So, hier also nun mein Ergebnis bezüglich HF-Zündung:
Ich habs auch schon in einem anderen Forum gepostet.
Sobald wieder was neues zu meiner Zufriedenheit getestet ist, werde ich
es hier auch veröffentlichen.
Ich komme aus dem Raum Regensburg und suche immernoch jemanden, der Lust
hat das Ganze mit mir zusammen durchzuziehen. Mein Schwerpunkt ist
eindeutig die Hardware
@Alexey: weil ich immer zuerst Informationen sammle, und alles erst dann
veröffentliche, wenn ich selbst damit zufrieden bin!
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Hallo Zusammen,
vor einigen Monaten habe ich selbst nach einer Beschreibung gesucht, und
bin im Netz nur teilweise fündig geworden. So einige Anregungen haben
jetzt zum Erfolg geführt, den ich Euch nicht vorenthalten möchte.
Ich habe diese Schaltung in den letzten Monaten aufgebaut und
erfolgreich getestet und jetzt möchte ich ein Kochrezept zum Nachbau
hier ablegen, damit nicht jeder wieder das Rad von vorne erfinden muß.
Falls es jemanden interessiert, warum ich mir ein Schweißgerät bauen
möchte statt es zu kaufen... ganz einfach... "just for fun" ;-).
Hintergrund
Eine der Herausforderungen beim Bau eines Schweißgerätes ist die saubere
Zündung des Schweiß-Lichtbogens, ohne irgendwo Brandstellen/
Beschädigungen zu hinterlassen. Die Standardmethode beim
Elektrodenschweißgerät ist das "anreißen" der Elektrode -ähnlich wie bei
einem Streichholz- auf dem Werkstück oder einer metallischen Unterlage
die auf dem Werkstück liegt, um eine Beschädigung des Selben zu
vermeiden.
Bei aufwendigen Schweißgeräten wird die Zündung des Lichtbogens durch
eine Lichtbogenvorzündung erleichtert, das heißt es wird nach
Positionierung der Elektrode mit einigen mm Abstand zum Werkstück und
einem Signal vom Schweißer hin eine hochfrequente Hochspannung von
einigen kV erzeugt, die als Pilotlichtbogen zwischen Elektrode und
Werkstück überspringt. Luft bzw. Schutzgas wird ionisiert und erzeugt
damit einen leitfähigen Kanal. Sobald der kleine Lichtbogen mit wenigen
Watt Leistung brennt, wird der Schweißstrom freigegeben. Dier
Schweißstrom fliest dann im ionisierten Kanal, der den Abstand
Elektrode-Werkstück ja bereits überbrückt hat. Nach erfolgter Zündung
des Schweiß- bzw Hauptlichtbogens wird die Hochspannung abgeschaltet.
Problem:
Erzeugen einer Hochspannung aus dem 220V Netz heraus.
Zusätzlich dazu muß sichergestellt werden, daß die Hochspannung nur dort
fließt, wo sie es darf, denn Hochspannung von z.B. 15kV verträgt sich
nicht so einfach mit 100V MOSFETS oder 600V IGBTs die in der
Leistungsendstufe/-H-Brücke eingesetzt werden. Die Hochspannung muß also
SICHER an den empfindlichen Halbleitern vorbeigeführt werden.
Um jedoch die großen Unterschiede (z.B. 15kV/1mA und 40V/250A) so zu
verheiraten, sodaß beide Teile nebeneinander und sogar angeschlossen an
der gleichen Kupferleitung zuverlässig funktionieren können, muß der
Frequenzunterschied SEHR groß sein.
Die hochfrequente Hochspannung wird daher im Bereich von einigen MHz
benötigt.
Also sind zwei Aufgaben zu lösen
1. Erzeugung der Hochspannung
2. Einkopplung in den Schweißstromkreis ohne Beeinträchtigung der
Halbleiter
zu 1: Erzeugung der Hochspannung:
ACHTUNG: Bei Hochspannung ist das Design immer so durchzuführen, daß zu
keinem Zeitpunkt eine Gefahr für den Nutzer entsteht!
Bitte dieses Projekt nur nachbauen, wenn Ihr über die entsprechenden
Kenntnisse der Normen und Vorschriften verfügt.
Als Hochspannungstrafo habe ich eine isolierte Doppelzündspule in meinem
Fundus gefunden. Ihr könnt jede Zündspule nutzen, bitte sorgt aber
dafür, daß direkt nach dem 220V Anschluß ein Trenntrafo von ca. 20..30W
verwendet wird.
Die Schaltung liegt bei, hier eine kurze Erklärung.
Zur Strombegrenzung der Schaltung wird eine NEON-Drossel verwendet. Bei
mir waren 11W zu wenig, daher habe ich eine 17W Drossel eingebaut. Die
gleichgerichtete Spannung lädt 3 Stück 1µF Folienkondensatoren -
ACHTUNG: nur X2-Kondensatoren verwenden! - die sich nach Erreichen der
Durchbruchsspannung der als Triggerelement verwendeten Glimmlampe über
den Triac über die Primärwicklung der Zündspule entladen. Dabei fließt
sehr kurzzeitig ein Strom im Bereich von >150A auf der Primärseite.
Die entstehende Hochspannung wird in einem Kondensator mit einer
Spannungsfestigkeit von mindestens 20kV und einer Kapazität von
500..750pF gespeichert.
Zum Schutz des Kondenstors ist eine Funkenstrecke mit einem
Elektrodenabstand von ca. 10mm (im Normalbetrieb sollte hier kein Funke
überspringen) vorzusehen.
Einen Halbleiterschalter der in der Lage ist diese hohen Spannungen und
gleichzeitig Ströme im Kiloamperbereich mit mehreren MHz zu schalten
kenne ich im Augenblick nicht (muß aber nichts heißen) wenn man die hohe
Frequenz wegläßt findet man solche Schalter, jedoch kosten diese in
Einzelstückzahlen deutlich mehr als ein gutes Schweißgerät. Daher
übernimmt auch hier eine Funkenstrecke die Funktion eines Schalters. Die
Tips der entsprechenden Spezialisten in diversen TESLA-Foren zufolge
habe ich eine Doppelfunkenstrecke mit je 2..3mm Abstand eingesetzt.
Die zwei Abstände sind durch probieren so einzustellen, daß der
Lichtbogen dazwischen bei jedem einschalten SICHER zündet
Das eingezeichnet Poti ist dann nach Gehör so einzustellen, daß die
Entladungen subjektiv am lautesten sind... dies läßt auf eine
höchstmögliche Überschlagsenergie schließen und zeigte auch bei meinem
Aufbau die besten Resultate. Aus L (ca. 5nH) und C (500..750pF) bildet
sich ein hochfrequenter Resonanzkreis, also bitte die Kapazität nicht
beliebig vergrößern!!
zu 2. Einkopplung in den Schweißstromkreis ohne Beeinträchtigung der
Halbleiter:
Die Einkopplung in den Schweißstromkreis erfolgt über eine Spule aus 6mm
Kupferrohr (20 Wd auf 40mm Wickelkörper mit MINIMALEM Abstand), die in
eine der Schweißstromleitungen "eingesetzt" wird. Es werden ca. 3,2m
Rohr benötigt, laßt auf jeder Seite ca. 5cm zum Anschluß von dicken
Schweißkabeln übrig. Das Rohr, das man übrigens im Klimaanlagenbau
meterweise verwendet kann auch an einen eventuell vorhandenen
Kühlkreislauf angeschlossen werden. Am Anfang und Ende der Spule wird
die Hochspannung angeschlossen. Verwendet am besten Kabel mit
Teflonisolierung wie sie auch an Zeilentrafos zu finden sind!! Es macht
auch Sinn jedes Kabel zusätzlich mit einem Schrumpfschlauch doppelt zu
isolieren. Man möchte nicht glauben, wo die hochfrequente Hochspannung
überall einen Weg findet!
An der Spule - die ca. 5nH hat - fallen im Betrieb bei mir ca. 12kV ab
;-)). Dieser Spannungsabfall reicht völlig aus, um einen schönen
Zündfunken zu erzeugen.
Damit diese Hochspannung nicht direkt durch die Isolierung des
Schweißtrafos läuft, wird am Trafo direkt zwischen den zwei
Schweißstromleitungen ein Folienkondensator (bei mir 22µ, 150V) und ein
Varistor (60V) geschaltet, und so die Hochspannung am Trafo
vorbeigeleitet.
Die Schaltung muß zwingend (EMV!) abgeschirmt werden z.B. mit einem
Metallgehäuse und einem guten Netzfilter. Achtet auf die richtige Erdung
und Isolation. Diese Schaltung darf nicht im Dauerbetrieb laufen!!
Diese Konfiguration funktioniert bei mir mit einem 40V Labornetzteil zum
Test seit einigen Monaten problemlos.
Mit 30V und 10A bzw. 40V und 1A hat man schon einen stabilen Lichtbogen.
Wenn Ihr das selbst probiert, versichert Euch, daß Euer Labornetzteil
wirklich gut vor zu hohen Spannungen geschützt ist!
Achtung: Auch wenn ein vergleichbares Konzept in Industriegeräten
verwendet wird der Hinweis, daß Aufbau und Einsatz auf eigene Gefahr
erfolgt..
Ich übernehme weder für Eure Gesundheit, noch für etwaige Schäden an der
Hardware eine Garantie.
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