Как регулировать постоянный ток

Как сделать простой регулятор тока для сварочного трансформатора

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.

В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308. Вполне реальна замена их более современными маломощными высокочастотными, имеющими близкие параметры.

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 стабильной работе транзисторов 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.

• Ребёнок и электрическая розетка
• Моддинг компьютера с помощью красиво подсвеченного аналогового вольтметра
• Как заменить электросчетчик не отключая потребителей электроэнергии

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Практическая электроника, Секреты электрика

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Как регулировать постоянный ток

Теги статьи:

ШИМДобавить тег

PWM регулятор 0% . 100%. До 100 ампер Автор: Simurg, ghjdflf@mail.ru
Опубликовано 12.09.2017
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2017!» Для решения задач плавного включения, выключения и регулирования мощности, (оборотов, яркости – на выбор), был разработан простой мощный ШИМ (PWM) регулятор широкого применения. Подходит для регулирования мощности различных потребителей постоянного тока (нагреватели, светодиоды, двигатели, лампы, и прочее, что можно регулировать при помощи ШИМ.) с максимальным током потребления до 100А. При наращивании числа выходных ключей максимальный ток может быть увеличен. Имеется возможность добавить защиту от перегрузки. Фото собранной платы: Управление плавное ручное переменным резистором, или внешним напряжением в указанных диапазонах:

• 0,45v = выключено. ШИМ коэф. заполнения =0%.

• 0,5в.3,5в = плавное регулирование коэф. заполнения 0,1% . 99,9%

• 3,6v = включено. ШИМ коэф. заполнения =100%.

Работает на постоянном напряжении 10…28V. При отдельном питании управления от дополнительного источника питания на 15в., максимальное напряжение ограничено только максимально допустимым напряжением силовых ключей и обратным напряжением мощного диода в нагрузке.

При напряжении до 15 вольт стабилизатор не устанавливать, а вместо него диод или перемычка. До 28 вольт можно установить линейный 7815 или импульсный стабилизатор на MP2307 с алиэкспресс в виде готового модуля, выставив на нем напряжение 15 вольт.

Частоту можно регулировать при необходимости плавно переменным резистором, подключив его вместо перемычки на плате. При регулировании на большом токе (от 10 до 100 ампер), частоту ШИМ для TL494 много увеличивать крайне не рекомендуется. Достаточно в пределах 2 кГц. Так как коммутационные потери будут ощутимо нагревать ключи и обратный диод.

Силовые ключи можно подключать к плюсу, к минусу, или использовать изолированно от схемы управления благодаря изолирующему конвертеру с трансформаторной развязкой.

Схема содержит минимум компонентов в обвязках микросхем.

На TL494 собран основной регулятор ШИМ от 0% до 100%, который будет управлять мощностью в нагрузке. Благодаря смещению земли TL494 относительно основной земли на +0,6В обеспечивается регулирование от 0 до 100%. Так как в этом варианте включения мы компенсируем внутреннее смещение для формирования мертвого времени. Пояснение как это получается на приведенной внутренней схеме:

На HCPL3120 драйвер управления силовыми ключами с двухполюсным питанием и биполярным выходом +15в на открытие ключа и -12в на закрытие. Этим обеспечивается надежное удержание ключа в закрытом состоянии в условиях сильных помех, которые возникают при коммутации больших токов.

На NE555 собран изолированный источник питания +15в -12в с защитой от перегрузок. Работает на частоте 120кГц – 480кГц в зависимости от нагрузки. Регулирование вторичных напряжений изменением частоты. При перегрузке уменьшает частоту и ширину импульса. При отсутствии нагрузки на трансформаторе (холостой ход, драйвер не подключен), минусовое напряжение стремится к 0, а плюсовое плечо стремится к 25в. Но это не штатная ситуация и нагрузка в виде драйвера всегда есть.

Схема ограничения минимального напряжения питания собрана на стабилитроне 8,2в. Нужна для недопущения разряда аккумулятора ниже минимального порога. При закрытии стабилитрона питание с драйвера снимается, и нагрузка отключается не зависимо от установки ШИМ. Обратный диод нагрузки желательно установить в непосредственной близости к нагрузке. Эта мера снизит помехи и нагрузку на провода отсекая реактивную энергию. При этом можно использовать проводники меньшего сечения, чем при установке диода на удалении от нагрузки.

Осциллограммы в контрольных точках схемы:

При срабатывании перегрузки:

Регулирование напряжения в цепях постоянного тока

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 на базе тиристоров. 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.

Регулирование по системе двигатель — генератор — двигатель

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.

Регулировка на базе ШИМ со звеном переменного напряжения

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 импульсное регулирование посредством ШИМ-модуляции, 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 DC-DC преобразователь. 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 рекуперации электроэнергии, что весьма актуально для станков с большой инерционностью и для электрокаров.

• Способы соединения приемников электрической энергии
• От чего зависит длительно допустимый ток кабеля
• Схемы соединения аккумуляторов: параллельное и последовательное подключение, как сделать правильно

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Простой и мощный регулятор 55В 20А без ШИМ

Очень простой и мощный регулятор без ШИМ и микросхем можно собрать своими руками на транзисторах. Данное устройство подойдет для регулировки постоянного тока до 20 Ампер при напряжении до 55 Вольт. Такую схему можно с успехом использовать в зарядниках, регуляторах нитей накала и тп.

Детали:

• Транзистор IRF3205 — 4 шт. — http://alii.pub/68qqw8
• Транзистор IRFZ44N — http://alii.pub/5ct567
• Стабилизатор L7812CV — http://alii.pub/68qr7p
• Резисторы 10 кОм, 22 кОм — http://alii.pub/5h6ouv
• Переменный резистор 10 кОм — 2 шт. — http://alii.pub/5o27v2
• Вентилятор DC 12 В 0,07 А — http://alii.pub/68qraf
• Терморезистор NTC10K — http://alii.pub/68qqvn

Изготовление простого регулятора постоянного тока

Схема строится на основе 4-х N-канальных силовых КМОП-транзисторов HEXFET с обратным диодом, имеющих низкое сопротивление в активном состоянии и высокое быстродействие при переключении.

В нее можно установить lm317, IRF3205N либо IRF1405N (если позволяют финансы). Эти полевики имеют большую мощность рассеивания и повышенную рабочую температуру перехода (до 175 градусов Цельсия), поэтому для нормальной работы устройства необходимо заранее позаботиться о хорошем радиаторе.

Найдя подходящую пластину для охлаждения, крепим на ней «мосфеты» (можно использовать термопасту). Для удобства дальнейшей сборки лучше разместить их поблизости друг от друга.

Далее на истоках транзисторов подпаиваем буферные нагрузки. Для этого можно использовать готовые резисторы по 11 Вт 0,1 Ом или самостоятельно намотать катушки толстым проводом, как показано на картинке.

Другие концы нагрузок соединяем между собой общей шиной.

Аналогично соединяем отдельными шинами стоки и затворы полевиков. При этом между истоком и затвором первого транзистора помещаем резистор на 22 кОм. На край радиаторной подложки выводим два провода: один красный от стоков транзисторов (подключается напрямую), второй синий от их затворов (подключается через резистор 10 кОм и потенциометр WL 10 K). Их можно приклеить к радиатору суперклеем. Шину от стоков подпаиваем на левую ножку (вход) переменного резистора, от затворов через сопротивление – на центральную (выход). Провод с его правой ножки соединяем с синим отводом. Сам потенциометр также можно приклеить к радиатору, но изолируя его корпус от пластины.

Теперь крепим к радиатору стабилизатор напряжения на 12 В (L7812CV) и еще один полевой транзистор (IRFZ44N). Оба компонента тщательно изолируем от подложки (лучше несколько прокладок!).

На полевик подпаиваем подстроечный резистор на 10 кОм (W103). Его вторую и третью ножку крепим к затвору транзистора, первую – к истоку.

Между затвором и стоком IRFZ44N ставим терморезистор 10 кОм. Потом его можно «уложить на корпус одного из «мосфетов».

Синюю шину соединяем с «землей» (в данном случае средней ножкой) стабилизатора L7812CV и истоком IRFZ44N. Красную шину подпаиваем ко входу L7812CV. Далее берем кулер на 12 В (к примеру, DC 12 V 0,07 A) и подключаем его красный провод к выходу стабилизатора L7812CV, черный – к стоку IRFZ44N. Подав на красную и синюю шины питание (12-25 В) убеждаемся, что вентилятор работает, причем скорость его вращения регулируется резистором W103.

Крепим вентилятор к краю основания радиатора, а между синей шиной и шиной истоков IRF3205N включаем «нагрузку» (пять, соединенных параллельно, автомобильных лампочек на 12 В / 21 Вт).

Подав на красную и синюю шины питание 22 В видим, что лампочки загорелись. Регулировать их яркость можно потенциометром.

При увеличении мощности включается вентилятор. Когда 12 В уменьшается до положения короткого замыкания, вентилятор останавливается.

Чтобы не горели полевики при длительной работе устройства, можно добавить резистор 330-500 Ом между потенциометром и отрицательной линией. Также можно поставить простенькую защиту на реле от короткого замыкания.