Сварочный инвертор на биполярных транзисторах

[TPAHCODEJI]

И так я уже как пару месяцов думаю над проектом сварочного инвертора на биполярных транзисторах. Скоро придут компоненты и я начну его собирать. Эта тема будет как дневник опытов
Итак ток сварочного аппарата составит 100А. Это будет мост на 2 спарралеленых BUX98A. Они как не странно стоят дешевле аналогичных IGBT(20шт 1000р на али). Можно спарралелить штук 5 13009. Дешевле выйдет.
Ограничение тока и создание падающей ВАХ будет достигаться за счет введения последовательно первичной обмотке трансформатора токоограничивающего дросселя. Регулировка тока будет осуществлятся сменой частоты. Частоту планирую от 15 до 30кгц. Управление будет как в компьютерных блоках питания на tl494 c ТГР.
Жду ваших мнений и советов. В ближайшее время будет нарисована схема.

[Телекот]

Посчитай данный дроссель, его размеры. Он будет раз в 10 больше трансформатора. Ток и ВАХ должна формироваться ОС.

[TPAHCODEJI]

Неужели такой большой? знаю данный способ в некоторых инверторах используется. Нужен дроссель всего 100 мкГ. Это много?

[Телекот]

Ну я конечно не считал, но в пределах 10-20 раз наверно будет. Это надо считать. Он должен пропускать через себя ток короткого замыкания нагрузки и на нём должно падать всё напряжение. Габариты весьма внушительные.

знаю данный способ в некоторых инверторах используется

Как то не встречал, это в каком же?

[TPAHCODEJI]

Негуляев пишет что такая схема использовалась в аппарате форсаж. Так же я не раз суда кидал патент где данная схема предлагалась

[Vladimir51]

Итак ток сварочного аппарата составит 100А.

Это ориентировочно на электрод 2 мм - маловато, надо бы побольше.
Вот товарищ тут замолвил про вариант Негуляева. То же предложил бы, если даже не всё, то хотя бы придержаться его мнения и
советов.
http://radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=510

[Телекот]

Это резонансный инвертор там ток ограничивается не дросселем а колебательным контуром.

[TPAHCODEJI]

[Vladimir51]

Это резонансный инвертор

Выходной пусть делает как пожелает. А вот задающий получше будет у Негуляева. Частота повыше - плюс.
Хотя, в резонансном дроссель будет гораздо меньше.

[TPAHCODEJI]

Это не резонансный. Читайте текст выше. Я сейчас думаю как дроссель расчитывать. Готовых расчетов подобных индуктивностей нет.
Точнее есть но под 50гц

[Телекот]

Пробуй рассчитывай, мы проверим.

[Starichok51]

TPAHCODEJI, в картинке, которую ты привел здесь
viewtopic.php?p=3017827#p3017827
достаточно безграмотных слов (назовем - понятий)
дроссель рассеяния - такого понятия не существует.

линейный режим переключения - это вообще полный бред.
линейный режим - это линейный режим.
а переключение - это ключевой режим.
вместе эти режимы никогда не бывают.

конденсатор, не дающий намагнитится сердечнику... вообще "гениально"...
если сердечник не намагнитится, то и во вторичную цепь не чему будет попадать...

[TPAHCODEJI]

Индуктивность порядка 100-200 микрогенри. Габариты даже на частоте 15кгц не думаю что могут быть большими. У дросселя габаритная мощность берется меньше чем у трансформатора
Конденсатор не дает намагнитится сердечнику и войти в насыщение от несимитричности импульсов

[tar]

вместе эти режимы никогда не бывают.

Это видимо когда транзистор закрывается не полностью а на половину в ключевом режиме.

[TPAHCODEJI]

Вот патент с подобной схемой. Внимание. многобукв

Спойлер

Полумостовой автогенератор работает следующим образом.

При подаче напряжения питания развивается процесс запуска автогенератора, заряжаются конденсаторы емкостного фильтра 15 и 22 и одновременно с этим ток начинает течь через резисторы положительного смещения 11 и 12, в результате чего заряжаются емкости отрицательного смещения 7 и 8. Как только напряжение на этих конденсаторах достигает уровня открывания база - эмиттерных переходов силовых транзисторов 9 и 10, последние приоткрываются, входят в зону активного неустойчивого состояния, при этом за счет резистора положительной обратной связи 18 происходит скачкообразное открывание одного из транзисторов, предположим верхнего 9, и одновременное закрывание нижнего транзистора 10. Ток базы силового транзистора 9, величина которого определяется резистором положительной обратной связи 18 и коэффициентом трансформации между обмотками 2 и 3, 4, перезаряжает конденсатор отрицательного смещения 7 до уровня прямого падения напряжения на диоде 5, при этом напряжение на управляющей обмотке 3 коммутирующего трансформатора становится равным сумме прямых падений напряжений на переходах база-эмиттер транзистора 9 и диода 5 и составляет примерно 2 В. Точно такая же величина, но противоположная по знаку, устанавливается и на идентичной обмотке того же трансформатора, удерживая транзистор 10 в закрытом состоянии. После отпирания силового транзистора 9 через него начинает с нуля течь ток по цепи: первый вывод источника питания - плюсовая шина питания - прямо смещенный развязывающий диод 13 - коллектор транзистора 9 - эмиттер транзистора 9 - токоограничивающий дроссель 21 - нагрузка 24 - средняя точка емкостного делителя 15, 22 - минусовая шина питания - второй вывод источника питания. При этом формирующий конденсатор заряжается до уровня, равного половине напряжения питания в данный момент, и происходит накопление энергии в токоограничивающем дросселе 21. Через некоторый промежуток времени, определяемый магнитными свойствами сердечника коммутирующего трансформатора 1, произойдет насыщение последнего, что вызовет исчезновение напряжения в его обмотках, в результате чего конденсатор обратного смещения 7 окажется подключенным параллельно база-эмиттерному переходу транзистора 9, причем напряжение заряда этого конденсатора 7 будет обратным для база-эмиттерного перехода транзистора 9, что вызовет форсированное закрывание последнего, в результате чего протекание тока через транзистор 9 прекратится.

В течение времени, пока рассасываются неосновные носители в базовой области транзистора 9, иными словами, существует инверсная проводимость база-эмиттерного перехода транзистора 9, заряд конденсатора 7 будет препятствовать появлению напряжения отпирания транзистора 10 за счет жесткой связи между обмотками 3 и 4 трансформатора. После того как протекание тока через транзистор 9 прекратится, напряжение на нем будет оставаться еще неизменным за счет заряженного формирующего конденсатора 20, а ток нагрузки, протекающий через транзистор 9, теперь пойдет из формирующего конденсатора 20, постепенно разряжая его.

Таким образом, в момент выключения транзистора 9 отсутствуют коммутационные потери, так как на транзисторе при разрыве тока нет напряжения, что свидетельствует о формировании траектории выключения транзистора 9, исключающей коммутационные потери. После того как напряжение на конденсаторе 20 станет равным нулю, он начнет перезаряжаться за счет накопленной энергии в токоограничивающем дросселе 21, что вызовет смену полярности напряжения на формирующем конденсаторе 20 и, следовательно, на выходе автогенератора и на резисторе обратной связи 18.

Напряжение на выходе автогенератора будет продолжать линейно уменьшаться до момента отпирания обратного диода 19, через который далее будет протекать оставшийся накопленный ток в дросселе 21. После того как произошла смена полярности напряжения на формирующем конденсаторе 20, то есть на выходе автогенератора и на резисторе обратной связи 18, необходимо не допустить отпирания ранее закрытого силового трансформатора 10 во избежание появления скачкообразного тока заряда формирующего конденсатора 20, что обеспечивается задерживающим конденсатором 23. Как только напряжение на этом конденсаторе 23 достигнет через коэффициент трансформации трансформатора 1 величины, достаточной для отпирания силового транзистора 10, последний откроется. Причем к моменту отпирания напряжение на нем будет нулевым, и ток через транзистор 10 еще какое-то время не будет протекать, так как токоограничивающий дроссель 21 будет отдавать накопленную в нем энергию через диод 19. С момента времени, когда энергия в токоограничивающем дросселе 21 закончится, ток пойдет через разделительный диод 17 и открытый транзистор 10 с нулевого значения. Таким образом, в момент отпирания транзистора 10 напряжение на нем было уже нулевым, а тока нет, следовательно, полностью отсутствуют коммутационные потери в момент отпирания транзистора. Разделительный диод 17 необходим для того, чтобы исключить прохождение через открытый диод 10 инверсного тока токоограничивающего дросселя 21 с целью уменьшения мощности, выделяемой на транзисторе. Далее транзистор 10 удерживается в открытом состоянии током базы, величина которого так же, как и для транзистора 9 определяется резистором положительной обратной связи 18 и коэффициентом трансформации между обмотками 2 и 3, 4, кроме того, этим же током базы также заряжается конденсатор отрицательного смещения 8 до уровня прямого падения напряжения на диоде 6. При этом напряжение на управляющей обмотке 4 коммутирующего трансформатора 1 становится как и в предыдущей полуволне равным сумме прямых падений напряжения на переходах база-эмиттер транзистора 10 и диода 6 и составляет примерно 2 В. В это время на базе транзистора 9 устанавливается напряжение, равное сумме напряжений на обмотке 3 и на конденсаторе 7, что составляет примерно минус 3 В, которое надежно удерживает транзистор 9 в закрытом состоянии, создавая ему отрицательное смещение. После чего через транзистор 10 начнет протекать ток по цепи: первый вывод источника питания - плюсовая шина питания - первый вывод конденсатора 15 емкостного делителя - средняя точка емкостного делителя 15, 22 - второй вывод нагрузки 24 - первый вывод нагрузки 24 - второй вывод токоограничивающего дросселя 21 - первый вывод токоограничивающего дросселя 21 - анод разделительного диода 17 - катод разделительного диода 17 - коллектор транзистора 10 - эмиттер транзистора 10 - минусовая шина питания - второй вывод источника питания. При этом так же, как и в предыдущей полуволне формирующий конденсатор 20 заряжен до уровня, равного половине напряжения питания, но противоположного по знаку значения, и также происходит накопление энергии в токоограничивающем дросселе противоположного знака. Через тот же промежуток времени, определяемый также магнитными свойствами сердечника коммутирующего трансформатора 1, произойдет насыщение последнего, что вызовет исчезновение напряжения в его обмотках, в результате чего конденсатор обратного смещения 9 окажется подключенным параллельно база-эмиттерному переходу транзистора 10, причем напряжение заряда этого конденсатора 8 будет обратным для база-эмиттерного перехода транзистора 10, что вызовет форсированное закрытие последнего. В результате этого протекание тока через транзистор 10 прекратится, а напряжение на нем будет еще оставаться неизменным за счет заряженного формирующего конденсатора 20. Кроме того, ток нагрузки, протекающий через транзистор 10, теперь будет течь из емкости формирующего конденсатора 20, постепенно разряжая его, как и в переходном процессе предыдущей полуволны, но противоположного знака. Таким образом, при выключении транзистора 10 отсутствуют коммутационные потери, так как на транзисторе при разрыве тока нет напряжения, что свидетельствует о формировании траектории выключения транзистора 10, исключающей коммутационные потери. После того как напряжение на конденсаторе 20 станет опять равным нулю, он начнет перезаряжаться за счет накопленной энергии в токоограничивающем дросселе 21, что вызовет смену полярности напряжения на формирующем конденсаторе 20 и, следовательно, на выходе автогенератора и на резисторе обратной связи 18. Напряжение на выходе автогенератора будет продолжать линейно увеличиваться до момента отпирания обратного диода 14, через который далее будет идти оставшийся накопленный ток в дросселе 21. После того как снова перезарядится через резистор обратной связи 18 задерживающий конденсатор 23, произойдет отпирание транзистора 9, и процесс повторится.

Таким образом, в заявленном устройстве исключены сквозные токи и сформирована безопасная траектория переключения силовых транзисторов, исключающая наличие коммутационных потерь.

Предлагаемый полумостовой автогенератор может быть использован в качестве источника питания для дроссельно-ртутных ламп, люминесцентных ламп, сварочного аппарата и т. п., в то время как полумостовой автогенератор по прототипу может быть использован лишь для люминесцентных и галогенных ламп. При этом предлагаемый автогенератор по сравнению с прототипом позволит обеспечить более высокий КПД за счет исключения сквозных токов при переходных процессах и исключения коммутационных потерь, а также более безопасную работу схемы автогенератора при любых режимах нагрузки от холостого хода до короткого замыкания за счет формирования безопасной траектории переключения силовых транзисторов.

[Телекот]

У дросселя габаритная мощность берется меньше чем у трансформатора

Дело не в габаритной мощности, а в индукции. Что бы сердечник не вошёл в насыщение нужно сделать большой зазор, а большой зазор уменьшает общую магнитную проницаемость сердечника. Что заставляет мотать больше витков, а большее количество витков опять повышает индукцию. Не знаю я не считал, но посчитать надо. А вам надо что бы этот дроссель держал ток КЗ и сердечник не входил в насыщение.

[Vladimir51]

Готовых расчетов подобных индуктивностей нет.

Расчёты все одинаковые для импульсников.
Минимальная индуктивность для вашего дросселя рассчитывается по формуле: где
U2 - напряжение на вых. выпрямителя,
Uд.мин. - напряжение дуги при мин. сварочном токе (5А), взято 18 вольт,
I св. мин. - минимальный сварочный ток 5
здесь частота 30 кГц.
Это хотели узнать?

[Телекот]

Рассчитывать надо в режиме КЗ. Когда на выходе максимальный ток, а всё напряжение падает на дросселе.
Иначе как вы зажжёте дугу.

[TPAHCODEJI]

Да, только дросель последовательно первичке, а не вторичке. Я не понимаю зачем там зазор? Ток то переменный. От однополярного намагничивания спасает конденсатор

[Телекот]

Магнитную индукцию в сердечнике как вы уменьшите? Феррит больших значений переносит, уходит в насыщение.