Hallo
Kennt jemand Bauteile bzw. gibt es sowas überhaupt: Dioden mit wenig
Kiloampere z.b. 5kA Stromfestigkeit, einsetzbar bei hohen Frequenzen bis
ca. 100kHz, dafür 'nur' ein paar Volt Sperrspannung nötig.
Grundsätzlich muss das nicht einmal eine nahezu perfekte Diode sein,
wenn dort wenige hundert Ampere Leckstrom fliessen würde bei einigen kA
Vorwärtsstrom, dann wäre das unproblematisch für die Anwendung.
Einsatzgebiet wäre ein Schweissinverter.
Freundliche Grüsse
Bei Dioden der >1kA-Klasse wirds eng. Relativ schnelle hat Littelfuse,
aber das heißt auch schon 2us Schaltzeit und -weißich- 10kW
Gleichrichterverluste über den Daumen. Für eine Anwendung wie
DC-Widerstandsschweißen wäre das 50% Verlust bis zum Schweißarm.
Aktive Gleichrichtung ist sinnvoller. Mit einem Leistungsübertrager und
einem Steuerübertrager mit mehreren Sekundärwicklungen dürfte sich eine
Gleichrichtung bauen lassen, die sich auch von der Kühlung her
beherrschen läßt. Übertrager der Leistungsklasse sind eh wassergekühlt.
Diese Leistungsklasse scheint aber bei Mosfets noch nicht angeboten zu
werden, die Plastikwürfel mit Schraubanschluss bieten grade mal 10% der
benötigten Ströme. Vielleicht läßt sich einer der größeren
Halbleiterhersteller zu einem standardisierten Design überreden, das
sich für Schweißanwendungen eignet. Schweißtrafos sind ja kein
Nischenprodukt.
Übrigens halte ich genau 100kHz für keine gute Idee. Da sendet LORAN.
Mir ist auch keine weltweit freigehaltene ISM-Frequenz in dem Bereich
bekannt.
Die üblichen Schweißdioden können bis 1kHz (Sonderdioden mittlerweile
bis 10kHz) verwendet werden und brauchen je nach Trafogröße 2-10l/min
Wasserkühlung max 18°. Immerhin kann die aktuelle Generation der Dinger
Flußspannungen um nur noch 1-1,3V erreichen, aber an die 50% Verlust bis
zum Zangenarm kommt man immer noch ran. Bei 5-74kA je nach Trafo ist das
verdammt viel, was die Kühlanlage sinnlos wegschafft.
Die winzigen Plastikwürfel kommen nicht annähernd an die benötigten
Ströme ran, und mim normalen Schweißkabel oder Flexband mit 160-500qmm
lassen die sich auch kaum verbinden.
Zero loss HF-Schweißen wäre eine Revolution.
Wieviel Durchlass-Spannung ist denn vertretbar?
SiC kann schnell sein, braucht aber so 1.5V
Ansonsten halt wie schon vorgeschlagen Aktive Gleichrichtung
Michael K. schrieb:> Dioden mit wenig> Kiloampere z.b. 5kA Stromfestigkeit, einsetzbar bei hohen Frequenzen bis> ca. 100kHz, dafür 'nur' ein paar Volt Sperrspannung nötig.>> Grundsätzlich muss das nicht einmal eine nahezu perfekte Diode sein,> wenn dort wenige hundert Ampere Leckstrom fliessen würde bei einigen kA> Vorwärtsstrom, dann wäre das unproblematisch für die Anwendung.>> Einsatzgebiet wäre ein Schweissinverter.
Wie ist die genaue Funktion?
Vermutlich (bisher einzig) wird separat gezündet, und
eben nicht über ne Spannungsüberhöhung am Ausgang bei
Leerlauf. Sonst ist die notw. Sperrspannung höher als
beim Schweißvorgang (@hohem Stromfluß) selbst.
100kHz? Das klingt erst mal etwas hoch, bitte Details,
zu Schaltplan und Kern-/Wicklungs-aufbau. Vermutlich
(noch einmal) wird mit Blech statt Litze gearbeitet
sekundärseitig?
Man könnte die Sekundärseite praktisch "aufteilen", um
nicht so viele Fets direkt parallel schalten zu müssen.
So symmetrisch wie möglich aufbauen, schon rein ohmsch,
und gleichzeitig angesteuerte Mosfets auf mehrere
Glättungsdrosseln nebeneinander arbeiten lassen... und
erst nach den Drosseln wieder zusammenführen. Also
statt 1 Leitung immer mehrere exakt gleiche (=gleich
lange und -artige sowie -starke) parallel.
[Ist Dir klar, daß die Gesamtgröße und das Gewicht der
mehreren Drosseln mind. gleich, eher durch die bessere
Wärmeabfuhr kleinerer Teile sogar weniger, als bei nur
einer Drossel, werden könnte?
Nur, weil auf so einen Vorschlag hin schon mal kam:
"Dann brauche ich sechs Drosseln - was soll das?"]
Gleichzeitig ansteuern vorzugsweise direkt über die
schon von Helge erwähnten mehreren Sekundärwicklungen
eines Ansteuer-ÜTs (oder einem für primär parallel zu
einem für sekundär an den sozusagen Hochstrom-Treiber,
die können auch verschiedene L_prim haben - durch den
mit der niedrigeren fließt der höhere Stromanteil, klar)
der nicht unbedingt "so klein wie möglich" werden muß.
Viele Wicklungen passen nur gescheit in ausr. großen
Wickelraum/ hohe Permeabilität erlaubt eine geringere
Windungszahl und damit Streuinduktivität - das dürfte
für hohe Ströme bei 100kHz schon nötig sein.
Normalerweise strebt man ja - zuallermindest bei hart
schaltenden Topologien - Schaltzeiten deutlich (!!!)
unter 1/20 der Periodendauer an... besser in Richtung
1/100 (um die Schaltverluste -whd. EIN und AUS -Schalt-
vorgängen "den linearen Bereich schnell durchwandernd"-
möglichst gering zu halten).
Deshalb sehe ich vorm geistigen Auge schon einen Kern,
der bei 100kHz nicht wenig übertragen kann (@Helge).
Oder - auch möglich, aber eventuell problematischer
wegen Unterschieden im "Propagation Delay", die bei
100kHz (und den kurzen, nötigen Schaltzeiten) ja doch
unangenehm werden könnten - nur "Signale" übertragen,
mittels mehrerer "gleicher" Gate-Treiber verstärken.
(Auch schon bei den kleinen Signalleitungen ist eine
Verdrillung der zu den Einzelmodulen führenden solchen
Pflicht - erst recht bei denen "vom Hochstrom- Treiber-
Trafo".)
Vielleicht kannst Du ja doch was damit anfangen. Mehr
bzw. zielorientierteres/sicher passendes gibt es evtl.
nach Bekanntgabe erfragter Infos (dann von anderen/eher
nicht mir, das hier war purer Zufall/ich weiß, daß ich
nichts (oder halt kaum was) weiß).
Bei der Anwendung handelt es sich konkret um Rollnahtschweissen,
gepulst, also nicht Gleichstromschweissen. Im Moment ist das mit einer
Vollbrücke 500V DC Spng und einem (ziemlich massiven, >100kg) schweren
Trafo realisiert, der sekundärseitig an den Schweisskreis angeschlossen
wird und etwa 20V Ausgangsspannung hat.
Die bisherige Schaltung sollte, wenn möglich, in der Grösse und Kosten
reduziert werden. Um die Trafogrösse zu reduzieren ist die
Frequenzerhöhung erst mal der Standardansatz. Hohe Frequenzanteile des
Stromes sollten jedoch nicht über den Schweissarm laufen (u.a. wegen
übermässiger Erwärmung). Die dominante Lösung in der Industrie für so
ein Problem scheint gemäss Internetsuche Mittelfrequenzschweissen zu
sein, also Trafo mit Gleichrichter und das bei einigen kHz. Die Frage
bzgl. Dioden für 5kA war, um herauszufinden, ob auch höhere Frequenzen
realisierbar sind.
Ein Trafo mitsamt Dioden für MF-Schweissen gibts ab Stange. Damit
scheint der design space des Problems ausgelotet.
Pulspaket hört sich interessant an. Welche Blechstärken?
MF-Trafos haben eine Halbbrücke, damit halbiert sich der
Gleichrichterverlust auf 1-1,3V an den Dioden. Nachteil der üblichen
MF-Trafos ist AB = ca. 10% ED bei Vollast, für kontinuierlichen
Schweißvorgang ist weder Trafo noch Gleichrichter thermisch ausgelegt.
Mim gelben oder braunen (großen) Trafo bekommt man längere Schweißnähte
noch bis ca. 2 x 1..1,5mm Blech hin bei guter Kühlung. Besser wirds nur
mit Sondertrafos, die waren aber (damals, 1996) zu schwer für
Industrieroboter.
Erwärmung der Zangenarme wegen HF-Anteilen ist mir noch nicht bekannt.
Problematisch ist jedenfalls die Energie, die ins Blech zwischen den
Zangenarmen abfließt. Das kann das Schweißergebnis
(Widerstandsschweißen, Automobilbau) bei 50Hz um bis zu 15% verfälschen,
bei MF 1kHz eher ca. 5-7% aus der Erfahrung.
Zu den Trafos mit integriertem Schweißcontroller ist eine low loss
Gleichrichtung jedenfalls der nächste große Schritt. Bin gespannt, wann
das kommt.
Blechstärke ist weit unter 1mm. Das Hauptproblem was ich bei MF Trafos
mit Gleichrichterdioden sehe, ist, dass der Strom im Schwingkreis nicht
'aktiv abgebaut werden kann' und je nach Aufbau des Schweissarms recht
hohe Induktivitäten vorhanden sind, so dass ein Pulsbetrieb in der
Frequenz limitiert ist, weil der Strom eben nur langsam via
Spannnungsabfall über Dioden abgewürgt wird. Beim Gleichstromschweissen
ist das kein Problem, aber beim Pulsbetrieb mit bis zu einigen 100Hz
könnte es knapp werden.
Bzgl. HF im Schweissarm bzw. Schweisskreis. Ich kenne mich mit
Schweissanwendungen leider (noch) nicht genügend aus, um eindeutig
bestimmen zu können, ob Hochfrequenzanteile im Schweissarm diesen
unnötig erwärmen, habe diese Information vom Auftraggeber erhalten. Die
entscheidende Frage ist dann ja, ob man mit HF, also 100kHz oder mehr,
auch weniger Schweisstrom benötigt weil es evtl. HF Effekte im zu
schweissenden Blech gibt. Da ich in der Induktionserwärmung arbeite
kenne ich die HF Effekte von dort, aber Schweissen ist bzgl.
elektromagnetischem Aufbau anders. Wenn die Verluste im Schweissarm und
Blech gleich skalieren bzgl. der Betriebsfrequenz, dann ist das
Verhältnis Leistung im Blech zu Leistung im Schweissarm gleichbleibend
bei Änderung zu höherer Betriebsfrequenz, somit könnten die Dioden
weggelassen werden und direkt mit HF geschweisst werden. Nur scheint das
zu offensichtlich um wahr zu sein.
Definitiv sind noch einige detailliertere Untersuchungen nötig
(genaueres ESB des Schweissarms).
Michael K. schrieb:> somit könnten die Dioden> weggelassen werden und direkt mit HF geschweisst werden. Nur scheint das> zu offensichtlich um wahr zu sein.
Ich habe schon vor über 40(!!) Jahren gelernt, daß die Elektronen das
Metall mitnehmen. Also Minus an die Elektrode und Plus ans Blech.
Wechselstromschweißen war schon immer Scheiße.
