Cuprins Din partea autorului…………………………………………………………… 1 1. Putina teorie şi cerinţele de bază pentru un invertor de sudura ……………...22. Tipuri de convertoare de înaltă frecvenţă, cele mai frecvent utilizate pentru construirea de invertoare de sudura. ............................53. Cross Bridge, sau convertorul cu un singur tact si iesire directa ...................11 4. Half-bridge invertor push-pull cu PWM, rezonant, cu drosel de imprastiere.16 5. Full-bridge invertor push-pull cu PWM, drosel de împrăştiere, rezonant.......276. Alegerea tranzistorilor de putere ....................................................................39 7. Idei de proiectare şi variante de lucru in punctele cele mai importante..........41 8 Protectii utile si circuite de”pornire la cald”,”antilipire”si „aprindere usoara”45

9. Parametrii miezurilor de ferita.........................................................................50 10. Exemple de circuite imprimate si amplasare componente ............................51 Bibliografie...........................................................................................................55

Din partea autorului. Aceasta carte este o extensie logică şi o completare la prima mea carte - " Invertor sudura- e simplu" Acolo veţi găsi răspunsuri la cele mai multe dintre problemele cu care se confruntă constructorii de invertoare de sudura in regim de “home made”. Şi dacă prima carte a fost aproape în întregime dedicată invertoarelor de sudura in regim rezonant,in aceasta carte, voi încerca să surprind şi să descriu întreaga gamă de invertoare de sudura, incepand cu cele mai simple si terminand cu o sursă puternică rezonanţă”Half bridge”! Pe parcursul anului trecut, după prima mea carte şi publicarea pe internet a proiectului de invertor de sudura rezonant , am primit sute de scrisori cu întrebări şi sugestii. Toate scrisorile au fost analizate cu atenţie de mine, soluţiile tehnice verificate în mod repetat in practica, şi numai după aceea, trimise catre tine, dragă cititorule,- instanţa de judecată. Toate textele sunt prevăzute cu scheme electrice detaliate şi desene. Sunt date formele de undă în punctele cheie, dezvoltate şi testate în practică tehnica construirii de aparate de sudura cu PWM, MFP şi control al curentului şi tensiunii de iesire. Poate că am omis ceva, sau nu am descries suficient procesele ce se petrec in aceste aparate, dar cum se spune - nu există nici o limită pentru perfectiune. Cred că această carte poate fi utila atât pentru constructorii cu experienţă ce vor sa

1

experimenteze noi sisteme de convertoare de putere, şi pentru cei care au doar de gând să se apuca de treabă în domeniul electronicii de putere. Încercaţi sa invatati din greselile altora , din experienta altora, şi foarte curând veţi observa că succesul este întotdeauna mai mare decât înfrângerile şi dezamăgirile! Le multumesc tuturor celor care au trimis scrisori cu observaţii şi sugestii, rugaminti sau injuraturi, sau doar un simplu semn de atenţie. Faptul că aceste scrisori au fost scrise, arată că munca mea nu a fost în zadar. Vă mulţumesc tuturor! Mult noroc! Autor, proiectant, inginer, electronica VY Negulyaev, Kiev, 2006

1. Putina teorie şi cerinţele de bază pentru un invertor sudura. Mie, ca multora dintre voi nu-mi place teoria. Dar pentru a intelege principiile de construcţie a surselor de tip invertor sudura , trebuie sa va prezint cateva procese ce afecteaza arderea si sudura cu arc. Sper ca acest capitol nu va va afecta dorinţa de a citi până la capăt. De aceea voi fi scurt şi imediat voi începe cu caracteristicile curent-tensiune a arcului. (VAC)

Curentul de sudare(A)

Figura 1 prezintă caracteristica curent-tensiune a arcului, în general. Dupa cum se poate observa la curenţi mici, de exemplu la 80A caracteristica arcului este puternic cazatoare, sau mai explicit ,odata cu cresterea curentului de sudare ,tensiunea scade. Aceasta este o proprietate foarte interesantă a arcului, care poate şi ar trebui utilizata! Pe baza graficului de mai sus se poate trage o concluzie fără echivoc – cu cat este mai mare tensiunea aplicată la electrod, cu atât mai uşor

2

este procesul de aprindere a arcului, arcul va arde la un curent mult mai mic decât în cazul în care vom încerca să-l aprindem într-o secţiune dreaptă de VAC! In scopul facilitarii aprinderii arcului ,au fost folosite oscilatoare si diferite dispositive de crestere a tensiunii de iesire a invertoarelor de sudura.Tensiunea standard de iesire in gol pentru invertoarele de sudure se incadreaza intre 70V si 95V ,si depinde numai de constructia ridicatoarelor de tensiune. Sursa principală are de obicei o caracteristică uşor cazatoare cu o cadere abrupta la sfarsit ,limitata de curentul maxim de scurtcircuit .Forma aproximativa a caracteristicii VA pentru invertorul de sudura trebuie sa arate ca in fig.2. Aşa cum vom vedea tensiunea de ieşire marita asigură aprinderea usoara şi menţinerea stabilităţii arcului electric in toate regimurile de lucru. Cu o astfel de caracteristica VA de invertor de sudura ,este uşor de aprins şi ars în mod constant electrozi de toate mărcile, inclusiv electrozi pentru sudarea otelurilor inoxidabile, metalelor neferoase şi fier.

Aşa cum am spus mai devreme, în Figura 2 este prezentata caracteristica aproximativa VA, intre teorie şi practica pot fi diferente mari, dar în mod ideal, ar trebui să se încerce să se obţină o caracteristica similara de ieşire a invertorului. Am considerat doar secţiunea de caracteristica pentru curenti mai mici de 100A, dar este vorba de masura in care forma caracteristicii din aceasta zona va imbunatati stabilitatea arcului, şi ca o consecinţă, calitatea sudurii. Deci, am formulat prima condiţie a unui invertor de sudura- o caracteristica VA puternic cazatoare. Acest lucru este necesar, în cazul în care nu este îndeplinit, atunci vom obţine cu greu o serie de opţiuni pentru o sudura de calitate. Luaţi în considerare următoarea secţiune a VAC a arcului, care începe după 80A, si se extinde la aproximativ 800A. Pe aceasta portiune curba este stabilizatoare de

3

tensiune, ca locatie, este cea mai potrivită pentru transferul de metal topit de la electrod la produsele sudate. Tensiunea arcului în această regiune nu depinde de curentul aplicat, ci depinde numai de lungimea arcului. Valoarea acestei tensiuni poate fi calculata prin formula: UD = a + b * L în care: UD - tensiunea arcului, V; a - coeficient, care exprimă suma căderilor de tensiune pe anodul şi catodul arcului, care nu depinde de lungimea arcului; b - căderea de tensiune medie pe unitate de lungime a arcului, V / mm; L - lungimea arcului in mm,. Pentru electrozii de oţel in medie a = 10V şi b=2V/mm. Reiese ca, tensiunea arcului de lungime L = 4mm, este: U = 10 +2 * 4 = 18V. La presiunea atmosferică, electrozii de sudura in arc ,de metal, ard bine la o tensiune de 18 - 28V. Acest lucru va fi următoarea cerinţa la sursa noastră. În toată gama de lucru, de la I = 80A la Imax, tensiunea ar trebui să fie nu mai mică de 18V, precum şi pentru stabilitatea sa sa nu depaseasca 22-24V! .

Acum gândeşte-te la cea de-a treia portiune a caracteristicii VAC, secţiunea din coada VAC a invertorului de sudura. . Acest segment de curba este foarte important pentru un arc stabil,pentru limitarea curentului de scurtcircuit , pentru a limita puterea invertorului, pentru functionarea în siguranţă a switch-urilor de putere!In diferitele modele de convertizoare ea se formează în moduri diferite, şi, în consecinţă, are o pantă diferita. Într-un invertor cu PWM, limitarea curentului maxim prin switch-uri se face prin sistemul de operare, ca traductori folosindu-se transformatoare de curent. La atingerea curentului limita,un impuls din transformatoarele de curent,ajunge la intrarea regulatorului de curent din unitatea de control, care taie impulsurile de comanda la switch-urile de putere.Pe oscilograma aceasta apare ca o ingustare a impulsurilor de comanda.Cu cat creste sarcina cu atat mai mult se ingusteaza impulsurile de comanda. Tensiunea de ieşire începe să scadă, deşi curentul creste. Panta caracteristicei depinde de timpul de reactive a controllerului la schimbarea sarcinii. Pentru invertorul rezonant, această secţiune a VAC este dotata cu o pantă mai blânda, amploarea acesteia depinde numai de calitatea circuitului resonant,si cu cat aceasta este mai buna ,cu atat mai

4

abrupt este aceasta panta. După cum puteţi vedea ,dacă unitatea este configurata corect, nu aveti nevoie de regulator de curent! Limitarea puterii se va realiza în mod automat. Prin urmare, se consideră că convertoarele rezonante, nu se tem de regimul de scurtcircuit! Şi este adevărat!Si iata ca am stabilit si cea de-a treia cerinţa principală - limitarea curentului maxim prin switch-urile de putere! Aceasta este cerinţa cea mai importanta!Aceste trei condiţii trebuie îndeplinite fără greş!Toate celelalte cerinţe pentru sursa de sudare nu sunt atât de importante, dar ma simt obligat să va spun despre ele. Acestea sunt: a) de securitate- sudorul trebuie să fie sigur că nu va fi expus la o tensiune periculoasa pentru viaţă;b) disponibilitatea protecţiei faţă de regimul de scc. pe termen lung ;c) protecţia împotriva supraîncălzirii pieselor de putere;d) protecţia la umiditate şi praf;d) disponibilitatea de aprindere şi stabilizare a arcului.Cred că acest lucru este suficient, deşi sudorii firmelor străine au o varietate de moduri suplimentare, care fac viaţa de sudor mai uşoară . Dar asta este altă poveste, noi luam in considerare acum doar partea de putere, vreau să spun ,convertizorul de inalta frecventa, deoarece de modul cum este construit acesta,depend specificaţiile tehnice ale dispozitivului, adică puterea, gabaritul, greutatea.Capitolul următor va aborda tipuri de convertoare cel mai frecvent utilizate ca surse de energie pentru sudare.

2. Tipuri de convertoare de înaltă frecvenţă, cel mai frecvent utilizate pentru construirea de invertoare de sudura.

Cel mai adesea,in construirea de invertoare de sudura, se aplică trei scheme clasice, cum ar fi convertoare de înaltă frecvenţă: Half Bridge, Cross Bridge şi Full Bridge. Subcategoriile de Half Bridge si de Full Bridge, sunt convertoare de rezonanţă. În

funcţie de sistemul de control al parametrilor de ieşire, convertoarele sunt cu PWM (latime puls), cu MFP (control de frecvenţă), cu reglare de fază, şi combinaţii ale acestor trei. Toate aceste tipuri de convertoare dispun de propriile lor avantaje şi

dezavantaje. Să începem cu un PWM Half Bridge. Schema bloc a unui astfel de convertor este

prezentată in figura 3.  

5

Fig.3  

Aceasta este cea mai simpla familie de Convertor cu dublu tact, dar nu mai puţin de încredere. Dezavantajul acestui sistem este că tensiunea aplicata pe înfăşurarea

primară a transformatorului de putere este egală cu jumătate din tensiunea de alimentare. Dar, pe de altă parte, acest fapt este un avantaj, aveţi posibilitatea să

utilizati un miez de dimensiuni mai mici, fără teama de a intra în regim de saturaţie. Pentru un invertor de mică putere (2-3 kW), acest convertor este foarte potrivit. Cu toate acestea, controlul PWM necesită o atenţie deosebită atunci când

montam circuitul de putere,pentru comanda tranzistoarelor de putere trebuie montate drivere. Tranzistorii din Half Bridge lucreaza intr-un regim greu de

comutare, astfel ca impulsurile de comanda au cerinţe crescute. Trebuie să fie prezent "timpul mort" între impulsurile antifază , lipsa pauzei sau insuficienta precizie privind durata acesteia, duce întotdeauna la o circulatie de curent de

scc.prin tranzistoarele de putere. Consecinţele sunt previzibile - tranzistorii de ieşire se ard.

Un tip foarte promiţător de convertizor Half Bridge este cel in rezonanţă . Schema bloc a unui astfel de Half Bridge este prezentată în figura 4.

6

Fig.4  

După cum se vede din schema bloc, Half Bridge-ul rezonant jumătate este mult mai simplu decât un Half Bridge cu PWM .Este usor de construit un convertor cu o astfel de schemă din cauza faptului că comutatia tranzistorilor se face la curent zero sau tensiune zero.La asamblare inductantele parazite trebuie automat luate în

considerare, curentul maxim prin tranzistori este limitat de circuitul rezonant Dr.rez .- Crez.. Curentul care circula prin circuitul de putere are forma sinusoidala,

şi aceasta inlatura necesitatea condensatoarelor de filtrare.Pentru comanda tranzistorilor de putere nu sunt necesare drivere! Transformatorul de impulsuri este suficient pentru a comuta tranzistoarele de putere. Calitatea impulsurilor de

comanda nu este la fel de importanta ca şi în circuitul cu PWM, deşi pauza (" Timp mort") ar trebui să fie. Un alt avantaj, acest sistem permite eliminarea protectiei de curent,iar caracteristica VA are o forma cazatoare si nu necesita

modificari parametrice. Curentul de ieşire este limitat doar de inductivitatea de magnetizare a transformatorului si poate ajunge la valori semnificative la scc.,

acesta trebuie să fie luat în considerare la selectarea diodelor de ieşire, dar această proprietate are un efect pozitiv asupra aprinderii şi arderii arcului! De obicei,

7

parametrii de ieşire sunt controlati prin modificarea frecvenţei, dar controlul prin modificarea de fază oferă avantaje mult mai multe şi sunt cele mai promiţătoare pentru invertorul de sudura, deoarece permite evitarea regimului de rezonanta la scc., iar gama de reglare a parametrilor de ieşire este mult mai larga. Ajustarea

fazei vă permite să modificaţi curentul de ieşire de la aproape 0 la Imax. Următoarea schema – Cross Bridge. Schema bloc a unui astfel de convertor este

prezentată în figura 5. Cross Bridge - un convertor cu un singur tact si functionare directa. Convertorul cu aceasta configuratie este foarte popular in randul constructorilor de invertoare de

sudura cat si in randul radioamatorilor. Primele invertoare de sudura au fost construite cu aceasta schema. Simplitatea şi fiabilitatea, oportunităţi ample pentru a regla curentul de ieşire, imunitatea la paraziti - toate acestea atrag constructorii de invertoare de sudura până în prezent. Aceasta cu toate ca neajunsul cel mai mare al unui astfel de convertor este curentul mare care circula prin tranzistori,cerinte

inalte pentru impulsurile de comanda, ceea ce implică folosirea de drivere puternice pentru switch-urile de putere , cerinţe ridicate pentru instalarea

circuitelor de putere, curenţii de impuls mari implica necesitatea unor condensatori mari de filtrare la intrare, condensatorii electrolitici nefunctionand usor la

impulsuri de curent mari. În scopul de a păstra în tranzistori un regim normal este necesara montarea de snubbere. 

 

Fig.5 Dar, în ciuda tuturor acestor neajunsuri şi a eficienţei mici ", Cross Bridge" până în

8

prezent este utilizat în invertoarele de sudura. Tranzistorii T1 si T2 operează în fază, împreună se deschid şi impreuna se închid. Energia nu se înmagazineaza în transformator , ci în bobina de ieşire a droselului inductiv. Ciclu de utilizare este

mai mic de 50%, de aceea pentru aceeaşi putere la iesirea invertorului este necesar un curent dublu prin tranzistori.Detalii mai multe despre modul de lucru a unui

astfel de convertor vor fi prezentate pe un exemplu de astfel de invertor de sudura real.Urmatorul tip de convertizor - Full Bridge cu PWM. Convertizor clasic dublu

tact! Schema bloc Full Bridge este prezentată în Figura 6.  

Fig.6

Circuitul Full Bridge da posibilitatea de a obţine de 2 ori mai multa putere decat Half Bridge sau Cross Bridge, atunci când, aceleaşi valori ale curenţilor şi puterilor

circula prin tranzistorii în comutaţie. Aceasta se explică prin faptul că tensiunea aplicata pe înfăşurarea primară a transformatorului de putere este egală cu

tensiunea de alimentare. În consecinţă, pentru a obtine aceiasi putere de exemplu ca la schema Half Bridge (unde tensiunea la transformator este egală cu 0,5

Ualim.) va necesita un curent prin tranzistori de 2 ori mai mai mic! Tranzistori finali lucreaza pe diagonală, în cazul în care T1 - T3 sunt deschise, T2 - T4 sunt închise, şi invers. Transformatoarele de curent monitorizează valoarea de

vârf a curentului care curge prin diagonal de inchidere. Reglarea curentului de ieşire la un astfel de convertor se poate face în două moduri: 1) prin modificarea

duratei impulsului de control, lăsând neschimbată tensiunea cutoff, şi 2) prin modificarea tensiuniicutoff provenind din transformatorul de curent, lăsând

9

neschimbată durata impulsurilor de control. Ambele metode vă permit să obtineti un curent de ieşire într-o gamă destul de largă.

Dezavantajele şi cerinţele la un convertor Full Bridge cu PWM,sunt aceleasi ca şi la convertizorul Half Bridge cu PWM . (Vezi mai sus).

Si ,in sfârşit, sa analizam cea mai promitatoare schema de convertizor de frecventa pentru sudura, podul rezonant. Schema bloc este prezentată în figura 7

Fig.7

Dupa cum poate părea la prima vedere, podul rezonant nu este mult diferit de podul cu PWM, şi este adevărat. Practic, sa introdus în plus, doar circuitul rezonant LC, conectat în serie cu transformatorul de putere. Cu toate acestea, introducerea

acestui lanţ schimba complet procesul de pompare a puterii. Pierderile scad, creşte eficienţa, scade nivelul de interferenţe electromagnetice,se reduce sarcina pe

condensatorii electrolitici de intrare. După cum puteţi vedea aveţi posibilitatea să eliminaţi complet protecţia de current, driver pentru comanda tranzistorilor de

putere poate fi necesar numai în cazul in care se folosesc tranzistori MOSFET cu capacitatea pe poarta mai mare de5000pF . Pentru tranzistoare IGBT este suficient

doar un transformator de impulsuri. O descriere mai detaliată a functionarii şi reglajelor se va face un pic mai departe, la exemplul de invertor de sudura real.

Reglarea curentului de ieşire la acest tip de convertizor se poate face indouă moduri.Acestea sunt de frecvenţă şi de faza. Ambele dintre ele au fost

menţionate anterior în descrierea Half Bridge-ului rezonant. Şi ultimul tip de convertizor de frecventa – Full Bridge cu drosel. Schema sa

practic nu diferă de podul rezonant (jumătate de pod),este inclus doar lanţul LC in

10

serie cu transformatorul, dar nu este in rezonanţă. C= 22µF/63V funcţionează ca un condensator de echilibrare, şi droselul L , ca reactanţa a cărei valoare este liniar dependenta de frecventa. Controlul unui asemenea convertizor - Frecventa. Cu o frecvenţă sporită, reactanta droselului L, creşte. Curentul prin transformatorul de

putere este redus. Simplu şi fiabil. Cele mai multe invertoare industriale sunt construite pe baza unui principiu de reglementare şi de restricţionare a curentului

de ieşire. Cred că principiile generale de functionare a unui invertor puternic de sudura s-au înţeles. Principalul lucru este de a decide ce vreti şi sa selectaţi respectivul sistem .

Prin urmare, putem trece la concret,la schemele electrice experimentate in mod repetat .

 

3.Cross Bridge, sau convertorul cu un singur tact si iesire directa. În figura 8si 8a, se prezinta schema electrica completa a unui invertor de sudura

Cross Bridge pentru curenţii intre 5 - 160 Amperi. Planurile sunt destul de simple şi de încredere, cu simplitatea ei, asigură o performanţă bună. Singura diferenţă

între aceste sisteme, este generatorul de tact. Primul este cu uc3845, iar al doilea cu uc3825. Mai jos sunt dati parametrii de bobinaj ale transformatorului si

droselului . Tr.1- E65 № 87, EPKOS, intrefier de 0,1 mm

I - 18-20 spire PETV-2, cu diametrul de 1.96 mm, într-un singur strat, II - 6 spire, PETV-2, cu diametru de 2.24 mm, bobinat in doua straturi.

Primul strat, apoi izolatia,si al doilea strat. Înfăşurările sunt conectate în paralel. În general, ar trebui ca secţiunea transversala sa fie de aproximativ 16mm patrati.

Izolatia între straturi este mai bine sa fie din cauciuc conducator termic"NOMAKON, dar se poate face şi din teflon.

Tr.2 E7x7, 2000µH. Toate înfăşurările au 35 spire, SEW-2, 0,35 mm. pas de 0,5 mm

T.tr. 2xK20x10x5 2000 µH ,100 spire SEW 0,2 mm Dr. pe E 20x28 2000N µH

12-16 mm pătraţi, cablu multifilar, 6-8 spire, un pas de 0,5 mm, selectat pentru un arc de durata.

Tr.3 B-22 2000 µH înfăşurarea primara 60 spire, sarma SEW-2,cu un diametru de 0,3 mm, infasurarea

11

secundara 8 +8 spire, diametrul firului de 0,55 mm. Frecventa invertorului este de 100- 120kHz.

Tuningul începe cu unitatea de control- generatorul de comanda. Alimentam Uc3845, uc3825, cu12-15V şi vizualizam forma semnalului pe portile tranzistorilor

de comutatie.Pe ambele porti trebuie sa fie semnale identice, perfect dreptunghiulare,ca în oscilogramele din fig.9.Daca semnalele diferă mult de cele

prezentate in fig.9, neaparat trebuie facute sa arate la fel.Fara aceast conditie indeplinita nu putem sa alimentam cu energie tranzistoarele de comutatie!

Dacă totul merge bine, se trece la etapa următoare de reglaje. În primul rând, verificaţi linearitatea regulatorului rotind rezistorul variabil.Pe ecran ar trebui sa vedeti o modificare linear a latimii impulsurilor de control de la 50% la 0 %(doar pentru Uc3825). Nu este foarte convenabil, ca Uc3845 nu răspunde la ajustare, în cazul în care la pinul 3 nu este un semnal OS (trapez de la un transformator de curent, sau poate fi conectat pinul 3 cu pinul 6 printr-un calaret1 / 100 pentru

aceasta pinul 6 fiind legat la masa printr-un resistor de 5kΩ şi acest rezistor sa fie decuplat cu o capacitate de 0,01 µF, aceasta fiind o linie de întârziere primitiva).

12

Personal, prefer Uc3825, este usor sa lucrezi cu el! Totul este clar.

13

14

Fig. Mai departe inchidem alimentarea modulului de putere şi incepem sa ridic m treptat tensiunea la 20-40V. În acest timp, puteţi conecta un osciloscop int

e colector si emitor la un tranzistor de comutatie din punte, (10V/div), si veti obti e o imagine similară cu cea din Fig.1

  Apoi, trecem osciloscopul pe înfăşurarea secundară, să verificam faza înfăşurăril

transformatorului de putere. Mergem mai departe Verificam limitarea de curent. Osciloscopul se va pune pe sensibilitate mica

. Reglati tensiunea de 20-40V la minim si vizualizati impulsurile.Puneti iesirea n scc. Latimea impulsurilor ar trebui să scada brusc. Dacă nu – se va verifica faza a infasurarile transformatorului de curent. Treceti cablul prin inel în direcţia opu

ă (pentru uc3845) Conectaţi cablul de forţa de ieşire cu un cleste, astfel încât ă puteţi face scurt-circuit. Pe iesire puneti un aparat cu shunt, pentru a masu a curentul. Osciloscopul pe sensibilitate mica . Reglarea curentului la un niv l minim.La ieşire scurt-circuit. Ridica uşor tensiuneaurmariti impulsurile

e transistor si cresterea curentului prin cresterea tensiunii.Daca curentul minim es e intr-adevar mic,si nu este sursa insasi mica ,atunci se poate si cu o sursa nu pr

a puternica sa ajungem la tensiunea maxima.Faceti totul incet si cu atentie!Priviti i ascultati! Creşterea tensiunii trebuie cand si cand oprita si incercat sa adauga i rezistente in circuitul de curent si deasemenea sa priviti si sa ascultati.In cazul

15

existentei unor sunete straine in spectrul audio,cautati cauza lor.Atunci cand protectia de current lucreaza apare un sunet suierator,acest lucru fiind

normal.Curentul de scc.poate sa fie mare daca constanta RC la pinul 3 este prea mare-de obicei optim este de 200-250 nsec, adica 100Ω si 2,2 nF.Aplicati tensiune

normal.Asteptati sa lucreze releul de pornire si pe diodele antiretur conectati osciloscopul.Imaginea trebuie sa fie ca in fig.11.

 Daca totul a mers bine şi nu a explodat nimic, vă puteţi conecta în siguranţă la

ieşire o rezistenta ballast de 0,5 Ohm, care este suficienta pentru a efectua experimente în continuare şi măsurători. În cazul în care pe o rezistenta de 0,25 ohmi a-ti reuşit să obţineti 26-30V, care este destul de realist,in conformitate cu

datele de bobinaj ale transformatorului,puteti cu usurinta sa aprindeti arcul,si regland intrefierul pe droselul de iesire,sa obtinem o ardere stabile a arcului.

Curentul de scurt-circuit poate fi reglat din circuitul RC de la pinul 3(9) ,de obicei acesta aste de la 30-50 A in sus pentru toate regimurile. Această rezervă este

necesară pentru a facilita aprindere a arcului, dacă nu supravoltati. Nuanţele de proiectare si instalare de putere vor fi discutate mai târziu, acestea fiid

comune pentru toate tipurile de invertoare. Mai jos sunt formele de undă pe înfăşurarea secundară a transformatorului de putere, care ilustreaza procesul de

reglare a curentului.  

 

4. Half Bridge invertor push-pull cu PWM, cu drosel,resonant. Convertoare Half-Bridge sunt utilizate în invertoarele de sudura suficient de des.

16

Ele sunt indeosebi agreate de producătorii chinezi. Şi, deşi, pentru a obţine puteri decente, este nevoie de curenţi dubli prin modulele IGBT , permit construirea

unor invertoare de sudura cu performanţe decente, care se bazează pe schema Half-Bridge. Simplitate şi un minim de piese, fiabilitate si eficienta ridicata. Toate acestea atrag dezvoltatorii de echipamente de sudură. În acest capitol am descris

combinat trei tipuri de convertoare Half-Bridge, schemele sunt foarte similare, diferind doar în principiile de gestionare a curentului de ieşire, limitarea curentului

prin switch-urile de putere şi de transmitere a energiei la sarcina. Diagrama schematică completa a invertorului de sudare Half-Bridge cu PWM este prezentata

în Figura 12. Invertorul construit pe un astfel de sistem este în măsură să dea un curentîn arc de până la 130A, la o frecvenţă de 30-40kHz, determinat fiind de

tranzistorii folositi. Datele de bobinaj sunt prezentate mai jos. Tr.1 E65, № 87, EPKOS

I - 9-10 spire PETV-2 , cu diametrul de 2,5 mm; II - 3 +3 spire (6 spire cu prize mediana), PETV-2,cu diametrul 2,24mm.x4fire.

Tr.2 B-22,2000 µH I - 60 spire, SEW-2, cu diametrul de 0,3 mm; II – 7+7 spire SEW -2, cu diametrul de 0,56

TTF. 2K20x12x6, 2000 µH o singura înfăşurare 50 spire PEV-2, cu diametrul de 0,3;

Dr.1 K28x16x9, 2000 µH 15 spire cu sectiunea 1mm pătrat.

Tr.3 K28x16x9, 2000 µH

Toate cele 4 infasurari bobinandu-se simultan, 30-35 spire, MGT Ф-0, 12.

17

Inceputul infasurarilor fiind marcat cu punct pe schema.

18

19

Ne întoarcem acum la circuitul electric. Oscilator master este construit pe un c p US3825 , este unul dintre cele mai bune drivere push-pull, are toate protecţiile, e curent, tensiune, la intrare, la ieşire. În timpul funcţionării normale, este aproa

e imposibil sa se arda! După cum se poate observa din schema GF ,sistemul este n clasic push-pull convertor, cu un transformator care comanda puntea de iesire Reglam GF astfel:alimentam blocul,si din potentiometrul de reglare a frecvent

i reglam aceasta frecventa la 30-40kHz, punem o rezistenta de sarcina de 20-30Ω e infasuratea de iesire a transformatorului Tr.3, si iata forma semnalului care trebu

e sa fie ca in fig.1 .

timpii morti sau de pauza pentru tranzistoarele IGBT trebuie să fie cel puţin 1 2 microsecunde, iar in cazul tranzistorilor MOSFET, pauza poate fi mai mică

e aproximativ 0,5 microsecunde. De fapt pauza determina capacitatea de control e frecvenţă a driverului, şi pentru valorile indicate in schema , este vorba despre 2µ . Conectam la transformatorul Tr.3 driverele tranzistorilor de putere si pe ei insas . Semnalele pe poarta trebuie să fie similare cu cele din figura 14, dar în antifaz

. Prin rotirea rezistorului

  de ajustare a curentului maxim (pin 8 ), durata de impulsurilor de comanda trebu

e să varieze de la 0 la max 50% (minus timpul mort).Prin aplicarea unei tensiu i pozitive la pinul 9 in intervalul 0-1,5V se pastreaza gama de reglaj a curentului d

se modifica panta de reglare.. În schema noastra limitarea curentului maxim se

20

face la pinul 9,iar linearitatea reglarii curentului de iesire la pinul 8 al UC3825. Metoda de punere in functiune a convertizorului este de extrem de

simpla,alimentam cu tensiune blocul de control iar in blocul de putere inchidem autotransformatorul reglabil. In locul transformatorului de putere conectam un bec

200Wx110V, şi verificam existenta impulsurilor pe poarta tranzistorilor de comutatie. Incepem sa crestem treptat tensiunea aplicată la modulul de putere.

Periodic ne oprim şi verificam pe osciloscop,ce avem pe becul electric. Dacă lampa se aprinde uşor şi se observă pe imaginea de pe ecranul osciloscopului ceva

similar cu figura 13, încearcăm să reglam curentul. Prin asta ,lampa ar trebui să răspundă la rândul său fără probleme la rotirea potentiometrului, stralucirea

trebuie să se schimbe de la 0 la max! Dacă nu – trebuie sa aflam de ce. Probabil va trebui sa cautam în jurul rezistenţei de reglare a curentului, pentru că de ea

depinde gama de reglare a curentului de ieşire! Tensiunea la pinul 8 ar trebui să varieze de la 3 V la 4 V, în acest timp vom avea o modificare a duratei de

impulsurilor de ieşire de la 0 la 50%. În opinia mea mea totul este clar. Următorul nostru pas va fi sa dezlegam lampa, şi sa conectam in locul său transformatorul

de putere , in infasurarea secundara legand o lampa de 100Wx36V . Toate trebuie reluate de la început, treptat autotrafo ridica tensiunea la 220V. Totul ar

trebui să funcţioneze în mod similar. Dacă asa si este, în condiţii de siguranţă putem conecta diodele de putere, si scoatem autotrafo el nemaifiindu-ne de folos. Alimentam direct de la reţeaua de 220V, fara sarcina,dupa o secunda

trebuie sa inchida releul,care shunteaza lanţul si alimenteaza cu toata tensiunea blocul de putere. Releul este deasemenea un mijloc de protectie împotriva scc. pe

termen lung. Dacă în momentul alimentarii aparatului ieşirea sa va fi in scc., Releul nu se va inchide şi consumul de energie al aparatului nu va depăsi 50W si

aceasta stare se va mentine până in momentul în care scc. La iesire va fi inlaturat. Includerea lantului RC limitează consumul de curent de la reţea la 250mA la

scc.total. Aproximativ acelaşi lucru se întâmplă la lipirea electrodului, condensatorul legat in paralel cu releul , determină timpul de intarziere la

deschidere al releului. Mergem la urmatoarea etapa de reglare, pentru aceasta avand nevoie de un

rheostat cu puterea de 5kW si rezistenta de 1,0Ω. Setaţi regulatorul de current la max. şi legati rezistenta de balast (reostat) pe iesire. Măsurand tensiunea pe ea,

21

aceasta trebuie să fie în jur de 35-40V, rotiţi încet butonul de scadere a curentului. Tensiunea ar trebui să scadă treptat. Apoi, acţiunea noastră cea mai

importanta – stabilirea curentului de vârf (cutoff ) pe tranzistoarele de comutatie(de protecţie). Punem potentiometrul de reglaj al protectiei intr-o

pozitie mediana, si micsorand rezistenta reostatului de sarcina cautam sa gasim punctul de funcţionare, acest moment poate provoca un fluier în

transformatorul de putere. Făcând invers,adica din potentiometrul de reglare sa gasim pozitia de functionare a limitarii, rezultatul nu este sigur. Nu proceda asa,de obicei acest lucru duce la arderea tranzistorilor de putere! Ajustarea

rezistorului de protecţie se poate incepe numai atunci când sarcina este mica! Ei bine, cam asta-I tot. În cazul în care pe o sarcină de 0,25 ohmi reuşiti să obţineti

26-28V, şi la 0,15 Ω max. va lucra protecţia la supracurent, aparatul va avea rezultate minunate , dar numai cu dublor sau drosel la iesire.

20

Următoarea schema - invertor suduraHalf-Bridge rezonant cu regulator de faza a curentului de ieşire. Schema completa este prezentată în Fig.15. Acest sistem

permite sa obţinem în arc, un curent de la 5 la 120A, acest lucru este destul de mult pentru electrozi normali cu un diametru de 1,6 - 3,0 mm. cu tensiunea de

210-240V. Mai jos sunt detaliile cu privire la transformatoare şi droselle. Tr.1 E65, № 87, EPKOS,

I - 9 - 10 spire PETV-2, cu diametrul de 2,5 mm; II - 3 +3 spire (6 spire cu priza mediana ), PETV-2, 2,24 mm.diametrul, patru fire

simultan. Tr.2 B-22, 2000µH

I - 60 spire, SEW-2, cu diametrul de 0,3 mm; II - 7 +7 spire SEW -2, cu diametrul de 0,56mm;

TTr. 2xK20x12x6, 2000 µH o singura înfăşurare 50 spire PEV-2, cu diametrul de 0,3mm;

Dr.1 Ex20x28, 2000 µH 12 spire, PETV-2, cu diametrul de 2,5 mm, intrefierul de la 0,3 la 0,9 mm, este ales experimental.

Dr.2 K28x16x9, 2000 µH, 15 spire cu sectiunea firului de bobinaj de 1,0mm pătrati .

22

Tr.3 K28x16x9, 2000 µH Toate cele 4 bobine sunt identice, bobinate în acelaşi timp,30-35 spire,MGTF-0,12

Inceputul infasurarilor este marcat printr-un punct. După cum puteţi vedea circuitul este foarte asemănător celui precedent, dar

designul unităţii de putere este mult mai uşor! Aceasta se explică prin faptul că întregul sistem lucreaza în rezonanţă şi pentru comanda tranzistorilor de putere este bineinteles nevoie de energie mai putina de cat in circuitul cu comutatie de

putere . Comanda tranzistorilor la tensiune sau curent zero este bineinteles mult mai usoara, ceea ce explică faptul că la acest sistem nu veţi vedea drivere pentru

switch-urile de putere, nu există nici indispensabilele lanţuri RCD (snuber) de protecţie, nici o protecţie de suprasarcină curent, limitarea de curent fiind

îndeplinita de droselul rezonant şi inductivitatea in sine a transformatorului de putere.

Procesul de punere in functie de asemenea nu difera mult de punerea in functie a unui invertor cu PWM, deşi începe exact la fel, până la aplicarea impulsurilor de

control la porţile tranzistorilor de putere. Deoarece nu avem drivere, atunci forma de undă a tensiunii pe portile tranzistorilor va arata diferit, a se vedea

Fig.16.

Fig.16

23

24

25

Aşa cum se vede, frontul de ieşire are o cadere destul de buna,acesta e te aplicat pe poarta tranzistorilor. Pentru schema precedenta, o astfel de formă

impulsurilor de comanda , ar fi ucigatoare 100%! Convertorul rezonant in p ivinta asta este al naibii de bu

! Prin urmare, verifica forma de impulsurilor de comanda pe poarta şi oprestet . Regulatorul de curent va expune o durată maximă a impulsurilor de cont

ol, dacă nu, ajustarea ulterioară nu va schimba nimic. Setam oscilatorul master la frecvenţa de 45kHz, împreuna cu transformatorul de putere, în serie

circuitul rezonant RC legam un un bec pe 100Wx36V. In locul alimentarii de putere folosim un autotrafo reglabil, unitatea de control fiind alimentata de la o sursă

separată, şi vom creşte încet tensiunea de pe unitatea de putere. La aproxim tiv, 40-50V, dacă lumina nu este aprinsa, sau arderea nu este foarte luminoa

a, se opreste cresterea şi se modifica frecventa oscilatorului de comanda pa a ce becul va atinge luminozitatea maximă. Intrefierul non-magnetic la drosel

l de rezonanţă ar trebui să fie de 0,4-0,5 mm,adica de aproximativ 4-6 stratur de bandă de hârtie decoratoare. Dacă totul merge bine, schimbam becul cu

unul de 100Wx110V şi continuăm să ridicam tensiunea la 220V, , ocazional regland recventa, în cazul în care frecvenţa de rezonanţă va fi pierduta. Aceasta

a fost o ajustare preliminara. Scoatem becul şi conectam transformatorul de pu ere încărcat cu un bec 100Wx36V. Se repetă întregul proces de la început, cre când treptat tensiunea şi frecvenţa de rezonanţă de adaptare la punctul de

rdere luminoasa a lămpii. Toate acestea sunt necesare de făcut pentru a identific defectele şi erorile din montaj ,spre deosebire de situatia in ca

e am da dintr-o data tensiune de 220V, ceva se va arde,si nu vom înţele e de ce. Faza următoare, se scoate lampa şi conectaţi diodele de putere.Deasemeni coateti autotrafo si alimentati direct de la retea. Peste cateva secunde ar trebui s funcţioneze releul de pornire şi tensiunea de ieşire va fi 46-50V. În prima

faza, am recomanda sa conectati un bec 100Wx36V şi să faceti totul sa mearga sigur st bil, nu sunete străine. Reglementare.Stralucirea lampii sa fie liniara şi curentul sa arieze uşor de la max la min. Dacă totul este bine, înlocuiţi becul cu un rezistor de

balast 1.0 ohmi la 5 kW si continuati reglajele.Pe scurt, conectarea sarc nii (1,0 Ohm) ajustarea frecvenţei la punctul în care voltmetrul montat pe sarci

a prezinta tensiunea maxima, şi rotind potentiometrul de control al frecvenţei în

26

orice direcţie, tensiunea va scădea. Aproximativ,frecventa poate fi de 30 de 35kHz, iar tensiunea maximă va fi de aproximativ 38V. Reducem şi mai mult

rezistenţa de sarcină la 0,5 ohmi, şi prin creşterea frecvenţei găsim tensiunea maximă, apoi repetam tot pentru sarcina de0,25 Ohm. Inca odata va repet, toate operaţiunile pentru stabilirea rezonanţei se fac doar pentru a produce o durată

maximă a impulsurilor de control! Rezultatul final: ar trebui să obţineţi o tensiune pe iesire de 26-28V la sarcina de 0.25 ohmi şi,daca in continuare scadem

rezistenta sarcinii,tensiunea trebuie sa scada. Astfel, în cazul în care rezonanţa va fi configurata pentru o sarcina de 0.25- 0.2 ohmi, în acest loc vom obtine si puterea maximă! Curentul maxim de ieşire depinde în întregime de droselul rezonant mai exact de intrefierul non-magnetic din miez. Intrefier mai gros,

curent şi frecvenţă mai mare. Trebuie amintit iar ca miezul droselului resonant trebuie ansamblat astfel încât acesta sa poate fi înlăturat usor, şi sa se ajusteze usor intrefierul în cazul în care grosimea necesară e diferita. Grosimea de lucru a intrefierului poate ajunge la 1 - 1,5 mm, dar este mai bines a incepem reglajul cu 0,3 - 0,5 mm. Un astfel de intrefier va limita curentul maxim prin tranzistori, şi în

cazul aparitiei unei avarii , nu va îngădui să-i ardă. O creştere suplimentară a sarcinii, la o frecvenţă constantă va duce la scăderea tensiunii şi puterii. Curentul de scc. poate depăşi curentul maxim de arc de 1,2 -

1,5 ori, dar tensiunea de ieşire scade la 2-3V şi, astfel, puterea nu va fi semnificativa.Acesta este un plus incontestabil a invertorului rezonant o limitare

a puterii , naturala. Cu această configuraţie, aparatul nu se teme de modul de lucru in scurt-circuit, viteza de limitare a curentului este cu un ordin de marime

mai mare decât cea mai rapidă protecţie parametrica. Iar prin folosirea de dublare a tensiunii de ieşire se poate aprinde şi susţine un arc în cele mai dificile

condiţii! Figura 17-19 prezinta formele de undă de tensiune pe portile tranzistorilor,la

scimbarea curentului de iesire in sensul scaderii, cu regulatorul de fază.

27

Şi inca un mod de a regla rezonanta, pentru electronistii avansati. În circuitul

primar includeti un transformator de curent. De exemplu, 50 spire pe un inel , K28 ,2000µH. Încărcaţi aparatul la limita de sarcină, de exemplu, 25V şi 150 A,

care este de aproximativ 0,17 Ω.Latimea impulsului o stabilim la maxim,frecventa de rezonanta in mod evident va creste,in cazul nostru aceasta va fi de

aproximativ 45-50kHz.Alimentam prin intermediul autotrafo cu nu mai mult de 40-60V. Desigur, unitatea de control este alimentata separat, conectaţi

osciloscopul la transformatorul de curent. Imaginea va arata ca o sinusoida intrerupta. Incet ,variem frecventa pana cand sinusoida se va uni intr-o linie

continua. Asta e tot! " Aproape acelaşi lucru se poate observa conectand osciloscopul la condensatorul de rezonanţă, sau conectand în serie un rezistor de

0,1 Ohmi in circuitul primar,si conectand osciloscopul în paralel cu acesta. Al treilea tip de Halfe-Bridge cu balast de împrăştiere, este un hibrid între

convertorul cu PWM şi celrezonat cu regulator de frecvenţa sau faza . Sistemul nu diferă de sistemul de convertor cu PWM, sa introdus numai un lanţ RC în serie cu transformatorul de putere, ca şi la sistemul cu rezonanţă. Dar acest lucru nu este

un circuit rezonant,ci un lanţ simplu de limitare a curentului maxim. Condensatorul din acest lanţ este pur şi simplu pentru echilibrare şi capacitatea sa

este 22µF/63V , de tip K73-16V. Droselul poate pune exact la fel ca în convertizorul rezonant , de marimea inductantei sale depinde puterea maximă a

convertizorului.

28

5.Full- Bridge PWM push-pull invertor, resonant,cu drosel de imprastiere.

Acest capitol este dedicat în întregime convertizorului cel mai puternic – Full-Bridge. În ceea ce priveşte utilizarea la capacitate maxima a parametrilor

tranzistorilor si optimizarea puterii , acest tip de invertor de înaltă frecvenţă este cel mai bun. Aşa cum am scris mai sus, spre deosebire de invertorul Half-Bridge, curentul prin tranzistori la Full-Bridge este în măsură să dea de 2 ori mai multa putere. Dar destul cu teoria! Ne întoarcem la acest tip de invertor de sudura. In

primul rand avem un Full-Bridge cu limitarea prin PWM a curentului maxim prin tranzistori, şi o reglare usoara a curentului de ieşire, prin reducerea duratei

impulsurilor de comanda. In figura 20 se prezinta schema de circuit completa pentru un invertor de sudura cu o gama de curenti la iesire de 5 - 200A.

Tensiunea maxima este egala cu 66В.La aceasta tensiune ard usor si cei mai grosi electrozi. .Mai jos sunt detalii cu privire la transformator si drosel.

Tr. 1 – 2xE20x28, 2000µH I - 14 spire, PETV-2, cu un diametru de 2,56 mm. Inductanta de 2,5-3mH.

II - 3 +3 spire, PETV-2, un diametru de 2.24 mm, în patru fire (16mm ²) Tr.2 - K28x16x9, 2000 µH

Toate înfăşurările sunt la fel, 30-35 spire, MGTF-0, 12mm. Se bobineaza toate odată.

Tr.3 - B22, 2000 µH - 60 spire, SEW-2, cu diametrul de 0,3 mm, II-a 7 +7 spire, SEW-2, cu diametrul de 0,5 mm.

TTr. K28x16x9, 2000 µH, 50 spire, SEW-2, cu diametrul de 0,3 mm. Dr.1 E20x28, 2000 µH

Orice conductor16 - 20mm patrati, 6-7 spire, pas de 3-5mm. Stranse bine pentru un arc de durata. Inductanţa aproximata 10- 50 µH.

Diodele D1-D3 marca IR, 150EBU04. Releul de pornire R la 24V, 30A AC250V.

29

Schema prezentată în figura 20 este destul de dificila şi necesită o mare experienţă în producţie şi reglaj. Dacă credeţi că nu aveti o astfel de experienţă,

eu nu va recomand sa va apucati de lucru . Adevărul este că cu cat este mai mare puterea convertorului , cu atat ar trebui să fiti mai atenti la executarea legaturilor electrice,la sistemul de răcire şi aşa mai departe. Dar asta e poezie,sa trecem la

practica. Oscilatorul master, ca şi în circuitul de Halfe -Bridge este construit pe un cip UC3825,si constructia sa nu se deosebeste cu nimic de constructiile

anterioare. Este o schema sigura si simpla, dovedita în toate aplicatiile mele. Deci,stabiliti frecventa la iesire la 35 - 40kHz, verificaţi forma de undă la

înfăşurările de ieşire ale Tr.3 (punand ca sarcina rezistoare de 56 ohmi sau bec 5Wx12v). Prin rotirea potentiometrului ”regulatorului de curent”, durata

impulsului ar trebui să varieze de la 0 - 50%.Pentru sudura nu trebuie sa facem regulatorul incepand de la zero, nu se inchide releul de forta, recomand o lăţime minimă a impulsurilor de comanda,experimental obtinuta si fixate la nivelul de

10-15%. Etapa urmatoare,verificarea fazarii (tranzistorii Full-Bridge-ului lucreaza pe

diagonală) pentru a conecta transformatorul de comanda la driverele comutatoarelor de putere. La inceput,pe o diagonală, în locul transformatorului

inseriati o lampa la 12V,alimentati puntea cu tensiune de 12-15V, pentru aprinderea lampi. La 12 - 15V alimentare, lampa se va aprinde la jumatate de intensitate. După ce am gasit faza, conectaţi diagonala a doua. Daca totul este

corect, lumina se va aprinde în deplină strălucire. Rotind potenţiometrul regulatorului de current, vom observa o schimbare consistenta a luminozitatii de

ardere a lampii. În aceasta stare verificam forma semnalului de comanda pe portile tranzistoarelor de putere . Aceasta ar trebui să fie similara cu cea din

Figura 14. Apoi, faceti tot ce am recomandat pentru Halfe-Bridge cu PWM. Mai jos sunt oscilogramele de ajutor luate in diferite puncte ale invertorului Full-Bridge

cu PWM.

30

În figura 21- frontul fata a impulsului de comanda de pe poarta tranzistoarelor de putere

Figura 22 frontul spate, de închidere a comutatorului. 0,3 µs / diviziune, 2V/diviziune.

Fig.23 -Forma de unda pe înfăşurarea secundară a transformatorului de putere, max. 15V/div.l, 2µs/div.

Fig.24- de asemenea, sub sarcină, curent de 10A. Sunt clar vizibile pauza între impulsuri, frecvenţa 39kHz.

Fig.25 Fig.26 Fig.26a

Fig.25- curent de 30A pe sarcina de 0,25 Ohm. 2µs/div., 15V/div. Fig.26 -curent de 70A pe sarcina de 0,25 ohmi, 2µs/div., 15V/div

Fig.26a- curent de 120A, forma de tensiune pe înfăşurarea secundară, 2µs/div., 15V/div.

Aşa cum vom vedea cu creşterea in latime a impulsurilor de comanda creşte curentul de iesire, ceea ce de fapt trebuie sa se si intample.

Sa revedem schema convertorului Full-Bridge cu drosel de imprastiere. Schema

31

electrica este prezentată în Fig.30. Acest sistem diferă de cel anterior numai în faptul că, în circuitul de putere am introdus un lant RC , care limiteaza curentul

maxim si formeaza caracteristica abrupt cazatoare a diagramei VA. Reglarea curentului de ieşire –prin modificarea frecvenţei. Cu o frecventa de 10kHz –

curentul este maxim, plafonul său este limitat de sistemul de protecţie a PWM. Modificand frecventa la 50kHz,curentul ,usor si lin va scadea la minim. Acest lucru

se datorează faptului că reactanţa droselului Dr.2 creşte liniar cu frecvenţa în creştere. Tensiunea pe înfăşurarea primară a transformatorului de putere la

frecvenţe diferite are forma, ca în oscilogramele de mai jos. Fig.27. Fig.28. Fig.29.

Cu acest sistem pot fi construite invertoare de până la 10 kW. Construirea unui astfel de convertor,este exact la fel ca laprecedentul. Singura diferenţă este că

oscilatorul de comanda trebuie să acopere intreaga gama de frecvenţe de la 10kHz la 50kHz. Inductanta droselului se alege in functie de puterea necesară ,de

curenţii admisibili din tranzistori, şi de gama reglajului de curent de ieşire. Aceasta poate fi si70µH şi 30 µH. Cu cat este mai mica inductanta droselului,cu atat mai

mare va fi curentul prin circuitul de forta,de aceea droselul trebuie sa aiba o constructie asemanatoare cu cel de la invertorul Halfe-bridge resonant pentru a

putea creste sau scade intrefierul,modificand astfel inductanta.

32

33

34

Tensiunea la born

e droselului pentru diferiti curenti de sarcina va arata ca in Fig.31 si Fig.32. Cred că ne-am mai luminat un pic, şi putem merge mai departe la invertorul Full

Bridge cel mai promiţător – cel in rezonanţă. Schema completa este prezentată n fig. 33. Schema lui este mult mai simplă decât toate invertoarele anterioare de udura de tip Full-Bridge, dar nu este mai puţin atractivă. Insasi lucrul in

regim rezonant permite obţinerea unui invertor cu cea mai mare eficienţă, elimina uprasarcina din tranzistori,elimina driverele ,protecţia de curent şi droselu

de iesire, folosind în schimb schema originala de dublare a tensiunii de ieşi e. Reglarea curentului de ieşire prin variaţia duratei impulsurilor de comanda l

frecvenţa de rezonanţă. Această metodă se numeşte - cu ajustare de faza Mai jos voi încerca să ofer detalii asupra modului de lucru a puntii rezonante.

ranzistorii într-o punte rezonanta (ca si în cea liniară) lucreaza pe diagonală , ac ta intamplandu-se astfel: în timp ce tranzistorii din stânga sus şi dreapta-jos T2

i T4,sunt deschisi,in acest moment tranzistorii din dreapta sus şi stânga jos, T3 si T1 sunt închisi. Sau invers! Functionarea puntii rezonante este împărţi

a în patru etape. Sa vedem ce se întâmplă în cazul în care frecvenţa de comanda a t anzistoarelor de comutaţie coincide cu frecvenţa de rezonanţă a lanţului Dr.1 .-

rez-Tr.1. Să presupunem că în prima fază s-au deschis tranzistorii T3, T1, timpul ca ele se afla în starea deschis este stabilit de driverul GF , iar la frecvenţa de

ezonanţă de33kHz este de 14 ms. În acest timp curentul circula prin Crez - Dr.1 - Tr.1. urentul în acest circuit întâi creşterile de la zero la valoarea maxima, şi apo

, pe masura ce condensatorul Crez se incarca, scade la zero. Conectat in serie cu

35

Crez., droselul Dr.1 formeaza un front sinusoidal.

36

37

Dacă in serie cu lantul de rezonant includem un rezistor, şi conectat la ac sta un osciloscop puteţi vedea forma curentului, care aminteşte de o semiperioada a sinusoidei. În a doua etapă, cu durata de 2 ms, portile tranzistorilor T1, T3 su t conectate la pământ , prin rezistorii de 56 ohmi şi bobinele transformatorului de impulsuri Tr.3, acesta fiind aşa-numitul "timp mort". În acest timp capacitatea de po

rta a tranzistorilor T1, T3 este complet descărcata, şi tranzistorii su t închisi. După cum reiese din cele de mai sus,asa cum am mai spus, în momentul de t

anziţie de la starea deschis la închis,curentul prin cei doi tranzistori este zero, deoarece condensatorul Crez este incarcat şi curentul prin aceasta nu mai circula. V

ne a treia fază - deschiderea tranzistorilor T2, T4. Timpul petrecut de ei în stare deschis este de 14 ms, timp in care condensatorul Crez.se descar

a si apoi se reincarca cu polaritate inversa, formând cea de-a doua semiperio da a sinusoidei. Tensiunea pana la care se reîncarca Crez. depinde de rezistenţa d

sarcină din înfăşurarea secundară a Tr.1, şi cu cat rezistenţa de sarcină este mai mică, cu atat mai mare este tensiunea la care se incarca Crez.. Pentru o sa

cină de 0,15 ohmi, tensiunea pe condensatorul de rezonanţă poate ajunge la aloarea de3kV . A patra etapa, începe ca si a doua, în momentul in care curentul de

olector al tranzistorilor T2, T4 scade la zero. Această fază durează, de asemenea, 2 ms. Tranzistorii sunt închisi. Apoi, totul se repetă. Fazele a doua şi a patra d

lucru sunt necesare pentru ca tranzistorii din colturile puntii s-ar putea închide nainte de a se deschide anteriorii dacă timpul fazelor a doua şi a patra va fi mai mic decât timpul necesar pentru închiderea completă a tranzistorilor comandati

apare un varf de current ce este de fapt un scc. pe inalta tensiune impactul iind previzibil, de obicei, dispare complet ramura puntii (tranzistorul superior şi

nferior ), plus puntea redresoare de putere, plus siguranta de la un vecin ! :-))). Pe tru tranzistorii care sunt folositi în sistemul meu, "timpul mort" ar treb i să fie cel puţin 1,2 microsecunde, dar avand in vedere dispersia paramet

ilor, am deliberat aceasta: am crescut timpul mort la 2 microsecunde. Oscilograme e puntii rezonante sunt la fel ca pentru semipuntea rezonanta, a se vedea figurile 16 -19. Tehnica de reglaj este aceeaşi, de aceea nu o voi repeta. Mai jos sunt da

i parametrii de bobinaj a unui invertor de sudura Full- entul de 5-200A.

Tr.1 E65, № 87, EPKOS

38

I - 18 spire, PETV-2, cu diametrul de 1.96 mm, într-un singur strat pe o carcasa standard;

II - 3 +3 spire, PETV-2, cu diametrul de 2.24 mm, patru fire, doua straturi de două fire. Pentru a facilita schimbul detemperatura, banda de izolaţie dintre straturi se

face din teflon, sau din cauciuc siliconic termorezistent, cum ar fi "NOMAKON. Transformatorul este de dorit să se pună pe răcire fortata cu aer.

Tr.2 B22, 2000NM I - 60 spire, SEW-2, cu diametrul de 0,3 mm;

II - 7 +7 spire, SEW-2, cu diametrul de 0,5 mm. Tr.3 K28x16x9, 2000NM

Toate înfăşurări sunt identice, bobinand în acelaşi timp, 25-30 spire, MGTF-0,12mm..

Dr.1 E20x28, 2000NM 12 spire PETV-2, cu diametrul de 2,24 bobinate cu gol de aer între spire.

Intrefierul non-magnetic din miez este stability intre 0,4 la 0,9 mm pentru curentul de ieşire. Inductanta orientativa a droselului: de la 100 la µH.

Dr.2 K28x16x9, 2000NM 12-16 spire într-un singur strat, bobinata cu cupru cu sectiunea de 1mm.patrat

izolatie PVC. Diodele de putere D1-D2 150EBU04,

Diodele dublorului D3-D6 diode rapide cu curentul de min.10A, şi tensiunea de min.200V, cum ar KD2997A;

D7, D8,diode rapide,de exemplu HER208 . Condensatorul de rezonanta 0,22µF x2000V compania WIMA, alcatuit din patru condensatori de 0,22µF x1000V legate serie-paralel. Puteţi folosi K73-16V, 0,1 µFx1600V 10 bucati, două grupe de 5 bucati legate in paralel,cele doua grupe

legandu-se in serie . Puteţi utiliza un condensator de tip K78-2,K78-18. Obţineti capacitatea necesară şi tensiunea de funcţionare de cel puţin 2000V!

Dacă 200A nu vi se pare suficient, nu trebuie sa faceti modificări complicate şi practic nici o schimbare în circuitul in sine, puteţi obţine cu uşurinţă 300А în arc. Pentru a face acest lucru, este suficient să folositi tranzistorii IRG4PS71UD în loc

de IRG4PC50UD, şi doua miezuri E65 № 87 firma EPKOS puse împreună. Numărul de spire ale infasurarii primare a transformatorului va fi egal cu 10, PETV2 sârmă

39

cu diametrul de 1,8 mm.x2 fire Înfăşurarea secundară trebuie să conţină 1,5 +1,5 spire cu sectiunea de 25-32mm.patrati. Aceasta poate fi facuta din 7-8 fire cu

diametrul firului de 2,24 mm.PETV2 . Bobinarea acestui transformator nu este asa de grea.Droselul se bobineaza pe acelasi miez de tip E65 № 87,(1buc.) şi are 7-9

spire PETV2 sarma de 2,5 mm.diametrul.Intrefierul droselului se stabileste experimental ,si este orientativ de 0,7-1,3 mm. Cu aceste date de bobinaj

frecvenţa de rezonanţă va fi de aproximativ 40kHz. Desigur, va trebui să crească si suprafata radiatoarelor tranzistoarelor de putere şi a diodelor de putere

aproximativ de două ori. Diodele de ieşire sunt legate cate două în paralel. Puntea redresoare de intrare este, de asemenea, dublata. Oscilatorul principal poate sa rămana neschimbat,blocul de alimentare de 12V deasemenea. Condensatorul de

rezonanţă nu va mai fi format din 4 piese 0,22 h1000V WIMA, ci din 9 condensatori 0,22 x1000V WIMA MKP10. Schema de legare a condensatoarelor

este data în Fig. 34.Pentru acesti curenti trebuie sa acordam o atentie sporita Generatorului de comanda si tuturor circuitelor de comanda. Circuitul Uc3825

este foarte sensibil la perturbările puternice, de aceea trebuie neaparat ca generatorul de comanda sa fie amplasat cat mai departe de drosel si

transformatorul de putere, firele care duc la rezistorul de comanda ar trebui să fie ecranate, (-12V) nu ar trebui să treacă în apropierea firelor electrice de înaltă tensiune de putere, stabilizatorul 7812 nu poate fi pus pe acelasi radiator cu

tranzistorii de putere!

C1-C9 condensatori WIMA MKP10

0,22 x1000V. Rezistenţe de 150kΩx2W.

Acest aparat poate debita fără probleme până la 9 kW de energie, la 35A -valoarea curentului în lanţul de rezonanţă.

40

Dar mai există si o altă modalitate de a creşte puterea, iar pentru convertoarele rezonante, este foarte promiţătoare. Aceasta consta in legarea a două sau mai multe unităţi de putere pe aceeasi sarcină. Schema invertorului de sudura la peste 350А este data în Fig. 35 Acest sistem a fost testat şi mi-a dat rezultate

minunate. După cum puteţi vedea, sistemul este construit pe principiul dublarii simple a puterii. Pentru a face acest lucru, luaţi două invertoare Full-Bridge

identice controlate de un oscilator master. Acest model de circuit este justificat doar prin faptul că sunt folosite miezuri E65 № 87 firma "EPKOS, câte unul în

fiecare invertor, şi tranzistori IRG4PC50UD. Cu o astfel de sursa la 350A, regimul termic a celor două transformatoare este mult mai uşor decât regimul termic al

unui singur transformator de aceeaşi capacitate, şi să construiesti doua transformatoare identice pe miez E65, nu este dificil.La fel cu droselele de

rezonanta si tranzistorii de putere. 8 tranzistori tip IRG4PC50UD vor costa mai puţin de cat 4 tranzistori IRG4PS71UD. Fireste ,o soluţie ar putea fi legarea

tranzistorilor şi transformatoarelor in paralel şi nu de configurare a unui Full-Bridge, dar am pornit de la propria mea experienţă, şi ea îmi spune că două punti sunt mult mai fiabile pe aceeasi sarcină, şi sunt capabile să debiteze cu 20% mai

multa putere decât unul cu elementele de putere legate in paralel! Schema oscilatorului de comanda a rămas exact ca in schemele anterioare, s-au schimbat numai datele de bobinaj ale Tr.3 , şi a crescut mărimea inelului de ferită de la K28

la K32. Curentul de ieşire este reglat prin schimbarea duratei impulsurilor de comanda. A trebuit sa cresc puterea blocului de alimentare de 12V de două ori,

pentru aceasta am înlocuit oala pe B22 cu B28 si am legat in paralel doua stabilizatoare 7812. Am pus deasemeni doua punti redresoare de 35 A in parallel pe intrare.Releul de pornire este mai bines a fie la 50A , dar puteţi pune şi două

pe 30A, capacitatea de intrare 5 buc. de 470µFx350V, dar puteţi face şi 4x330x400V. Mai jos sunt detalii cu privire la transformator şi drosssel:

Tr.1, Tr.2 - înfăşurarea primara 16-17 spire PETV2 - diametrul de 2,0 mm, Infasurarea secundara2,5 +2,5 spire (5 spire cu priza mediana ) PETV2, cu

diametrul de 2,24 mm, în patru fire, în total 16mm patrati secţiune.Miez EPKOS E65 № 87.

41

42

43

Dr.1, Dr.2 sarma de diametru 2,24 şi 10 spire PETV2. Miez E20x282000NM.Intrefier de 0,6-0,8 mm, este fixat atunci

când reglati. Dr.3 15 spire de 1mm.patrat VLPY pe K28 2000NM1. Tr.4 număru de spire nu trebuie

chimbat, doar creşteti diametrul sarmei din secundar la 0,8 mm. Reglarea unei as fel de aparat este la fel ca la o punte unică numai ca se face pe rand.La inceput se regleaza primul si-l oprim pe al doi-lea ,apoi se regleaza al doi-lea si-l opri

pe primul.Pentru transformatorul si droselul comun, frecvenţa de rezonanţă va fi a roximativ aceeaşi în ambele cazuri. În cazul în care diferenţa de frecvenţa de ezonanţă este peste 1 kHz, este necesar să se adapteze inductanţa droselului din gar

iturile

ntrefierului. Diferenţa admisibilă de f rcvenţa este de 1-2kHz. 6. Selectarea tranzistoarelor de putere Tranzistorii d

putere sunt inima invertorului de sudura! De selecţia adecvată a tranzistorilor de p tere depinde fiabilitatea întregului aparat. Progresul tehnic nu bate pasul pe l c, pe piaţă apar o mulţime de dispozitive semiconductoare noi, şi să te descurci in ac

astă diversitate este dificil. Prin urmare, în acest capitol, voi încerca să rezum p incipiile de bază de alegere a switch-urilor de putere, în scopul construirii un

i invertor de sudura puternic. Pe primul loc pentru a începe este determinarea proximativă a puterii necesare a convertorului. Nu voi da calcule abstracte, şi i ediat voi trece la invertorul nostru. Dacă vrem să ajungem pe arc de 200 Amperi la o tensiune de 24 de volţi, înmulţind apoi aceste valori se obţine o putere utila pe ca

e invertorul nostru este obligat să o furnizeze şi sa nu se arda. 2 4 V, est tensiunea medie pe lungimea arcului electric de 6-7 mm, De fapt, lungimea arculu

este mereu în schimbare, şi, prin urmare, si tensiunea pe el, de asemenea, s modifică si curentul. Dar, pentru calculul nostru nu este foarte important! Deci rin înmulţirea acestor valori vom obţine 4800 de waţi, orientativ randamentul c

nvertorului este de 85%,astfel puteţi obţine puterea care trebuie să fie ompata prin intermediul tranzistorilor, de de aproximativ 5647 W Cunoscand p

terea totală se poate calcula curentul la care vor fi obligate să comute aceste tranzistoare. Dacă vom face aparatul să funcţioneze de la reţeaua de 220 de volţ

, apoi pur şi simplu împărţind puterea totală la tensiune, puteţi obţine un

44

curent,pe care aparatul il va consuma de la reţea. Acesta este de aproximativ 25 Amperi! Am primit multe scrisori cu întrebări, pot face un aparat de sudura, astfel

ca el sa lucreze la tensiunea de 12 volţi la bateria de masina? Cred că aceste calcule simple pot ajuta pe toti sa raspunda la aceste intrebari. Am anticipat

întrebarea, de ce am împartit puterea totală la 220 de volţi în loc de 310, care este obţinuta după redresarea şi filtrarea tensiunii de alimentare, este foarte

simplu,pentru a obtine la o valoare a curentului de 25 Amperi ,310 V, avem nevoie de o capacitate a filtrului de25000 µF! Şi am pus nu mai mult de 1500 µF. Valoarea actuală mi ar placea, dar aceasta nu este valoarea curentul maxim prin tranzistorii selectati de noi! Acum, în datele de catalog ale multor companii sunt

reprodusi doi parametri de curentul maxim, primul la 20 °C, iar al doi-lea la 100° C! Deci, la curenţi mari prin tranzistor, acesta elibereaza caldura, dar viteza de

cedare a acesteea prin radiatorul de racire nu este suficient de mare şi astfel cristalul de siliciu poate fi încălzit la temperatura critică, şi cu cat mai puternic va fi încălzit, cu atât mai mic va fi curentul sau maxim, şi în cele din urmă aceasta

poate duce la distrugerea tranzistorului. De obicei, o astfel de distrugere arată ca o mica explozie , în contrast cu supravoltarea, atunci când tranzistorul doar se arde

in liniste. De aici putem concluziona ca pentru a lucra la un current de 20 de amperi este necesar sa alegem astfel de tranzistori al căror curent de operare nu

este mai mic de 25 Amperi la 100 de grade Celsius! Acest lucru imediat îngustează zona noastră de căutare pentru câteva zeci de tranzistori de putere. 

La alegerea tranzistoarelor de putere nu va sunt folositori numai parametrii maximi de putere ci si parametrii pentru curentii de impuls.Este mai bine sa lasam

o rezerva, altfel defectarea poate apare in cel mai nepotrivit moment. Natural, pentru a defini un curent nu putem uita de tensiunea de lucru. Tensiunea in circuit nu depăşeşte tensiunea de alimentare, sau mai simplu, nu poate fi mai

mare de 310 volţi, cu alimentarea de la 220 de volţi. Prin urmare, alegeţi tranzistori cu tensiune acceptabila, nu mai putin de 400 de volţi. Mulţi ar putea spune sa

alegem direct pe 1200, declarând că aceasta ar fi mai sigur, dar nu este în întregime adevărat, tranzistori de acelasi tip, dar la tensiuni diferite pot fi foarte diferiti! Iată un exemplu: tranzistoarele IGBT produse de IR, IRG4PC50UD - 600V - 55A, şi

tranzistorii similari pentru 1200 de volţi, IRG4PH50UD - 1200V - 45A, şi astea nu sunt toate diferenţele, cu curenţi egali în acesti tranzistori, căderea de tensiune este diferita: pe primul 1,65 V şi pe al doi-lea 2.75V! Şi la curenţi de 25 amperi apare

45

pierderea suplimentara de putere in Watts, numai că această putere care este eliberata sub formă de căldură, trebuie să fie disipata, ceea ce duce la cresterea

suprafetei radiatorului aproape de două ori! Aceasta duce nu numai la cresterea în greutate, dar, de asemenea, si la cresterea volumului! Şi toate acestea trebuie avute

în vedere atunci când se aleg tranzistorii de putere, dar aceasta este doar prima parte pentru a impresiona!

Următorul pas este alegerea tranzistorilor cu privire la frecvenţa de operare, în cazul nostru parametrii tranzistorilor trebuie să fie menţinuti la o frecvenţă minimă

de 100 kHz!Pentru comutarea grea la frecventa de 30Khz trebuie sa se reserve o frecventa de cel putin 3 ori mai mare.Pentru convertizorul resonant dimpotriva,este

posibil sa se utilizeze tranzistori mai “lenesi”. Faptul ca procesul de comutatie la frecventa de rezonanta nu necesita consum mare de energie,ca la comutatia de putere,face ca tranzistorii sa lucreze foarte bine la frecvente de 4-5 ori mai mari

decat frecventa demaxima de catalog.Firma IR ofera valoarea frecventei maxime si pentru comutatia de putere dar si pentru regimul de rezonanta.Cel mai accesibil

dintre ele, şi cu preţul cel mai bun apartine companiei IR . Acesta este, în principal IGBT dar există, de asemenea, tranzistorii cu efect de camp cu tensiunea de 500 de

volţi, acceptabili, care lucrează bine în astfel de sisteme, dar se fixeaza greu pe radiator,nu au gauri de fixare. Nu voi discuta optiunile pro si contra a acestor

tranzistori, chiar dacă parametrii sunt, de asemenea, foarte importanti, pe scurt spun că, pentru funcţionarea normală a tranzistorilor IGBT este nevoie de o pauză

între închidere şi deschidere, pentru a finaliza toate procesele din interiorul tranzistorului, nu mai puţin de 1.2 microsecunde! Pentru mosfet, de această dată

pauza nu poate fi mai mică de 0,5 microsecunde! Acestea sunt de fapt, toate cerinţele pentru tranzistori, iar în cazul în care sunt toate îndeplinite, atunci veţi obţine o maşină fiabilă de sudura! Pornind de la cele de mai sus - cea mai buna alegere este a companiei IR-tranzistori de tip IRG4PC50UD, IRG4PH50UD,

tranzistori cu efect de camp IRFPS37N50A, IRFPS40N50, IRFPS43N50K. Aceste tranzistoare au fost testate şi si-au dovedit fiabilitatea lor şi durabilitatea atunci când lucrează în invertorul de sudura rezonant. Pentru convertoare de putere

mica,unde puterea nu depăşeşte 2,5 kW se poate utiliza în condiţii de siguranţă IRFP460.

7. Idei de proiectare şi variante de lucru in punctele cele mai importante.

46

În acest capitol vreau să menţionez pe scurt principalele reguli de care trebuie sa tinem cont pentru constructia unui invertor de mare putere sau a unui

convertizor de sudura rezonant: a) pentru un convertor PWM intotdeauna sa aplicam semnale perfecte pe portile

swith-urilor de putere ,frontul descrescator al impulsului trebuie sa nu depaseasca 200 nsec-aceasta este cea mai importanta smecherie !! Reacţia PWM ar trebui să fie obtinuta numai dintr-un traductor de curent,nici o altfel de reactie

de curent nu este admisa,aceasta este a doua smecherie, iar a treia,si cea mai importanta smecherie - "timpul mort"sa nu fie mai puţin de 1,5 ms:)

b) -pentru invertorul rezonant reactia PWM este inadmisibila in general,pentru aceasta trebuie sa avem o tensiune de alimentare bine stabilizata a oscilatorului

de comanda, unele variatii ale tensiunii ale tensiunii de intrare a amplificatorului,”greseli”(1,3),timp minim,soft start,marirea capacitatii la

(8),blocarea procesorului(9),produc o crestere brusca a tensiunii,cel mai adesea logic de la 0 la 5V cu fronturi abrupt de crestere ,inchiderea dupa aceeasi

logica,caderi de la 5V la0V.c)-pe portile tranzistoarelor de putere trebuie neaparat puse diode biderectionale

de tipul KS213d)-transformatorul de impulsuri trebuie montat in imediata apropiere a

tranzistorilor de putere,firele care duc la porti trebuie rasucite.e)-pe placa puntii de putere, amintitiva ca pe traseele de (+) si (-) circula curenti mari de 25 A ,de aceea aceste trasee trebuie proiectate cat mai late si cositorite.f)-toate circuitele de putere trebuie sa aiba conexiuni bune,aproape intotdeauna contactele slabe pentru curenti mai mari de 100A,pot duce la topirea lor si la un

incendiu.g)-cablul de alimentare trebuie sa aiba sectiunea de 1,5-2,5mm.patrati.

h)-la intrare este necesara o siguranta de 25A,poate fi si automata.i)-toate circuitele de inalta tensiune trebuie sa fie bine isolate de carcasa si de

iesire.j)-droselul rezonant nu trebuie strans cu colier metalic si nu trebuie folosita o

carcasa metalica.k)-este neaparat de amintit ca elementele de putere produc o cantitate de

caldura mare,de aceea trebuie tinut cont la amplasarea in carcasa si trebuie

47

prevazut un sistem de ventilatie fortata si naturalal)-in paralel cu diodele de putere trebuie puse neaparat circuite RC de protectie,

acestea protejeaza diodele de iesire la tensiunea de strapungere.m)-niciodata sa nu puneti in circuitul rezonant condensatoare proaste,acestea pot

provoca avarii serioase, folositi numai acele tipuri indicate pe schema,cum ar fi;K73-16B(0,1x1600V) sau WIMA-MPK 10(0,22x1000V),K78-2,K78-

18(0,15x1000V),legandu-le serie paralel.n)-unitatea de control cu UC3825 nu ar trebui sa fie aproape de droselul de

rezonanta si transformatorul de putere.Respectarea STRICTA A ACESTOR PUNCTE DE MAI SUS vor asigura succesul 100%

si siguranta dumneavoastra.Trebuie tinut minte intotdeauna-electronica de putere nu iarta.

Constructia transformatorului de putere ,droselului de iesire si a droselului sunt prezentate in fig.36 si fig.37.

Constructia transformatorului de putere. 2xE20x28,2000NMH sau 1xE65,N87,2000NMH

Miez Carcasa

48

Fig.36Pentru obtinerea parametrilor optimi,bobina primara se va bobina intr-un singur

strat.

Constructia droselului Dr.1 si Dr.2 Fig.37 Fir

Garnitura din carton 3buc pentru Dr.1 0,1-0,8mm (selectati la reglaje) pentru Dr.2 - 3 mm.. Miez 2xE16x20 2000NM

Carcasa bobinei se executa din fibra de sticlă subţire,lipita, montata pe un miez de lemn si se bobineaza numarul necesar de spire.Dr.1-12spire CuEm ф 2,24

49

bobinat cu spatiu de 0,3-0,5mm,se poate folosi fir textil ca in desen.

Dr.2 - 6.5 spire în patru fire, CuEm cu ф2,24,sectiunea totala 16mm patrati ,bobinat spira langa spira in 2 straturi.Bobinele trebuie impregnate cu o

rasina epoxidica. 2xE16x20 poate fi înlocuită cu un singur miez E20x28. Numărul de spire in acest

caz nu trebuie modificat!

Desen PCB eu nu dau din cauza ca pentru aceasta trebuie date concrete legate de carcasa,radiatoare,s.a.m.d.Daca doriti ,acestea pot fi vazute pe site-ul meu www.vadne.narod.ru Nu cred ca acum avand un computer,a plati o mica taxa ne e greu.tranzistorii de putere se monteaza pe un singur radiator,cu folie termoconductoare .Pe acelasi radiator se pot monta si CI.stabilizator de 12V,daca acesta este in carcasa de plastic si curentul de iesire nu depaseste 150A!

Pe alt radiator se monteaza diodele de putere si peste pad diodele dublorului.Corpul radiatorului poate fi folosit ca iesire de putere pe (+).Pentru o racire mai buna radiatoarele se monteaza cu aripioarele unele intr-altele,ventilatorul racind asfel intreg ansamblul.Radiatoarele, din motive de securitate ,se recomanda sa fie izolate fata de carcasa si intre ele.Daca aveti nevoie de mai multe detalii eu va pot trimite fotografii cu aparatul si pcb pentru aceste blocuri.

8.Protectii utile si circuite de” pornire la cald”,”antilipire”si „aprindere usoara”

Mai jos este prezentat circuitul de protectie termica-fig.38,pornire la cald si stabilizare arc,fig.39,desi in urmatoarele realizari nu le folosesc.Termoprotectiile se lipesc de diode si de infasurarea transformatorului de putere ele fiind inseriate cu bobina releului de pornire.Prin declansarea releului de pornire la 80-100grade C,circuitul de de putere este deschis,curentul circula numai prin circuitul de limitare RC.Intr-un astfel de regim amorsarea arcului este imposibila,consumul de energie chiar si in regim de scc.nu depaseste 70W.

50

Fig.38

Fig.F

Fig.39

51

Acesta este un sistem clasic de „pornire la cald”si antilipire si lucreaza astfel:masoara tensiunea de iesire si intra in functiune numai atunci cand este topit electrodul,adica in intervalul 10-28V,in acest moment in arc circula curentul pe care l-ati stabilit din regulator,in restul timpului,in momentul aprinderii sau cand se sparge o picatura mare de metal in timpul sudarii,curentul creste automat pana la maxim sau pana la o valoare data din proiectare. De obicei se admite o crestere de 50% stabilita de rezistorul R legat in paralel cu optocuplorul.Timpul cat este inclus acest supracurent este dat de capacitatea condensatorului C.Acest sistem este foarte eficient daca in ivertorul de sudura nu sunt varfuri de tensiune si tensiunea maxima nu depaseste 50V.Sistemul „antilipire” stabilizeaza arcul la curenti mici, si nu permite lipirea electrodului.In figura 40 este prezentata o schema de „pornire la cald” Fig.40

Urmatoarea schema va fi foarte utila pentru lucrul in regim TIG sau sudura in argon.Acesta este aprinderea usoara.Schema completa este data in fig.41.Dupa cum a-ti ghicit acesta este tot un invertor,dar de putere mica.Foarte util atunci cand se sudeaza la curenti mici.Nu amorseaza arcul,aceasta este imposibil,pur si simplu pui electrodul pe metal si cand incet incepi sa-l desprinzi,apare un arc de curent mic,care nu poate topi electrodul,nu are destula putere,dar arde si se intinde foarte frumos.Ei bine ,in timp ce este aprins acest arc, in paralel cupleaza sursa de putere.Daca brusc se lipeste electrodul,atunci imediat se deschide curentul de putere,ramanand numai curentul de ardere si pana cand nu se aprinde arcul, curentul de putere nu se cupleaza.Te sfatuiesc sa-l folosesti,arcul va arde in

52

conditii optime, blocul de putere nu se supraincarca si lucreaza mereu intr-un regim optim de curent,scurtcircuitul este practic exclus-tesiunea max. va fi de 80-90V,iar curentul de max.5A. Sistemul de control a blocului de putere este construit cu optocuplor si este similar cu schema „HOT START”.Functioneaza astfel-masoara tensiunea pe rezistorul de iesire al sistemului si da semnal pentru a porni unitatea de putere numai in gama55-25V la rezistenta de limitare.Adica numai atunci cand arde arcul.Schema este absolut autonoma,dar pentru simplu rafinament se poate folosi in acelasi timp ca sursa de alimentare(12V) pentru schema de control,puterea acestui convertizor nefiind mai mare de 250VA.Tranzistorii si diodele trebuie puse pe radiatoare.Droselul de iesire din blocul de putere pentru conectarea „MP” poate fi eliminat cu totul.Condensatorul C limiteaza curentul de scc.,se fixeaza prin experimentari, capacitatea sa depinzand de frecventa convertizorului si poate fi intre 0,15 si 0,5µF la 160V, de tip K78-2 sau similar.Curentul de scc.nu va depasi10A,in lucru 4-5A cand este aprins arcul.

53

Fig.41 Dr.4-12 spire,CuEm cu sectiunea de 1mm.patrat pe un miez K28x16x9,2000NM Tr.1-miez K45x28x16-2000NM,infasurarea primara40 spire CuEm ф0,55mm, bobinat intr-un singur strat uniform pe lungimea inelului.Secundarul 2x24spire CuEm ф0,7mm,bobinat in doua straturi uniform pe toata lungimea inelului. Tranzistorii si diodele se vor monta pe radiator.

54

Coeficientii de evaluare a pierderilor în miezurile de ferita

Sper ca examinarea tabelelor cu parametrii feritelor de productie interna va vor ajuta in alegerea unui miez acceptabil.Eu folosesc E65,No 87 „epkos”.Acest miez ca parametri este apropiat de E20x28 intern,2000NMC1 dar cu pierderi mai mici si executat cu mai multa acuratete.Rezultate bune se obtin cu miezul de 2000NM daca pentru transformator alegeti 2xE20x28.Acest transformator cu usurinta poate da 250A in arc.Un singur E65 poate da 190A .Aceste date sunt valabile pentru frecventa de 30-40 KHz.

55

9.Parametrii miezurilor de ferita.

56

10. Exemple de circuite imprimate si amplasare componente

Aceasta este schema blocului de control cu 1156EY2P ca in imagine.Detalii explicative nu dau dinadins,pentru a experimenta dv..Altfel nu veti intelege nimic si invertorul nu va functiona.Nu faceti tam-tam,experimentati ,ce si cand a-ti vazut si cum lucreaza!Faceti totul fara fanatism.Daca a-ti facut blocul asigurativa ca totul functioneaza cum trebuie.transformatorul de impulsuri se leaga in colectorul tranzistorilor iar punctul median la (+)alimentare aproape de electrolitici.

Fig.42

Aceste fire sunt torsadate si pot avea lungimea de 10-15 mm.Astfel blocul de control se poate amplasa separate de tranzistorii de putere si de circuitele de curenti mari pentru a elimina interferentele.Iar pe portile tranz.trebuie sa fie trasee cat mai scurte de aceea chiar si transformatorul de impuls este amplasat in apropierea tranzistorilor de putere.Mai jos este prezentata placa de baza pe care sunt amplasate BU.,BA.-12V si sistemul de “HOT START”,traductorul de curent cu

57

SS495A.Acest aspect este dat ca exemplu.Schema este pe site,iar descrierea detaliata este data in prima carte la scara1:1

Fig.43.

Aceasta este placa puntii de putere si BU pe radiator 90x90 mm.plusul diodelor dublorului si stabilizatorul de 12v(in carcasa de plastic).Tranzistorii de putere se monteaza pe partea cablata a PCB si aceasta este lipita de radiator.Traseele sunt ingrosate cu sarma de cupru de 1mm.patrat.

58

Fig.44

Aceasta amplasare are si dezavantaje,pe sursa de alimentare de 12V, din cauza cuplajului capacitiv pot penetra semnale parazite care pot afecta sistemul de limitare a curentului în circuitul UC3825 . Cea mai bună opţiune este de a plasa Ba12 Vşi BU pe o placa separată şi departe de circuitele de putere. Toate cablajele sunt prezentate numai ca un exemplu, dar nu sunt erori, şi dacă într-adevăr sunteti prea leneş , le puteţi utiliza. Dar eu cred că e mai bine a înţelege pe deplin ceea ce faci,si sa-ti proiectezi propriile cablaje, în conformitate

59

cu radiatoare tale, în carcasa ta. Astfel, nu veti capata un prost automatism, şi veţi sti exact ce a-ti cositorit, unde şi de ce.

Aceasta este placa de intrare+blocul de pornire(facut pentru releu de 12V,pentru 24V s-ar putea sa nu gasiti)+ aici se afla condensatorii pentru dublorul de tensiune(cu albastru(oranj).Priviti in foto!

Diodele dublorului se pun pe radiatorul tranzistoarelor de putere ca si stabilizatorul de 12V.Totul e la scara1:1

Circuitele de putere se intaresc prin cositorire cu sarma de cupru cu sectiunea de 1mm.patrat.

Fig.44

60

Bibliografie.

1. “Радио” №9, 1990г .

2. “ Микросхемы для импульсных источников питания и их применение”, 2001г .

Издательство “ДОДЕКА”.

3. “ Силовая электроника”, Б.Ю. Семёнов, Москва 2001г .

4. “ Силовые полупроводниковые ключи”, П.А. Воронин, “ДОДЕКА” 2001г .

5. Каталог п/п приборов фирмы NTE.

5. Справочные материалы фирмы IR.

6. ТОЭ, Л.Р .Нейман и П.Л.Калантаров, Часть 2.

7. Сварка и резка металлов. Д.Л.Глизманенко.

8. “Микросхемы для линейных источников питания и их применение”, 2001г .

Издательство “ДОДЕКА”.

9. “Теория и расчёт трансформаторов ИВЭ”. Хныков А.В. Москва 2004г .

10. “Компоненты для силовой электроники”, DACPOL, 2005г .

61