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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektro Schweißgerät als Schaltnetzteil


Autor: Ahnungslos_0815 (Gast)
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Hallo,
habe neulich in einem Baumarkt die Schweißgeräte angeschaut. Oha, die 
Technik ist nicht stehengeblieben...
Früher waren das richtig schwere Kisten, so ab 20kg, nach oben 
unbegrenzt ;-)

Heute so ein fast zierlich zu nennendes Kästchen, anscheinend eine Art 
Schaltnetzteil. Z.B. "Fimer K164"
(Habe nur dieses unscharfe Bild aus dem www)
Taugt sowas denn?
Kostet so ca. 199€.
Bischen teuer, um es nur aus Neugierde zum Zerlegen zu kaufen!
Aber den Schaltplan würde ich doch mal gerne sehen, welche Topologie ist 
es?
Wie ist es innen aufgebaut?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Keine Ahnung ob es da Unterschiede gibt, aber ich habe ein defektes 
rumstehen das einen Halbbrücken Durchflusswandler besitzt (Ich musste 
auch erstmal nachschauen was das genau ist, denn dieser Typ wird eher 
selten verwendet http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/hdw_hilfe.html).
Primärseitig sind 2 IGBTs verbaut, sekundärseitig sind normale Dioden 
verbaut die zumindest bei meinem sehr grenzwertig dimensioniert sind (2x 
BYV52 für die eine und 1x BYV52 für die andere Diode für 130A. Alle auf 
einem großen Kühlkörper + aktiv gekühlt.
Vom Aufbau genau wie auf dem Bild im obigen Schaltplan, nur der 
Ausgangselko fehlt. Desweiteren gibt es natürlich keine 
Spannungsregelung, sondern nur eine primärseitige Strombegrenzung. Keine 
Ahnung ob man das auf eine Spannungsregelung umbauen kann.

Autor: Ahnungslos_0815 (Gast)
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@ Benedikt K. (benedikt)

Besten Dank!
Halbbrücken Durchflusswandler macht Sinn, Entmagnetisierung ist einfach 
und an den IGBT's liegt nur maximal die gleichgerichtete Netzspannung. 
Ich nehme mal an, die primärseitige Strombegrenzung wird, wenn der Strom 
über einem Grenzwert liegt, die IGBT's wieder abschalten.

Wie ist in deinem Gerät der Elko (wenn's überhaupt einen gibt?) auf der 
Netzseite dimensioniert?

Hast du ein Foto?

Autor: Ahnungslos_0815 (Gast)
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Sorry, muss noch was anfügen:
Natürlich muss es auf der Primärseite einen Kondensator/Elko geben. Wo 
sollte denn sonst die Energie von der Entmagnetisierung bleiben...

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Hat das Gerät denn irgendeine Art von PFC mit drinnen?
Könnte mit vorstellen, dass Brückengleichrichter + Großer 
Primärseiten-Elko den Netz-Sinus eher in Richtung Rechteck 
zusammenstauchen...
Oder gibts da für Schweissgeräte andere Vorschriften?
Oder hat das Gerät einen Drehstromanschluss, und das ist nicht mehr so 
wild?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Es sind 3x 470µF verbaut.
Der eine Übertrager links neben dem Elko dürfte zur Strommessung dienen, 
denn durch den dicken Draht fließt der Strom zum Übertrager. Im Leerlauf 
liegt das Tastverhältnis bei fast 50%, bei entsprechendem Stromfluss 
wird es entsprechend reduziert werden. Eigentlich reicht es ja beim 
Überschreiten eines bestimmten Wertes abzuschalten, denn der Strom muss 
erstens nicht allzu genau sein, und zweitens ist der Primärstrom 
(abgesehen von dem Strom durch die Induktivität des Übertragers) ein 
Abbild des sekundärseitigen Stromes. Wozu der andere dient, keine 
Ahnung.
Abgesehen von einem normalen Netzfilter (unscharfe Block rechts oben im 
Bild) und einer Einschaltstrombegrenzung aus ein paar 10 Ohm die von 
einem Relais überbrückt werden ist nichts weiter verbaut. Der 
Brückengleichrichter ist auch auf dem Kühlkörper montiert.

Es sind übrigends je 2 IGBTs parallel, nicht 2 insgesamt. Die beiden 
Dioden sind an den kleinen Kupferkühlkörpern auf der Platine montiert. 
Durch diese fließt ja kaum Strom, nur der Entmagnetisierungsstrom des 
Übertrags. Sekundärseitig wird der große Strom von der dortigen Diode 
übernommen.

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Ein wichtiges Kriterium bei Schweißgeräten ist die Auslastung. Während 
Hobby-Schweißgeräte vielleicht nur eine Auslastung von 5 bis 10% haben, 
sind Industrie-Schweißgeräte bis zu 100% auslastbar.
D.h. wenn man eine Elektrode binnen 30 Sekunden 'verschweißt' hat und 
das Gerät darf nur zu 10% ausgelastet werden, so ist dann eine 
mindestens 250 Sekunden lange Pause einzuhalten, damit das Schweißgerät 
auskühlen kann.
In wie weit dies (überhaupt) noch für die neuen elektronisch gesteuerten 
Schweißgeräte gilt, ist mir leider nicht bekannt - aber in der 
Bedienungsanleitung dürfte solch ein Auslastungswert sicher angegeben 
sein (evtl. heißt er aber auch anders).

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Vielleicht hilft es euch was:

Was was vermeidlich wie ein Halbbrücken-flusswandler aussieht ist im 
Falle eines Schweißgerätes wahrscheinlich ein (Serien-)Resonanter 
Konverter, der unterhalb der Resonanzfrequenz betrieben wird.
Vorteile:
Kaum Schaltverluste.
Die Topologie verhält sich von allein schon ähnlich ner Stromquelle mit 
Spannungsbegrenzung, genau das richtige hier.

Geregelt wird der Strom über die Frequenz.

   .-------------
   |             |
   |          ||-+
   |          ||<-
   |         -||-+
   |             |     __               +-+--
   |             o-----UUU--. ,---.     A A
   |             |          )|(   ------+ |
   |          ||-+          )|(   ------(-+
  /+\         ||<-       o--' '---'     A A
 (   )       -||-+       |              +-+--
  \-/            |       |
   |             |      ---
   |             |      ---
   |             |       |
   |             |       |
   '---------------------o
   '                  |
                     ===
                     GND
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Als Spule im Primärkreis kann auch gleich die Streuinduktivität des 
Übertrager genutzt werden. oder man macht die Intuktivität 
sekundärseitig, dann wird das Funktionsprinzip aber nicht mehr so 
übersichtlich und man verwechselt es mit dem Flusswandler... ;-) nur 
dass die Dioden eben hinter, und nicht vor der Spule sitzen.

Autor: Ahnungslos_0815 (Gast)
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@ Andreas R. (rebirama)

>Was was vermeidlich wie ein Halbbrücken-flusswandler aussieht ist im
>Falle eines Schweißgerätes wahrscheinlich ein (Serien-)Resonanter
>Konverter, der unterhalb der Resonanzfrequenz betrieben wird.

Kann man nicht wissen. Auf dem Bild von  Benedikt K. (benedikt) 
(Moderator)
sehe ich keinen Schwingkreiskondensator. Ich habe mal ein Bild von einem 
Halbbrücken Durchflusswandler angehängt, damit wir auch alle von der 
gleichen Schaltung reden.

Autor: Ulrich (Gast)
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Es gibt auch Schweissgeräte mit PFC. Das Hauptargument dabei war, dass 
man so mehr Leistung über einen normale 16 A Sicherung ziehen kann.

Mit der Einschaltdauer muß man auch schon wegen der Netzsicherung 
vorsichtig sein, denn oft bewegt man sich nahe an der 16 A Grenze oder 
knapp darüber.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bei dem das ich habe handelt es sich definitiv um den Halbbrücken 
Durchflusswandler, denn die IGBTs sind zusammen mit den Dioden quasi in 
einer Vollbrücke angeordnet.

Auf dem Typenschild sind 4,8kVA, 22A Eingangsstrom angegeben.
Wenn ich das Typenschild richtig deute, dann sind bei <100A 100% 
Einschaltdauer erlaubt und bei 130A nur noch 40%.

Autor: Ahnungslos_0815 (Gast)
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@ Benedikt K. (benedikt) (Moderator)

>Der eine Übertrager links neben dem Elko dürfte zur Strommessung dienen,
>denn durch den dicken Draht fließt der Strom zum Übertrager.

>Wozu der andere dient, keine Ahnung.

Ich habe erst mal gedacht, die beiden Übertrager dienen zum Ansteuern 
der IGBT's. Zumindest T1 (Halbbr_cken_Durchflusswandler.PNG) muss 
galvanisch getrennt angesteuert werden.

Ich sehe auf deinem Bild auf dem Alu-Kühlkörper drei Bauteile im 
TO247-Gehäuse. Wahrscheinlich die BYV52 Dioden. Diese haben laut 
Datenblatt eine Belastbarkeit von 50A RMS pro Diode. Wie man sieht, sind 
zwei Bauteile parallel geschaltet. Macht 200A belastbarkeit, außerdem 
ist die Entsättigungsdiode auch noch da. Trotzdem, ich als Entwickler 
hätte vieleicht die Dioden durch geschaltete MOS-FET's ersetzt und den 
Lüfter eingespart.
(Vieleicht auch nicht schlau?)

Leider kann man auf deinem Bild die IGBT's nicht sehen, magst du uns ein 
weiteres Foto machen?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ahnungslos_0815 schrieb:

> Ich habe erst mal gedacht, die beiden Übertrager dienen zum Ansteuern
> der IGBT's. Zumindest T1 (Halbbr_cken_Durchflusswandler.PNG) muss
> galvanisch getrennt angesteuert werden.

Kann sein dass der zweite dazu dient. Daneben sitzt ein kleiner Mosfet 
der diesen vermutlich ansteuert.

> Ich sehe auf deinem Bild auf dem Alu-Kühlkörper drei Bauteile im
> TO247-Gehäuse. Wahrscheinlich die BYV52 Dioden.

Ja.

> Trotzdem, ich als Entwickler
> hätte vieleicht die Dioden durch geschaltete MOS-FET's ersetzt und den
> Lüfter eingespart.

Da die Dioden rund 1V Spannungsabfall haben, macht das bei 130A also 
rund 130W Verlustleistung. Da könnte man sicher noch was einsparen, 
allerdings würde das dann natürlich alles aufwendiger und teurer machen.

Auch die IGBTs haben vermutlich nicht gerade wenige Verluste, so groß 
wie die Kühlkörper sind. Die Schaltfrequenz liegt glaube ich irgendwo 
bei um die 40kHz.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Ahnungslos_0815 schrieb:
> ... Trotzdem, ich als Entwickler
> hätte vieleicht die Dioden durch geschaltete MOS-FET's ersetzt und den
> Lüfter eingespart.
> (Vieleicht auch nicht schlau?)

Es kostet halt ein Lüfter weniger als einige geschaltete MOSFET & 
Ansteuerung derselben.

Und da diese Geräte mehr in Richtung Pris als in Richtung Wirkungsgrad 
optimiert werden, hat man es so gelöst wie es Benedikt im Bild zeigt.

Autor: Ahnungslos_0815 (Gast)
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