Usměrňovač ke svářečce

Kdysi (asi v roce 1979) jsem si udělal radost a koupil jsem si svařovací trafo TMB125-1 výrobce MEZ Brumov. Trafo slouží dodnes, ale sváření střídavým proudem má řadu nevýhod, jak v omezené volbě typu elektrod, nemožnosti  kvalitních svárů v polohách a noční můrou jsou také jemné práce s tenkými plechy apod. Proto jsem brzy  začal uvažovat o doplnění usměrňovačem. Zjistil jsem však, že kromě usměrňovače s výkonnými diodami je zapotřebí  i rozměrná a nákladná tlumivka a celý usměrňovač vyjde větší, než samotné svařovací trafo. A tak jsem s  realizací stále váhal, jenom když se naskytla příležitost, tak jsem odkládal do šuplíku materiál, který by se mohl hodit na stavbu. Později ale nezbýval čas a tak svářečka se nedočkala vylepšení do dnešních dnů.  V současnosti to s tím nedostatkem času už zase není tak zlé, tak když jsem v [1] narazil na popis „usměrňovače s malou tlumivkou“, řekl jsem si, že  to by mohlo být ono a pustil jsem se do toho. Výsledek je vidět na přidružených fotografiích.

Elektrická konstrukce

Jak jsem uvedl výše inspiroval jsem se popisem zapojení v [1]. V podstatě se jedná o dva  usměrňovače viz. Obrázek 1. Jeden výkonový a druhý je pomocný s LC filtrem. Oba usměrňovače jsou spojeny paralelně. Přes ten výkonový protéká svářecí proud a pomocný zajistí snadné zapálení a stabilní hoření bez zhasínání, protože filtr energeticky vykryje  okamžiky, kdy napětí výkonového usměrňovače klesá k nule. Stačí jen malá tlumivka a malý kondenzátor.

 

 

Obrázek 1

 

Protože jsem měl k dispozici usměrňovací blok 60A s diodami ČKD a řadu diod Tesla KY719, rozhodl jsem se vyzkoušet zapojení továrně vyráběného usměrňovače JU160  Elektrokov Znojmo  viz. Usměrňovač 5. v [2] ,  který měl podobnou součástkovou základnu. Prvotní úvaha byla taková, že pomocný usměrňovač sestavený z diod KY719 dá 40A a spolu s usměrňovacím blokem 60A dostanu 100A. To by kromě posledního (125A) mělo pokrýt celý rozsah proudů trafa TMB125-1. Bohužel při bližším pohledu jsem zjistil, že to není tak jednoduché. Obrázek 2 představuje zapojení JU160 (zdroj  [2] ). Zde je zřejmé, že diody D3 a D7 a rovněž D4 a D8 jsou zapojeny paralelně, ale vzhledem k rozdílným charakteristikám, D844 má menší úbytek než KY719, to znamená, že diodami D7 a D8 poteče minimální proud. Protože však diody D844-160 jsou 160ti ampérové. Výkonový usměrňovač je tedy dimenzován na 320A a to je nutné vzhledem k proudu svařovacího trafa nakrátko viz. dále. V JU160 jsou diody D7 a D8 prakticky zbytečné.

Jinak tomu bylo v mém případě, kdy jsem měl k dispozici usměrňovací blok s diodami D840-25 (Itav = 25A). Paralelní řazení diod by zde bylo byl přínosem. Aby to však fungovalo bylo nutné vyrovnat charakteristiky diod sériovým odporem (0,0015Ω) zařazeným v sérii s diodami D3 a D4.

Stejný problém je však s horními diodami můstku při chodu nakrátko. Zkratový proud svařovacího trafa je cca 1,5 násobek nastaveného svařovacího proudu a na tento proud by měl být dimenzován výkonový usměrňovač.

Nezbylo mně tedy nic jiného, než horní diody usměrňovacího bloku posílit paralelními diodami stejného typu, které jsem získal levně z výprodeje (někdo prodával diody z rozebraných usměrňovačů ČKD). Konstrukce chladiče naštěstí byla řešena univerzálně i pro trojfázový usměrňovač, takže dvě pozice byly nevyužité.

Poznámka: Při normálním chodu se napětí na filtračním kondenzátoru ustálí  na takové hodnotě že dioda v D5 resp. D6 je v určité části periody vodivá a pomocným usměrňovačem teče odpovídající proud.. Při chodu nakrátko však diodami D5 resp. D6, vzhledem k jejich většímu úbytku  proti  D1 resp. D2, proud neprotéká a veškerý zkratový proud teče diodami výkonového usměrňovače.

 

 

Obrázek 2

 

Usměrňovače byly dále doplněny ochrannými prvky proti přepětí. Pro nucené chlazení byly použity dva ventilátory ARCTIC F12 určené pro chlazení počítačů. Napájení ventilátorů je z pomocného vinutí navinutého na svařovací trafo. Po usměrnění je napětí z tohoto vinutí stabilizováno sériovým stabilizátorem.

Poznámka: Protože svařovací trafo je rozptylové, tak napětí na pomocném vinutí stoupá při zatížení pracovního vinutí. Nejvýrazněji při zkratu na střídavé straně. Dimenzování stabilizátoru s tím musí počítat!

Mechanická konstrukce

-        Prvky usměrňovače jsou upevněny v rámu svařeného z jeklů. V rozích rámu jsou svislé trubky, které tvoří prodloužení nožiček původního trafa.

-        Svařovací transformátor je  posazen nad konstrukcí usměrňovače a jeho vývody jsou s usměrňovačem propojeny pomocí měděných pásků.  To je kromě pomocného vinutí  pro ventilátory jediný zásah do původní konstrukce.

-        Ventilátory chlazení jsou zespodu v rámu usměrňovače, takže chladicí vzduch po průchodu chladiči proudí okolo trafa a vrchními větracími otvory ven. Získal jsem tak jako bonus přídavné chlazení trafa pro provoz s nejvyššími AC proudy 100 a 125A , při kterých ztrátové teplo v transformátoru už není zanedbatelné, ale usměrňovač není zdrojem tepla, protože na těchto rozsazích ho nelze provozovat.

-        Usměrňovač má stejné vývodky jako původní trafo, takže volba AC/DC provoz se provádí pouze tím, kam se připojí svařovací kabely.

-        Původní trafo má hliníkové vinutí, také vývody z diodových bloků jsou přes hliníkové chladiče. Všechny spoje Al-Cu jsou provedeny přes Cupálové podložky a jištěny nerezovými pérovými podložkami..

-        Rezistor pro vyrovnání charakteristik diod byl realizován z ocelového plechového pásku tl. 0,6 mm.

-        Tlumivka byla navinuta na jádře z trafa do mikrovlnné trouby. Plechy byly svařené. Sváry jsem rozřízl, navinul jsem drátem o průměru 1,8 mm dvě samonosné cívky a vložil je do jádra. Vložka ze sklotextitu vytváří požadovanou mezeru. Cívky jsou spojeny paralelně.

Poznámka: Cupálová podložka je hliníková podložka na jedné straně opatřená za studena přivařenou Cu vrstvou. Používá se na rozhranní Al-Cu k zamezení elektrokoroze na tomto spoji.

Praktické výsledky

-        Napětí naprázdno je 83 - 85V na všech rozsazích.

-        Průběh svařovacího proudu je na obrázku 3. Trochu to připomíná svařovací proud pro pulsní svařování. Jestli je to přínos nevím.

-        Na otestování jsem si pozval profesionálního svářeče. Výsledky testů jsou v připojené fotogalerii. Jeho vyjádření bylo, že “svářečka vaří slušně“.

 

 

Obrázek 3

Závěrem

Výše popsaným řešením jsem získal usměrňovač pro trvalý chod nakrátko 100A (svařovací proud 70A) a přihlédneme li k tomu, že se jedná o přerušované zatížení a usměrňovače mají nucené chlazení, je  možné připustit chod nakrátko i 130A (svařovací proud 80A). To pokryje elektrody 1,6 (moje oblíbené OK48.00 pro jemné práce) a 2. Protože na trafu zůstal i střídavý vývod tak pro svařování střídavým proudem jsou k dispozici i nejvyšší proudové rozsahy trafa. Mám tak pro moje potřeby svářečku víc než vyhovující.

Tento článek by neměl být návod na stavbu. Každý jistě bude mít jiné možnosti, jak materiálové tak výrobní.  Chtěl jsem se jenom podělit o zkušenosti se stavbou. Pokud někoho zajímají detaily, tak celý návrh včetně výpočtu chlazení je v [3].

Literatura

 

  1. Přídavný usměrňovač k trafosvářečce - I.(on line)
  2. Přídavný usměrňovač k trafosvářečce - II.(on line)
  3. Návrh usměrňovače k svařovacímu trafu TMB125-1 (M.Balík)
  4. Svařovací elektrody (on line)
  5. Chladiče ČKD (on line)
  6. Diody ČKD (PS95-7/96)
  7. Katalog elektronických součástek  2 (Tesla ELTOS 1987)
  8. Transformátory pro obloukové svařování (V Kruml , M. Štefl SNTL1979)
  9. Polovodičové usměrňovače (J.Vágner SNTL1967)