Файл: Изм. Лист докум. Подпись Дата Лист.pdf

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
3
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
Разраб.
Касьянов
Провер.
Садовский
Реценз.
Н. Контр.
Утверд. Разработка методики настройки и регулировки электронной части сварочных аппаратов Лит. Листов
37
АКОТБ гр. АОРТ Содержание Введение .................................................................................................................. 4 1 Описательная часть .............................................................................................. 5 1.1 Общие сведения о сварочном аппарате Fubag ......................................... 5 1.2 Устройство и принцип работы сварочного источника. Описание принципиальных схем ............................................................................................ 6 2 Расчётная часть .................................................................................................. 14 2.1 Анализ надежности элементов блока питания на основе контроллера
FAN6862 ................................................................................................................ 14 2.2 Расчет надежности блока питания на основе контроллера FAN6862 .. 17 2.3 Расчет параметрического стабилизатора ................................................ 19 2.4 Расчёт усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе ........... 23 3 Специальная часть ............................................................................................. 33 3.1 Методика выполнения типовых настроек и регулировок и калибровки сварочного аппарата ............................................................................................. 33 3.2 Регулировка и настройка электронной части сварочного аппарата фирмы Fubag. Составление маршрутной карты ................................................ 33 3.3 Организация контроля качества после настройки и регулировки сварочного инвертора ........................................................................................... 34 4 Охрана труда и промышленная безопасность ................................................. 36 4.1 Правила безопасности для специалистов ремонтных и регулировочных работ сварочных инверторов ............................................................................... 36 4.2 Инструкция по технике безопасности для радиомеханика по ремонту настройке и регулировке сварочного оборудования ......................................... Заключение ............................................................................................................ Использованные источники ................................................................................. 39

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
4
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Введение Для сварки металлов вполне достаточно купить любой сварочный инвертор среднего ценового сегмента, но качество швов у таких инверторов в отличии от обычных трансформаторных аппаратов, зависит не только от опыта сварщика, но и от заданных заводом производителем характеристик, неточные конфигурации которых могут подпортить сварочный процесс. В связи стем, что сварщик не может постоянно держать длину дуги на одном уровне для того, чтобы дуга не обрывалась или электрод не прилипал к металлу, в инверторах микроконтроллер автоматически подстраивает ток сварки в зависимости от длинны дуги, при этом поддерживая напряжение на заданном в микроконтроллере значении, что снижает требования к квалификации сварщика и соответственно упрощает процесс его подготовки. Данная работа направленна на изучение схемотехнических решений, примененных в сварочном инверторе Fubag IN 160, с целью разработки метода настройки и регулировки электрических параметров платы управления сварочным аппаратом. Для достижения цели проекта предлагается рассмотреть следующие вопросы
– Принцип работы сварочных инверторов на примере устройства Fubag
IN160
– Составление принципиальной схемы блока питания на основе ШИМ контроллера FAN6862
– Составление принципиальной электрической схемы управления инвертором на базе ШИМ контроллера UC3845
– Анализ надёжности элементной базы блока питания
– Расчёт надежности блока питания на контроллере FAN6862
– Расчёт параметрического стабилизатора
– Расчёт усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
5
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
1 Описательная часть
1.1 Общие сведения о сварочном аппарате Fubag Компактные бытовые сварочные источники французского производителя GYS S.A., присутствуют на рынке под брендами Gysmi, Fubag и ToolUp Spark. У сварочного инвертора есть характеристика период включения, или продолжительность нагрузки (ПВ и ПН соответственно, она указывает на время работы сварочного аппарата при определённом значении тока в интервале 10 минут, остальное время на охлаждение. В нашем случае ПВ при максимальном токе равно 60% (таблица 1.1), это значит, что при сварочном токе А инвертор непрерывно проработает 6 минут, после чего загорится индикатор перегрева и следующие 4 минуты он будет остывать. В соответствии с международным стандартом IEC/DIN EN
60974-4 испытания характеристики ПН должны проводиться при температуре
40 C˚. Таблица 1.1 – Характеристики сварочного инвертора Fubag IN 160 Напряжение питающей сети
220 В Частота питающей сети
50 Гц Полная потребляемая мощность
4,2 кВА Номинал предохранителя
16 А Минимальный сварочный ток
10 А Максимальный сварочный ток
160 А Период включения (ПВ) при максимальном сварочном токе
60 % Напряжение холостого хода
75 В Минимальный диаметр плавящегося электрода
1,6 мм Максимальный диаметр плавящегося электрода
4,0 мм Степень защиты от внешних воздействий
IP21 Габаритные размеры
420x170x370 мм Масса
4,2 кг Дополнительные функции
Hot start, Anti stick и Arc force

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
6
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
1.2 Устройство и принцип работы сварочного источника. Описание принципиальных схем С реле плавного пуска на затвор транзистора Q41P01 через цепь резисторов R41P01-R41P08 (рисунок 1.1) и диод D41P11 подается напряжение, ограниченное по величине стабилитроном D41P09. Поскольку в данном случае потенциал затвора положителен относительно истока, Q41P01 открывается, и конденсатор БП С заряжается, а питание для первоначального запуска ШИМ контроллера подается через цепь R51P21-
R51P23. Рисунок 1.1 – Блок питания на основе контроллера FAN6862 Если величина сетевого напряжения превысит порог срабатывания защитного варистоpа V41P02, его сопротивление скачкообразно уменьшится, что приведет к значительному увеличению тока через резистор R41P21 и перегоранию последнего. Если при этом блок питания еще не успел

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
7
КП 11.02.02 ДО А ПЗ включиться, силовая часть гарантированно остается неповрежденной благодаря разомкнутым контактам реле зарядки. При перегреве платы в области БП позистор V41P01 резко увеличивает свое сопротивление, что приводит к увеличению выходного напряжения делителя R41P10, V41P01 и смещению перехода база-эмиттер транзистора
Q41P02 в прямом направлении. Открывшись, этот транзистор будет удерживать потенциал затвора Q41P01 на уровне земли, препятствуя запуску
БП до тех пор, пока температура не упадет до приемлемого значения. Если же при запуске аварийных ситуаций не возникло, произойдет включение БП и появление выходного напряжения. В сварочном источнике применен 8 битный программируемый микроконтроллер (MK) STMicroelectronics ST7Lite05 (рисунок 1.2). После появления напряжений на выходе БП питание поступает на МК и высоким уровнем на выводе 12 МК отпирается транзисторный ключ Q11S01, через который, в свою очередь, подаётся питание на обмотку реле. Его контакты замыкаются и начинается зарядка сетевого фильтра. После завершения фазы предварительной зарядки 13 вывод МК с помощью транзисторного ключа замыкает контакты реле, и напряжение сети подается напрямую на диодный мост, аппарат готов к работе. Величина потребляемого аппаратом от питающей сети тока в этом состоянии составляет около 60 мА (Вт, при напряжении сети В. Рисунок 1.2 – Распиновка микроконтроллера ST7Lite05

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
8
КП 11.02.02 ДО А ПЗ При повороте ручки переменного резистора R31S06 задания сварочного тока, который совмещен с выключателем, вывод 9 МК замыкается на землю,
МК включает светодиод индикации питания и начинает формирование ШИМ сигнала управления инвертором. Таким образом происходит включение сварочного источника. Включение вентилятора охлаждения также происходит по сигналу 11 вывода МК с помощью ключа на транзисторе. Величина потребляемого аппаратом от питающей сети тока в этом состоянии и при включенном вентиляторе составляет около 220 мА (Вт, при напряжении сети В. Поскольку транзисторные ключи работают на индуктивную нагрузку реле, они защищены от выброса напряжения в момент размыкания посредством шунтирующих диодов. Конденсатор шунтирующий выключатель предупреждает хаотичное включение выключение аппарата, что может возникнуть из-за эффекта дребезга контактов выключателя.
БП реализован по схеме нового обратноходового преобразователя на основе контроллера FAN6862R фирмы FAIRCHILD Semiconductor в корпусе
SSOT-6 (рисунок 1.3). ИМС характеризуется высокой степенью интеграции, что позволяет сократить до минимума количество внешних элементов. Контроллер работает на фиксированной ключевой частоте 65 кГц, при низкой нагрузке частота автоматически снижается до 22,5 кГц и включается ждущий режим, потребление тока в котором минимально (до 3 мА. Рисунок 1.3 – Распиновка ИМС FAN6862

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
9
КП 11.02.02 ДО А ПЗ В ИМС встроены защиты от перенапряжения по питанию микросхемы вывод 5, VDD), от перегрузки и короткого замыкания на выходе БП, от перегрева кристалла и схема плавного запуска. Для работы узла защиты от перегрузки на 4 вывод (SENSE) ИМС через интегрирующую цепь R51P33, C51P31 подается сигнал стокового шунта
R51P31 и R51P32, пропорциональный величине тока, протекающего через ключевой транзистор Q51P10. Защита от перегрева может быть реализована подключением термистора ко входу RT, нов данном сварочном инверторе эта функция отсутствует. Транзистор Q51P01 будет открыт, когда напряжение на линии питания
+15V_A_P превысит порог обратного пробоя стабилитрона D51P02. При этом вход обратной связи FB будет притянут к потенциалу земли, что приведет к уменьшению скважности управляющего ШИМ сигнала на затворе ключевого транзистора Q51P10. Таким образом осуществляется регулировка выходного напряжения БП. Параллельно первичной обмотке трансформатора включен RCD- снаббер D51P01 C51P02 R51P01 R51P02, который защищает ключевой транзистор от перенапряжения при запирании, вызванного индуктивностью обмотки трансформатора TR51X01. Импульс напряжения, возникающий при запирании транзистора, приложен в отпирающей диод D51P01 полярности, и энергия, накопленная в индуктивности, затрачивается на заряд конденсатора
C51P02, который затем разряжается через цепь R51P01 R51P02. Выход блока питания +15V A_P, помимо питания ШИМ контроллера, используется для работы схемы формирования ШИМ сигнала управления инвертором и для питания цепей управления затворами нижних транзисторов. Затворы верхних транзисторов питаются от гальванически развязанной линии
+15V_B_P. Кроме того, имеется отдельная обмотка, с которой снимаются напряжения на питание реле и вентиляторов (+24V_A_S), цепей управления и индикации (+7V5_A_S и +5V_A_S) и MK (+5V_B_S).

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
10
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Инвертор сварочного аппарата работает на частоте порядка 82…84 кГц и выполнен по схеме двух транзисторного прямоходового преобразователя, также известной как косой мост. Силовой трансформатор TR63X01 расположен на основной плате аппарата. Силовой модуль включает в себя входной выпрямитель, инвертор с двухтактными каскадами управления затворами, выходной выпрямитель, термистор температурной защиты. Входные каскады управления затворами IGBT получают сигнал через выводы
CDE_GH (верхние IGBT транзисторы инвертора) и CDE LH (нижние IGBT). Затворы IGBT транзисторов инвертора защищены стабилитронами.
ШИМ контроллер U21P01 включен по схеме, рекомендуемой производителем (рисунок 1.4). Цепи управления инвертором питаются от линии +15V_A Р через параллельно соединенные резисторы R21P10, R21P23. На вход осциллятора Rt/Ct подключен частотозадающий конденсатор C21P08, который заряжается от опорного источника питания ИМС через резистор
R21P21. Постоянная времени получившейся цепи определяет частоту работы преобразователя. Сигнал Mes_I стокового шунта в затворах нижних IGBT инвертора, пропорциональный величине протекающего через транзисторы тока, через делитель R21P04, R21P05, R21P06 приходит с силового модуля на вход токовой обратной связи CS. На вход обратной связи по напряжению вывод 2, Vfb) подается сигнал регулировки сварочного тока Set_I. Выходной
ШИМ сигнал с контроллера поступает на драйвер U21P01 (L6386) через резистор R21P12.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
11
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Рисунок 1.4 – Упрощенная схема управления инвертором Переменный резистор регулировки сварочного тока R31S06 образует регулируемый резистивный делитель, сигнал с которого, пропорциональный углу поворота ручки, поступает на выв. 8 МКС вывода 14 поступает ШИМ сигнал задания тока (когда требуется увеличить выходной ток, увеличивается коэффициент заполнения. Гальваническая развязка контроллера от цепей управления инвертором достигается применением оптрона U12X01
(SFH6156). При высоком уровнена выводе 14 MCU, откроется транзистор
Q12S01, включив светодиод оптрона, соответственно откроется и его фототранзистор, тем самым подтягивая эмиттер Q22P01 к линии питания
+15V A Р. База этого транзистора связана с эмиттером через резистор R22P01, и когда напряжение на базе превысит напряжение обратного пробоя стабилитрона D22P01, переход Б-Э транзистора будет смещен в прямом направлении. Соответственно, транзистор откроется и на затворах двухтактного каскада Q22P02 Q22P03 установится высокий уровень. В

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
12
КП 11.02.02 ДО А ПЗ противном случае, когда Q22P01 заперт, затворы подтянуты к потенциалу схемной земли резистором R22P02. Таким образом, на выходе двухтактного каскада формируется тот же ШИМ сигнал, что поступает с МК, только инвертированный (при высоком уровнена базе Q12S01 на затворах также высокий уровень, что приводит к отпиранию N-MOSFET Q22P02 и установлению низкого уровня на выходе. Интегрирующая цепь R22P05,
C22P02 превращает ШИМ сигнал в аналоговый (чем больше коэффициент заполнения, тем выше выходное напряжение, который и подается на контроллер U21P01. Таким образом, чем ниже коэффициент заполнения импульсного сигнала с К, тем выше уровень Mes_I на входе контроллера
Vfb, и соответственно, ниже коэффициент заполнения сигнала на его выходе
Out. Транзисторы инвертора управляются драйвером L6386 фирмы
STMicroelectronics. Поскольку ключевые
IGBT косого моста коммутируются синфазно, входы драйвера LIN и HIN объединены. Следовательно, фазы выходных сигналов LVG (нижние ключи) и HVG верхние ключи) совпадают. Выходные импульсы разрешены при высоком уровнена входе отключения драйвера SD. На инвертирующий вход встроенного компаратора ошибки CIN подается сигнал, пропорциональный току через транзисторы инвертора. Не инвертирующий вход подключен к внутреннему источнику опорного напряжения величиной 0,5 В. Таким образом, если уровень сигнала на входе CIN превышает 0,5 В, на выходе компаратора DIAG устанавливается низкий уровень. Рассмотрим, как этот функционал используется в схеме сварочного источника. Вовремя штатной работы вход SD подтянут к линии питания ИМС Vcc резистором R21P20. Резистор R21P19 создает обратное смещение на переходе
Б-Э транзистора Q21P02, а резистор R21P17 обратное смещение на переходе
Б-Э Q21P01. Таким образом, оба транзистора заперты и на входе SD ИМС формируется высокий уровень. Если же уровень сигнала Mes_I превысит

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
13
КП 11.02.02 ДО А ПЗ порог переключения компаратора, низкий уровень на выходе DIAG U21P02 открывает транзистора тот, в свою очередь - Q21P02. При этом вход
SD будет присоединен к схемной земле, вследствие чего на выходах LVG и
HVG установится низкий уровень, что вызовет запирание транзисторов инвертора. Сигнал температурной защиты
Th_Shutdown формируется компаратором на операционном усилителе, на не инвертирующем входе которого устанавливается напряжение величиной около 1,6 В, а напряжение на инвертирующий вход поступает от установленного на плате силового модуля термистора с отрицательным ТКС (температурный коэффициент сопротивления. Приросте температуры увеличивается выходное напряжение, что включает индикацию перегрева и прекращает работу инвертора.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
14
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
2 Расчётная часть
2.1 Анализ надежности элементов блока питания на основе контроллера FAN6862 На рисунке 2.1 представлена схема электрическая принципиальная платы блока питания инвертора. Рисунок 2.1 – Блок питания на основе контроллера FAN6862 Надежностью называют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Расширение условий эксплуатации, повышение ответственности выполняемых техническими системами (ТС) функций, их усложнение приводит к повышению требований к надежности изделий.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
15
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Практические все современные многофункциональные радиоэлектронные средства (РЭС) построены на основе интегральных микросхем (ИС), которые выполняют не только управляющую роль, те. в них запрограммированы алгоритмы работы со служебными данными, но и отвечают за хранение и преобразование данных. От безотказности таких функциональных единиц РЭС напрямую зависит работоспособность всего РЭС, а также сохранность и правильность служебной информации, потеря которой может быть критическим критерием эксплуатации РЭС. Особенностью проблемы надежности является ее связь со всеми этапами жизненного цикла технической системы от зарождения идеи создания до списания при расчете и проектировании изделия его надежность закладывается в проект, при изготовлении надежность обеспечивается, при эксплуатации - реализуется. Поэтому проблема надежности - комплексная проблема и решать ее необходимо на всех этапах и разными средствами. На этапе проектирования изделия определяется его структура, производится выбор или разработка элементной базы, поэтому здесь имеются наибольшие возможности обеспечения требуемого уровня надежности технической системы. Основным методом решения этой задачи являются расчеты надежности в зависимости от структуры объекта и характеристик его составляющих частей, с последующей необходимой коррекцией проекта. Расчет надежности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) состоит в определении числовых показателей надежности вероятности безотказной работы P(t) и средней продолжительности безотказной работы Т
ср по известным интенсивностям отказов комплектующих элементов аппаратуры. При этом считается, что, если выход из строя любого элемента приводит к выходу из строя всей РЭА, то имеет место последовательное включение элементов. Усредненные данные по интенсивностям отказов микросхем, электрорадиоэлементов, узлов и электрическим соединениям известны и

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
16
КП 11.02.02 ДО А ПЗ приводятся в справочниках. Расчет показателей надежности производится по стандартной методике. Рассчитывается общая интенсивность отказов по формуле
????
!
= # ????
"
#
"$%
× ????
"
(2.1) где
????
!
– интенсивности отказа группы элементов
????
"
– количество элементов группы
????
"
– интенсивность отказа элемента группы. Влияние на надежность фактического значения коэффициента нагрузки и температуры учитывают при помощи коэффициента влияния а, тогда общая интенсивности отказов группы элементов рассчитывается по формуле
???? = ????
!
× a
(2.2) где
???? – интенсивность отказов всех элементов группы a – коэффициент влияния. Интенсивность отказов радиоэлектронной аппаратуры, состоящей из n различных групп элементов, определяют по формуле
Λ = ????
%
+ ????
&
+ ⋯ + ????
'
= # ????
"
'
"$%
(2.3) где
Λ – интенсивность отказа всех элементов схемы. Вероятность безотказной работы системы обычно вычисляется с помощью выражения
????(????) = ????
()×+
(2.4) где
????(????) – вероятность безотказной работы.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
17
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Наработка на отказ определяется по формуле
????
ср
=
1
Λ
(2.5) где
????
ср
– средняя наработка до отказа. Надежность конструкции зависит от соотношения прочности и устойчивости к нагрузке, которую приходится выдерживать аппаратуре в процессе эксплуатации. Под прочностью здесь понимается способность аппаратуры выдерживать без разрушений внешние температурные, механические, влажностные и прочие воздействия, под устойчивостью – способность к работе при тех же воздействиях.
2.2 Расчет надежности блока питания на основе контроллера
FAN6862 Все элементы системы разбиваются на несколько групп. Подсчитывается ориентировочное количество элементов в каждой группе N. По формулам (2.1) – (2.2) рассчитывается общая интенсивность отказов системы. По формуле (2.5) определяется наработка на отказ. По формуле (2.4) рассчитывается вероятность безотказной работы устройства. Блок питания состоит из 8 групп элементов, общее количество элементов - 114. Данные для расчётов представлены в виде таблицы 2.1. Таблица 2.1 – Данные вычислений интенсивностей отказов Группы элементов
N, шт
????
!
·10 6
, ч a
????
"
·10 6
, ч Резистор
24 0,159 1,1 4,20 Конденсатор электролитический
5 0,06 1,1 0,33 Конденсатор керамический
7 0,035 1,1 0,27 Диод
12 0,2 1,1 2,64 Микросхема аналоговая
1 1,0 1,1 1,1 Микросхема цифровая
1 1,0 1,1 1,1 Транзистор
4 0,5 1,1 2,20 Ручная пайка
60 0,0013 1,1 0,09

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
18
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Необходимо учитывать назначение и условие работы оборудования. Для расчета удобно пользоваться номограммой, которая позволяет для любого заданного времени t находить значения P(t). Номограмма позволяет решить три задачи.
2 По известному времени наработки на отказ Т и заданной длительности работы t определить вероятность безотказной работы.
3 По известной (или заданной) вероятности безотказной работы Р) и требуемой длительности работы t определить значение времени наработки на отказ.
4 По известному значению времени наработки на отказ T0 и заданной вероятности безотказной работы P(t) находить время исправной роботы t. Расчет показателей надежности произведен с помощью математического пакета MathCad (рисунок 2.2). Рисунок 2.2 – Расчет интенсивностей отказов групп элементов Расчет общей интенсивности отказов и средней продолжительности безотказной работы блока питания на основе контроллера FAN6862 выполнен с помощью MathCad и приведен на рисунке а. По результатам расчетов строим график зависимости вероятности безотказной работы от времени, результат приведен на рисунке б.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
19
КП 11.02.02 ДО А ПЗ а) общая интенсивность отказов и средняя продолжительность безотказной работы б) график зависимости вероятности безотказной работы от времени Рисунок 2.3 – Показатели надежности В результате расчетов средняя продолжительность безотказной работы блока питания на основе контроллера FAN6862 9 574 часов или примерно 1 год. Такому маленькому сроку службы способствуют неудачно сконструированные стойки силовой платы.
2.3 Расчет параметрического стабилизатора На рисунке 2.4 показана принципиальная схема стабилизатора. Рисунок 2.4 – Схема стабилизатора

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
20
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Исходные данные согласно порядковому номеру
????
вых
= 8,2 В
????
вх
= 15 В
????
'
= 8,2 кОм По значению выходного напряжения выбираем стабилитрон с подходящими параметрами, указанными в таблице 2.2. ст = 1 Ом ст = 950 мА ст = 9,1 В Таблица 2.2 – Данные стабилитрона Д815В Тип прибора ст ном Р
max
Значения при Т = С, ст ном
Предельные значения при Т = СТ к ст ст R
ст
R
ст
, при ст ст ст max
Д815В 8,2 В 8 Вт 7,4 В 9,1 В 1 Ом
8 Ом
50 мА
950 мА
130 C˚ Рассчитаем значение тока в нагрузке по формуле
????
н
=
????
вых
????
н
(2.6) где н – ток на нагрузке, А
????
вых
– напряжение выхода, В н – сопротивление нагрузки, Ом. н 500
= 0,018 А = 18 мА Определим сопротивление ограничивающего резистора, для чего определим падение напряжения на нём и ток, протекающий через него.
????
%
=
????
огр
????
огр
(2.7) где
????
%
– ограничивающий резистор, Ом.
????
огр
– падение напряжения, В
????
огр
– ток ограничивающего резистора, А

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
21
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
????
огр
= ????
вх
− ????
вых
(2.8) где
????
вх
– напряжение входа, В
????
огр
= ст+ ????
вых
;
(2.9) где ст – ток стабилизации, А
????
вых
– ток выхода, А.
????
огр
= 0,95 + 0,018 = А
????
огр
= 15 − 9,1 = 5,9 В
????
%
=
5,9 0,97
= 6,08 Ом Согласно ряду номинальных значений сопротивлений выбираем значение
????
%
= 6 Ом.
На стабилитроне падает напряжение 8,2 В (в нашем случае. Тогда притоке А эквивалент нагрузки
????
н
=
????
&
????
нмакс
(2.10) где н – сопротивление эквивалента нагрузки, Ом
????
&
– напряжение падения на стабилитроне, В
????
нмакс
– ток нагрузки максимальный, Ан Ом Поэтому из ряда сопротивлений с запасом подходит н 9,1 Ом. Для выбора типа резистора рассчитываем его мощность рассеивания
????
8
!
= ????
огр
&
× ????
%
(2.11) где
????
8
!
– мощность ограничивающего резистора, Вт
????
8
!
= 0,97 × 6 = 5,82 Вт

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
22
КП 11.02.02 ДО А ПЗ В качестве резистора R
1
можно использовать резистор типа RX27-1 Ом 10W 5 / SQP10. Определим коэффициент стабилизации стабилизатора
К
ст
=
1 − (????
вх
× ????
%
)
????
вх
×
????
%
+ ????
ст
????
ст
; ????
вх
= н+ ????
огр
(2.12) где
К
ст
– коэффициент стабилизации
????
вх
– ток входа, А ст – сопротивление стабилизатора, Ом.
????
вх
= 0,018 + 0,97 = 0,988 А
К
ст
=
1 − (0,988 × 6)
15
×
6 + 1 1
= 2,3 Рассчитываем КПД стабилизатора
???? ст ????
ст
(????
ст
+ ????
вых
) × ????
вх
(2.13) где
???? – КПД стабилизатора.
???? =
0,95 × 7,4
(0,95 + 0,97) × 15
= 0,24 = Все элементы схемы рассчитаны, выбраны типы элементов, следовательно, можно считать расчет законченным.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
23
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
2.4 Расчёт усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе Исходные данные согласно варианту 11 указаны в таблице 2.3. Рассчитывается УНЧ по схеме включения с общим эмиттером (рисунок 2.5). Таблица 2.3 – Задание для расчёта усилителя низкой частоты Параметр обозначение Единица измерения Диапазон входных частот от низких до высоких н Гц в Гц Допустимые частотные искажения, низких и высоких частот соответственно н коэффициент) в коэффициент) Напряжение источника питания кВ Сопротивление источника сигнала
????
&
2000 Ом Амплитуда тока в нагрузке н А Сопротивление нагрузки н Ом Амплитуда напряжения в нагрузке н н н В Рисунок 2.5 – Схема УНЧ

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
24
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
Порядок расчета
1 Выбираем тип транзистора таким образом, чтобы его проводимость соответствовала схеме на рисунке 2.5, то есть была n-p-n, а также допустимое напряжение между коллектором и эмиттером было больше напряжения источника питания
????
кэмакс
> кВ к (0,6 … 0,8)????
кэмакс где
????
кэмакс
– максимальное напряжение перехода коллектор-эмиттер, В к – напряжение источника питания, В к – постоянная составляющая напряжения коллектора, В По частотным свойствам транзистор выбирают из условия э в 10 кГц где э – граничная частота коэффициента передачи тока, Гц в – диапазон верхних частот, Гц Вышеуказанные условия выполняются для характеристик транзистора
КТ315Б (таблица 2.4), его и выберем. Таблица 2.4 – Основные электрические параметры КТ315 при температуре окружающей среды 25 C˚
Паpаметpы Обозначение Ед. изм. Значение Статический коэффициент передачи тока э-
20...350 Напряжение насыщения коллектор - эмиттер
????
кнас
В
0,4...0,9 Напряжение насыщения база - эмиттер
U
бнас
В
0,9...1,35 Граничная частота коэффициента передачи тока
????
-
!"э
MГц
250 Напряжение коллектор - база
????
кбнас
В
20...40 Напряжение коллектор - эмиттер
????
кэнас
В
20...60 Напряжение эмиттер - база
????
эбмакс
В
6 Постоянный ток коллектора
????
кмакс мА
100 Рассеиваемая мощность коллектора
????
кмакс мВт
150

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
25
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
2 Определяем значение постоянной составляющей тока коллектора, но перед этим выбираем минимальную величину тока коллектора из условия
????
кмин
≈ (5 … 10)????
кэ
(2.14) где
????
кмин
– минимальная величина тока коллектора, А
????
кэ
– постоянный ток коллектора, А.
????
кмин
= 10 × 0,1 = 1 мА = 0,001 А Далее вычисляем значение постоянной составляющей тока коллектора кн+ ????
кмин
(2.15) где к – постоянная составляющая тока коллектора, Ан амплитуда тока в нагрузке, А. к 0,01 + 0,001 = 0,011 А = 11 мА Выбираем минимальное значение напряжения коллектор - эмиттер
????
кэмин
≥ 0,8 … 1,0 В пусть ????
кэмин
= ????
кэнас
= 0,8 В) где
????
кэмин
– минимальное напряжение коллектор - эмиттер, В
????
кэнас
– напряжение насыщения перехода коллектор - эмиттер, В.
4 Напряжение между коллектором и эмиттером определяем из условия
????
кэ!
= ????
кэмин
+ н) где
????
кэ!
– напряжение между коллектором и эмиттером н – амплитуда напряжения на нагрузке. кэВ
Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
26
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
5 По выходной характеристике транзистора (рисунок 2.6) определим положение рабочей точки и соответственно значение тока базы. Рисунок 2.6 – Вольт - амперная характеристика КТ-315 По характеристике определили, чтоб мА = 0,00015 А.
6 Мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора, определим по формуле к к к) где к – мощность, рассеиваемая на коллекторе, Вт. кВт мВт
Следовательно, транзистор подобран в схему правильно, так как рассчитанное значение меньше предельно допустимой мощности рассеяния транзистора (таблица 2.5).
7 Выбираем напряжение на резисторе вцепи эмиттера эк) где э – напряжение на резисторе вцепи эмиттера, В. эВ
Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
27
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
8 Вычисляем сопротивление вцепи коллектора
????
к
=
(????
к
− ????
кэ!
− эк) где к – сопротивление вцепи коллектора, Ом. кОм Согласно ряду номинальных значений сопротивлений выберем кОм Для учета влияния сопротивления вцепи коллектора на амплитуду переменной составляющей тока на выходе каскада определяем более точное значение переменного тока вцепи коллектора по формуле к ????
кмин
+
????
н
× (кн кн) где к – значение переменного тока вцепи коллектора, А. к 0,001 +
1,5 × (680 − 150)
680 × 150
= 0,001 А = 1 мА Рассчитаем значение сопротивления вцепи эмиттера
????
э
=
????
8э
????
к
(2.22) где э – значение сопротивления вцепи эмиттера, Ом. э 0,001
= 2400 Ом = 2,4 кОм
Согласно ряду номинальных значений сопротивлений выберем э 2,2 кОм Значение тока вцепи смещения рабочей точки в нужный участок передаточной характеристики транзистора выбираем из условия
????
%&
= (3 … 5) × б) где
????
%&
– значение тока вцепи смещения рабочей точки транзистора, А.
????
%&
= 5 × 0,00015 = 0,00075 А

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
28
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
12 Значение сопротивления резистора R2, Ом, цепи смещения транзистора определим по формуле
????
&
=
????
8&
????
=%&
=
????
бэ
+ э) где
????
&
– сопротивление резистора вцепи смещения рабочей точки, Ом
????
8&
– напряжение резистора вцепи смещения рабочей точки, В
????
=%&
– значение тока вцепи смещения рабочей точки транзистора, А
????
бэ
– напряжение смещения, В. Исходя из физических основ работы биполярного транзистора следует, что база - эмиттерный переход транзистора всегда находится под воздействием прямого смещения (прямого напряжения, поэтому напряжение смещения для кремниевого транзистора выбирается в диапазоне 0,5-1,0 В.
КТ315Б – кремниевый транзистор, поэтому считаем
????
бэ
= 0,7 В. Рассчитаем значение резистора
????
&
:
????
&
=
0,7 + 2,4 0,00075
= 4133 Ом ≈ 4,1 кОм Согласно ряду номинальных значений сопротивлений примем
????
&
=
4,3 кОм = 4300 Ом. Для определения типа резистора рассчитаем мощность, рассеиваемую на нем по формуле
???? = ????
&
× ????; в нашем случае ????
&
= ????
%&
&
× ????
&
(2.25) где
????
&
– мощность, рассеиваемая на резисторе вцепи смещения рабочей точки, Вт
????
&
= 0,00075
&
× 4300 = 0,002408 Вт = 2,4 мВт Таким образом, в качестве резистора
????
&
можно использовать резистор типа МЛТ-0,125 К.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
29
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
13 Сопротивление цепи установки положения рабочей точки на проходной характеристике транзистора рассчитываем по формуле
????
%
=
????
кэ!
????
б!
+ ????
%&
(2.26) где
????
%
– сопротивление резистора вцепи установки положения рабочей точки, Ом б – значение тока базы, А 0,00015 + 0,00075
= 2556 Ом = 2,56 кОм
Согласно ряду номинальных значений сопротивлений примем
????
%
=
2400 Ом. Для определения типа резистора рассчитаем мощность, рассеиваемую на нем по формуле
???? = ????
&
× ????; в нашем случае ????
%
= ????
%&
&
× ????
%
(2.27) где
????
%
– мощность, рассеиваемая на резисторе вцепи установки рабочей точки, Вт.
????
%
= 0,00075
&
× 2400 = 0,001344 Вт = 1,3 мВт Таким образом, в качестве резистора
????
%
можно использовать резистор типа МЛТ-0,125 К.
14 Коэффициент нестабильности рабочей точки, при рассчитанных значениях элементов и параметров каскада, вычислим по формуле
σ ≈
(????
%
+ к) × ℎ
&%эмин
[(????
%
+ к) × (1 + ℎ
&%эмин
)] − ????
%
× ℎ
&%эмин
(2.28) где
σ – коэффициент нестабильности рабочей точки
ℎ
&%эмин
– минимальный статический коэффициент передачи потоку, для выбранного транзистора минимальная величина э 20, поэтому соответственно
ℎ
&%эмин
= 20.
σ ≈
(2400 + 680) × 20
[(2400 + 680) × (1 + 20)] − 2400 × 20
= 3,69

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
30
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Чем меньше величина
σ, тем более стабильный режим транзистора. Следовательно, в условиях большого перепада температур в переносных устройствах
σ следует выбирать меньшим, а в стационарных условиях σ – большим значением. Полученное значение для выбранных значений сопротивлений
????
%
и
????
&
σ = 3,69 говорит о правильности выполненных расчетов.
15 Рассчитываем эквивалентное сопротивление нагрузки цепи коллектора
????
кэ
=
????
к
× ????
н
????
к
+ н) где
????
кэ
– эквивалентное сопротивление нагрузки цепи коллектора, Ом.
????
кэ
=
680 × 150 680 + 150
= 122,89 Ом = 120 Ом Коэффициент усиления потоку определим из формулы э + ????
кэ
× э ℎ
&&э
=
????
б
????
кэ!
(2.30) где
????
"
– коэффициент усиления потоку э – выходная проводимость, См. э 2,3
= 0,00085 ; ????
"
=
20 1 + 120 × 0,00085
= 18,2 17 Коэффициент усиления по напряжению определим по формуле
????
>
= ℎ
&%э
×
????
кэ
ℎ
%%э
; ℎ
%%э
=
????
бэ
????
б
(2.31) где
????
>
– коэффициент усиления по напряжению э – входное дифференциальное сопротивление, Ом э 0,00195
= 359; ????
>
= 20 ×
120 359
= 6,68

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
31
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
18 Коэффициент усиления по мощности определим по формуле
????
?
= ????
>
× ????
"
(2.32) где
????
?
– коэффициент усиления по мощности
????
?
= 6,68 × 18,2 = Выходное сопротивление каскада определим по формуле
????
вых
=
????
@
+ ℎ
%%э
ℎ
&&э
× ????
@
(2.33) где
????
вых
– выходное сопротивление каскада, Ом
????
@
– сопротивление источника сигнала, Ом.
????
вых
=
2000 + 359 0,00085 × 2000 19 Значение разделительного конденсатора каскада Ср, мкФ, определим по формуле
????
?
=
1 2 × ???? × н (????
кэ
+ н) × н 1
(2.34) где
????
?
– ёмкость разделительного конденсатора, Ф.
????
?
=
1 2 × ???? × 500 × (120 + 150) × f1,15
&
− 1
= 0,000002 Ф = 2 мкФ
Согласно ряду номинальных значений емкостей примем значение разделительного конденсатора равными 2,2 мкФ. Поэтому в качестве разделительного конденсатора
????
?
можно использовать конденсатор типа К10-
17б в 2,2 мкФ.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
32
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
20 Коэффициент частотных искажений на верхней частоте диапазона определим по формуле в f1 + (2 × ???? × в ????
нэ
× н ????
нэ
=
????
кэ
× ????
н
????
кэ
+ н) где в – коэффициент частотных искажений н – ёмкость нагрузки, Ф
????
нэ
– эквивалентное сопротивление нагрузки вцепи эмиттера, Ом
????
нэ
=
120 × 150 120 + 150
= 66 Ом
????
в
= f1 + (2 × ???? × 10000 × 66 × (1 × 10
A
))
&
= 1,08 Коэффициент частотных искажений у идеального усилителя равен 1, полученное значение коэффициента частотных искажений говорит о хорошем качестве рассчитываемого усилителя и о практическом отсутствии искажений сигнала в области верхних частот воспроизводимого диапазона частот.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
33
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
3 Специальная часть
3.1 Методика выполнения типовых настроек и регулировок и калибровки сварочного аппарата Выполнение типовых настроек сварочного инвертора заключается в настройке сварочного тока в соответствии с выбранным диаметром электрода. Диаметр сварочного электрода подбирается в соответствии с толщиной металла, а уже в соответствии с диаметром электрода на инверторе выставляется сварочный ток (таблица 3.1). Таблица 3.1 – Зависимость диаметра электрода и сварочного тока от толщины металла Диаметр электрода, мм Сварочный ток, А Толщина металла, мм
1,6 25-50 1-2 2
40-80 2-3 2,5 60-100 2-3 3
80-160 3-4 4
120-200 4-6 5
280-250 6-8 5-6 220-320 10-24 6-8 300-400 30-60
3.2 Регулировка и настройка электронной части сварочного аппарата фирмы Fubag. Составление маршрутной карты Регулировка и настройка электронной части сварочного аппарата заключается в проверке основных напряжений в контрольных точках платы таблица 3.2). Таблица 3.2 – Выходные напряжения блока питания Напряжение, В Контрольная точка Назначение
+24V_A_S Положительный электрод C51S02 Питание вентилятора и реле

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
34
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
+15V_B_P Положительный электрод C53P01 или катод D53P01 Гальванически развязанное питание верхних ключевых транзисторов
+15V_A_P Положительный электрод C52P01 или катод D52P01 Питание микросхем FAN6862,
UC3845, L6386
+7V5_A_S Положительный электрод C52S01 или катод D52S01 Питание цепей управления и индикации
+5V_A_S Положительный электрод C52S04
+5V_B_S Присутствует при условии наличия напряжения +5V_A_S и исправности R31S13 Питание интегральных микросхем (ИМС) В виде таблицы 3.3 представлена маршрутная карта описывающая последовательность действий при измерении выходного сигнала микроконтроллера UC3845. Таблица 3.3 – Маршрутная карта проверки выходного сигнала UC3845
№ п/п Выполняемое действие Инструмент и КПА Что регулируется, контролируется Способ контроля
1 Демонтировать крышку корпуса, открутив 8 винтов.
Отвёртка Torx Визуальный
2 Подключить сварочный инвертор к сети, включить питание. Индикация включения Визуальный
3 Поставить щуп на 6 вывод микросхемы UC2845 Осциллограф Частота сигнала Амплитуда напряжения
114 кГц,
4.95-5.05 В
4 Смонтировать крышку корпуса, закрутив 8 винтов.
Отвёртка Torx Визуальный
3.3 Организация контроля качества после настройки и регулировки сварочного инвертора Существует визуальный способ и заключается в осмотре печатной платы на предмет дефектов, например таких как холодная пайка (припой разрушился вместе контакта радиоэлемента и платы, разрыв дорожек или деформации самой платы, остатки не смытого флюса, следы нагара после вышедших из строя радиоэлементов, например от сгоревшего после скачка напряжения варистора. Также осмотр может производиться с помощью

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
35
КП 11.02.02 ДО А ПЗ микроскопа с увеличением от 2 до 10 крат, что позволит выявить дефекты на
SMD элементах. После внешнего осмотра, приступают к электрическому контролю, первым этапом при помощи мультиметра измеряют основные напряжения, в инверторе это дежурное, для питания микросхем, как правило В и силовое, которое называется напряжением холостого хода, ив моём сварочном инверторе оно равно В, если напряжения отсутствуют, то мультиметр переводится в режим прозвонки диодов, для поиска коротких замыканий или наличия разрывов в различных цепях.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
36
КП 11.02.02 ДО А ПЗ
4 Охрана труда и промышленная безопасность
4.1 Правила безопасности для специалистов ремонтных и регулировочных работ сварочных инверторов Вовремя настройки и регулировки сварочного инвертора могут понадобиться такие инструменты как паяльник (для замены радиоэлементов в обвязках микросхем) и мультиметр (в основном для измерения таких параметров как ток, напряжение, сопротивление и падения напряжения, в связи с этим к ремонту и настройке допускаются лица, имеющие квалификацию по электробезопасности не ниже второй. Также к работодателю относятся следующие правила
– Во избежании пробоя выпрямительных диодов и IGBT транзисторов нужно предоставить рабочему элементарные антистатические меры предосторожности (антистатические браслеты, обувь, и заземлённый токопроводящий коврик
– Радиомеханику должна быть выдана одежда с длинными рукавами и и нарукавникам. При использовании халатов без пуговиц на рукавах необходимо надевать закрепляющие резинки или нарукавники
– Рабочий стол должен иметь заземление, а в помещении должно быть установленно УЗО (устройство защитного отключения, для избежания поражения работника электрическим током.
4.2 Инструкция по технике безопасности для радиомеханика по ремонту настройке и регулировке сварочного оборудования Для предотвращения нештатных ситуаций, нужно хорошо высыпаться, чтобы хорошо сконцентрироваться на регулировке устройства, обдуманно и четко выполнять свои действия, и быть внимательным. А для предотвращения

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
37
КП 11.02.02 ДО А ПЗ последствий человеческого фактора и снижения рисков опасности в случае невнимательности нужно придерживаться следующих инструкций
– Для гарантированного отвода тепла с силовых элементов на алюминиевые радиаторы стоит нанести слой термопасты или использовать термопрокладки (если нужно изолировать радиатор от радиоэлемента);
– При замене низкоомных резисторов большой мощности стоит оставлять 3 мм между поверхностью печатной платы и корпусом резистора, для обеспечения лучшего охлаждения последнего
– Вовремя пайки полупроводников (диоды, микросхемы, транзисторы, стоит придерживаться максимально допустимого для них температурного режима, для каждого радиоэлемента он индивидуален, и температура пайки указана в даташите, нов среднем значения равны 300 ºC в течении 10 сек. Внутри микросхем есть паянные контакты которые плавятся при той же температуре 300 ºC в связи с чем при перегреве может нарушиться контакт между внешним выводом микросхемы и местом пайки на кристалле микросхемы
– Придерживаться осторожности и внимательности при разборке и сборке инвертора и его узлов, во избежании нежелательной поломки устройства и как следствие дополнительных затратна его восстановление
– В процессе демонтажа различных радиоэлементов позаботиться о монтаже элементов обратно на плату, запомнив, записав, сфотографировав их изначальное положение на плате, если демонтаж уже произведён, то стоит попробовать найти схему или обратиться в сообщества по ремонту
– Все пуговицы на халате должны быть застёгнуты, если используется халат без пуговиц, на рукавах должны быть стягивающие резинки
– Инструменты должны иметь изолированные ручки.
– Перед началом ремонта проверить правильность номиналов предохранителей, установленных в РЭА.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
38
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Заключение Входе выполнения курсового проекта был изучен принцип работы конкретного сварочного инвертора Fubag IN 160. Представленные принципиальные схемы (взятые из журнала) посредством программного обеспечения Компас Д и дополнения Компас - электрик, были оформлены в соответствии сединой системой конструкторской документации
(ЕСКД). Также при выполнении чертежа были замечены и исправлены ошибки в позиционных обозначениях радиоэлементов. Так как производитель Fubag (как и многие в современном мире) в связи с сохранением их собственных разработок не делится схемами на своё оборудование – материалы данного проекта, совместно с физическим доступом к инвертору, могут помочь составить полную принципиальную электрическую схему на данный сварочный инвертор, которую в последующем можно будет платно или бесплатно разместить на каком-либо форуме по ремонту техники, для чего потребуется
– данная курсовая работа
– источники указанные в курсовой работе
– исправный сварочный инвертор Fubag IN 160
– дополнительная литература Дополнительная литература может понадобиться для изучения версий платы, так как производитель под одним названием инвертора выпускал доработанные версии этого же сварочного инвертора, атак же для выявления ошибок в данной курсовой работе.

Изм. Лист
№ докум. Подпись Дата Лист
39
КП 11.02.02 ДО А ПЗ Использованные источники
1 А. Родин. Ремонт и сервис, 2019, №6 2 В. П. Перов. Выполнение монтажа и сборки средней сложности и сложных узлов, блоков, приборов радиоэлектронной аппаратуры, аппаратуры проводной связи, элементов узлов импульсной и вычислительной техники,
2013, 272 с
3 https://docs.cntd.ru/document/1200113567?ysclid=la88oe94ld442564563 4 https://strport.ru/instrumenty/svarochnyi-invertor-fubag-160-osobennosti- kharakteristiki-instruktsiya-otzyvy?ysclid=l8wkbgecwg870295898 5 https://static.chipdip.ru/lib/542/DOC003542571.pdf
6 http://inverter48.ru/datasheet/mcu/ST7FLITE05M6.pdf?ysclid=lacjzua704 25201767 7 https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/fan6862r-d.pdf
8 https://pl-
1.org/getproductfile.axd?id=10115&filename=UC3845.pdf&ysclid=laeqglpqcj641 778974 9 http://inverter48.ru/datasheet/driver/L6386-
L6386D_ST.pdf?ysclid=laghupg91f568526765 10 https://www.vishay.com/docs/83671/sfh6156.pdf
11 https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/tl331-d.pdf
12 https://srbu.ru/instrumenty-i-oborudovanie/1703-cvarochnyj-kabel- marki-kharakteristiki.html
13 https://vtmstol.ru/blog/svarochnyj-tok-i-diametr- jelektroda?ysclid=lab4o4qigo191737027