 컨버터 작동에 대한 자세한 내용은 "TOP663-140 TOPSwitch-FX 제품군 설계 유연성, EcoSmart®, 통합 오프라인 스위처" 문서(pdf.datasheetbank.com/pdf/Power)에서 확인할 수 있습니다. -통합/XNUMX XNUMX.pdf. 제어 및 모니터링 장치는 DD1 ATmega48-20AU 마이크로컨트롤러를 기반으로 합니다. 회로 C34R59는 안정적인 공급 전압 레벨이 설정될 때까지 마이크로컨트롤러의 시작을 지연합니다. 이 회로에서 생성된 펄스가 끝나면 마이크로 컨트롤러의 내부 RC 클록 생성기가 8MHz의 주파수에서 작동하기 시작합니다. 이 주파수는 마이크로컨트롤러 구성을 프로그래밍할 때 설정됩니다. 저항 R34 및 R35를 통한 주 정현파 전압은 다이오드 브리지 VD24에 공급됩니다. 정류된 맥동 전류는 저항 R7에 의해 분류된 옵토커플러 U38의 방출 다이오드를 통해 흐릅니다. 주전원 전압의 순간 값이 7으로 전환되는 근처에서 방출 다이오드를 통과하는 전류가 일정 시간 동안 멈추고 옵토커플러 U2의 출력 트랜지스터가 닫혀 PD1에 높은 논리 레벨 동기화 신호가 공급됩니다. DDXNUMX 마이크로 컨트롤러의 입력. 이 이벤트를 처리할 때 마이크로컨트롤러는 지정된 지연을 사용하여 PB3 출력에서 낮은 레벨 신호를 설정합니다. 이로 인해 옵토커플러 U2의 방출 다이오드와 저항 R14로 구성된 회로를 통해 전류가 흐르게 됩니다. 광 커플러 U2의 포토 트랜지스터가 열리고 저항 R15의 신호가 p 채널 전계 효과 트랜지스터 VT1을 엽니다. 열린 트랜지스터와 저항 R16 및 R17을 통해 다이오드 VD12의 정류기에서 + 6V 전압이 사이리스터 Vs 1 및 VS2의 제어 전극 회로에 공급됩니다. SCR이 열립니다. 교류 주전원 전압은 다이오드 VD11 및 VD12와 사이리스터 VS1 및 VS2로 구성된 전력 브리지 정류기에 공급됩니다. 개방된 순간부터 양극-음극 전압의 극성이 변경되어 SCR이 닫힐 때까지 저장 커패시터 C17이 충전됩니다. 공급 전압이 5을 통해 전환될 때마다 마이크로컨트롤러는 개방 지연을 줄여 충전이 원활하게 이루어집니다. 지속 시간(고려된 버전에서 - 약 XNUMX초)은 프로그래밍 방식으로 설정됩니다. 비상 상황이 발생하는 경우 마이크로컨트롤러는 SCR이 열리도록 허용하는 신호를 PB3 출력에서 생성하지 않으며 그 결과 SCR은 닫힌 상태로 유지됩니다. 회로 R18C15 및 R20C16은 간섭의 영향으로 사이리스터의 잘못된 개방을 제거합니다. 저장 커패시터 C17의 원활한 충전이 완료되면 프로그램은 마이크로컨트롤러의 출력 PB1 및 PB2에서 브리지 인버터 키에 대한 제어 펄스를 생성하기 시작하고 이어서 20kHz의 주파수(소프트웨어로 설정됨)를 따릅니다. 펄스 듀티 사이클은 33...0,1 범위의 가변 저항기 R0,9을 사용하여 조정됩니다. 이러한 출력에서 20kHz의 주파수 주기의 절반만큼 상호 지연된 제어 신호는 옵토커플러 U3-U6에 만들어진 IGBT VT2-VT5 제어 노드로 들어갑니다. 이들 노드는 동일하므로 그림 1의 다이어그램에서 그림 3은 UXNUMX 옵토커플러를 기반으로 구축된 그 중 하나만 자세히 보여줍니다. 이는 1V 전압의 정류 다이오드 VD9에 의해 변압기 T25의 권선 IV로부터 전력을 공급받습니다. 작동을 설명하는 타이밍 다이어그램이 그림 3에 나와 있습니다. 5. 이 노드에 의해 제어되는 IGBT VT3의 이미 터는 통합 네거티브 전압 안정기 DA18의 출력에 연결됩니다. 이로 인해 IGBT의 게이트-이미터 전압은 광커플러 상태에 따라 IGBT가 완전히 열린 +7V에서 -XNUMXV(IGBT가 안전하게 닫힘)로 변경됩니다.
저항 R2을 통해 마이크로 컨트롤러의 PB60 출력 펄스는 각각 IGBT VT3 및 VT4를 제어하는 광 커플러 U5 및 U2의 직렬 연결된 방출 다이오드에 공급됩니다. 따라서 이들 IGBT는 동시에 열립니다. PB3 출력에 펄스가 없기 때문에 IGBT VT4 및 VT1는 현재 닫힌 상태로 유지됩니다. 전류는 회로를 통해 흐릅니다. 커패시터 C17의 양극판, IGBT VT2 개방, 변류기 T4, 변압기 T5의 권선 I(끝에서 시작 방향으로), IGBT VT5 개방, 변류기 T3, 커패시터 C17의 음극판. 이는 다이오드 VD5의 애노드에 플러스로 적용되고 다이오드 VD21의 애노드에 마이너스로 적용되는 변압기 T22의 5차 권선에 전압을 유도합니다. 용접 전류는 변압기 T21의 권선 II, 개방형 다이오드 VD2, 인덕터 LXNUMX 및 용접 회로를 통해 흐릅니다. 인버터 작동의 다음 반주기에서 프로그램은 PB1 마이크로 컨트롤러의 출력에서 펄스를 생성하여 IGBT VT3 및 VT4를 엽니다. PB2 출력에는 펄스가 없으므로 IGBT VT2 및 VT5가 닫힙니다. 전류는 회로를 통해 흐릅니다. 커패시터 C17의 양극, IGBT VT4 개방, 변압기 T5의 권선 I(처음부터 끝까지 방향), 변류기 T4, IGBT VT3 개방, 변류기 T2, 커패시터 C17의 음극. 이는 다이오드 VD5의 애노드에 플러스로 적용되고 다이오드 VD22의 애노드에 마이너스로 적용되는 변압기 T21의 5차 권선에 전압을 유도합니다. 용접 전류는 변압기 T22의 권선 III, 개방형 다이오드 VD2, 인덕터 LXNUMX 및 용접 회로를 통해 흐릅니다. 용접 전류는 인버터 전면 패널에 설치된 가변 저항 R33에 의해 조절됩니다. 통합 회로 R2C46을 통한 마이크로 컨트롤러의 ADC30 입력은 이 가변 저항의 슬라이더 위치에 따라 전압을 수신합니다. 저항 R41, R42, R45, R47은 가변 저항 R2에 개방 회로가 있는 경우 마이크로 컨트롤러의 ADC33 입력이 손상될 가능성을 제거하는 역할을 합니다. 마이크로 컨트롤러의 ADC는 ADC2 입력에 적용된 전압을 코드로 변환하고 프로그램은 이를 처리하고 얻은 결과에 따라 출력 PB1 및 PB2에서 펄스의 듀티 사이클을 변경합니다. 변류기 T2 및 T3는 전류 보호 센서를 통해 부하 결함 및 IGBT 역할을 합니다. 비상 상황이 발생하면 이러한 변압기의 25차 권선 전압이 증가합니다. 다이오드 어셈블리 VD26 또는 VD48으로 정류한 후 저항 분배기 R49R29(커패시터 C7.1는 잡음을 억제함)를 통해 비교기 DA54의 비반전 입력으로 공급됩니다. 반전 입력의 기준 전압은 간섭 억제 커패시터 C55가 있는 저항 분배기 R32R7.2에 의해 형성됩니다(비교기 DA5의 비반전 입력에도 공급됨). 입력 2에서 수신된 신호가 기준 전압을 초과하면(3A 이상의 전류가 변압기 T30 또는 T7.1의 58차 권선을 통해 흐를 때 발생) 비교기 DA35의 출력에서 하이 레벨 펄스가 생성됩니다. . 잘못된 경보를 방지하는 적분 회로 R7.2C5를 통해 비교기 DA3의 반전 입력에 공급됩니다. 비상 펄스의 지속 시간이 7.2ms를 초과하면 비교기 DA1의 출력에서 마이크로 컨트롤러의 PD2 입력으로 신호가 전송되어 프로그램이 출력 PBXNUMX 및 PBXNUMX에서 제어 펄스를 생성하는 것을 금지합니다. 변류기 T4는 변압기 T5의 권선 I에서 작동 전류 센서 역할을 합니다. VD23 및 VD27 어셈블리의 다이오드 브리지에 의해 정류된 변압기 T4의 52차 권선 전압은 통합 회로 R31C1을 통해 마이크로 컨트롤러의 ADC25 입력에 공급됩니다. 소프트웨어로 측정하고 처리합니다. 측정된 전류가 XNUMXA를 초과하면 프로그램은 IGBT 제어 펄스의 듀티 사이클을 조정합니다. 과열 보호는 서미스터 RK2 KTY81/210을 사용하여 이루어집니다. 마이크로컨트롤러 ADC0 입력의 저항과 신호 레벨은 온도에 따라 달라집니다. 허용 온도를 초과하면 프로그램은 출력 PB1 및 PB2에서 펄스의 듀티 사이클을 줄이거나 서미스터가 냉각될 때까지 펄스 형성을 완전히 중지합니다. 마이크로 컨트롤러에 전원을 공급하고 내부 클록 생성기를 시작한 후 프로그램은 주전원 전압의 순간 값이 2 레벨을 교차하기 위한 신호의 PD17 입력에 도달할 때까지 기다립니다. 그러한 신호를 수신하면 두 개의 내부 타이머가 시작됩니다. 그 중 하나의 카운팅 레지스터 내용은 커패시터 CXNUMX의 충전 속도를 제어하는 데 사용됩니다. 두 번째 타이머는 인버터 보호 역할을 합니다. 주전원 전압이 10ms 이내에 9,95 레벨을 넘어가는 신호가 없으면 마이크로컨트롤러를 다시 시작하여 프로그램이 새로 시작됩니다. 영점 교차 신호가 수신된 후 3ms 후에 프로그램은 SCR을 열도록 신호를 보내 마이크로 컨트롤러의 PB3 출력에서 하이 레벨을 설정합니다. 다음 신호를 수신하면 PB9,9 출력 레벨이 낮아집니다. SCR을 여는 다음 신호는 0,5ms 후에 제공되므로 SCR은 17ms 더 오랫동안 열린 상태로 유지됩니다. 사이리스터의 개방 상태 지속 시간이 점진적으로 증가함에 따라 커패시터 C5이 원활하게 충전됩니다. 약 XNUMX초 후에 마이크로컨트롤러는 SCR에 열림 신호를 지속적으로 보내기 시작합니다. 공급망에 정전이 발생하거나 "긴급" 상황인 경우에만 제거됩니다. 프로그램은 커패시터 C17이 완전히 충전될 때까지 IGBT 제어 신호를 생성하지 않습니다. 충전이 완료되면 마이크로컨트롤러의 출력 PB1 및 PB2에 펄스 시퀀스가 나타나며, 이어서 50μs 주기로 상호 반주기(25μs)씩 이동됩니다. 펄스 지속 시간은 마이크로컨트롤러의 ADC2 입력에 공급되는 전압에 따라 달라집니다. 최소값은 2,5μs이고 최대값은 22,5μs입니다(반주기의 나머지 2,5μs는 이전에 열려 있는 IGBT를 닫는 것을 보장하는 데 필요한 최소 일시 중지입니다). 비상 보호 조치는 "실패", "실패 2" 및 "과열 2" 상황에서 IgBt 제어 신호 생성을 중지하는 것을 기반으로 합니다. "충돌" 상황은 마이크로컨트롤러의 ADC1 입력 전압이 증가할 때 발생합니다. 이 전압은 바이너리 코드로 변환됩니다. 그 값에 따라 먼저 IGBT 제어 신호의 지속 시간이 점진적으로 감소하고, 결과가 나오지 않으면 펄스 생성이 완전히 중지됩니다. 높은 로직 레벨 신호가 PD3 입력에 도달하면 지연 없이 "알람 2" 상황이 발생합니다. "과열 2" 상황이 발생하는 조건은 마이크로 컨트롤러의 ADC0 입력에서 전압이 증가하는 것입니다. 또한 이진 코드로 변환되며 그 결과 제어 펄스 지속 시간 감소 또는 완전한 종료가 분석됩니다. 비상 상황의 원인을 제거한 후 인버터 소스의 작동이 자동으로 재개됩니다. Weld.hex 마이크로컨트롤러 프로그램의 다운로드 파일이 기사에 첨부되어 있습니다. 마이크로 컨트롤러 구성은 확장 바이트 - 0xFF, 상위 바이트 - 0xDD, 하위 바이트 - 0xE2로 설정되어야 합니다. 프로그래머는 커넥터 XP9에 연결됩니다. 구조적으로 용접 소스 부품의 주요 부분은 140x92,5mm 크기의 인쇄 회로 기판에 배치되며 인쇄 도체 그림은 그림 4에 나와 있습니다. XNUMX.
인쇄 회로 기판(그림 5)의 아래쪽에는 표면 실장용 요소와 다이오드 VD11 및 VD12, 사이리스터 VS1 및 VS2, IGBT VT2-VT5가 있습니다. 윗면(그림 6)에는 나머지 요소가 있습니다. 전원 회로는 단면적이 2,5mm 이상인 매달린 전선으로 구성됩니다.2. 2NM3 페라이트로 만들어진 표준 크기 K4x20x12의 변류기 T6, T2000, T1의 자기 코어와 직경 200mm의 PEV-2 와이어 0,25회를 포함하는 XNUMX차 권선이 이 와이어에 배치됩니다.
Transformer T1은 PCB 상단에 설치됩니다. 자기 코어는 광택 처리된 직물 층으로 절연된 MP24 퍼멀로이로 만들어진 표준 크기 K13x7,5x140의 링입니다. 권선 데이터는 표에 나와 있습니다. 1, 권선이 감겨지는 순서는 다이어그램의 번호에 해당합니다. 권선 I, VI 및 VII의 회전은 자기 회로의 전체 둘레를 따라 고르게 분포됩니다. 나머지 각 권선은 자기 회로의 자체 세그먼트에 감겨 있으며 겹치지 않습니다. 모든 권선은 광택 처리된 천으로 절연되어 있습니다. 표 1
초크 L1 - EC24. 커패시터 C17은 높이가 20mm인 스탠드의 보드 상단 표면 위에 장착됩니다. 그들은 커패시터의 단자에 연결된 전선을 납땜하여 단자에 장착 꽃잎을 누릅니다. IGBT VT2-VT5, 사이리스터 VS1 및 VS2, 다이오드 VD11 및 VD12의 단자에 전원 와이어를 연결하기 위해 구멍이 있는 접촉 패드가 인쇄 회로 기판에 제공됩니다. 이러한 요소는 그림 7에 표시된 것처럼 절연 개스킷을 통해 방열판 블록에 대해 압착됩니다. XNUMX.
출력 트랜스포머 T5, 인덕터 L2, 정류 다이오드 VD21, VD22는 별도의 방열판 블록에 배치됩니다. 변압기 T5의 권선 데이터가 표에 나와 있습니다. 2. 자기 코어는 Gammamet GM414 클래스입니다. 2개의 표준 크기 OL64x40x30. XNUMX차 권선은 광택 처리된 직물의 이중층으로 자기 코어와 XNUMX차 권선으로부터 절연됩니다. 표 2
인덕터 권선 L2는 20mm 두께의 전기 강철로 만들어진 ShLM32x0,08 자기 코어에 0,1mm 두께의 연질 구리 테이프 1,8개와 자기 코어 창 높이보다 약간 작은 너비의 패키지로 감겨 있습니다. 광택 처리된 천으로 절연된 패키지는 XNUMX바퀴로 되어 있습니다. 자기 코어는 XNUMXmm 길이의 비자성 간격으로 조립됩니다. 방열판 블록 사이에는 컴퓨터 전원 공급 장치의 80x80mm 팬 1개가 있으며 커넥터 XP2 및 XP5에 연결되어 있습니다. 팬 하나가 변압기 T2, 인덕터 L17 및 커패시터 C5에서 불어납니다. 공기 흐름은 변압기 T21를 향합니다. 두 번째 팬은 방열판 블록 사이에 있습니다. 공기 흐름은 다이오드 VD22 및 VDXNUMX를 향합니다. 네트워크 케이블 PVA 2x2,5mm2 회로 차단기 SA1의 단자 3과 1(상단)에 연결됩니다. 단면적이 2mm인 두 개의 전선이 이 스위치의 단자 4와 1,5(하단)에 연결됩니다.2. 단자 2의 전선 중 하나는 사이리스터 VS2의 양극에 연결되고 다른 하나는 다이오드 VD12의 음극에 연결됩니다 (인쇄 도체를 통해 둘 사이에 연결되지 않음). 단자 4의 전선 중 하나는 사이리스터 VS1의 양극으로 연결되고 두 번째 전선은 다이오드 VD11의 음극으로 연결됩니다. 또한 인쇄된 도체를 통한 연결도 없습니다. 가변 전류 제어 저항 R33은 케이스 전면 패널에 설치되고 8선 하니스로 커넥터 XP2에 연결됩니다. 서미스터 RKXNUMX는 클램핑 브래킷을 사용하여 방열판에 고정됩니다. 마이크로 컨트롤러 프로그램은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/03/weld.zip에서 다운로드할 수 있습니다. 저자: A. Zharkov
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