CZ297139B6

CZ297139B6 - Transformátorový svárecí zdroj

Info

Publication number: CZ297139B6
Application number: CZ20022973A
Authority: CZ
Inventors: Hanus@Jan
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2006-09-13
Also published as: CZ20022973A3

Abstract

Spínaný zdroj pro obloukové svárecky, obsahující alespon dva transformátory (5) s demagnetizacním vinutím (14), kdy primární vinutí (6) je spínáno výkonovými spínacími prvky (1) a sekundární vinutí (7) napájí svárecí oblouk (12), (13).

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká konstrukce obloukových svářeček při použití alespoň dvou transformátorů s pomocným demagnetizačním vinutím.

Dosavadní stav techniky

Podle dosavadního stavu techniky je obvyklé používat pro obloukové svářečky zapojení podle obr. 1, kde čtveřice spínacích prvků (obvykle tranzistorů IGBT nebo MOS) 1 přepíná proud v primárním vinutá transformátoru 3. Celý obvod je napájen ze zdroje stejnosměrného napětí, jeho kladné svorky 2 a záporné svorky 20. Pulzní napětí ze sekundárního vinutí se usměrňuje diodami 8, proud je vyhlazen tlumivkou H.. Výstupní napětí svářecího zdroje je připojeno ke svařovací elektrodě 12 a ke svařovanému materiálu 13.

Zapojení podle obr. 2 je taktéž známé a používané. Zde dvojice spínacích prvků 1 spíná proud v primárním vinutí transformátoru 4 ze svorek 2 a 20 zdroje stejnosměrného napětí v jednom směru. V opačném směru pak vedou proud demagnetizační diody 10 primárního vinutí, které v této fázi pracuje jako vinutí demagnetizační. Pulzní napětí ze sekundárního vinutí je usměrňováno usměrňovači diodou 8. Přemosťovací dioda 9 ve spolupráci s tlumivkou 11 zajišťuje, aby proud v sekundárním obvodu protékal v době, kdy je usměrňovači dioda 8 uzavřena. Výstupní napětí svářecího zdroje je i zde připojeno ke svařovací elektrodě 12 a ke svařovanému materiálu 13.

Zapojení s demagnetizačním vinutím se nepoužívá, protože je konstrukčně velmi obtížné. Aby bylo možné dosáhnout menších rozměrů zdroje a tím i celé obloukové svářečky, jsou používány pro spínání vyšší frekvence, obvykle kolem 100 kHz. Kombinace můstkového zapojení (obr. 1) a vyšší frekvence však zvyšuje náklady na konstrukci zdroje. Je nutné používat velmi rychlé spínací součástky, obvykle typu MOS, které jsou však drahé. Transformátor pro takové zapojení je obvykle speciální konstrukce a taktéž zdražuje a komplikuje celou koncepci. Další nevýhodou je nutnost dělení potenciálů a tím i dělení chladičů. Dělení chladičů je dražší variantou a je i provozně nespolehlivé, protože nelze jednoduše kontrolovat teplotu na všech spínacích prvcích. Chladič připojený na proměnlivý potenciál se chová jako anténa vyzařující do prostoru rušivé pole. Zalévání součástek můstku do izolovaných bloků sice odstraní problém vyzařování chladičů, chladič může být na libovolném potenciálu, ale zůstává vyšší cena a horší odvod tepla z polovodičů.

Zapojení podle obr. 2 má podobné nevýhody, navíc je nízké vyplnění pracovní periody.

Lze tedy řídi, že dosavadní způsoby zapojení neumožňují efektivně řešit malý pulzní zdroj pro vyšší výkony, tedy neumožňují efektivně vyřešit konstrukci malé obloukové svářečky.

Podstata vynálezu

Použití transformátorů s demagnetizačním vinutím umožňuje snížení počtu spínacích prvků na jeden transformátor. Na každý transformátor připadá pouze jeden spínací prvek. Všechny spínací prvky mohou být připojeny na stejný potenciál na straně kladné svorky 2 nebo na straně záporné svorky 20 a tím odpadá nutnost dělení chladičů. Spínací prvky mohou být připojeny přímo na chladič bez izolace, což významně zlepšuje chlazení spínacích prvků. Jsou použity minimálně dva transformátory v jedné obloukové svářečce, které se ve své činnosti střídají. To umožňuje efektivně a levně vyřešit konstrukci transformátorů při použití běžných sériově vyráběných jader

-1 CZ 297139 B6 a kostřiček. Použití minimálně třech transformátorů navíc umožňuje 100% vyplnění pracovní periody a opět usnadňuje konstrukci transformátoru. Pracovní frekvenci lze významně snížit až do oblasti, kdy je možné efektivně používat tranzistory typu IGBT. Výsledkem je pulzní zdroj pro obloukovitou svářečku, který lze vyrábět s nižšími výrobními náklady a přenesený výkon na jednotku objemu je vyšší. Zdroj má v oblasti vyšších výkonů vyšší účinnost než zařízení používající můstkové zapojení v tranzistoru MOS.

Další výhodou uvedeného zapojení je možnost použití vyššího počtu závitů demagnetizačního vinutí. Tím dojde ke snížení přepětí na spínacích prvcích. Toho lze opět využít k optimalizaci pulzního zdroje obloukové svářečky.

K vysvětlení funkce je použit obr. 3.

Na obrázku jsou tři transformátory 5 s demagnetizačním vinutím. Každý transformátor pracuje v jedné třetině pracovní periody. V první třetině pracovní periody sepne spínací prvek 1 prou do primárního vinutí 6 jednoho ze tří transformátorů 5 s demagnetizačním vinutím. V této době ostatní transformátory 5 s demagnetizačním vinutím nepracují, ale protéká zde proud závity demagnetizačního vinutí 14 přes demagnetizační diody 10 demagnetizačního vinutí zpět na kladnou svorku 2 a zápornou svorku 20 zdroje stejnosměrného napětí. Pulzní napětí ze sekundárního vinutí 7 je usměrňováno usměrňovači diodou 8. Než sepne další spínací prvek 1, teče proud sekundárním obvodem díky tlumivce 11 a přemosťovací diodě 9.

V druhé a třetí třetině pracovní periody se činnost transformátorů vystřídá. Takto se mohou střídat v činnosti i dva nebo naopak více transformátorů.

Přehled obrázků na výkrese

Obr. 1 znázorňuje příklad běžného a zřejmě nejznámějšího zapojení pulzního zdroje pro vyšší výkony, které se obvykle nazývá jako „můstkové“. Toto zapojení lze nalézt v základní literatuře i v učebnicích pro elektrotechnické školy.

Obr. 2 znázorňuje zapojení staršího typu, které je také velice známé a běžně popisované ve výše uvedené literatuře.

Obr. 3 znázorňuje zapojení, které je předmětem patentu. Toto zapojení se v praxi ani v literatuře nevyskytuje, s výjimkou teoretických odkazů na možnost použití vyššího počtu závitů demagnetizačního vinutí, ale pouze projeden transformátor. Zatím jsem nezjistil, žádné podobné zapojení v praxi ani v literatuře.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 3 je vidět způsob řazení transformátorů 5 s demagnetizačním vinutím 14. Pracovní vzorek obloukové svářečky byl realizován s běžnými feritovými jádry typu ETD59 a tranzistory typu IGBT. Vyšší počet závitů demagnetizačního vinutí umožnil použití tranzistorů s nižším průrazným napětím, než je obvyklé u ostatních typů zapojení. Tím bylo dosaženo lepších technických parametrů, než mají obloukové svářečky pracující vmůstkovém zapojení a s tranzistory MOS. Současně byla výroba zlevněna.

Průmyslová využitelnost

Na principu uvedeného zapojení lze vyrábět svářečky s vysokým výkonem na jednotku objemu. Především by bylo možné využít toto zapojení pro výrobu přenosných svářeček pro velké

-2CZ 297139 B6 svařovací proudy, tedy obzvláště pro oblast stavebnictví, případně pro svařování v obtížném terénu. Lze i očekávat využití v servisní oblasti strojírenství a v nejbližších letech i v oblasti komerční, jako kvalitnější verze svářečky pro zahradu a hobby. Je však nutné zdůraznit, že podstatou tohoto zapojení je spíše kvalita a vyšší výkon, než typická komerce.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Transformátorový svářecí zdroj se spínacími prvky (1) jednotlivých vinutí, vyznačující se tím, že nejméně dva transformátory (5) s demagnetizačním vinutím (14) jsou ve svářecím zdroji zapojeny paralelně a že jednotlivá vinutí transformátorů (5) s demagnetizačním vinutím (14) jsou ke společným bodům připojena pomocí spínacích prvků (1) umožňující střídavou činnost transformátorů (5) s demagnetizačním vinutím (14).