Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Relpol przekaźniki
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sterownik zgrzewarki punktowej dużej mocy

Djpierscien 12 Maj 2014 20:12 19905 28
  • Sterownik zgrzewarki punktowej dużej mocy

    Witam.

    Jest to mój pierwszy post w tym temacie, także proszę o zrozumienie.
    Ostatnimi czasy zwrócił się do mnie znajomy z potrzebą wykonania sterownika do zgrzewarki punktowej o mocy teoretycznej 24 kVA zasilanej między fazowo. Podjąłem próbę i tak powstało urządzenie, które zamierzam opisać poniżej.

    Cały sterownik można podzielić na 4 moduły:
    1. Sterowanie.
    Sercem sterowania jest mikrokontroler Atmega8. Zdecydowałem się na zastosowanie właśnie mikrokontrolera ze względu na elastyczność - wszystkie czasy załączenia można dostroić programowo. Atmega współpacuje z:
    - przyciskami zwiększenia, zmniejszenia czasu załączenia tyrystorów,
    - przyciskiem resetu układu,
    - przyciskiem załączenia pracy,
    - wyświetlaczem 2 segmentowym,
    - układem wykrywającym punkt przecięcia sinusa przez zero,
    - układem załączającym tyrystory,
    - przekaźnikiem załączającym tyrystor bezpieczeństwa.

    2. Układ wykrycia przejścia sinusa przez zero w sieci.
    Zastosowanie takiego układu było wymagane, aby uniknąć tąpnięć w sieć przy włączaniu dość dużych prądów podawanych na zgrzewarkę. Jako główny element przetwarzający zastosowałem fototranzystor CNY17. Reszta elementów to oczywiście zabezpieczenia i filtry. Jest on podłączony bezpośrednio do wysterowanej fazy, zera oraz Atmegi.

    3. Tyrystory.
    Zastosowałem tyrystory 160A wraz z oryginalnymi radiatorami. Tyrystory zabezpieczone są układem RC aby wyeliminować niepożądane sygnały zakłócające ich pracę.

    4. Stycznik.
    Jako element zabezpieczający zarówno układ jak i zgrzewarkę zastosowałem stycznik o przepustowości 200A. Jest on wysterowany z przekaźnika załączanego przez Atmegę.

    Zasada działania:
    Po załączeniu zasilania układ wykrywania zera wysyła piki do Atmegi informujące o momencie przejścia sinusoidy przez zero. Na wyświetlaczu pojawia się stan 01 informujący, że czas otwarcia tyrystorów wynosi 100ms. Można to oczywiście dostroić przyciskami na wartość w tym przypadku 100 - 3000ms. Następnie po złączeniu się elektrod zgrzewarki i wyzwoleniu Atmegi do pracy załączany jest stycznik 200A. Faza została podana na tyrystory. Atmega czeka 550ms (jest to czas między podaniem sygnału na zamknięcie stycznika a załączeniem tyrysorów - wynika on z tego, że stycznik potrzebuje kilkudziestu ms aby się załączyć - bezwładność układu), następnie zostają załączone tyrystory. Gdy ustawiony czas upłynie Atmega rozłącza tyrystory, czeka 50ms i rozłącza stycznik. Sterownik jest gotowy do następnego załączenia. Całość procesu sygnalizowana jest na diodach.

    Układ powstawał dość długo, gdyż starałem się zapewnić maksymalny możliwie poziom bezpieczeństwa dla układu i zgrzewarki. Wszędzie, gdzie mogłem stosowałem układy RC oraz bezpieczniki. Obudowy nie zrobiłem, gdyż kolega miał przygotowaną na to szafkę elektryczną. Urządzenie zostało podłączone i spisuje się znakomicie, dlatego postanowiłem się pochwalić na forum.

    Niestety cały schemat posiadam w wersji papierowej i jeśli będzie ktoś zainteresowany to przerysuję w miarę porządnie do Eagle i udostępnię razem z programem na Atmegę. Wiem, że mogłem przyciski sterujące i diody dać na osobnej płytce, na jakimś panelu. Jednak wpadłem na to zbyt późno. Przy kolejnym projekcie się poprawię. Zdjęcia przedstawiają mój wyrób. Z jego działaniem nie ma żadnych problemów. Nic się nie przegrzewa, żarówka w warsztacie nie robi dyskoteki, a sąsiadowi nie wyłącza się już telewizor. Postaram się w weekend zrobić jakiś filmik i dodać do postu. 2 druty o przekroju 5mm zgrzewane są bez problemu przy 450ms. Dzięki precyzji ustawienia czasu nie ma efektu przegrzania lub niedogrzania elementu.

    Czekam na krytykę i pozdrawiam :)

    Sterownik zgrzewarki punktowej dużej mocy Sterownik zgrzewarki punktowej dużej mocy Sterownik zgrzewarki punktowej dużej mocy Sterownik zgrzewarki punktowej dużej mocy

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Djpierscien
    Poziom 10  
    Offline 
    Djpierscien napisał 37 postów o ocenie 29, pomógł 0 razy. Mieszka w mieście Wrocław. Jest z nami od 2008 roku.
  • Relpol przekaźniki
  • #2
    barti879
    Poziom 18  
    Super projekcik! Bardzo proszę schemat urządzenia ;)
  • Relpol przekaźniki
  • #3
    andrzej55
    Poziom 35  
    Osobiście w takich urządzeniach ze względu na warunki pracy (drgania, zapylenie, wilgoć) nie polecam stosowania podstawek pod układy scalone. Nie chcesz mieć w niedługim czasie usterek, to najlepiej wszystko solidnie zlutuj i zabezpiecz lakierem.

    Pozdrawiam!
    Andrzej
  • #4
    Djpierscien
    Poziom 10  
    Dziękuję za poradę. Następnym razem zlutuję. W tym projekcie zacząłem lutowanie na zbyt małym laminacie i nie miałem jak zmieścić gniazda pod programator, stąd założyłem podstawkę.

    Schemat zamieszczę jeszcze w tym tygodniu, postaram się może nawet i jutro.
  • #5
    archanoid
    Poziom 26  
    Witam. Ciekawy projekcik, ale ciekawi mnie jedno. Jeśli zastosowałeś tyrystory po stronie pierwotnej transformatora, to jak rozwiązałeś izolację tyrystorów od mikrokontrolera?
  • #6
    H3nry
    Poziom 30  
    archanoid napisał:
    Jeśli zastosowałeś tyrystory po stronie pierwotnej transformatora, to jak rozwiązałeś izolację tyrystorów od mikrokontrolera?


    Na zdjęciu widać optoizolator (powyżej płyty sterownika). :)
  • #7
    MasMas
    Poziom 16  
    Wrzuciłbyś może filmik z działania? :)
  • #8
    deus.ex.machina
    Poziom 32  
    Hmm - mógłbyś opisać zgrzewarkę - jeśli jest ona transformatorowa to trochę kłóci się to ze stanem mojej wiedzy - przy załączeniu "w zerze" inrush current będzie największy (i wielokrotnie przekroczy nominalny prąd roboczy) i generalnie praktykuje się załączenie transformatora w pobliżu maksimum napięcia zasilającego.

    http://www.te.com/commerce/DocumentDelivery/D...v&DocNm=13C3206_AppNote&DocType=CS&DocLang=EN
  • #9
    marek_ka
    Poziom 26  
    deus.ex.machina napisał:
    przy załączeniu "w zerze" inrush current będzie największy (i wielokrotnie przekroczy nominalny prąd roboczy)
    Potwierdzam!
    Serwisuję zgrzewarki i załączenie w zerze jest najgorszym rozwiązaniem.
    Np. próba załączenia w zerze transformatora zgrzewarki 160kW kończy się spaleniem bezpieczników 350A. Ten sam transformator kluczowany w szczycie napięcia, swobodnie pracuje z zabezpieczeniem 160A.
  • #10
    Freddy
    Poziom 43  
    Ciekawe w takim razie po co wymyślili sterowniki do włączania w zerze.
  • #11
    Djpierscien
    Poziom 10  
    Film wrzucę dopiero w weekend, gdyż wtedy będę mógł podjechać do kolegi. Dziś lub jutro wrzucę schemat sterownika w Eagle oraz dołączę program napisany pod Atmegę.

    Atmega jest izolowana od tyrystorów optoizolatorem.

    Jeśli chodzi o sterowanie w zerze to wyczytałem, gdzieś na stronach, że tak trzeba sterować. Nie jest problemem dać opóźnienie na ten sygnał, aby był załączany w maksimum sinsusoidy. Koledzy dali mi do myślenia i muszę przeanalizować ten fakt. Na chwilę obecną nie ma problemów z tą zgrzewarką. Można przestawić i przetestować, chociaż dla własnej ciekawości.
  • #12
    Pokrentz
    Poziom 21  
    Właściwie, to można było od razu zastosować optotriak z detekcją zera. Zapewniałby optoizolację i jednocześnie wykrywałby zero. No, ale zrobienie "na piechotę" też nie jest tragedią, jeśli to jest pojedyncza sztuka.
  • #13
    archanoid
    Poziom 26  
    Witam. Pokaż kolego schemat (nawet zdjęcie), bo jakoś nie czuję tej twojej izolacji. Tyrystory i to jeszcze 160A potrzebują dość sporego prądu bramki aby je wysterować. A jeszcze przy obciążeniu indukcyjnym jakim jest transformator czas narastania prądu jest dość ważny, jeśli będzie zbyt mały to tyrystor nie otworzy się w pełni i będziesz miał duże straty na tyrystorach. Pokaż może jakie masz trafo.
  • #14
    vodiczka
    Poziom 43  
    Freddy napisał:
    Ciekawe w takim razie po co wymyślili sterowniki do włączania w zerze.

    Do włączania obciążenia bezindukcyjnego np. pieców oporowych.
  • #15
    deus.ex.machina
    Poziom 32  
    Djpierscien napisał:

    Jeśli chodzi o sterowanie w zerze to wyczytałem, gdzieś na stronach, że tak trzeba sterować. Nie jest problemem dać opóźnienie na ten sygnał, aby był załączany w maksimum sinsusoidy. Koledzy dali mi do myślenia i muszę przeanalizować ten fakt. Na chwilę obecną nie ma problemów z tą zgrzewarką. Można przestawić i przetestować, chociaż dla własnej ciekawości.


    Załączanie "w zerze" jest jak najbardziej poprawne dla obciążeń czysto rezystancyjnych - w wypadku obciążenia indukcyjnego, szczególnie takiego jakim jest nieobciążony transformator, załączanie w zerze nie jest najszczęśliwszym pomysłem (przesuniecie fazy pomiędzy składowymi - prądową i napięciową) - na ten temat ludzie robią doktoraty (tylko ze sprawa dotyczy wtedy zazwyczaj megawatów).

    --
    PS dla ciebie może być równie (co włączenie) istotne wyłączenie transformatora we właściwym momencie by uniknąć problemów (a powinno się to zrobić gdy prąd obciążenia będzie bliski "przejścia przez 0").

    Freddy napisał:
    Ciekawe w takim razie po co wymyślili sterowniki do włączania w zerze.


    Pewnie z tego samego powodu co sterowniki (lub od razu SSR) załączane w "Peak Line Voltage" https://www.gavazzionline.com/pdf/RM1Cdatasheet.pdf
  • #16
    Patryk987
    Poziom 17  
    A co z chłodzeniem elektrod? Przy takiej mocy chłodzenie wodne jest obowiązkowe.
    Dlaczego nie użyć transformatora impulsowego?
    Czy dajesz prostownik po stronie wtórnej tak jak w profesjonalnych zgrzewarkach ?
  • #17
    m7m
    Poziom 11  
    cześć.
    A czy nie jest tak że transformator zgrzewarki pracuje na zwarcie i w związku z tym jest widziany przez sieć jakoczysta rezystancja ?.
    pozdrawiam.
  • #18
    archanoid
    Poziom 26  
    Witam . Kolego pokaż mi schemat zgrzewarki gdzie jest prostownik po stronie wtórnej . Przecież prądy tam idą w kA.
  • #19
    deus.ex.machina
    Poziom 32  
    m7m napisał:
    cześć.
    A czy nie jest tak że transformator zgrzewarki pracuje na zwarcie i w związku z tym jest widziany przez sieć jakoczysta rezystancja ?.
    pozdrawiam.


    Dlatego prosiłem o opis zgrzewarki - w wielu faktycznie jest tak ze jest pedał roboczy który dociska elektrody do materiału i zamyka obwód wtórny a dopiero później stycznik załącza obwód pierwotny.

    Kolejność załączania ma znaczenie - natomiast w sytuacji gdy obwód wtórny jest otwarty to załączenie obwodu pierwotnego w zerze wydaje się być najgorszym możliwym rozwiązaniem.
  • #20
    marek_ka
    Poziom 26  
    m7m napisał:
    A czy nie jest tak że transformator zgrzewarki pracuje na zwarcie i w związku z tym jest widziany przez sieć jakoczysta rezystancja ?.

    Nie!!!
    Proszę nie tworzyć nowej elektrotechniki.
    Nawet prosty odcinek przewodu ma pewną indukcyjność. Przy małych prądach jest to nie istotne, przy zgrzewarkach pracujących prądami mierzonymi w kA ma to już znaczenie. Dodatkowo dochodzą procesy w samym transformatorze. W zależności od wykonania transformatora, czas osiągnięcia stanu ustalonego może sięgać kilkuset ms.

    W zgrzewarkach najpierw należy docisnąć elektrody, a dopiero później załączyć prąd na określony czas. Wyjątkiem jest np. zgrzewarka kołków.
  • #21
    Kamis47
    Poziom 13  
    Przy zgrzewaniu najpierw lekko zaciska się elektrody, wtedy następuje załączenie źródła prądu i pełny docisk elektrod.
  • #22
    marek_ka
    Poziom 26  
    Kamis47 napisał:
    Przy zgrzewaniu najpierw lekko zaciska się elektrody, wtedy następuje załączenie źródła prądu i pełny docisk elektrod.

    W jakich zgrzewarkach?
    Przecież to nie jest zgrzewarka do zgrzewania doczołowego.
  • #23
    Przemo1268
    Poziom 19  
    vodiczka napisał:
    Freddy napisał:
    Ciekawe w takim razie po co wymyślili sterowniki do włączania w zerze.

    Do włączania obciążenia bezindukcyjnego np. pieców oporowych.


    Obciążenie o charakterze pojemnościowym załączamy w zerze, indukcyjnym w szczycie a rezystancyjnemu jest i tak wszystko jedno - wartość chwilowa prądu zależy tylko i wyłącznie od rezystancji oraz amplitudy napięcia. W ostatnim przypadku nie występują żadne przetężenia podczas załączania. Załączanie w zerze odbiornika rezystancyjnego można stosować w celu wydłużenia żywotności elementów łącznika (zerowy prąd przy zerowym napięciu). W przypadku żarówki sprawa wygląda troszkę inaczej. Pomimo rezystancyjnego charakteru obciążenia, zimne włókno żarówki ma niską rezystancję, co powoduje przepływ większego prądu. Załączając żarówki z zerze można wydłużyć ich żywotność.
  • #24
    Patryk987
    Poziom 17  
    Kamis47 napisał:
    Przy zgrzewaniu najpierw lekko zaciska się elektrody, wtedy następuje załączenie źródła prądu i pełny docisk elektrod.



    Swięta prawda, zajmuję się budowaniem profesjonalnych zgrzewarek punktowych i tak właśnie one działają.

    Do tego prąd powiniec narastać liniowo od 0 do 100% przez cały proces a czas zgrzewania powinien wynosić około 0,5s.
  • #25
    marek_ka
    Poziom 26  
    Patryk987 napisał:
    zajmuję się budowaniem profesjonalnych zgrzewarek punktowych i tak właśnie one działają.

    Do tego prąd powiniec narastać liniowo od 0 do 100% przez cały proces a czas zgrzewania powinien wynosić około 0,5s.

    Widać musisz się jeszcze dużo uczyć bo wiedza twoja jest mierna. Proponuję udać się do pobliskiego Gdańska, tam na Politechnice znajdziesz skrypt o zgrzewaniu i zgrzewarkach. Następnie douczyć się.
    To co podałeś jest szczególnym przypadkiem zgrzewania. W procesach przemysłowych stosuje się różne konfiguracje docisku i sterowania prądem. Również czas zgrzewania może zawierać się od kilku ms do nawet kilku min. Wszystko zależy od procesu i celu jaki chce się osiągnąć.
  • #27
    jastom
    Poziom 11  
    Czy autor mógłby udostępnić schemat i wsad?

    Pierwszą literkę poprawiłem :), dziękuję Modowi ANUBIS za czujność.
  • #28
    Vinncent
    Poziom 12  
    Coś autor chyba o nas zapomniał, "popełniłem" taką mniejsza zgrzewarke tyle, że sterowanie zrobiłem na ne555. Nie ukrywam, że ładnie by było jak bym miał sterowanie na procku + wyświetlacz. ;-)
  • #29
    jastom
    Poziom 11  
    Powyżej jest kilka cennych uwag odnośnie momentu załączenia zasilania w szczycie.
    Rozumiem, że domyślnie dotyczy to układów zasilanych jednofazowo i nasuwa się pytanie jak to się ma przy transformatorach zasilanych międzyfazowo (400V)?