Umbau Schweißtrafo zum Gleichstromschweißgerät

2005-08-20T19:49:15Z

80.129.157.234: /* Umbau Schweißgerät */

==Umbau Schweißgerät==

hier möchte ich meinen Umbau eines Schweißtrafos zum Gleichstromschweißgerät dokumentieren und anderen Leuten die Möglichkeit bieten das nachzubauen oder mit eigenen Vorschlägen, Tipps & Tricks zur Verbesserung beizutragen.

Es geht darum einen normalen Baumarkt-Schweißtrafo, gleichzurichten und danach noch etwas zuglätten um einen sauberen Gleichstrom zur Verfügung zu haben, später soll ein µC mit eingebunden um die Leistung zu regeln und dadurch einige Funktionen wie Hotstart, ArcForce usw. zu integrieren, die das Schweißen erheblich erleichtern.

Ich habe als erstes einige mechanische Verbesserungen am Gerät durchgeführt, z.B. Lüfternachrüstung, Dinse-Anschlußbuchsen verbaut, neue Schweißkabel hergestellt, Elektrodenhalter und Masseklemme ersetzt, weitere Bedienelemente in die Front gebaut.

Nun viele werden sich gleich fragen was ist daran besser mit Gleichstrom anstatt mit Wechselstrom zu schweißen.
:Der Hauptvorteil ist der gleichmäßige Strom da es hier keinen Nulldruchgang gibt wo der Strom immer kurzfristig unterbrochen wird. Wodurch es Probleme wie den Abriss des Lichtbogens bei geringen Schweißstrom geben kann oder ein schlechtes Zünden der Elektrode.
:Es gibt natürlich auch Nachteile des Gleichstromes, es lassen sich manche Materialen nicht verschweißen weil sie eine Oxidschicht bilden und sich so das Schweißgut nicht mit dem Elektrodenwerkstoff verbindet, hier wird also explizit Wechselstrom bzw. gepulster Gleichstrom benötigt um die Oxidschicht aufzubrechen. Aber Alu warund ist bei mir erstmal kein Einsatzwerkstoff.

Nun möchte ich euch zeigen wie der Spannungsverlauf beim Wechselstrom abläuft und wie sich das ganze nach dem
Gleichrichten und Glätten verhält. Interessant ist hier auch der Vorteil des 3 Phasen Drehstromes zu sehen.

http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/Wechselspannung.GIF http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/PulsierendeGleichspannunglangsam.GIF http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/PulsierendeGleichspannungschnell.GIF<br>
http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/StabileGleichspannung.GIF http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/Drehstrom.GIF http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/3PhasenGleichpannung.GIF

*Bild 1 zeigt eine ganz normale Wechselspannugn wie man sie aus der Steckdose entnehmen kann.
*Bild 2 zeigt den Spannungsverlauf nachdem eine Diode verwednet wurde hier kommt nur die positive Halbwelle durch, das wäre dann eine pulsierende Gleichspannung allerdings mit einem Verlust von 50%
*Bild 3 zeigt den Spannungsverlauf nach einem Brückengleichrichter hier wird praktisch die negative Halbwelle nach oben geplappt was auch eine pulsierende Gleichspannugn ergibt aber ohne den 50%tigen Verlust.
*Bild 4 eigentlich die perfekte Gleichspannung wie sie z.B. von einer Batterie zur Verfügung gestellt wird, hierzu gibt es nach der Gleichrichtung aber noch einen Unterschied. Also muss noch etwas getan werden. Dazu habe ich zwei Möglichkeiten in Betracht gezogen einmal eine Speicherdrossel und einmal einen Kondensator. Es gilt also wärend eines Impulses soviel Energie zu speichern um wärend des Abfalls des Impulses diese Energie zur Verfügung zu stellen, damit ein möglichst geringer Abfall entsteht.
*Bild 5 das ist Drehstrom also geläufig auch als Starkstrom bezeichnet hier gibt es 3 Phasen die jeweils um 120° versetzt sind, wenn das mit einer Brückengleichrichterschaltung gleichgerichtet wird sieht man in Bild 6 das es hier keine Nullphase mehr gibt wie es beim normalen Wechselstrom bzw. noch bei der ungeglättenden pulsierenden Gleichspannung vorkommt.

Es muss also ein Energiespeicher her der genügend Energie speichern kann um diese Pause überbrücken zu können, umso höher die Frequenz also ist desto kleiner könne die Teile ausfallen, das ist auch der Vorteil eines Inverterschweißgerätes, hier wird mit bis zu 200 kHz gearbeitet wodurch die Trafospulen, die Drosseln und die Kondensatoren sehr klein ausgelegt werden können wodurch sich ein sehr großer Gewichtsvorteil zu einem Schweißtrafo ergibt. Nun also zum Vergleich wie es mit einem kleinen und einem großen Elkos ausschaut.

http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/KleinerElko.GIF http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/Gro%DFerElko.GIF

Hier sieht man also sehr schön das dem kleinen Kondensator sehr schnell der Saft ausgeht und die Spannung sehr früh abfällt, der große Kondensator hingegen hällt die Spannugn bis zum nächster Impuls auf einem hohen Level. Bei Kondensatoren gibt es allerdings den Nachteil das man diesen überlasten kann da sie nur mit einem gewissen Maximalstrom belastet werden dürfen, der bei der benötigten Bauart ca. 30-50A beträgt, wenn das Schweißgerät zumindestens kurzfristig 150A liefern kann wird ein Elko das nicht lange mitmachen, deswegen werden hier meistens mehrere Kondensatoren parallel geschalten. Diesen Nachteil scheint es bei der Drossel nicht zu geben, allerdings bringt eine Drossel wieder eine größere Bauform sowohl auch mehr Gewicht auf die Wage. Oft bedienen sich die Hersteller an den Vorteilen beider Bauteile und verwenden neben einer kleineren Drossel noch eine Reihe Kondensatoren. Diese bieten den weiteren Vorteil das beim Schweißbeginn kuzfristig ein sehr große Energie zur Verfügung gestellt werden kann, weil sie die Kondensatoren sich im Leerlauf meist mit einer Spannung um die 50V aufladen können, so gibt es dann keine Problem mit dem Zünden der Elektrode. Die Schweißspannung geht beim Schweißen dann sowieso auf, je nach gewünschten Strom, auf ca. 18-26V zurück.

Zum Gleichrichten der Wechselspannung habe ich 10 x B700C35(1,25€/Stück bei Reichelt) Metallbrückengleichrichter hier, erste Versuche liefen wegen des Verdrahtungsaufwandes mit 4 Stück, ich warte aber noch auf meine Kupferplatte und dann werde ich entweder 3x3 oder 5x2 nehmen, ja nachdem wies mit dem Platz auschauen wird, weil ich noch einen 170mm Lüfter nachrüsten will und die Drossel auch noch etwas Platz beanspruchen wird.

Falls sich jemand für Teile interessiert, ich habe bis jetzt folgende günstige Angebote bekommen: Drossel 34,-€ bei Einzelabnahme also wirds evtl. noch billiger wenn eine Hand voll Interessenten zusammenkommt Elkos die 100V Spannungsfest sind und auch eine größere Kapazität >47.000µF haben hab ich bis jetzt noch keine erschwinglichen gefunden Aber vielleicht kennt ja jemand ne günstige Bezugsquelle für solche großen 100V Elkos.

Weiterhin möchte ich eine Phasenanschnittsregelung zu integrieren, ich weiß aber nicht welcher Triac oder sonstiges Bauteil mit der hohen Induktivität des Schweißtrafos bzw. der hohen Kapazität der Elkos zurecht kommt und nicht gleich durchbrennt. Sollte man evtl. einige Triacs parallel schalten?

http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/Phasenanschnitt_Wechselspannung.GIF http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/Nullpunktschaltung.JPG

So würde das dann ausschauen es wird verzögert durchgeschalten dadurch, kommt einfach weniger Strom zum Verbraucher. Es gäbe auch die Möglichkeit mit einem Nullpunktschalter einzelne Wellen wegzulassen dadurch würde aber die Frequenz noch weiter absinken und die Glättung würde wieder größere Bauteile benötigen um die nötige Zeit überbrücken zu können.

Ein weiteres Problem könnte in Verbindung mit der hohen Induktivität des Trafos auftreten, und zwar folgt der Strom nicht 100% der Spannung, sondern er ist durch die Lade/Entladezeit der Induktivität verzögert, wodurch evtl. die Erkennung durch den µC Schwierigkeiten bereiten könnte da dieser ja mittels Spannungsteiler die Spannung misst. Der µC erkennt also einen Nulldurchgang der Triac hat aber noch nicht gelöscht weil noch eine gewisse Zeit lang Strom fließt.

http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/Verz%F6gerung-Induktivit%E4t.GIF

Hier habe ich noch etwas genauere Daten zum Umbau die werde ich später hier mit einbringen.

http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/UmbauSchweisstrafo.html

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