SI25535A - Varilni transformator - Google Patents

Varilni transformator Download PDF

Info

Publication number
SI25535A
SI25535A SI201700288A SI201700288A SI25535A SI 25535 A SI25535 A SI 25535A SI 201700288 A SI201700288 A SI 201700288A SI 201700288 A SI201700288 A SI 201700288A SI 25535 A SI25535 A SI 25535A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
secondary winding
parts
winding
elements
primary
Prior art date
Application number
SI201700288A
Other languages
English (en)
Inventor
Brezovnik Robert
Dolinar Drago
Petrun Martin
Ritonja JoĹľef
TruntiÄŤ Mitja
Original Assignee
Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko filed Critical Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
Priority to SI201700288A priority Critical patent/SI25535A/sl
Priority to SI201830071T priority patent/SI3477840T1/sl
Priority to EP18000829.4A priority patent/EP3477840B1/en
Publication of SI25535A publication Critical patent/SI25535A/sl

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11—Spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/241—Electric supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
    • H01F38/085—Welding transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F2027/408—Association with diode or rectifier
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0064—Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Varilni transformator rešuje tehnični problem predolge povezave med izhodom iz sekundarnega navitja in usmerniškim sredstvom in potrebe po intenzivnem hlajenju usmerniških sredstev z integracijo usmerniških sredstev v obliki močnostnih diod ali SU s sekundarnim delom navitja, izvedba pa v primerjavi s konvencionalnimi rešitvami ni bolj kompleksna, omogoča pa bistveno krajše izhodne povezave. S predlagano spremenjeno zgradbo se spremenijo električni parametri varilnega sistema v takem smislu, da je kljubzahtevani nespremenjeni maksimalni vrednosti sekundarnega toka in uporabi usmerniških sredstev v obliki močnostnih diod ali SU mogoče še zmanjšati električne izgube v sekundarnih povezavah, ki postanejo krajše, hkrati pa se poenostavi tudi hlajenje usmerniških sredstev v obliki močnostnih diod ali SU, ki se pri predlagani integraciji sekundarnega navitja z izhodnimi usmerniškimi sredstvi v obliki močnostnih diod ali SU hladi indirektno hkrati s hlajenjem sekundarnega navitja. Predlagani način izvedbeomogoča občutno povečanje gostote moči varilnega transformatorja z izhodnim usmernikom. Zaradi spremembe električnih lastnosti sekundarnega dela sistema je mogoče načrtovati tudi obratovanje na nekoliko višjih frekvencah od 1 kHz in to brez paralelizacije sekundarnega navitja.

Description

VARILNI TRANSFORMATOR
OPIS IZUMA
Področje tehnike
Elektrotehnika; transformatorji; dc-dc pretvorniki
Tehnični problem
Tehnični problem, ki ga rešuje izum, so predolge povezave med izhodi iz sekundarnega navitja in usmemiškimi sredstvi in potreba po intenzivnem hlajenju predolgih povezav zaradi velikih izgub.
Stanje tehnike
Pri znanih izvedbah industrijskih sistemov za uporovno točkovno valjenje relativno velikih moči, ki se uporabljajo za spajanje pločevine, med različnimi aplikacijami tudi pri proizvodnji avtomobilskih karoserij, imajo poenoteno zgradbo, ki obsega vhodni ac-ac pretvornik za napajanje enofaznega transformatoija z enim primarnim in enim sekundarnim navitjem, razdeljenim na dva enaka dela s skupnim sredinskim odcepom, ki s pomočjo ustrezne vezave dveh diod v izhodnem usmerniku sešteva toka obeh sekundarnih vej, da na izhodu dobimo ustrezno velik enosmerni tok za valjenje. V stanju tehnike varilni transformator obsega vsaj eno primarno navitje in vsaj en par elementov sekundarnega navitja, pri čemer je primarno navitje med obema elementoma sekundarnega navitja, in pri čemer sta en konec prvega elementa sekundarnega navitja in en konec drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, in sta drugi konec prvega elementa sekundarnega navitja in drugi konec drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj in sicer tako, da slednja vezava obsega par usmemiških sredstev, prednostno diod ali tranzistorjev.
Izvedbe obstoječih sistemov za uporovno točkovno valjenje velikih moči z enosmernim varilnim tokom se lahko med sabo sicer razlikujejo, osnovna struktura pa vedno obsega ustrezen izvor napetosti, vhodni usmernik, enosmerno vodilo, razsmemik, enofazni varilni transformator s primarnim in sekundarnim navitjem, kjer je sekundarno navitje razdeljeno na dva enaka dela s skupnim odcepom na sredini navitja in kjer sta oba dela sekundarnega navitja z dvema usmemiškima sredstvoma v obliki izhodnega usmernika vezana tako, da je enosmerni varilni tok na izhodu seštevek dveh usmerjenih tokov iz obeh delov sekundarnih navitij. Izvedbe vhodnega usmernika in razsmemika so lahko različne, različne so tudi izvedbe varilnega transformatorja, prav tako pa so lahko različne tudi izvedbe izhodnega usmernika. Primarna stran konvencionalnega varilnega transformatorja je običajno napajana s pulzno širinsko modulirano (angleško pulse width modulation - PWM) napetostjo s konstantno periodo, katere frekvenca je okrog 1 kHz, lahko je tudi manj ali več, vendar je zaradi določenih razlogov navzgor in navzdol omejena. Obstoječi proizvajalci sistemov za uporovno točkovno varjenje za izhodni usmernik uporabljajo po eno ali izjemoma po več diod v vsaki veji, relativno veliki toki pa na teh diodah zaradi relativno velikih notranjih ohmskih upornosti povzročajo relativno velike joulske izgube. Velike joulske izgube se pojavljajo tudi na vmesnih povezavah med sekundarnimi navitji in diodami, kar po nepotrebnem zmanjšuje izkoristek celotnega varilnega sistema.
Splošno znano dejstvo je, da je z naraščajočo frekvenco PWM modulirane napajalne napetosti pri enaki moči varilnega transformatorja mogoče ustrezno zmanjšati površino prereza železnega jedra varilnega transformatorja, kar zaradi zmanjšanja dimenzij avtomatično povzroči tudi pripadajoče zmanjšanje velikosti navitij in posledično zmanjšanje teže. Prav tako je splošno znano, da se z naraščanjem frekvence napajalne napetosti usmerjen tok na izhodu iz izhodnega usmernika zmanjšuje, kar je analitično utemeljeno v referenci DPI 10.1109/Γ/Ε 2O17.2711549.IEEE. V referenci US 2014/0321184 Al so izumitelji izkoristili znano dejstvo in frekvenco napajalne napetosti povečali na 10 kHz tako, da so za doseganje velikega sekundarnega toka 20 kA namesto enega sekundarnega navitja s sredinskim odcepom sekundarno navitje razdelili na deset vzporedno vezanih navitij s sredinskimi odcepi, s tem da je vsakemu od teh desetih sekundarnih navitij prigrajen lasten sinhroni usmernik (SU), vseh deset sekundarnih navitij s sredinskimi odcepi pa je posredno z vzporedno vezavo izhodov iz SU vezanih vzporedno. V skladu z navedbami v US 2014/0321184 Al je mogoče s povečanjem števila paralelno vezanih sekundarnih delov bodisi povečati vrednost sekundarnega toka pri enaki frekvenci PWM modulirane napajalne napetosti ali pa je mogoče ob nespremenjeni vrednosti sekundarnega toka s povečanjem paralelnih vej sekundarnih delov povečati frekvenco PWM modulirane napajalne napetosti, kar omogoči ustrezno geometrijsko zmanjšanje varilnega transformatoija, torej tudi zmanjšanje teže. Glavna pomanjkljivost predlaganega koncepta v US 2014/0321184 Al je povečana kompleksnost zgradbe, kar vpliva na ceno in zanesljivost obratovanja, omogoča pa obratovanje na znatno višjih frekvencah PWM moduliranih napajalnih napetosti.
Opis nove rešitve
Varilni transformator rešuje zgoraj prikazani tehnični problem z integracijo vsaj enega povezovalnega usmemiškega sredstva med vsakič ločena dela vsakega od elementov sekundarnega navitja. S tem preneha potreba za uporabo usmemiških sredstev v povezavah, s čimer zaradi skrajšanja povezav zmanjšamo izgube, kar olajša hlajenje.
Predloženi izum se nanaša na izvedbo transformatorja in izhodnega usmernika in sicer v smislu neposredne vgradnje/integracije izhodnega usmernika v dva med seboj ločena dela sekundarnega navitja, pri čemer obe usmemiški sredstvi lahko obsegata eno ali več vzporedno vezanih diod ali ustreznih tranzistoijev, prednostno MOSFET tranzistorjev. Posledica vgradnje usmemiškega dela neposredno v oba ovoja transformatorja je odprava robustnega povezovalnega dela, kar omogoča potrebno spremembo električnih lastnosti varilnega sistema in s tem omogoča zmanjšanje izgub in poveča sposobnost napajanja primarne strani transformatorja z napetostmi višje frekvence.
Predlagana rešitev z integracijo usmemiških sredstev v obliki močnostnih diod ali SU s sekundarnim delom navitja v primeijavi s konvencionalnimi rešitvami ni bolj kompleksna, omogoča pa bistveno krajše izhodne povezave. S predlagano spremenjeno zgradbo se spremenijo električni parametri varilnega sistema v takem smislu, daje kljub zahtevani nespremenjeni maksimalni vrednosti sekundarnega toka in uporabi usmemiških sredstev v obliki močnostnih diod ali SU mogoče še zmanjšati joulske izgube v sekundarnih povezavah, ki postanejo krajše, hkrati pa se poenostavi tudi hlajenje usmemiških sredstev v obliki močnostnih diod ali SU, ki se pri predlagani integraciji sekundarnega navitja z izhodnimi usmemiškimi sredstvi v obliki močnostnih diod ali SU hladi indirektno hkrati s hlajenjem sekundarnega navitja. Hlajenje je izvedeno s tekočino, prednostno z vodo ali zrakom. Predlagani način izvedbe omogoča občutno povečanje gostote moči varilnega transformatorja z izhodnim usmernikom. Zaradi spremembe električnih lastnosti sekundarnega dela sistema je mogoče načrtovati tudi obratovanje na nekoliko višjih frekvencah od 1 kHz in to brez paralelizacije sekundarnega navitja, kot je to izvedeno v US 2014/0321184 Al. Paralelizacija sekundarnega dela, kot je predstavljena v US 2014/0321184 Al, ima namreč poleg povečane kompleksnosti vsaj še eno veliko pomanjkljivost, ki se kaže v negativnih vplivih zaradi elektromagnetne sklopljenosti med podsistemi, na kar vplivajo veliki toki in višja frekvenca.
Izhodni usmernik je lahko izveden bodisi z diodama, kot je na primer uporabljeno v konvencionalni rešitvi z dvema diodama v US005942134A, ali pa z dvema MOSFET tranzistorjema, kot v DE102007042771B3, s tem da je mogoče namesto vsakega MOSFET-a v posamezni veji sekundarnega navitja za doseganje velikih tokov uporabiti tudi večje število paralelno vezanih MOSFET-ov. Prav tako je lahko različna tudi oblika izvedbe sekundarnega navitja, ki je lahko sestavljeno iz enega ali več zaporedno ali vzporedno vezanih ovojev, ki lahko imajo O, C ali E obliko, kot je to pojasnjeno v US7978040 B2.
Pri tem velja, da se zaradi vgradnje diod ali MOSFET tranzistorjev v same sekundarne ovoje zmanjšajo celotne izgube, saj določene povezave odpadejo. Povsem razumljivo pa je tudi to, da največje zmanjšanje izgub na sekundami strani in izhodnem usmerniku dosežemo z zamenjavo diod z ustreznimi MOSFET tranzistorji, torej s SU.
Varilni transformator po izumu obsega vsaj eno primarno navitje, nadalje vsaj en par elementov sekundarnega navitja, namreč prvi element sekundarnega navitja in drugi element sekundarnega navitja in nadalje vsaj eno železno jedro, pri čemer so vsaj eno primarno navitje, nadalje vsaj en par elementov sekundarnega navitja, namreč prvi element sekundarnega navitja in drugi element sekundarnega navitja in nadalje vsaj eno železno jedro električno izolirani drug od drugega, omenjena navitja vsaj delno oklenejo železno jedro, pri tem pa vsak element sekundarnega navitja obsega vsaj prvi del elementa sekundarnega navitja in drugi del elementa sekundarnega navitja, pri čemer sta oba omenjena dela omenjenega vsakega elementa sekundarnega navitja med seboj v delu električno izolirana, v delu povezana z vsaj enim usmemiškim sredstvom, pri čemer sta en del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in en del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, in sta preostali del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in preostali del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, vse brez dodatnih usmemiških sredstev.
Potrebno je poudariti, da ni nobene potrebe, da bi bili vsaj eno primarno navitje, vsaj en par elementov sekundarnega navitja in vsaj eno železno jedro v kakršnikoli posebni skupini glede drug na drugega. Tako lahko, primeroma, oba elementa sekundarnega navitja oklepata primarno navitje, ali se ovijata okoli njega, ali obratno. Pomembno je le, da so med seboj električno izolirani drug od drugega.
Varilni transformator nadalje obsega usmemiška sredstva, ki so izbrana izmed skupine, ki jo sestavljajo električna dioda, tranzistor, MOSFET tranzistor.
Varilni transformator po izumu lahko nadalje obsega vsaj dva, prednostno vsaj tri med seboj povezane elemente primarnega navitja in vsaj en par elementov sekundarnega navitja, pri čemer si izmenično, drug ob drugem in električno izolirani drug od drugega sledijo prvi element primarnega navitja, prvi element sekundarnega navitja, dmgi element primarnega navitja, opcijsko tretji element primarnega navitja, drugi element sekundarnega navitja in opcijsko četrti element primarnega navitja, pri čemer vsak element sekundarnega navitja obsega vsaj prvi del elementa sekundarnega navitja in drugi del elementa sekundarnega navitja, pri čemer sta oba omenjena dela omenjenega vsakega elementa sekundarnega navitja med seboj v delu električno izolirana, v delu povezana z vsaj enim usmemiškim sredstvom, pri čemer sta en del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in en del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, in sta preostali del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in preostali del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, vse brez dodatnih usmemiških sredstev.
Varilni transformator po izumu lahko obsega množino med seboj povezanih primarnih navitij in množino paroma povezanih sekundarnih navitij, pri čemer vsak par omenjenih sekundarnih navitij obsega prvi element sekundarnega navitja in drugi element sekundarnega navitja, pri čemer si izmenično, drug ob drugem in električno izolirani drug od drugega sledijo elementi primarnega navitja in izmenjujoče prvi in drugi elementi sekundarnega navitja, pri čemer se vsaj eno primarno navitje izmenjuje s katerim od elementov sekundarnega navitja, pri čemer vsak element sekundarnega navitja obsega vsaj prvi del elementa sekundarnega navitja in drugi del elementa sekundarnega navitja, pri čemer sta oba omenjena dela omenjenega vsakega elementa sekundarnega navitja med seboj v delu električno izolirana, v delu povezana z vsaj enim usmemiškim sredstvom, pri čemer sta en del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in en del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, in sta preostali del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in preostali del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, vse brez dodatnih usmemiških sredstev. V nadaljevanju je izum prikazan s pomočjo skic, pri čemer skice tvorijo del pričujoče prijave, in predstavljajo:
Sl. 1 v skladu s predloženim izumom prikazuje blokovno shemo izvedbe varilnega sistema za uporovno točkovno varjenje.
Sl. 2 v skladu s predloženim izumom prikazuje električno vezalno shemo transformatorja z integriranim izhodnim usmernikom.
Sl. 3 v skladu s predloženim izumom prikazuje dve konvencionalni izvedbi železnega jedra varilnega transformatorja.
Sl. 4 v skladu s predloženim izumom prikazuje konvencionalno izvedbo varilnega transformatoija z ločeno nameščenima izhodnima usmemiškima sredstvoma.
Sl. 5 v skladu s predloženim izumom prikazuje izvedbo sekundarnega dela navitja z integriranimi elementi izhodnega usmernika.
Sl. 6 v skladu s predloženim izumom prikazuje izvedbo varilnega transformatorja z integriranimi elementi izhodnega usmernika v eksplodirani izvedbi.
Sl. 7 v skladu s predloženim izumom prikazuje izvedbo varilnega transformatoija z drugačno izvedbo železnega jedra in z integriranimi elementi izhodnega usmernika v eksplodirani izvedbi, in sicer na levi strani s sestavljenim primarnim in sekundarnim navitjem in na desni strani z eksplodiranim pogledom obeh navitij. V nadaljevanju je izum prikazan z opisom izvedbenih primerov.
Blokovna shema sistema za uporovno točkovno varjenje je prikazana na sliki 1 in je kot celota označena s številko 100. Sistem za uporovno točkovno valjenje vsebuje izvor napetosti 101, vhodni usmernik 102, enosmerni povezovalni del s filtrom 103, vhodni razsmemik 104 in varilni transformator s prigrajenim izhodnim usmernikom 105.
Električna vezalna shema transformatorja z integriranim izhodnim usmernikom je shematsko prikazana na sliki 2 in je kot celota označena s številko 200. Ureditev transformatorja vključuje primarni tokokrog 210 in sekundami tokokrog 220, ki sta med sabo povezana s pomočjo transformatoija 230. Primarno navitje 231 z ovoji Ni transformatorja 230 je povezano v primarni tokokrog 210 in je napajano s primarno napetostjo ui 232. Sekundarno navitje 233 ima N2+N3 ovojev in je sestavljeno iz dveh enakih segmentov 234 in 235, kjer zaradi enakosti posledično velja N3=Ni. Primarno in sekundarno navitje transformatorja povezuje železno jedro 236, ki je lahko različno izvedeno. Primarna napetost 232 je pulzno širinsko modulirana, to je krajše PWM na različne načine.
Sekundami tokokrog vsebuje dvoje usmemiških sredstev, 237 in 238, ki sta lahko bodisi diodi ali ustrezna tranzistoija, prednostno MOSFET tranzistorja. V sekundarnem tokokrogu 220 so označene točke Al 239, sredinski odcep A2 240, ki s povezavo do točke A 6 244 prestavlja eno od priključnih sponk za breme, na katerem je napetost ui 245, točko A4 242, kjer se seštevata toka iz usmemiških sredstev 237 in 238 in točko A4 242, ki s povezavo predstavlja drugo skupno točko A5 243 za priklop bremena.
Konvencionalni izvedbi železnega jedra transformatoija 236 sta podani na sliki 3, kjer so elementi kot celota označeni s številko 300. Pri tem je prvo jedro transformatoija 236 sestavljeno iz dveh enakih delov 311 in 312, drugo pa iz štirih delov 321,322,323 in 324, pri tem ima vsak del obliko črke C.
Konvencionalna izvedba varilnega transformatorja 230 z ločenima usmemiškima sredstvoma 237 in 238, ki sta na sliki 4 izvedena z dvema močnostnima diodama, namesto katerih bi lahko uporabili ustrezna tranzistorja, prednostno MOSFET tranzistorja, kjer so elementi kot celota označeni s številko 400. V tem primem prvi element sekundarnega navitja 234 in drugi element sekundarnega navitja 235 tvorita dva ovoja iz masivnega, električno prevodnega materiala. Oba sekundama ovoja z oznako 401 in 402 sta posredno, preko sorazmerno dolgih povezav 403, 404, 405 in 406 povezana v točkah Al, A2, A3 z diodama 237 in 238. Točka A4 je lahko premaknjena tudi v točko A5, vendar ostaja povezava 407 sorazmerno dolga, prav tako pa v vsakem primem ostaja tudi povezava 408. V konvencionalnih izvedbah varilnih transformatorjev, prikazani na sliki 4, z ločeno prigrajenima izhodnima usmemiškima sredstvoma 237 in 238, kjer sta oba elementa lahko izvedena z diodama ali s tranzistorjema, prednostno MOSFET tranzistorjema, na velikost izgub poleg upornosti aktivnih usmemiških sredstev močno vplivajo upornosti električnih povezav med točkami A1 do A4 in A3 do A4. Povezave med naštetimi točkami povečajo ohmske upornosti in razsipane induktivnosti sekundarnega tokokroga, kar vpliva na povečane vrednosti časovnih konstant, ki določajo trajanje sprememb prevajanj v posameznih vejah sekundarnega tokokroga 220. S stališča zmanjšanja izgub in povečanja hitrosti spremembe prevajanj v obeh sekundarnih vejah bi bilo posledično najboljše, če teh povezav sploh ne bi bilo, oziroma če bi bile vrednosti ohmske upornosti in induktivnosti teh povezav enake nič.
To je mogoče izpeljati samo z vgradnjo, to je integracijo obeh izhodnih usmemiških sredstev v samo navitje 233, ki ga sestavljata dva dela 234 in 235, ki sta po zgradbi simetrična. Vsak od njiju je lahko zaradi doseganja večjih tokov razdeljen na več vzporedno vezanih tuljav. Tudi obe izhodni usmemiški sredstvi sta lahko zaradi doseganja večjih varilnih tokov po potrebi izvedena v obliki paralelne vezave več diod ali ustreznih tranzistorjev, prednostno MOSFET tranzistorjev.
Izvedba sekundarnega dela navitja, ki se ščiti, je prikazana na sliki 5, kjer so vsi elementi kot celota označeni s številko 500. Prvi ovoj od sekundarnega navitja 401 je po predloženem izumu razdeljen v dva dela 501, 516, drugi ovoj od sekundarnega navitja 402 je po predloženem izumu prav tako razdeljen v dva dela 520 in 521. Elementi posameznih ovojev 501, 516, 520 in 521, kot so narisani na sliki 5, so vzdolž ovojev enako debeli, lahko pa bi bili vzdolž ovojev tudi spremenljivo debeli do te stopnje, da bi bila skupna debelina obeh delov 501, 516 in 520,521 enaka, kar na sliki 5 ni prikazano, omogočalo pa bi bolj homogeno porazdelitev tokovne gostote v obeh delih vzdolž ovojev. V skladu s predloženim izumom je usmemiško sredstvo 237 nadomeščeno z vsaj enim usmemiškim sredstvom 502, nameščenim enakomerno porazdeljeno v obliki več paralelno vezanih diod ali tranzistorjev, prednostno MOSFET tranzistorjev, vmes med obema elementoma 501 in 516 vzdolž celega ovoja, medtem ko je usmemiško sredstvo 238 nadomeščeno z vsaj enim usmemiškim sredstvom 522, nameščenim enakomerno porazdeljeno v obliki vsaj enega, prednostno več paralelno vezanih diod ali tranzistorjev, prednostno MOSFET tranzistorjev, vmes med obema elementoma 520 in 521 vzdolž celega ovoja. Na sliki 5 nadomestilo usmemiškega sredstva 237 tako, primeroma, sestavlja dva krat po sedem diod ali ustreznih tranzistoijev 502 do 515, prednostno MOSFET tranzistorjev, ki se nahajajo vzdolž ovoja na eni in dmgi strani in so vezani vzporedno.
Izvedba primarnih in sekundarnih navitij je lahko tudi plaščna.
Usmemiška sredstva 502 do 515 in 522 do 535 so lahko med posamezne elemente sekundarnih ovojev 501, 516 in 520, 521 vgrajena tudi vgreznjeno tako, daje razmik d 542 enak samo debelini potrebne izolacije med 501in 516 ter 520in521.
Zaradi integracije usmemiških sredstev v oba ovoja sekundarnega navitja je mogoče povezave obeh ovojev s točkama A5 in A6 občutno skrajšati v primerjavi s povezavami koncev navitij s točkama in A 6 na sliki 4. Še več, povezave 538, 539 in 519 na sliki 5 so odveč in jih je mogoče opustiti, povezave 517, 518, 536 in 537 pa je mogoče zelo skrajšati, kar pomeni zmanjšanje razsipanih induktivnosti, zmanjšanje ohmskih upornosti in zmanjšanje količine materiala in povečanje gostote moči naprave.
Smer toka skozi usmemiške elemente 502 do 515 je označena s puščico 540, smer toka skozi usmemiške elemente 522 do 535 je označena s puščico 541.
Izvedba varilnega transformatorja z integriranimi elementi izhodnega usmernika je prikazana na sliki 6, kjer so vsi elementi kot celota označeni s številko 600. Pri tem so tuljave 601, 602, 603 in 604 primarnega navitja vezane zaporedno.
Izvedba integracije izhodnega usmernika pri izvedbi varilnega transformatorja z drugačno izvedbo železnega jedra v obliki dveh segmentov 311 in 312 v obliki črke C je prikazana na sliki 7, kjer so vsi elementi kot celota označeni s številko 700. Število vzporedno vezanih usmemiških sredstev po tem izumu je odvisno od velikosti zahtevanega skupnega izhodnega varilnega toka.
Izvedba sekundarnega navitja po tem izumu je lahko klasična ploščata v obliki elementov 501, 516, 520 in 521 ali plaščna.
Razmik med deli vsakokratnega elementa sekundarnega navitja po tem izumu 501, 516 in 520, 521 je poljubna razdalja d 542, kjer je d lahko enak samo debelini izolacije med 501 in 516 ter 520 in 521.

Claims (8)

  1. PATENTNI ZAHTEVKI
    1. Varilni transformator, ki obsega vsaj eno primarno navitje, nadalje vsaj en par elementov sekundarnega navitja, namreč prvi element sekundarnega navitja in drugi element sekundarnega navitja in nadalje vsaj eno železno jedro, pri čemer so omenjeni vsaj eno primarno navitje, nadalje vsaj en par elementov sekundarnega navitja, namreč prvi element sekundarnega navitja in drugi element sekundarnega navitja in nadalje vsaj eno železno jedro električno izolirani drug od drugega, omenjena navitja vsaj v delu oklepajo železno jedro, označen po tem, da vsak element sekundarnega navitja obsega vsaj prvi del elementa sekundarnega navitja in drugi del elementa sekundarnega navitja, pri čemer sta oba omenjena dela omenjenega vsakega elementa sekundarnega navitja med seboj v delu električno izolirana, v delu povezana z vsaj enim usmemiškim sredstvom, pri čemer sta en del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in en del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, in sta preostali del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in preostali del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, vse brez dodatnih usmemiških sredstev.
  2. 2. Varilni transformator po zahtevku 1, nadalje obsegajoč usmemiška sredstva, ki so izbrana izmed skupine, ki jo sestavljajo električna dioda, tranzistor, MOSFET tranzistor.
  3. 3. Varilni transformator po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, nadalje obsegajoč vsaj dva, prednostno vsaj tri med seboj povezane elemente primarnega navitja in vsaj en par elementov sekundarnega navitja, pri čemer si izmenično, drug ob drugem in električno izolirani drug od drugega sledijo prvi element primarnega navitja, prvi element sekundarnega navitja, drugi element primarnega navitja, opcijsko tretji element primarnega navitja, drugi element sekundarnega navitja in opcijsko četrti element primarnega navitja, pri čemer vsak element sekundarnega navitja obsega vsaj prvi del elementa sekundarnega navitja in drugi del elementa sekundarnega navitja, pri čemer sta oba omenjena dela omenjenega vsakega elementa sekundarnega navitja med seboj v delu električno izolirana, v delu povezana z vsaj enim usmemiškim sredstvom, pri čemer sta en del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in en del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, in sta preostali del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in preostali del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, vse brez dodatnih usmemiških sredstev.
  4. 4. Varilni transformator po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, nadalje obsegajoč množino med seboj povezanih primarnih navitij in množino paroma povezanih sekundarnih navitij, pri čemer vsak par omenjenih sekundarnih navitij obsega prvi element sekundarnega navitja in drugi element sekundarnega navitja, pri čemer si izmenično, drug ob drugem in električno izolirani drug od drugega sledijo elementi primarnega navitja in izmenjujoče prvi in drugi elementi sekundarnega navitja, pri čemer se vsaj eno primarno navitje izmenjuje s katerim od elementov sekundarnega navitja, pri čemer vsak element sekundarnega navitja obsega vsaj prvi del elementa sekundarnega navitja in drugi del elementa sekundarnega navitja, pri čemer sta oba omenjena dela omenjenega vsakega elementa sekundarnega navitja med seboj v delu električno izolirana, v delu povezana z vsaj enim usmemiškim sredstvom, pri čemer sta en del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in en del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, in sta preostali del od obeh delov prvega elementa sekundarnega navitja in preostali del od obeh delov drugega elementa sekundarnega navitja vezana med seboj, vse brez dodatnih usmemiških sredstev.
  5. 5. Varilni transformator po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, pri čemer je število vzporedno vezanih usmemiških sredstev odvisno od velikosti zahtevanega skupnega izhodnega varilnega toka.
  6. 6. Varilni transformator po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, pri čemer je izvedba sekundarnega navitja bodisi klasična ploščata v obliki elementov (501), (516), (520), (521) bodisi plaščna.
  7. 7. Varilni transformator po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, pri čemer je razmik med deli vsakokratnega elementa sekundarnega navitja (501), (516) in (520), (521) poljubna razdalja d (542), kjer je d lahko enak samo debelini izolacije med (501) in (516) ter (520) in (521).
  8. 8. Varilni transformator po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, pri čemer je izvedeno hlajenje, prednostno sekundarnega navitja s tekočino, prednostno vodo ali zrakom.
SI201700288A 2017-10-26 2017-10-26 Varilni transformator SI25535A (sl)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201700288A SI25535A (sl) 2017-10-26 2017-10-26 Varilni transformator
SI201830071T SI3477840T1 (sl) 2017-10-26 2018-10-25 Varilni transformator
EP18000829.4A EP3477840B1 (en) 2017-10-26 2018-10-25 Welding transformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201700288A SI25535A (sl) 2017-10-26 2017-10-26 Varilni transformator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI25535A true SI25535A (sl) 2019-04-30

Family

ID=64048651

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI201700288A SI25535A (sl) 2017-10-26 2017-10-26 Varilni transformator
SI201830071T SI3477840T1 (sl) 2017-10-26 2018-10-25 Varilni transformator

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI201830071T SI3477840T1 (sl) 2017-10-26 2018-10-25 Varilni transformator

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3477840B1 (sl)
SI (2) SI25535A (sl)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3796345A1 (en) * 2019-09-19 2021-03-24 Robert Bosch GmbH Welding transformer, method for producing a module for a welding transformer and method for producing a welding transformer

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4302443C1 (de) * 1993-01-29 1994-05-26 Elektro Werk Muendersbach Gmbh Lichtbogenschweißgerät mit Halbleiterschaltern in Mittelpunktschaltung
DE19621526C1 (de) 1996-05-29 1997-08-28 Bosch Gmbh Robert Umrichterschweißanordnung
JP4735469B2 (ja) * 2005-08-31 2011-07-27 Ｔｄｋ株式会社 スイッチング電源装置
DE102007001233A1 (de) 2007-01-08 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Windungselement für eine Spulenwicklung und Transformatoranordnung
JP5034613B2 (ja) * 2007-03-30 2012-09-26 Ｔｄｋ株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ
DE102007042771C5 (de) 2007-09-07 2015-02-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb der Stromversorgung einer Widerstansschweißvorrichtung
US7623362B2 (en) * 2007-10-30 2009-11-24 Tdk Corporation Switching power supply unit
JP5465061B2 (ja) * 2010-03-31 2014-04-09 株式会社ダイヘン 直流抵抗溶接機用トランス
AT512131B1 (de) 2011-10-31 2013-09-15 Fronius Int Gmbh Platine zur integration in einer stromquelle

Also Published As

Publication number Publication date
SI3477840T1 (sl) 2020-08-31
EP3477840A1 (en) 2019-05-01
EP3477840B1 (en) 2020-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2481662C2 (ru) Плоская катушка
US10276288B2 (en) Coupled inductors with non-uniform winding terminal distributions
EP2320550B1 (en) Power transformer and power converter incorporating same
EP2688076B1 (en) Linear electromagnetic device
US7667441B2 (en) Inductive element for a multi-phase interleaved power supply and apparatus and method using the same
EP3427366A1 (en) Bi-plane wireless power transmission pad
CN103730230B (zh) 磁集成电感器
CN202009334U (zh) 功率电路
US20130127434A1 (en) Coupled Inductor Arrays And Associated Methods
TWI455836B (zh) 用於車輛之電能感應式接收技術
CN106935384B (zh) 耦合电感器阵列及相关方法
US8902622B2 (en) Power supply apparatus
SI25535A (sl) Varilni transformator
CN110024062B (zh) 高电流半匝绕组
CN107431440A (zh) 具有功率限制能力的感应功率采集器
EP2666242B1 (en) Interconnection for connecting a switched mode inverter to a load
US9552919B2 (en) Coupling device for a multi-phase converter
US1729713A (en) Inductive alternating-current regulator for bus bars
CN104521129B (zh) 扼流器上的并联的逆变器
EP2593946B1 (en) A multiphase transformer rectifier unit
US11469019B2 (en) Integrated magnetic device
RU2390438C1 (ru) Способ снижения индуктивного влияния электротяговых сетей на линии связи
JP2022520087A (ja) 低ａｃ損失およびインピーダンス均衡化インターフェースを備えた統合型変圧器
US20230091263A1 (en) High power flux cancelling current steering single core inductor
SI25571A (sl) Izvedba transformatorja

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20190506

KO00 Lapse of patent

Effective date: 20230628