Schweißmaschine mit Phasenanschnittsteuerung Thyristoren PIC16F876 Mikrocontroller

С самого начала идея была сделать сварочный аппарат, в котором микроконтроллер будет лишь косвенно рулить сварочными делами (фазное управление тиристорами хотел сделать на микросхеме), обеспечивать плавный пуск трансформатора и защищать от перегрева силовые элементы. Уже в процессе создания пришла мысль: “А что если реализовать фазное управление программно…”. Несколько “пугала” многофункциональность, возлагаемая на микроконтроллер, но решил дерзнуть. В итоге получился очень надёжный сварочный аппарат постоянного тока, который вот уже год неустанно работает.

Фото сварочного аппарата (справа тиристорый, слева – его младший братишка – инвертор):
Мой сварочный трансформатор намотан так, что работает на грани насыщения магнитопровода. Общеизвестно, что при такой намотке велик пусковой ток (настолько, что выбивает автоматы защиты). Поэтому, в момент включения питания первичная обмотка трансформатора подключается через резистор на 20 Ом, а спустя 0,5 сек. включается реле и его контакты шунтируют резистор. В момент задержки тиристоры закрыты, и ток в сварочную дугу не подаётся. На индикацию выводится надпись “дуга”.

В основу регулирования сварочного тока положен принцип управления фазой открытия тиристоров. В момент перехода сетевого напряжения через ноль с выхода компаратора (выв.7 LM358N) на вход INT микроконтроллера поступает импульс логического нуля, что вызывает прерывание. В ПП Int обработки этого прерывания запускается таймер TMR2 и сбрасывается RA5. Переполнение TMR2 приводит к другому прерыванию, в котором на выводе RA5 появляется высокий логический уровень, который открывает транзисторы и тиристор соответствующей полуволны сетевого напряжения. В результате, изменяя значение регистра PR2 (период таймера TMR2), можно управлять фазой открытия тиристоров, а соответственно и сварочным током.

Схема сварочного аппарата представлена на рисунке:
Значение сварочного тока контроллер не отслеживает. Дело в том, что сварочная дуга – это сложный физический процесс, с непредсказуемой ВАХ. Во время сварки при одной и той же фазе открытия тиристоров ток в дуге может изменяться в разы! Это зависит в первую очередь от длины дуги. По этому программно задаётся только фаза открытия тиристоров без обратной связи по току. А чтобы сварщику, не имеющему представления о фазе, регулировать сварочный ток на индикацию выводится некое процентное значение мощности. С помощью кнопок сварщик может менять выходную мощность аппарата от 10 до 100 %. Программно предусмотрен также автодекремент (автоинкремент), при нажатии на одну из кнопок дольше 2 секунд происходит автоматическое быстрое уменьшение (увеличение) процентного значения мощности. С помощью применённых мною силовых элементов аппарата удалось получить ток в дуге до 250 А при установленном 100% значении мощности.

Если нажать на две кнопки одновременно, то в энергонезависимую память запишется текущее процентное значение мощности, с выводом на индикацию слова “АГА” и кратковременным включением зуммера. При следующем включении аппарата эта мощность будет по умолчанию.

Самым слабым звеном силовой части сварочного аппарата оказался дроссель. Сам я его не изготавливал, взял тот, что был в наличии. Он намотан медным проводом в термостойкой изоляции, а сечение всего 16 кв. мм. Хоть я и направил на него вентилятор обдува (на схеме не показан), при больших токах он всё же греется больше всего остального. С целью недопущения перегрева к обмотке дросселя приклеен термодатчик DS1820. При превышении температуры выше 100 градусов, а точнее спустя 20 секунд после непрерывного превышения этого порога микроконтроллер прекращает выдавать управляющие импульсы на тиристоры, включается прерывистый звуковой сигнал (зуммер). На индикацию выводится текущее значение температуры обмотки дросселя. Как только температура обмотки понизится до 50 градусов, сварочный аппарат переходит в рабочий режим и можно продолжать варить.

Вид на монтаж сварочного аппарата представлен на фото:
Есть недостаток схемы, не создающий неудобств в работе. В связи с тем, что питание микроконтроллера не защищено от всяческого рода помех (более того, блок управления не экранирован от силовой части) происходит периодический сброс программы на начало (выключение реле, вывод на индикацию слова “дуга”, включение реле спустя 0,5 сек). Это происходит с непредсказуемым интервалом (зависит от времени суток) и только на холостом ходу (без нагрузки). Поэтому, на нервы сварщика это не действует :). Тем не менее, нерегламентированные сбросы следует устранять. Считаю, что мой сварочник может послужить отличным полигоном для испытания всевозможных методов защиты от помех по питанию.

Прошивка для микроконтроллера PIC16F876 в HEX формате : duga.rar
Та-же прошивка в формате программы ProgCode : duga.sfr

Автор конструкции: Руслан Липин