Токовый регулятор. Регулировка сварочного тока. Схема регулятора напряжения и тока

Довольно большое количество промышленных электроприводов и технологических процессов для своего питания используют постоянный ток. Причем в таких случаях довольно часто необходимо изменять значение этого напряжения. Такие виды транспорта как метрополитен, троллейбусы, электрокары и другие виды транспорта получают питающее напряжения из сетей постоянного тока с неизменным напряжением. Но ведь многие из них нуждаются в изменении значения напряжения, подводимого к якорю электродвигателя. Классическими средствами получения необходимых значений являются резистивное регулирование , или система Леонардо. Но эти системы являются устаревшими, и встретить их можно довольно редко (особенно систему генератор-двигатель). Более современными и активно внедряемыми сейчас являются системы тиристорный преобразователь-двигатель, импульсный преобразователь двигатель. Рассмотрим каждую систему более подробно.

Резисторное регулирование

Для регулирования пускового тока и напряжения, подводимого к электродвигателю, в якорную цепь последовательно якорю (или якорю и обмотке возбуждения в случае двигателя последовательного возбуждения) подключают резисторы:

Таким образом, регулируется ток, подводимый к электрической машине. Контакторы К1, К2, К3 шунтируют резисторы при необходимости изменения какого-либо параметра или координаты электропривода. Этот способ довольно еще широко распространен, особенно в тяговых электроприводах, хотя ему сопутствуют большие потери в резисторах и, как следствие, довольно низкий КПД.

Система генератор-двигатель

В такой системе необходимый уровень напряжения формируется путем изменения потока возбуждения генератора:

Наличие в такой системе трех электромашин, больших массогабаритных показателей и длительного времени ремонта при поломках, а также дорогостоящего обслуживания и большую инерционность такой установки сделали КПД такой машины очень низким. Сейчас систем генератор-двигатель практически не осталось, все они активно заменяются на системы , который обладает рядом преимуществ.

Тиристорный преобразователь – двигатель

Получила свое массовое развитие в 60-х годах, когда начали появляться тиристоры. Именно на их базе были созданы первые статичные маломощные тиристорные преобразователи. Такие устройства подключались напрямую к сетям переменного тока:

Регулирование напряжения происходит путем изменения . Регулирование через тиристорный преобразователь имеет ряд преимуществ перед установкой генератор-двигатель, такие как высокое быстродействие и КПД, плавное регулирование напряжения постоянного и много других.

Преобразователь с промежуточным звеном постоянного напряжения

Здесь все немного сложнее. Чтоб получить постоянное напряжение необходимой величины применяют еще вспомогательные устройства, а именно инвертор, трансформатор, выпрямитель:

Здесь постоянный ток преобразуют в переменный с помощью инвертора тока, потом с помощью трансформатора понижают или повышают (в зависимости от надобности), а потом снова выпрямляют. Значительно удорожает установку наличие трансформатора и инвертора, укрупняет систему, чем снижает КПД. Но есть и плюс – гальваническая развязка между сетью и нагрузкой из – за наличия трансформатора. На практике такие устройства встречаются крайне редко.

Импульсные преобразователи постоянного напряжения

Это пожалуй самые современные устройства регулирования в цепях постоянного тока. Его можно сравнить с трансформатором, поскольку поведение импульсного преобразователя подобно трансформатору с плавно меняющимся количеством витков:

Такие системы активно заменяют электроприводы с резистивным регулированием, путем подключения их к якорю машины последовательно, вместо резистивно-контакторной группы. Их довольно часто применяю в электрокарах, а также довольно большую популярность они обрели в подземном транспорте (метрополитен). Такие преобразователи выделяют минимум тепла, что не нагревает тоннелей и могут реализовывать режим рекуперативного торможения, что является большим плюсом для электроприводов с частым пуском и торможением.

Большим плюсом таких устройств есть то, что они могут осуществить рекуперацию энергии в сеть, плавно регулируют скорость нарастания тока, обладают высоким КПД и быстродействием.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сегодня, как в промышленности, так и в гражданской сфере, есть немало установок, электроприводов, технологий, где для питания требуется не переменное, а постоянное напряжение. К таким установкам относятся различные промышленные станки, строительное оборудование, двигатели электротранспорта (метро, троллейбус, погрузчик, электрокар), и другие установки постоянного тока разного рода.

Напряжение питания для некоторых из этих устройств должно быть изменяемым, чтобы например изменяющийся ток питания электродвигателя приводил бы к соответствующему изменению скорости вращения его ротора.

Один из первых способов регулировки постоянного напряжения — регулирование при помощи реостата. Затем можно вспомнить схему двигатель — генератор — двигатель, где опять же регулированием тока в обмотке возбуждения генератора достигалось изменение рабочих параметров конечного двигателя.

Но эти системы не экономичны, они считаются устаревшими, и гораздо более современными являются схемы регулирования . Тиристорное регулирование более экономично, более гибко, и не приводит к увеличению массо-габаритных параметров установки целиком. Однако, обо всем по порядку.

Реостатное регулирование (регулирование при помощи добавочных резисторов)

Регулирование при помощи цепи последовательно соединенных резисторов позволяет изменять ток и напряжение питания электродвигателя путем ограничения тока в его якорной цепи. Схематически это выглядит как цепочка добавочных резисторов, присоединенных последовательно к обмотке двигателя, и включенных между ней и плюсовой клеммой источника питания.

Часть резисторов может быть по мере надобности шунтирована контакторами, чтобы соответствующим образом изменился ток через обмотку двигателя. Раньше в тяговых электроприводах такой метод регулирования был распространен весьма широко, и за неимением альтернатив приходилось мириться с очень низким КПД в силу значительных тепловых потерь на резисторах. Очевидно, это наименее эффективный метод — лишняя мощность просто рассеивается в виде ненужного тепла.

Здесь напряжение для питания мотора постоянного тока получается на месте, при помощи генератора постоянного тока. Приводной мотор вращает генератор постоянного тока, который и питает в свою очередь мотор исполнительного механизма.

Регулирование рабочих параметров двигателя исполнительного механизма достигается путем изменения тока обмотки возбуждения генератора. Больше ток обмотки возбуждения генератора — большее напряжение подается на конечный двигатель, меньше ток обмотки возбуждения генератора — меньшее напряжение, соответственно, подается на конечный двигатель.

Данная система, на первый взгляд, более эффективна, чем просто рассеивание энергии в виде тепла на резисторах, однако и она отличается своими недостатками. Во-первых, система содержит две дополнительные, довольно габаритные, электрические машины, которые необходимо время от времени обслуживать. Во-вторых, система инерционна — соединенные три машины не в состоянии резко изменить свой ход. В результате снова КПД получается низким. Однако, на протяжении некоторого времени такие системы использовались на заводах в 20 веке.

Метод тиристорного регулирования

С появлением во второй половине 20 века полупроводниковых приборов, появилась возможность создания малогабаритных тиристорных регуляторов для двигателей постоянного тока. Двигатель постоянного тока теперь просто подключался к сети переменного тока через тиристор, и, варьируя фазу открывания тиристора, стало возможным получить плавное регулирование скорости вращения ротора двигателя. Этот метод позволил совершить рывок в подъеме КПД и быстродействия преобразователей для питания моторов постоянного тока.

Метод тиристорного регулирования и сейчас используется, в частности, для управления скоростью вращения барабана в автоматических стиральных машинах, где в качестве привода служит коллекторный высокооборотный мотор. Справедливости ради отметим, что аналогичный метод регулирования работает и в тиристорных диммерах, способных управлять яркостью свечения ламп накаливания.

Постоянный ток при помощи инвертора преобразуется в переменный ток, который затем при помощи трансформатора повышается или понижается, после чего выпрямляется. Выпрямленное напряжение подается на обмотки электродвигателя постоянного тока. Возможно дополнительное , тогда достигаемый эффект на выходе несколько похож на тиристорное регулирование.

Наличие трансформатора и инвертора в принципе приводит к удорожанию системы в целом, однако современная полупроводниковая база позволяет строить конверторы в виде готовых малогабаритных устройств с питанием от сети переменного тока, где трансформатор стоит высокочастотный импульсный, и в итоге габариты получаются небольшими, а КПД уже достигает 90%.

Импульсное управление

Система импульсного управления моторами постоянного тока похожа по своему устройству на импульсный . Этот метод является одним из наиболее современных, и именно его используют сегодня в электрокарах и внедряют в метро. Звено понижающего преобразователя (диод и дроссель) объединено в последовательную цепь с обмоткой мотора, и регулируя ширину подаваемых на звено импульсов, добиваются требуемого среднего тока через обмотку мотора.

Такие импульсные системы управления, по сути — импульсные преобразователи, отличаются более высоким КПД — более 90%, и обладают отличным быстродействием. Здесь открываются широкие возможности для , что весьма актуально для станков с большой инерционностью и для электрокаров.

Андрей Повный

Попалась в интернете недавно любопытная схемка простого, но довольно неплохого блока питания начального уровня, способного выдавать 0-24 В при ток до 5 ампер. В блоке питания предусмотрена защита, то есть ограничение максимального тока при перегрузке. В приложенном архиве есть печатная плата и документ, где приведено описание настройки данного блока, и ссылка на сайт автора. Прежде чем собирать, прочитайте внимательно описание.

Вот фото моего варианта БП, вид готовой платы, и можно посмотреть как примерно применить корпус от старого компьютерного ATX. Регулировка сделана 0-20 В 1,5 А. Конденсатор С4 под такой ток поставлен на 100 мкФ 35 В.

При коротком замыкании максимум ограниченного тока выдается и загорается светодиод, вывел резистор ограничителя на переднюю панель.

Индикатор для блока питания

Провёл у себя ревизию, нашёл пару простеньких стрелочных головок М68501 для этого БП. Просидел пол дня над созданием экрана для него, но таки нарисовал его и точно настроил под требуемые выходные напряжения.

Сопротивление используемой головки индикатора и применённый резистор указаны в прилагаемом файле на индикаторе. Выкладываю переднюю панель блока, если кому понадобится для переделки корпус от блока питания АТХ, проще будет переставить надписи и что-то добавить, чем создавать с нуля. Если потребуются другие напряжения, шкалу можно просто подкалибровать, это уже проще будет. Вот готовый вид регулируемого источника питания:

Плёнка - самоклейка типа "бамбук". Индикатор имеет подсветку зелёного цвета. Красный светодиод Attention указывает на включившуюся защиту от перегрузки.

Дополнения от BFG5000

Максимальный ток ограничения можно сделать более 10 А. На кулер - кренка 12 вольт плюс температурный регулятор оборотов - с 40 градусов начинает увеличивать обороты. Ошибка схемы особо не влияет на работу, но судя по замерам при КЗ - появляется прирост проходящей мощности.

Силовой транзистор установил 2n3055, все остальное тоже зарубежные аналоги, кроме BC548 - поставил КТ3102. Получился действительно неубиваемый БП. Для новичков-радиолюбителей самое-то.

Выходной конденсатор поставлен на 100 мкФ, напряжение не скачет, регулировка плавная и без видимых задержек. Ставил из расчёта как указано автором: 100 мкф ёмкости на 1 А тока. Авторы: Igoran и BFG5000 .

Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

На сегодняшний день регулировка тока сварочного аппарата может выполняться различными методами. Однако чаще всего используется метод регулировки тока при помощи предусмотренного на выходе повторной обмотки балластного сопротивления. Данный метод не только надежен и прост в реализации, но и эффективен, так как таким образом можно улучшить внешнюю характеристику трансформаторного аппарата и увеличить крутизну падения. В исключительных случаях подобные сопротивления используются только для того, чтобы исправить жесткую характеристику устройства для сварки.

Сварочный аппарат — одно из самых необходимых устройств в домашней мастерской.

Элементы, которые понадобятся для изготовления регулятора тока сварочного аппарата:

• шнур;
• стальная пружинка;
• нихромовая проволока;
• резисторы;
• переключатель;
• катушка;
• схема регулятора тока сварочного аппарата.

Использование балластного сопротивления в качестве регулятора тока

Величина балластного сопротивления для регулятора тока сварки составляет приблизительно 0,001 Ом. Данная величина чаще всего подбирается экспериментальным путем. Для получения балластного сопротивления часто используются сопротивления проволок большой мощности, которые применяются в подъемных приспособлениях и троллейбусах. Также данные элементы используются для отрезки спиралей ТЭНа и элементов высокоомной проволоки большой толщины. Уменьшить ток можно даже при помощи растянутой стальной пружинки для двери. Подобное сопротивление можно включить стационарно или таким образом, чтобы в дальнейшем возможно было сравнительно легко регулировать ток сварки. Один конец данного сопротивления нужно подключить к выходу трансформаторной конструкции, другой конец провода сварки следует оборудовать отдельными приспособлениями для зажима, которые смогут перекидываться по длине спирали сопротивления для выбора необходимого тока.

Можно использовать нихромовую проволоку диаметром 4 мм и длиной 8 м в качестве балластного сопротивления. Проволока может иметь и небольшой диаметр, в таком случае длина тоже должна быть соответствующей. Однако чем меньше длина, тем больше проволока нагревается. Обязательно следует это учитывать.

В качестве балластного сопротивления можно использовать нихромовую проволоку.

Большая часть резисторов из проволок высокой мощности изготавливается в виде открытых спиралей, которые смонтированы на каркас длиной до 0,5 м. В таких случаях в спирали сматываются и проволоки из ТЭНа. Если резисторный элемент, изготовленный из магнитных сплавов, скомпоновать со спиралью или с какими-нибудь элементами из стали, в процессе прохождения значительных токов спираль начнет чрезмерно вибрировать. Следует понимать, что спираль является тем же соленоидом, а существенные токи сварки создают магнитные поля большой мощности. Снизить воздействие вибраций возможно путем растягивания спирали и закрепления ее на прочном основании.

Проволоку можно согнуть и змейкой, чтобы уменьшить размеры изготовленного резисторного элемента. Сечение материала резистора, который проводит ток, нужно подбирать большое, потому что в процессе работы оборудование будет сильно нагреваться. Проволока недостаточной толщины будет сильно раскаляться, однако использовать ее для регулировки тока аппарата для сварки можно достаточно эффективно. Следует понимать, что в процессе нагревания свойства материала могут сильно измениться, потому сложно судить о значении сопротивления подобного резистора из проволоки.

Вернуться к оглавлению

Использование реактивного сопротивления для регулировки тока

В промышленных устройствах для сварки регулировка тока при помощи использования активных сопротивлений не пользуется популярностью в связи с громоздкостью и перегревом используемых элементов. Однако достаточно часто применяется реактивное сопротивление — использование дросселя во вторичной цепочке. Дроссели могут иметь различную конструкцию. Часто они объединяются с магнитным проводом трансформаторной конструкции в единое целое. Однако они изготовлены так, что их индуктивность и сопротивление можно регулировать путем перемещения элементов магнитного провода. В данном случае дроссель также будет улучшать процесс горения дуги.

Регулировка тока во второстепенной цепочке трансформаторной конструкции для сварки связана с некоторыми проблемами. Через приспособление для регулировки будут проходить значительные токи, что может привести к громоздкости. Другим недостатком является переключение. Для второстепенной цепочки достаточно сложно подобрать распространенные переключатели подходящей мощности, которые смогут выдерживать ток до 200 А. В цепочке начальной обмотки токи приблизительно в 5 раз меньше, поэтому переключатели для них подобрать довольно просто. Последовательно с начальной обмоткой можно будет включить балластные сопротивления. Однако в данном случае сопротивление резисторных элементов должно быть намного большим, чем в цепочке повторной обмотки.

В качестве источников питания для сварочного аппарата используются специальные аккумуляторы.

Следует знать, что батарейка сопротивлением 8 Ом из нескольких приспособлений ПЭВ-50 100, которые соединены друг с другом параллельно, сможет снизить выходной ток в 2-3 раза. В этом случае все будет зависеть от трансформаторной конструкции. Можно подготовить несколько батареек и смонтировать переключатель. Если в наличии нет переключательного элемента большой мощности, то можно использовать несколько выключателей.

В процессе включения балластного сопротивления в начальной цепочке будет утеряна выгода, которую придаст сопротивление во второстепенной цепочке. Улучшения падающего параметра трансформаторной конструкции не произойдет. Однако при этом к негативным последствиям в горении дуги резисторы, которые включены по высокому напряжению, не приведут. Если трансформаторная конструкция хорошо сваривает без них, то она будет варить и с дополнительным сопротивлением в начальной обмотке.

При работе на холостом ходу трансформаторное устройство потребляет маленький ток, следовательно его обмотка имеет существенное сопротивление. Поэтому 2-5 Ом не будут сказываться на выходном напряжении холостого хода.

Вернуться к оглавлению

Установка дросселя для регулировки тока

Вместо резисторных элементов, которые могут перегреваться в процессе работы, в цепочку начальной обмотки можно смонтировать реактивное сопротивление — дроссель. Данная схема может использоваться исключительно в том случае, если нет других приспособлений для снижения мощности. Включение подобного сопротивления в цепочку высокого напряжения сильно снизит напряжение холостого хода трансформаторной конструкции. Падение напряжения происходит у регулирующих устройств со сравнительно большим током холостого хода — 2-4 А. В случае небольшого использования тока падения напряжения происходить не будет. Дроссель, который включен в начальную обмотку трансформаторного устройства, приведет к незначительному ухудшению параметров сварки трансформаторной конструкции, однако его все равно можно будет использовать. В данном случае все будет зависеть от свойств используемого трансформаторного устройства. На некоторых устройствах сварки встраивание дросселя в основную цепочку трансформаторной конструкции сказываться не будет.

В качестве дросселя устройства, для того чтобы регулировать ток, можно применить повторную обмотку имеющейся трансформаторной конструкции, которая рассчитывается на выход порядка 40 В. Мощность приспособления должна составлять приблизительно 250-300 Вт. В таком случае ничего изменять не нужно будет. Однако рекомендуется изготовить дроссель самостоятельно. Для этого нужно намотать шнур на каркас от трансформаторной конструкции мощностью 250-300 Вт. Через каждые 50-60 витков нужно делать отводы, которые подключаются к основному переключателю. Для изготовления дросселя подойдет элемент от телевизора.