ВИГОТОВЛЕННЯ ЗВАРЮВАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА Т 2.
Витягуємо з шести старих телевізорів, марки 3УСЦТ рядкові трансформатори - ТВС110ПЦ15.У кожного з шести трансформаторів відкручуємо дві гайки, і витягаємо кріпильні дужки (ск обкі не викидаємо). Розпилюємо котушку трансформатора, і знімаємо її з муздрамтеатру. Затискаємо муздрамтеатр в лещата через ганчірочку, і легким ударом держака молотка поділяємо муздрамтеатр на дві частини. Зачищаємо кожен муздрамтеатр від залишків епоксидної смоли.
В результаті отримуємо 12 однакових складових для нашого муздрамтеатру.
Потім виготовляємо каркас для зварювального трансформатора (всі деталі в двох примірниках):
В результаті збираємо ось таку конструкцію:
Параметри матеріалу М3000НМС1:
магнітна індукція - Bs = 0.45Тл (при Н = 800А / м), Bm = 0.33Тл (при Н = 100А / м і t = 60C);
залишкова магнітна індукція - Br = 0.1Тл;
коерцитивної сила - Нс = -12А / м.
Після складання отримаємо один Ш-подібний магнітопровід, з параметрами:
перетин муздрамтеатру - S м = 11.7см 2;
площа вікна - So = 6.2см 2;
Середня довжина магнітної лінії - l ср = 182мм.
У однотактний схемах прийнято (якщо перетворювач працює в режимі нерозривних струмів, то не обов'язково) робити немагнітний зазор в муздрамтеатрі трансформатора, для того щоб зменшити залишкову магнітну індукцію, наприклад з Br = 0.1 до Br 2 = 0.03. Визначимо товщину немагнітного зазору.
# 963; = # 956; 0 * l ср * Hc / (sqrt (2) * Br 2) = (4 * pi * 10 ** - 7) * 182 * 12 / (sqrt (2) * 0.03) = 0.065,
Товщина немагнітних прокладок по краях і в середині сердечника повинна бути в два рази менше
Визначимо необхідну кількість витків для різних частот роботи перетворювача за формулами:
W1 = U вх / (2 * 10 ** - 4 * S м * # 916; B * f) = 300 / (2 * 10 ** - 4 * 11.7 * 0.3 * f) = 427350 / f; W 2 = W 1 / K.
Розглянемо тільки цілі значення W 2:
У моїй попередній конструкції (без обмотки W 3) щільність струму складає 9 А / мм2, трансформатор гріється сильно, але з ладу не виходить вже три роки. Зрозуміло, здійснено його повітряне охолодження - обдув вентилятором, таким чином, розумно вибрати варіант c частотою - 32 кГц, W 1 = 13, W 2 = 4.
У будь-якому випадку, при регулюванні необхідно підібрати частоту роботи перетворювача, так щоб сердечник трансформатора не йшов в насичення, але в той же час, працював на максимально можливій петлі гистерезиса. Для цього краще тимчасово надіти трансформатор струму Т 2 на висновок, що з'єднує висновок трансформатора Т1 з колекторами силових транзисторів. Трансформатор струму слід навантажити опором 1..2 Ом, і при розірваної зворотного зв'язку по напрузі (без оптопари), тобто при максимальній - 50% тривалості імпульсів дивитися осцилограму на цьому резисторі. Струм повинен наростати лінійно (пилообразно), якщо на вершині імпульсів з'являється задирака, значить, сердечник трансформатора йде в насичення, тобто частота мала.
При розрахунку прямоходового перетворювача зварного струму слід виходити з того, що він складається з чотирьох послідовно включених чотириполюсників: випрямляча з фільтром. ключового транзистора з первинної обмоткою трансформатора. вторинної обмотки трансформатора і випрямляча з вихідним дроселем. Кожен, з чотириполюсників має певні втрати потужності, а струми і напруги на входах і виходах чотириполюсників пов'язані певними відносинами.
Заданий максимальний вихідний зварювальний струм: i св .м акс = 160А, напруга на виході при такому зварювальному струмі: 24 V. отже потужність на виході Pout .св.макс = 160 * 24 = 3840 W. У таких зварювальних апаратів ККД зазвичай становить близько 0.85, і апарат з мережі споживає 3840 / 0.85 = 4520 W. або 20.5 А при нормальній напрузі в мережі. На вихідних діодах, падає напруга 1.3 V. ще трохи на дроселі і зварювальних проводах. Отже, чинне напруга на вторинній обмотці трансформатора складе близько 26 V. А діючий струм вторинної обмотки i 2 = i св .м акс = 160А.
На вхідних і вихідних діодах в тепло перетворюється невелика потужність, тому ККД транзистор + трансформатор можна вважати рівним 3840/4520 = 0.9. Яка саме потужність розсіюється на транзисторі, а яка на трансформаторі важко передбачувано, тому будемо вважати їх ККД рівними, кожному по 0.95. Таким чином, на транзисторі потужність знизиться до 4520 * 0.951 = 4280 W. а на трансформаторі до 4280 * 0.951 = 3800 W.
Тепер, знаючи розподіл ККД і коефіцієнт трансформації 3.25 можна обчислити діючі значення струму і напруги на первинному ринку трансформатора: iw1 = (160 / 3.25) / sqrt (0.951) = 50.5 A; uw1 = (25.5 * 3.25) / sqrt (0.951) = 85 V.
Яка напруга буде на конденсаторах фільтра при максимальному зварювальному струмі практично не передбачувано, так як залежить від декількох факторів, для спрощення розрахунку приймемо цю напругу рівним 250 V. тобто для порівняно невеликої ємності. Тим більше, що на подальші розрахунки вплив буде мінімально (просто зміниться # 955; ).
Тепер можна знайти шпаруватість імпульсів # 955; при максимальному зварювальному струмі 85/250 = 0.34.
Звідси можна знайти імпульсний струм через первинну нерухомість трансформатора 50.5 / # 955; = 148.5 A.
Виникає питання: а в яких випадках # 955; = 0.5.
По-перше на холостому ходу, якби робота перетворювача не зупинялася зворотним зв'язком по напрузі через стабілітрони і оптопару. В цей режим апарат слід перевести при регулюванні для перевірки режиму роботи трансформатора.
По друге - короткочасно, при підпал дуги. Вихідний струм стабілізується = 160А, поділивши його на коефіцієнт трансформації і корінь з ККД знайдемо струм в первинній обмотці трансформатора і помноживши його на # 955; - імпульсний струм. Напруга в мережі просяде, скажімо до 200 V. На конденсаторах фільтра теж, скажімо до 220 V. Тоді діюче значення на первинній обмотці трансформатора складе 110 V. Поділивши його на коефіцієнт трансформації і корінь з ККД отримаємо напругу на вторинній обмотці 32.1 V. На діодах , дроселі та проводах впаде 2 V. і на виході буде 30 V. Тепер можна знайти потужність на виході 160 * 30 = 4800 W. а знаючи ККД - всі інші потужності, і споживаний струм.
Нарешті можна знайти опір навантаження R н = 0.2 Ом, при якому можна перегріти і спалити апарат L.
Знайдемо значення потужності, що розсіюється на одиночному ключеIRG 4 PF 50W.
P к. Нас = i1 * U ке = 50.5 * 2.25 = 114W,
P к = P к.нас + Рк.дін = 114 + 104.5 = 218.5 W.
Розрахуємо, при якій температурі радіатора транзистор може вижити.
Максимальна теплове опір від кристала до радіатора не більше 0,88гр .З / W.
(Температура кристала при температурі радіатора 0С) = 218.5 * 0.88 = 192 гр.С.
Допустима ж температура кристала 150 гр.С. Звідси висновок - транзистор потрібно охолоджувати менш ніж до 150 - 192 = - 42 гр.С. Чи не смішно L.
Знайдемо значення потужності, що розсіюється на спареному IRG 4PF 50W.
Їх затвори краще об'єднати через два резистора, опором 5 ... 11 Ом, встановлювати транзистори потрібно на один загальний радіатор, як можна ближче один до одного. При цьому загальний допустимий струм колектора, з - за розкиду параметрів транзисторів такої збірки зросте не в два рази, але і не менш ніж в 1.8 рази. Отже, для розрахунку потрібно прийняти струм колектора рівним 50.5 / 1.8 = 28 A.
P к. Нас = i1 * U ке = 27 * 2.25 = 61 W
P к = P к. Нас + Рк. дин = 61 + 58 = 119 W.
(Температура кристала при температурі радіатора 0С) = 119 * 0.88 = 105 гр.С.
Допустима ж температура кристала 150 гр.С. Звідси висновок - транзистор потрібно охолоджувати менш ніж до 150 - 105 = 45 гр.С.
Якщо транзистори кріпити до радіатора без ізоляційних прокладок, то така температура радіатора цілком допустима.
Розрахунок довжини обмотки і кількості жив в джгутах трансформатора.
Чи не складно підрахувати (з розмірів каркаса), що середня Діна витка складає 214 мм.
Отже, довжина W 1 і W 3, плюс висновки складе приблизно 3.3 м. W 2
Щільність струму в основних обмотках повинна скласти 9.1 А / мм 2. отже перетин SW1 = 50.5 / 9.1 = 5.5 мм 2. а SW1 = 160 / 9.1 = 17.6 мм 2.
Я зазвичай використовую провід діаметром 0.41 мм. його перетин становить 0.132 мм 2. отже для W 1 потрібно взяти 42 дроти, для W 2 - 133 проводу, для W 3 проводів 12 - через неї протікає струм менше 15 А.
Спочатку потрібно виготовити палять для W 3, і просунути його в тонку термоусадочну трубку. Потім навколо нього навивається джгут обмотки W 1. Між цими обмотками існує різниця потенціалів до 600 V. тому W 3 і поміщається в термоусадку. Потім виготовляємо джгут для W 2. Намотування починаємо з W 1 і W 3, мотаємо 6 витків, в один ряд. Шар ізоляції з фторопласту (можна з тканинної ізоляційної стрічки).
Потім наметовому обмотку W 2 - 4 витка в один ряд. Шар ізоляції з фторопласту.
І на завершення - 7 залишилися витків обмоток W 1 і W 3 в один ряд. Шар ізоляції.
Всього виходить три ряди обмоток, це збільшує потокосцепление між ними, і знижує індуктивність розсіювання.
Початок обмотки W 1 з'єднуємо з кінцем W 3 - це буде їх середня точка. Зачищати кінці джгутів довга і нудна робота, але треба поставитися до неї з акуратністю. На закінчення слід просочити трансформатор відповідним лаком або епоксидною смолою.
ВИГОТОВЛЕННЯ ДРОССЕЛЯL 1.
Дросель L 1 повинен забезпечувати безперервність вихідного струму. Якщо перетворювач перейде в режим розривних струмів, то може вийти з ладу. Для запобігання цьому в конструкцію була введена зворотний зв'язок по напрузі (через оптопару), якщо напруга на виході перетворювача наближається до амплітудному значенням, значить перетворювач переходить в режим розривних струмів, і робота ШІМ контролера призупиняється. Перетин обмотки дроселя має бути розраховане на максимальний вихідний струм - 160А. Чим більше вдасться намотати витків, тим більше буде індуктивність дроселя і, отже, менший струм зможе стабілізувати апарат. Мінімально можливий стабілізується ток бажано забезпечити на рівні 3 ... 5А, тоді апаратом можна буде заряджати автомобільні акумулятори.
Для виготовлення дроселя L 1 у мене є сердечник з електротехнічної сталі ШЛ20 x 40.
Bm = 1; S про = 11 см 2; S м = 8см 2; S м S про = 88см 2.
Визначимо необхідну площу перерізу обмотки, при щільності струму 5.5 А / мм 2:
S = i / J = 160 / 5.5 = 29 мм 2;
Визначимо можливу кількість витків дроселя при ko = 0.25 ... 0.3:
W = 100 * So * ko * J / i = 100 * 11 * (0.25 ... 0.3) * 5.5 / 160 =
Визначимо товщину немагнітного зазору в сердечнику дроселя:
# 963; = I * W / (796 * Bm) = 160 * 10 / (796 * 1) = 2 мм (товщина прокладок в середині і по краях сердечника - в два рази тонше 1 мм);
Опеределить індуктивність дроселя:
L = 1.25 * 10 ** - 7 * S м * kc * W 2 / # 963; =
1.25 * 10 ** - 7 * 8 * 0.8 * 10 ** 2/2 = 40 мкГн;
Визначимо мінімальний нерозривний зварювальний струм:
i хв = u .св.мін * (u 2 - U д.мін) / (2 * u 2 * f * L) =
18 * (88 - 18) / (2 * 88 * 43000 * 40 e -6) = 4.2 А.
Кількість проводів в джгуті, діаметром 0.41мм має скласти 29 / 0.132 = 220 штук, середня довжина витка (для ШЛ20 x 40) становить 210мм, отже довжина джгута повинна бути 2.8 м.
Трансформатор ТОКАT 2.
Два складених разом феритових кільця обмотуються ізоляційним матеріалом, потім намотуються 10 витків джгутом з 3-х проводів діаметром 0.41мм. Зверху обмотка обмотується ізоляційним матеріалом. Виготовлене таким чином кільце надягає на висновок обмоток W 1, W 3 трансформатора Т 1. Перед усіма цими процедурами кільця бажано розламати, а потім склеїти для забезпечення немагнітного зазору.
Всі вихідні діоди встановлюються на один загальний радіатор. Діоди встановлюються без ізоляційних прокладок, тому сам радіатор встановлюється на пластикове шасі, на якому встановлюються всі елементи силового блоку. При цьому радіатор є виходом «плюс», далі йде на вихідний дросель L 1. На фотографії показані діоди КД2997А, пізніше я перейшов на 80 EBU 02.
Встановлюються на загальний радіатор, якщо транзисторів два, то - з різних сторін. Транзистори встановлюються без ізоляційних прокладок, тому сам радіатор встановлюється на пластикове шасі, на якому встановлюються всі елементи силового блоку. На два окремих радіатора встановлюються діоди HFA1 6 TB 12 0.
RCD - ланцюг (паралельно переходу колектор - емітер силових транзисторів).
У момент вимкнення силових транзисторів на їх колекторах виникає короткий імпульс напруги, що перевищує значення 600 V ( «голка»), яка може пробити 600-вольт транзистори. Для того. щоб зменшити цей викид в схему введена RD - ланцюг, яка короткочасно бере на себе зменшується рабо-чий струм обмотки wl. що дозволяє швидко і елегантно (тобто без втрат і перевантажень) вимкнутися транзисторів при відносно плавному на-Растані напруги на стоці.
При цьому заряджається конденсатор, а розряджається він при відкриванні транзистора, через резистор 51 Ом. Від номіналу цього резистора залежить, який додатковий струм буде при включенні транзистора, і час розряду конденсатора. Його номінал слід підбирати такий, щоб конденсатор встиг розрядитися, але додатковий кидок струму не вбив відкривається транзистор. А, ось, потужність, що розсіюється на цьому резисторі - в першу чергу залежить від ємності конденсатора, а не номіналу самого резистора.