Меню

Симисторный регулятор для сварочного трансформатора

Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками: варианты схем

Для управления некоторыми видами бытовых приборов (например, электроинструментом или пылесосом) применяют регулятор мощности на основе симистора. Подробно о принципе работы этого полупроводникового элемента можно узнать из материалов, размещенных на нашем сайте. В данной публикации мы рассмотрим ряд вопросов, связанных с симисторными схемами управления мощностью нагрузки. Как всегда, начнем с теории.

Принцип работы регулятора на симисторе

Напомним, что симистором принято называть модификацию тиристора, играющего роль полупроводникового ключа с нелинейной характеристикой. Его основное отличие от базового прибора заключается в двухсторонней проводимости при переходе в «открытый» режим работы, при подаче тока на управляющий электрод. Благодаря этому свойству симисторы не зависят от полярности напряжения, что позволяет их эффективно использовать в цепях с переменным напряжением.

Помимо приобретенной особенности, данные приборы обладают важным свойством базового элемента – возможностью сохранения проводимости при отключении управляющего электрода. При этом «закрытие» полупроводникового ключа происходит в момент отсутствия разности потенциалов между основными выводами прибора. То есть тогда, когда переменное напряжение переходит точку нуля.

Дополнительным бонусом от такого перехода в «закрытое» состояние является уменьшение числа помех на этой фазе работы. Обратим внимание, что не создающий помех регулятор может быть создан под управлением транзисторов.

Благодаря перечисленным выше свойствам, можно управлять мощностью нагрузки путем фазового управления. То есть, симистор открывается каждый полупериод и закрывается при переходе через ноль. Время задержки включения «открытого» режима как бы отрезает часть полупериода, в результате форма выходного сигнала будет пилообразной.

При этом амплитуда сигнала будет оставаться прежней, именно поэтому такие устройства неправильно называть регуляторами напряжения.

Варианты схем регулятора

Приведем несколько примеров схем, позволяющих управлять мощностью нагрузки при помощи симистора, начнем с самой простой.

  • Резисторы: R1- 470 кОм , R2 – 10 кОм,
  • Конденсатор С1 – 0,1 мкФ х 400 В.
  • Диоды: D1 – 1N4007, D2 – любой индикаторный светодиод 2,10-2,40 V 20 мА.
  • Динистор DN1 – DB3.
  • Симистор DN2 – КУ208Г, можно установить более мощный аналог BTA16 600.

При помощи динистора DN1 происходит замыкание цепи D1-C1-DN1, что переводит DN2 в «открытое» положение, в котором он остается до точки нуля (завершение полупериода). Момент открытия определяется временем накопления на конденсаторе порогового заряда, необходимого для переключения DN1 и DN2. Управляет скоростью заряда С1 цепочка R1-R2, от суммарного сопротивления которой зависит момент «открытия» симистора. Соответственно, управление мощностью нагрузки происходит посредством переменного резистора R1.

Несмотря на простоту схемы, она довольно эффективна и может быть использована в качестве диммера для осветительных приборов с нитью накала или регулятора мощности паяльника.

К сожалению, приведенная схема не имеет обратной связи, следовательно, она не подходит в качестве стабилизированного регулятора оборотов коллекторного электродвигателя.

Схема регулятора с обратной связью

Обратная связь необходима для стабилизации оборотов электродвигателя, которые могут изменяться под воздействием нагрузки. Сделать это можно двумя способами:

  1. Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
  2. Отслеживать изменения напряжения на электромоторе и, в зависимости от этого, увеличивать или уменьшать «открытый» режим полупроводникового ключа.

Последний вариант значительно проще в реализации, но требует небольшой настройки под мощность используемой электромашины. Ниже приведена схема такого устройства.

  • Резисторы: R1 – 18 кОм (2 Вт); R2 — 330 кОм; R3 – 180 Ом; R4 и R5– 3,3 кОм; R6 – необходимо подбирать, как это делается будет описано ниже; R7 – 7,5 кОм; R8 – 220 кОм; R9 – 47 кОм; R10 — 100 кОм; R11 – 180 кОм; R12 – 100 кОм; R13 – 22 кОм.
  • Конденсаторы: С1 — 22 мкФ х 50 В; С2 — 15 нФ; С3 – 4,7 мкФ х 50 В; С4 – 150 нФ; С5 — 100 нФ; С6 – 1 мкФ х 50 В..
  • Диоды D1 – 1N4007; D2 – любой индикаторный светодиод на 20 мА.
  • Симистор Т1 – BTA24-800.
  • Микросхема – U2010B.
Читайте также:  Регулятор оборотов для авиамодели

Данная схема обеспечивает плавный запуск электрической установки и обеспечивает ее защиту от перегрузки. Допускается три режима работы (выставляются переключателем S1):

  • А – При перегрузке включается светодиод D2, сигнализирующий о перегрузке, после чего двигатель снижает обороты до минимальных. Для выхода из режима необходимо отключить и включить прибор.
  • В — При перегрузке включается светодиод D2, мотор переводится на работу с минимальными оборотами. Для выхода из режима необходимо снять нагрузку с электродвигателя.
  • С – Режим индикации перегрузки.

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R6, оно вычисляется, в зависимости от мощности, электромотора по следующей формуле: . Например, если нам необходимо управлять двигателем мощностью 1500 Вт, то расчет будет следующим: 0,25/ (1500 / 240) = 0,04 Ом.

Для изготовления данного сопротивления лучше всего использовать нихромовую проволоку диаметром 0,80 или1,0 мм. Ниже представлена таблица, позволяющая подобрать сопротивление R6 и R11, в зависимости от мощности двигателя.

Приведенное устройство может эксплуатироваться в качестве регулятора оборотов двигателей электроинструментов, пылесосов и другого бытового оборудования.

Регулятор для индуктивной нагрузки

Тех, кто попытается управлять индуктивной нагрузкой (например, трансформатором сварочного аппарата) при помощи выше указанных схем, ждет разочарование. Устройства не будут работать, при этом вполне возможен выход из строя симисторов. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.

Существует два варианта решения проблемы:

  1. Подача на управляющий электрод серии однотипных импульсов.
  2. Подавать на управляющий электрод постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль.

Первый вариант наиболее оптимален. Приведем схему, где используется такое решение.

Как видно из следующего рисунка, где продемонстрированы осциллограммы основных сигналов регулятора мощности, для открытия симистора используется пакет импульсов.

Источник



Симисторный регулятор для сварочного трансформатора

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua

сделано в Украине

Симисторный регулятор для сварочного аппарата

Бесплатная техническая библиотека

В данном устройстве используется регулировка мощности нагрузки с помощью симистора, включенного в первичную обмотку силового трансформатора. Схема пригодна также для управления другими приборами переменного тока, например, нагревателями, лампами накаливания большой мощности, электродвигателями и т.п.

На рис.1 показана функциональная схема, состоящая из трансформатора Тr2 и симистора (триака) ТС1, а на рис.2 — изменение токов и напряжений.

В первом периоде сетевого напряжения задается минимальное значение напряжения (рис.2. часть 1), во втором-максимальное (рис.2, часть 2).

  • напряжение между электродами МТ1-МТ2 симистора (рис.2,а) возрастает до тех пор, пока не происходит его открывание. Тогда напряжение между электродами падает практически до нуля и остается таковым до конца полупериода. В следующем полупериоде происходит то же самое;
  • изменение тока между минимальным и максимальным значениями (рис.2,б) происходит равномерно (сопротивление Rs-эквивалентное сопротивление соединительных проводов). С возрастанием тока исчезает видимый скачок возле перехода напряжения через ноль;
  • изменение напряжения в первичной обмотке трансформатора (рис.2,в) имеет сложную форму, которая постепенно приближается к синусоидальной.

Схема подключения сварочного трансформатора приведена на рис.3.

  • фильтр сетевых помех;
  • схема управления симистором.

В устройстве использован промышленный сварочный трансформатор (Тг2). Катушка первичной обмотки рассчитана на 220 В с номинальной индукцией около 1.5 Тл. Ток холостого хода при напряжении сети 230 В составляет около 3 А. Напряжение холостого хода на вторичной обмотке — 50 В. Низкое напряжение короткого замыкания компенсировано шунтирующей катушкой с большим количеством витков, чем у вторичной обмотки. Цель данного регулятора состоит в том, чтобы осуществлять плавную регулировку сварочного тока.

Фильтр сетевых помех состоит из катушек L1,L2 и конденсаторов С1, С2. Помимо фильтрации, его задача состоит в уменьшении импульсов тока, возникающих при включении дуги. Катушки примерно на 3. 6 В снижают напряжение, подаваемое на трансформатор. Число витков катушек задано для индуктивности 2,4 мГ, со значением А=6200 нГ/виток2. Симистор можно заменить любым другим, выдерживающим полное напряжение сети и максимальный ток. Цель C3-R1 фильтрует радиочастотные помехи, создаваемые симистором.

Читайте также:  Реле регулятора без щеток

Напряжение питания схемы управления симистором создается трансформатором Тr1 с диодным мостом Gr. Трапециевидная форма напряжения образуется резисторами R2. R3 и стабилитроном D1. Напряжение в каждом полупериоде падает до нуля. Это синхронизирует цель запуска симистера.

Параметры генератора на однопереходном транзисторе Т1 определяются номиналами Р, R4 и С4. Значения Р и R4 я определил опытным путем. Сопротивление 22+33 кОм создает минимальный сварочный ток, 33 кОм — максимальный, достижимый от сети. Значения Р=47 кОм. R4=4.7 кОм соответствуют хорошей работе трансформатора от 230 В. Тиристор ТС2 обеспечивает необходимый ток для открывания симистора. При отсутствии однопереходного транзистора его можно заменить аналогом на двух биполярных. включенных по схеме, приведенной на рис.4

Конструкция регулятора. Схема регулятора размещается на двух печатных платах из одностороннего стеклотекстолита. Плата большего размера содержит фильтр помех, симистор и блок питания схемы управления. На плате меньшего размера находится сама схема управления с тиристором.

Чертеж первой платы показан на рис.5, а размещение деталей — на рис.6.

В схеме управления используется потенциометр с пластмассовой осью. Выводы потенциометра находятся под сетевым потенциалом, поэтому такая ось обеспечивает требуемую изоляцию. Чертеж второй платы изображен на рис.7, размещение деталей показано на рис.8. Платы соединяются друг с другом тремя проводами.

Симисторный регулятор для сварочного аппарата

(нажмите для увеличения)

  • упрощает размещение плат в корпусе прибора;
  • облегчает наладку схем

При изготовлении печатных плат следует учитывать наличие сетевого напряжения, поэтому необходимо выдерживать достаточные расстояние между дорожками. Кроме того, ввиду больших токов соединительные контакты должны иметь соответствующую допустимую нагрузку. Места крепления катушек L1, L2 усилены трубчатыми заклепками 02,5 мм. В точках соединения N, L, N1, МТ2 установлены плоские контакты для больших токов (простого припаивания к фольге недостаточно, поскольку фольга может перегреться и отслоиться от платы). На дорожки платы силовой части дополнительно напаиваем луженый провод В предположении, что фольга проводников имеет ширину 7 мм и толщину 0,02.. .0,03 мм, получим сечение всего лишь около 0,2 мм2, а допустимая нагрузка по току через проводник составляет 20 А/мм2. Фольгированные стороны схемы покрываем лаком.

Катушки фильтра L1, L2 имеют размеры 046×28 мм. Они помещаются в горшкообразный сердечник с A=6200. Катушки содержат 19.75 витков эмалированного провода 01.5 мм. Витки на обмотках помещаются точно в два ряда. Ничто не мешает выполнить катушки фильтра и другой формы, важно лишь, чтобы провод с гарантией выдерживал максимальный ток 16 А. Радиатор симистора изготовлен из теплоотвода для мощного транзистора.

Наладка. Испытания схем производим с осторожностью, поскольку практически каждая их деталь находится под сетевым потенциалом В работе используем сетевой кабель, снабженный изолированными контактами. Изготовленные платы первоначально не соединяем друг с другом. Питание схем производим от сетевой розетки, снабженной отдельным выключателем В любом случае сетевое напряжение оставляем включенным лишь до тех пор, пока оно необходимо для измерений. Сначала измеряем питающее напряжение схемы управления. Оно должно соответствовать напряжению стабилизации стабилитрона D1. Это напряжение не критично (годятся значения в интервале 10. 15В).

При отключенном сетевом напряжении подсоединяем три провода схемы управления и подключаем сварочный трансформатор к контактам N1 и МТ2. При включении сетевого напряжения с помощью потенциометра Р можно изменять напряжение и ток. подаваемые на трансформатор Форму кривых, соответствующую рис2а, b и с, контролируем с помощью осциллографа.

Смотрите другие статьи раздела Сварочное оборудование.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Источник

Как сделать простой регулятор тока для сварочного трансформатора

Как сделать простой регулятор тока для сварочного трансформатораВажной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. К недостаткам такой регулировки надо отнести сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.

Читайте также:  Регулятор перепада давления что это такое

Наиболее оптимальный вариант — еще при намотке вторичной обмотки сделать ее с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно для подстройки тока, но не для его регулировки в широких пределах. Кроме того, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами.

Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости, а для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело — цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше.

После долгих поисков путем проб и ошибок был найден оптимальный вариант решения проблемы — широко известный тиристорный регулятор, схема которого изображена на рис.1.

Схема регулятора сварочного тока

При предельной простоте и доступности элементной базы он прост в управлении, не требует настроек и хорошо зарекомендовал себя в работе — работает не иначе, как «часы».

Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается.

Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2. При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора.

Схема регулятора сварочного тока

Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети. После начала следующего, противоположного по знаку полупериода переменного тока тиристор закрывается, и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй транзистор, и второй тиристор снова подключает нагрузку к сети.

Изменением сопротивления переменного резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно.

Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами. Аноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.

В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308. Вполне реальна замена их более современными маломощными высокочастотными, имеющими близкие параметры.

Переменный резистор типа СП-2, остальные типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или МБТ на рабочее напряжение не менее 400 В.

Как сделать простой регулятор тока для сварочного трансформатора

Правильно собранный регулятор не требует налаживания. Необходимо лишь убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме (или в стабильном включении динисторов).

Внимание! Устройство имеет гальваническую связь с сетью. Все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Обучение Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник