Электронный блок управления сварочным аппаратом

Сварка в малогабаритных сварочных аппаратах осуществляется на выносных электродах, подключенных кабелем. Существуют и конструкции, в которых электроды закрепляются на одной раме с силовым блоком – это аппараты ручной сварки. Примером является СК-ОЧМ [7]. Из зарубежных аналогов можно рассмотреть сварочный аппарат «Планж УНИК» производство Франции.

Недостатком мощных сварочных аппаратов является:

- высокая потребляемая мощность;

- невозможность подключения к  обычной сети переменного тока;

- большие габариты и масса;

- низкая степень электробезопасности.

Сварочные аппараты типа МСА-105 более совершенны по электробезопасности, но для их подключения необходимо применять специальные розетки и иметь отдельный провод заземления.

Аппарат СК-ОЧМ позволяет сваривать листы до 4 мм, может подключаться к обычной сети, имеет на выходе всего 1 В при токе до 200 А и весит всего 8 кг. Большая потребляемая мощность требует специальных мер при подключении. Данный аппарат осуществляет точечную сварку. Зарубежный аналог имеет в два раза большую массу.

Одним из наиболее приемлемых вариантов конструкции электронного блока сварочного аппарата может стать конструкция в виде прибора. Опираясь на электрическую схему электронного блока можно сделать вывод, что она идентична со схемами мощных блоков питания, которые используются в лабораториях и имеют относительно небольшие размеры. Размеры определяются потребляемой мощностью и элементами, имеющими наибольшие размеры.

 

2.3 Разработка конструкции

 

Этап разработки конструкции любого устройства является очень важным, так как на этом этапе и на этапе выбора элементной базы закладывается надежность работы всего устройства.

Для правильной работы конструкции необходим систематический подход. Здесь должны быть учтены функции, выполняемые устройством, условия эксплуатации, требования ремонтопригодности, эргономики и так далее.

Основанием для разработки электронного блока управления сварочным аппаратом явилась конструкция рисунок 2.1, описанная в [22].

Рисунок 2.1 - Конструкция блока питания

 

Все детали и узлы устройства собраны на металлическом основании и радиаторах – КНФУ.409900.002 СБ. Органы индикации и управления выведены на переднюю панель поз.12, которая закрывается фальшпанелью поз.14. Сверху и снизу устройство закрыто крышками поз.3 и поз.11. На металлическом основании поз.4 закреплены: реле К1, резисторы R38, элементы фильтра сетевого выпрямителя С6, С8, L2, элементы выходного фильтра С23. Роль задней стенки играет радиатор поз.5. На радиаторе закреплены: трансформатор Т1, диоды выходного выпрямителя VD16-VD19, кронштейн с выключателем SA1 и держатель предохранителя, втулка шнура питания. Шнур питания поз.40 закреплен на основании скобой поз.13. На передней панели поз.12 закрепляются зажимы и индикатор поз.30, а также кнопка SB1, переключатель SA2 и резистор R16. Снизу основание закрыто крышкой поз.3. Крышка имеет перфорационные отверстия, также на крышке имеются ножки. Конструкция устройства переносная. Переноска осуществляется при помощи ручки поз.6, которая закреплена на радиаторах поз.5 винтами поз.9. Выключатель SA1 расположен на радиаторе поз.5.

Примечание: Название и обозначение элементов соответствует КНФУ.409900.002 ЭЗ.

Намоточные данные трансформаторов Т1 и Т2, дросселя L6 приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Характеристика трансформаторов

Обозначение на схеме	Обмотка	Количество витков	Провод	Магнитопровод
Т1	I II   III IV V	25 6.5+6.5   2 2+2 3	ПЭВ-2 4х0,56 ПЭВ-2 16х0,9 в два жгута ПЭВ-2 0,8 ПЭВ-2 0,4 ПЭВ-2 0,4	Ш 16х40 (два сложенных вместе  магнитопровода Ш16х20 М 2000 НМ)
Т2	I II IIа III	10 6 1.5 3	ПЭВ-2 0,8 ПЭВ-2 4х0,5 ПЭВ-2 4х0,56 ПЭВ-2 4х0,5	М 2000 НМ К50х12х6
L6	I II	12 1	ПЭВ-2 16х0,69 ПЭВ-2 0,5	М 2000 НМ Ш12х15 Зазор 0,5 мм

 

Катушка трансформатора Т1 выполнена бескаркасной. Обмотка I отделена от остальных тремя слоями лакоткани. Обмотку II мотают в два провода. Таким образом, получают четыре обмотки, после чего их «вызванивают» и принадлежащие к одной полуобмотке соединяют параллельно. Отвод получают соединением конца одной обмотки с началом другой. Расчет диаметра провода вторичной обмотки приведен в п.1.6.1. Трансформатор Т1 и VD16-VD19 создают жесткий тепловой режим, поэтому они закреплены на общем теплоотводе для уменьшения влияние на тепловой режим всей схемы (п.1.6.4).

Элементы схемы управления расположены на плате из фольгированного текстолита размером 120х65 мм. Транзистор VT11 закреплен на левой стенке радиатора. Правый радиатор-стенка приспособлен для охлаждения транзисторов VT4-VT7 (п.1.6.4). Трансформатор Т2 расположен на основании поз.2. Дроссели L1, L6 также расположены на основании.

Основание, из-за расположения на нем тяжелых элементов принципиальной схемы имеет ребра жесткости, которые выполняются штамповкой одновременно с самим основанием.

Плата схемы запуска и ключей преобразователя изготовлена из нефольгированного стеклотекстолита. Монтаж на этой плате осуществляется навесным способом с помощью контактных стоек. Применение печатного монтажа не выгодно, так как соотношение площади проводников к площади стравливаемой меди мала.

Рабочие чертежи устройства – КНФУ.741308.003, КНФУ.741091.002, КНФУ.741092.003.

 

2.4 Разработка печатной  платы 

 

Печатной платой называется диэлектрическое основание с нанесенными на его поверхность коммутационными проводниками.

Сущность печатного монтажа заключается в образовании на его поверхности основания, изготовленного из изоляционных материалов, тонких электропроводящих покрытий, выполняющих функции монтажных проводов, разъемов, контактных деталей. Все элементы, входящие в схему, устанавливаются на основании и соединяются с печатными проводниками пайкой.

Процесс изготовления печатной платы включает в себя операции, при выполнении которых создается токопроводящее покрытие (проводники, печатные элементы) на изоляционном основании и наносится изображение печатного монтажа. Поэтому методы изготовления печатных плат классифицируют по способам создания токопроводящих покрытий и способам нанесения изображения печатного монтажа [2].

Существуют следующие основные способы создания токопроводящих покрытий:

1) электрохимический – тонкий  слой металла (1-2 мкм), нанесенный  способом химического осаждения, наращивают до требуемой толщины в электролитической ванне;

2) электролитический с переносом  – проводники предварительно  осаждаются электролитическим способом  на специальную металлическую  матрицу с последующим переносом их на изоляционное основание;

3) фольгирование (химический) – печатные  проводники, а иногда и печатные  элементы получаются посредством  травления фольги, приклеенной к  изоляционному основанию с одной  или с двух сторон;

4) вжигание серебра – соединение  серебра, содержащееся в пасте, нанесенной  на поверхность изоляционного  основания, при обжиге восстанавливается  до металла и соединяется с  основанием;

5) шоопирование – расплавленный  металл разбрызгивается на изоляционное  основание с помощью воздушного пистолета;

6) вакуумное напыление – металлическая  пленка наносится путем напыления  металла в вакууме возгонкой, либо под воздействием электрического  поля и конденсации их на  изоляционных основаниях;

7) запрессовка металлических порошков – порошок металла вдавливается в изоляционное основание предварительно нагретым штампом.

Наибольшее распространение в промышленности при производстве ПП нашли первые три способа. Выжигание серебра и вакуумное напыление в основном применяется при изготовлении термостабильных катушек индуктивности и функциональных тонкопленочных узлов.

Нанесение изображения печатного монтажа можно выполнить следующими способами:

1) фотографическим;

2) сеточно-графическим;

3) ксерографическим (электрографическим);

4) офсетным;

5) горячим теснением;

6) прессованием;

7) гравированием;

8) рисованием.

Наибольшее распространение в промышленности при производстве печатных плат нашли фотографический и сеточно-графический способы нанесения изображения.

Сочетание определенного способа создания токопроводящего покрытия с тем или иным способом нанесения изображения проводников определяет метод изготовления печатных плат. В зависимости от того, какое количество способов используется для изготовления печатной платы, методы подразделяются на простые и комбинированные.

При изготовлении печатных плат простыми методами используются два основных технологических процесса: нанесение изображения печатного монтажа и создание токопроводящего покрытия. В самом названии простого метода содержится информация о способе нанесения изображения и способе создания токопроводящих покрытий.

Изготовление печатных плат по комбинированным методам базируется на использовании трех или более основных технологических процессов.

В настоящее время известно большое количество (более 200) простых и комбинированных методов. Однако в отечественной промышленности широкое применение нашли только некоторые из них – экономически наиболее целесообразные и позволяющие получать продукцию высокого качества.

К таким методам относятся:

1) Фотохимический;

2) Фотоэлектрический;

3) Сеточно-химический;

4) Сеточно-электрохимический;

5) Сеточный перенос;

6) Фотоперенос;

7) Комбинированный негативный;

8) Комбинированный позитивный.

Экономическая целесообразность применения каждого из методов при различных типах производства определяется на основании анализа характеристик способов получения изображения печатного монтажа, трудоемкостью и длительностью технологического цикла метода, быстротой налаживания производства.

В дипломном проекте разрабатывается печатная плата для установки и электрического монтажа элементов схемы управления. Трассировка печатной платы представлена на чертеже КНФУ.758725.001. Сборочный чертеж печатной платы КНФУ.418231.004 СБ.

Состав электрорадиоэлементов показан в перечне элементов.

Для платы управления рассчитана резонансная частота, приведенная в п.1.6.5.

Плата изготавливается комбинированным позитивным методом. Плата проста в изготовлении и особенностей не имеет.

 

2.5 Разработка процесса настройки

 

2.5.1 Общие требования

Организация и проведение работ по регулировке и настройке должна осуществляться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.030-70 «Электробезопасность. Общие требования» и ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность, защитное заземление, зануление».

 

2.5.2 Порядок настройки

2.5.2.1 При правильной фазировке трансформаторов высокочастотный преобразователь в налаживании не нуждается [16].

2.5.2.2 Регулятор тока налаживают следующим способом. Установить переключатель SA2 в положение «1-10» (нижнее положение по схеме), движок резистора R36 – в среднее положение, R16 – в крайнее правое. С помощью подстроечного резистора R36 установить ток короткого замыкания 1А по амперметру в качестве нагрузки. (При измерении сначала замыкают выходные клеммы, а затем к ним подключают амперметр. Для измерений клеммы размыкают. Переключение диапазонов также производится при замкнутых клеммах).

2.5.2.3 Встроенный прибор калибруют с помощью подстроечного резистора R41. Затем переводят резистор R16 в крайнее левое по схеме положения. Подбором резистора R13 добиваются тока короткого замыкания 10А.

 

2.5.3 Порядок работы с устройством

Данный пункт дипломного проекта является частью инструкции по эксплуатации, которая полностью не приводится.

2.5.3.1 Включение и выключение устройства

Прежде чем включить устройство необходимо убедиться в отсутствии замыкания между электродами, которые подключены с помощью кабеля через разъем. Для подключения устройства к сети необходимо вставить вилку шнура питания в розетку сети и перевести выключатель «Сеть» в положение «вкл». При этом должен загореться светодиод «Сеть».

2.5.3.2 Выбор режима работы

Выбор режима работы всегда следует производить при негорящем светодиоде «Нагрузка». Ручка регулировки должна находиться в крайнем левом положении. Выбор режима осуществляется нажатием кнопки «Режим». Обратный перевод осуществляется повторным нажатием.