Электронный блок управления сварочным аппаратом

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Марийский государственный технический университет

Радиотехнический факультет

 

 

 

 

Кафедра ПиП ЭВС

 

 

 

 

 

 

Задание на дипломное проектирование

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработал студент Коскина А.И.                  Группа зЭВС-52у

 

 

Консультировал: Федосеев В.И.  

 

 

Тема проекта: «Электронный блок управления сварочным аппаратом».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Срок окончания проекта      

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

Введение

 

Настоящее техническое задание распространяется на разработку электронного блока управления сварочным аппаратом КНФУ.409900.002.

 

1. Основание для разработки

 

Электронный блок управления разрабатывается на основе задания на дипломный проект, утвержденный кафедрой ПП ЭВС МарГТУ.

Тема: «Электронный блок управления сварочным аппаратом».

 

2. Технические требования

 

2.1 Состав изделия

 

 

Электронный блок управления состоит из: реле защиты, фильтров, выпрямителя, диодного моста, тиристорного ключа и схемы управления включения тиристора, генератора частоты f=30 кГц, трансформатора с выпрямителем на 10 В, схемы управления широтно-импульсной модуляции и электронной схемы, включающей в себя тиристорный ключ, модулятор и формирователь управляющих сигналов.

 

2.2 Технические параметры

 

Напряжение питания, В    220

Частота питающей сети, Гц 50

Максимальный сварочный ток, А 50

Напряжение холостого хода, В        36

Минимальный ток заряда, А         1

Максимальный входной ток, А      5

КПД, не менее         0,8

 

2.3 Требования к надежности

 

2.3.1 Среднее время наработки  на отказ, ч 10000

2.3.2 Общие требования, предъявляемые к данному разрабатываемому изделию по ГОСТ 25359-82, ГОСТ 21552-84.

 

2.4 Конструктивные требования

 

2.4.1 Максимальные размеры, мм, не  более     480х320х160 

2.4.2 Масса, кг, не более       15

2.4.3 Механические воздействия по  ГОСТ 25467-82:

Ускорение, g         1

Частота вибрации, Гц        1-55

Ударные нагрузки, g, не более       15

2.4.4 Требования технической эстетики  по ОСТ 4.ГО.011.218

2.4.5 Требования эргономики по  ОСТ 4.ГО.10.236

 

2.5 Требования к условиям эксплуатации

 

Вид климатического исполнения УХЛ 3.1 по ГОСТ 15150-69

2.5.1 Температура окружающего воздуха, °С        +40...-60

2.5.2 Относительная влажность, % 98 при t=25°C

2.5.3 Атмосферное давление, мм.рт.ст. 650-800

 

 

2.6 Требования к безопасности

 

2.6.1 Требования по исключению аварийной ситуации по ГОСТ 12.2.034-78

2.6.2 Устройство должно соответствовать требованиям безопасности

12.2.006-87.

 

2.7 Экономический показатель

 

2.7.1 Годовая программа выпуска изделий, шт 50000

 

2.8 Требования к упаковке, транспортировке и хранению

 

2.8.1 Упаковка должна иметь жесткую картонную основу и содержать информацию о марке изделия, предприятие-изготовителя и дате выпуска.

2.8.2 Изделие с эксплуатационными документами должно транспортироваться и поставляться заказчику в соответствии с ГОСТ 21652-76.

2.8.3 Размеры тары в соответствии с ГОСТ 22638-77.

2.8.4 На коробке должны быть нанесены предупредительные надписи в соответствии с ГОСТ 14192-77.

2.8.5 Электронный блок следует хранить в упаковке в складских помещениях при температуре воздуха -50…+50°C и относительной влажности 80% по ГОСТ 21552-84.

 

2.9 Порядок испытаний

 

2.9.1 Испытания электронного блока  управления сварочным аппаратом производить на предприятие-изготовителе в соответствии с ГОСТ 16962-79 «Изделия электронной техники. Механические, климатические воздействия. Требования и методы испытаний».

 

АННОТАЦИЯ

 

Коскина А. И.

Электронный блок управления сварочным аппаратом./Дипломное проектирование. МарГТУ, 2010, 85 стр., 12 ил., 6 табл., 27 библ., приложения.

В проекте разработан электронный блок управления сварочным аппаратом.

Проведены расчеты: расчет надежности изделия, тепловой расчет и расчет резонансной частоты печатной платы. Осуществлен выбор элементной базы.

 Произведена оценка технологичности конструкции, разработан технологический процесс сборки изделия.

Определена себестоимость изготовления электронного блока управления сварочным аппаратом, а также его позиционирование и продвижение на рынке.

Рассмотрены опасные факторы и мероприятия по охране труда и технике безопасности. Произведён расчёт зануления сварочного аппарата.

Графическая часть представлена комплектом документации из 10 чертежей и 2 плакатов.

 

THE ANNOTATION

 

Koskina A.I.

Electronic control unit welding apparatom./ degree designing. MarGTU, 2010, 85 pages, 12 silt., 6 tab., 27 bibliography., appendices.

The project is designed electronic control unit for welding apparatus, Rath.

Calculations are carried out: Calculation of reliability of the product, thermal design and calculation of the resonant frequency of the PCB.

Implemented choice components. An assessment of technological design, designed-ucts is the process of assembling the product.

Determine the cost of manufacturing the electronic unit governance welding machine, as well as its positioning and promotion in the market.

Considered hazards and measures for labor protection and those nickel-security.

The graphic part is presented by the complete set of the documentation from 10 drawings and 2 posters.

Содержание

 

Введение 13

 

1. Расчетно-теоретическая часть 15

1.1 Анализ технического задания 15

1.2 Описание работы устройства 16

1.3 Описание принципиальной схемы блока 17

1.4 Описание процесса ручной дуговой сварки 18

1.5 Анализ исходных данных 26

1.6 Выбор элементной базы 26

1.7 Инженерные расчеты 29

1.7.1 Расчет диаметра провода вторичной обмотки трансформатора 29

1.7.2 Расчет величины ограничительного резистора 30

1.7.3 Расчет надежности 30

1.7.4 Тепловой расчет 35

1.7.5 Расчет резонасной частоты печатной платы 37

1.8 Выводы по расчетам 39

 

2. Конструкторская часть 40

2.1 Разработка технических требований к конструкции 40

2.2 Анализ возможных конструктивных исполнений 42

2.3 Разработка конструкции 43

2.4 Разработка печатной платы 46

2.5 Разработка процесса настройки 49

2.5.1 Общие требования 49

2.5.2 Порядок настройки 49

2.5.3 Порядок работы с устройством 50

2.5.4 Маркировка и пломбирование 50

2.5.5 Упаковка и хранение 51

3. Технологическая часть 52
0. 3.1 Технологический анализ конструкции 52
0. 3.2 Расчет технологичности 53
0. 3.3 Разработка технологического процесса сборочно-монтажных и регулировочных работ 55
0. 3.3.1 Построение технологической схемы сборки 55
0. 3.3.2 Построение сборочных операций 58

3.4 Разработка оснастки 61

3.4.1 Описание работы устройства 61

3.4.2 Описание конструкции устройства 63

 

4. Экономическая часть 64
0. 4.1 Расчет себестоимости электронного блока 64
0. 4.2 Позиционирование товара 68
0. 4.3 Продвижение товара 69

 

5. Безопасность жизнедеятельности 71
0. 5.1 Разработка мероприятий по электробезопасности 71
0. 5.1.1 Анализ конструкции устройства с точки зрения
0.           электробезопасности 71
0. 5.1.2 Выбор метода защиты от напряжения 72
0. 5.1.3 Описание устройства защитного отключения 73
0. 5.2 Требования безопасности при ручной сварке 74
0. 5.3 Травмы при дуговой сварке и меры их предупреждения 75
0. 5.4 Расчет зануления 78

 

Заключение 83

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 84

Приложения

  

 

Введение

 

С момента своего появления человек наблюдал мощные атмосферные электрические разряды — молнию. Еще не имея понятия о физической природе этих разрядов, человек мог наблюдать их световое и тепловое воздействие. Но прошло очень много лет, прежде чем наука, созданная человеком, позволила ему вплотную приблизиться к изучению и практическому использованию электрической энергии для целей разогрева и плавления металлов.

Сварка является одним из древнейших способов обработки металлов. Возникновение сварки относится к тем временам, когда человечество научилось добывать и применять металлы. Во время археологических раскопок найдены украшения из золота, серебра и платины, детали которых сварены еще в IV в. до н.э.; в развалинах Помпеи обнаружены свинцовые водопроводные трубы со сварными швами; средневековые кольчуги и оружие изготовлено из деталей, многие из которых соединены сваркой.

В 1888 году русский инженер-изобретатель Николай Гаврилович Славянов разработал новый способ сварки при помощи металлического плавящегося электрода.

Замена графитового электрода на металлический позволила значительно улучшить качество сварки. Для питания сварочной дуги Н. Г. Славянов использовал электрическую динамо-машину собственной конструкции.

Ближе к концу XIX века в промышленности все в больших масштабах стал использоваться переменный ток, который со временем повсеместно вытеснил ток постоянный.

Сейчас по технологии Славянова производится наиболее массовый вид сварки — это ручная сварка штучными металлическими электродами. Данный тип сварки обозначается аббревиатурой ММА (Маnuаl Меtаl Аrс).

 

 

В процессе производства электронной техники часто требуется осуществить прочное соединение элементов конструкции. Соединение пайкой, склеиванием, резьбовые не всегда удовлетворяют условиям прочности, поэтому широко применяют сварку электронной дугой. Для осуществления сварки используют трансформаторы постоянного и переменного токов. Конструкции применяемых сварочных аппаратов не рассчитаны для подключения к обычной электросети.  Самодельные (домашние) конструкции порой не отвечают требованиям электробезопасности, что приводит к перегрузкам в сети и авариям. Следовательно, есть необходимость рассмотреть возможность создания малогабаритного сварочного устройства, которое могло бы использоваться. например, в домашних условиях, на промышленной основе.

Конструкция устройства должна отвечать требованиям электробезопасности, надежности, экономичности, а также быть технологичной. Анализ имеющихся промышленных образцов показывает, что большинство из них имеют большие габариты и массу, низкий коэффициент полезного действия, высокую потребляемую мощность.

В настоящем дипломном проекте разрабатывается электронный блок управления сварочным аппаратом. Применение электроники позволяет улучшить стабильность выходных электрических параметров, удобство в эксплуатации, повысить надежность, коэффициент полезного действия, уменьшить габариты и массу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчетно-теоретическая часть

 

1.1 Анализ технического задания

 

В техническом задании настоящего дипломного проекта предлагается разработать устройство, которое при подключении к сети переменного тока промышленной частоты, обеспечивало бы стабильные электрические параметры для осуществления сварки электрической дугой. Стабильность параметров должен обеспечивать электронный блок управления на интегральных микросхемах. К электрическим параметрам относятся ток и напряжение на выходе устройства, достаточные для создания и поддержания электрической дуги между электродами сварочного аппарата.

Источник напряжения должен обладать хорошими динамическими характеристиками. Рабочее напряжение на дуге должно быстро устанавливаться и изменяться в зависимости от длины дуги, обеспечивая ее устойчивое горение. Для постоянного тока достаточно напряжения зажигания 30-40 В, в то время как для переменного необходимо напряжение 40-60 В. Время восстановления рабочего напряжения при коротком замыкании не должно превышать рабочего более чем на 25-100%. При ручной дуговой сварке внешняя характеристика источника тока должна быть падающей, т.е. напряжение должно уменьшаться с увеличением тока. При крутой динамической характеристике источника тока (питания) динамические токи короткого замыкания значительно меньше (они близки к статическим токам) и при удлинившейся дуге образуется стабильная рабочая точка.

Исходными данными для составления технического задания явилось описание малогабаритного сварочного устройства постоянного тока [16], с.26.

 

 

 

1.2 Описание работы устройства

 

Основные функциональные части устройства определяет структурная схема КНФУ.409900.001 Э1. Обозначение на схеме соответствует схеме электрической принципиальной КНФУ.409900.002 Э3. Структурная схема включает в себя реле защиты, фильтр, выпрямитель, диодный мост, тиристорный ключ и схема управления включения тиристора, генератор частоты, трансформатор с выпрямителем на 10 В и электронную схему, в которую включен токовый ключ, модулятор и формирователь управляющих сигналов. Фильтр на элементах C1, C2, и L1, находящийся на входе шины сеть уменьшает помехи, идущие от работающей схемы в сеть. Диодный мост VD1-VD4 выпрямляет напряжение 220 В в постоянное напряжение. Это напряжение с диодного моста через тиристорный ключ VS1 поступает на генератор, представляющий из себя двухтактный генератор на частоту около 30 кГц. Для возбуждения частоты имеется положительная обратная связь с выхода трансформатора на вход генератора. Диоды VD16-19 (КД2997), рассчитанные на 30 А, представляют двухполупериодный выпрямитель, которые формируют через токовый ключ выходной сварочный ток. Выходной сварочный ток проходит через Rобр связи, на которой формируется управляющий сигнал. Этот сигнал поступает на схему управления широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Выходной сигнал со схемы управления ШИМ поступает на модулятор, с помощью которого модулируется сварочный ток (изменяется его величина). Выпрямитель формирует напряжение 9 В для питания электронных схем. В токовых ключах использованы мощные высокочастотные транзисторы VT11 (КТ935), обеспечивающие ток до 35 А. В схеме используются 3 токовых ключа.