Power Electronics

Продолжение
Те, кто в лодке, уже давно заметили что топология ПРОДВИНУТОГО дает значительные преимущества лишь в области небольших токов дуги. До 100-120 А.
Стремление к минимизации весогабаритных размеров требуют выбора высокого значения плотности тока δ и минимально возможного типоразмера сердечника, что, в свою очередь, ведет к низкому кпд источника. А работа в режиме насыщения дополнительно отягощают ситуацию с перегревом. Для таких сварочных источников кпд как правило меньше 0,7. Свыше 30% потребляемой энергии идет на разогрев элементов источника. И в первую очередь обмоток трансформатора, которые в считанные секунды могут «загореться синим пламенем». Поэтому расчет ПРОДВИНУТОГО это скорее не электрический, а тепловой расчет.
Известно, что потери в меди Pм = 2,65* Gм*δ² пропорциональны ее весу и квадрату плотности тока. Потери в стали в нашем случае значительно меньше и составляют до 10 Вт/кг. Потери в конденсаторе оценить сложнее. Примем эти потери как 30% потерь в трансформаторе.
При Gм = 3 кг, δ =10 А/мм² имеем (800 Вт в меди плюс 240 Вт в конденсаторе плюс ватт до 100 в сердечнике) 1,1 кВт. Нехило! Профессиональный фен.
(* При δ =10 А/мм² добротность контура может быть недостаточной для возбуждения резонанса.)
Первое решение – вентилятор. Но у фена тоже вентилятор, а проволока – красная!
Продолжение следует…

…Продолжение
Второе решение – прессуем проволоку в брикет. С помощью киянки, струбцины и какой-то матери… А проволоку берем прямоугольную, с минимальной толщиной изоляции, например, для вторички – ПШД с толщиной изоляции всего 0,15 мм, а для первички – прямоугольный эмальпровод с применением межслойных прокладок минимальной толщины.
Под вторичку отводим 40% Sок (Высота катушки вторичной обмотки меньше чем у первички). Это позволит создать повышенную напряженность магнитного поля в сердечнике под вторичной обмоткой для насыщения сердечника, в то время как сердечник под первичкой еще не насыщается. (Возможен также вариант с уменьшенным сечением сердечника под вторичкой как в источнике Буденного).
В брикете хорошо осуществляется теплоперенос между витками обмотки и ее можно рассматривать как один виток с массой Gм. С одной стороны, (как было отмечено в предыдущем моем посте) в брикете выделяется Pм = 1,1 кВт за секунду. С другой стороны, масса катушки нагреется на 50 градусов за время t = См*Gм*∆T/Pм = 0,4*3*50/1,1 = 55 секунд (См - теплоемкость меди). А если катушки плотно сидят на сердечнике, то к массе брикета можно добавить еще и массу сердечника (допустим 5 кг). Именно из-за возможности плотного контакта катушек с магнитопроводом большинство ПРОДВИНУТЫХ малой мощности намотаны на торах. И в этом случае t составит уже 145 секунд. А учитывая благотворное влияние вентилятора непрерывное время сварки составляет для данного примера более 3 минут. Время паузы будет определяться временем охлаждения трансформатора, которое определяется площадью поверхности трансформатора и скоростью воздушного потока вентилятора. Дополнительно во все зазоры между обмотками и сердечником следует запрессовать отрезки алюминиевой проволоки в качестве радиатора, разведя их концы для лучшего обдува.

Прошу простить великодушно за ошибку в предыдущем посте. Значение Pм = 0,8 кВт, а не 1,1 кВт. Соответственно, 55 секунд превратятся в 75, 145 – в 200. Ну, а времени около 4 минут вполне достаточно чтобы «потрахаться» с электрической дугой. Не забываем производить пропитку обмоток – это не только улучшит теплопередачу, но и значительно продлит срок жизни аппарата.

ВАСНИК,вы где потерялись?!

Я надеюсь, никто не воспринял превращение катушки в брикет как руководство к действию, и не стал молотить по ней молотком. Имеется в виду другое: создание максимально плотной намотки в катушке. Для толстых проводов аккуратная работа резиновой киянкой приветствуется.
На мой взгляд, наилучший способ намотки – галеты со спиральными витками: это когда, начиная от середины, один конец провода мотается виток поверх витка по спирали в одну сторону, а другой конец провода мотается аналогично в соседнем слое в противоположном направлении. Концы проводов тщательно закрепляются на галете. Сняв первую галету с оправки и точно отмерив середину второй галеты (увеличьте на всякий случай на 1 см), мотаем вторую галету и т. д. Сложив все галеты, получим максимально плотную катушку.
Приведенный выше расчет непрерывной работы является граничным. Не рекомендуется принимать плотность тока более 8 А/мм².
Теперь о конденсаторах. Производители указывают величину максимального переменного тока через конденсатор.
В. Володин в своей книге «Создаем современные сварочные аппараты» на странице 110 попытался оправдать превышение тока через конденсаторы в своем аппарате исходя из условия средней мощности потерь. Однако, не забываем, что контакт выводов с фольгой внутри конденсаторов точечный, теплопередача вдоль тонкой фольги и в тонких слоях электролита низкая – температуру локальной точки контакта в большей мере определяет мгновенная мощность, и от закипания электролита в окрестности контакта при перегреве (превышении мгновенной мощности) нас защищают только гарантии производителя.
Требования производителей конденсаторов надо соблюдать. А если и нарушать в отдельных случаях, то с умом и глубоким пониманием явлений. Конденсаторов должно быть много!

ВАСНИК,это все?Если вы закончили монолог,то я скажу вам это только теория.На практике ,теория иногда не совпадает с практикой порой по независимым от нас причинам.Скажите,у вас есть свой ,скажем опытный образец аппарата ,отвечающий всем требованиям перечисленным выше? Ни в коем случае не хочу вас обидеть,"Америку"вы не открыли.Хотя статья может быть полезной при разработке и постройке нормального аппарата при соответственно, качественно подобранного материала.Эту статью,да в начале темы!Сколько было сломано"копий"!Спасибо Valvol,наставил на путь истинный.Это мое личное мнение. С уважением к вам, Микола.

Микола!Не растраивайся,так мы и недождались полного и,хотя бы,краткого описания работы Продвинутого.Интересно,какими соображениями руководствуются разработчики промышленных образцов продвинутых аппаратов

С каких это пор низкое напряжение холостого хода является премуществом для сварочного источника?


Хотелось бы уточнить. Реализация основных положительных качеств продвинутого, таких как

не требует насыщения сердечника под вторичной обмоткой. Однако, насыщение позволяет ограничить ток источника в режиме КЗ. В противном случае этот ток ограничивался бы лишь активным сопротивлением сети, обмоток трансформатора и элементов сварочной цепи.

Абсолютно не верно. Продвинутый имеет достаточно жесткую статическую внешнюю характеристику, которая в некоторой степени компенсируется падающей динамической характеристикой. Поэтому особой стабилизации тока дуги не ждите.
Благодаря резонансу, в сварочной цепи продвинутого протекает синусоидальный ток. Так что с паузами всё в порядке, они есть.

В режиме сварки сердечник под вторичной обмоткой не насыщается.

Разумеется. Тема достаточно интересная и достойна дайльнейшего обсуждения и развития. И чтобы в очередной раз не топтаться на месте, перетирая то, о чём уже многократно здесь говорилось, не ленитесь и читайте то, что было написано до вас.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Странное и крайне не верное умозаключение.

Опять насыщение! Может быть путаете продвинутый со сварочником Буденного?
Тогда лучше продолжить обсуждение в теме Сварочный аппарат "Буденного"...поделитесь опытом.

Не надо путать собственные хотелки с преимуществами и недостатками определённого типа сварочного источника. Если желаете получить высокую эффективность, то выбирайте соответствующее сечение обмоточного провода и элементов сварочной цепи.

Практически в любой книге по расчёту трансформаторов можно найти рекомендуемые долговременные (ПН=100%) плотности тока для различных обмоточных материалов и мощностей и типов обмоток. Исходя из этих данных можно ориентировочно определить максимально возможную плотность тока для сварочного трансформатора, работающего с ПН менее 100%.

Даже в вакууме существуют потери на излучение. А на поверхности матушки Земли существует ещё и атмосфера, которую ни кто не запрещает использовать для принудительного охлаждения обмоток вашего детища.
И опять же. Не торопитесь изобретать свои доморощенные методики расчёта теплового режима трансформатора. Существует большое количество литературы, где такие методики уже приведены. Так же достаточно много рекомендаций практического характера (говорилось выше, в контексте выбора плотности тока).

К сожалению, объём книги не дает возможности подробно расписать все нюансы проектирования и выбора компонентов.
Так случилось, что производители не дают данных по допустимым токам своих конденсаторов в повторно-кратковременном режиме нагрузки. Поэтому рекомендации приведённые в книге позволяют определить максимально допустимую границу, которую не стоит переходить.
Если конденсаторы используюся в повторном-кратковременном режиме по максимуму, то, как говориться, "и ежу понятно", что они кратковременно будут подвергаться некоторому перегреву. Однако это не должно нас сильно пугать. Производитель указывает свои данные для каких-то предельных условий эксплуатации. Например, для конденсаторов К50-84 максимальный ток указывается при условии, когда температура окружающей среды фиксирована на уровне 85гр.С. При этом производитель гарантирует наработку на отказ 10000 часов. В книге я специально указал ссылку на сайт этого производителя, чтобы думающие читатели сходили туда и посмотрели справочные данные указанного конденсатора. Если температуру среды снизить до 25гр.С, то долговременный ток можно увеличить почти в два раза. Конденсаторы имеют достаточно существенный запас, позволяющий им пережить некоторый перегрев. Т.е., следуя рекомендациям из книги Вы сможете правильно выбрать необходимые тип и количество конденсаторов для продвинутого сварочника.
Кроме этого, нагрузочные возможности конденсатора можно дополнительно увеличить (в 1,5...2 раза), если устанавливать их на охлаждаемый радиатор (например, прижимать торцом через слюдяную прокладку, смазанную теплопроводной пастой).

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

И часто даже наоборот. Но о практических соображениях чуть позже.

Предоставьте хоть одну причину по которой Продвинутый не сможет работать с насыщающимся сердечником. Но полемика позже.

По поводу работы ПРОДВИНУТОГО: Ознакомьтесь с вторыми главами книг в части холостого хода стабилизаторов с феррорезонансом тока. Чтобы понять работу источника в режиме сварки представьте, что вторичная катушка (или конденсатор) контура содержат в своем составе последовательное сопротивление потерь эквивалентное дуге.
http://valvolodin.narod.ru/books/ba0002.djvu
http://valvolodin.narod.ru/books/ba0465.djvu
По поводу упомянутых выше катушек. В литературе их еще называют дисковыми.
По поводу тепловых характеристик - я и не собирался давать инженерный расчет. Но сделать грубую прикидку ожидаемых результатов в любом деле считаю полезной.
Но обо всем по порядку. Мы еще не закончили о конденсаторах.
Оптимальным значением в источнике для величины напряжения на конденсаторе является 48-50 вольт. В режиме поджига дуги напряжение на конденсаторе кратковременно вырастет до 70 вольт, т.е. до напряжения насыщения сердечника под вторичной обмоткой. Учитывая то, что предельно допустимое напряжение, как правило, процентов на 15 больше максимального (оговаривается производителем) смело можно использовать конденсаторы на напряжение 63 вольта.
Однако, в радиолюбительской практике возможно применение конденсаторов и на 50 вольт, при условии проведения ряда мероприятий. А именно, проведение формовки конденсаторов (с одновременным наращиванием оксидной пленки) при плавном росте напряжения до напряжения насыщения. Осуществляется подачей постоянного напряжения через токовый ограничитель (резистор). Это очень даже возможно, учитывая нижеследующее.
Сразу же после изготовления конденсаторов проводится их формовка, то есть на них подается поляризующее напряжение, которое вызывает протекание тока, формирующего на алюминиевой обкладке защитного оксидного слоя. После того, как сформировался диэлектрический слой, ток конденсатора значительно снижается. Однако с течением времени происходят постоянные локальные разрушения диэлектрического микрослоя в различных точках, поэтому постоянно происходит дополнительная формовка конденсатора. Например, если к конденсатору все время приложено постоянное напряжение, то через него будет постоянно протекать ток минимального значения, необходимый для постоянного самозалечивания оксидного слоя.
Если оборудование отключается на какое-то (особенно, длительное) время, то при его включении сначала будет протекать ток утечки, превышающий обычное значение, до тех пор, пока не завершится процесс повторной формовки оксидного слоя. Чем длительнее нерабочий период, когда на конденсаторе отсутствует напряжение, тем длительнее и тем выше в начальный момент будет значение тока утечки; поэтому существует реальная угроза, что этот ток может вызвать сильный разогрев электролита в конденсаторе. При нагреве электролит начинает интенсивно испаряться, а повышение давления газа может разорвать корпус конденсатора или нарушить его герметичность.
Для анодного микродугового оксидирования справедливо:
«…для оксидирования поверхности подают «+» напряжения на изделие и «–» на электролит.
С возрастанием напряжения в одной или нескольких точках на поверхности детали, имеющих наименьшее электрическое сопротивление, возникает сначала пробой оксидной пленки, а затем электрическая дуга. В плазменном шнуре дуги и прилегающих к нему областях происходят плазмохимические процессы взаимодействия молекул ионов металла и электролита с образованием оксидов.»
Тренируйте конденсаторы перед работой после длительного перерыва хотя бы в течении суток. А перед первым включением обязательно. Подобные мероприятия, в частности, регламентируются производителями частотных преобразователей для электропривода.

Не надо редактировать цитируемые ники участников форума. Это сообщение писал форумчанин, имеющий ник valvol, а не Володин.
Внимательно изучите правила нашего форума. И особенно пункт 2.6.

Хорошо, изложите своё понимание необходимости насыщения сердечника для работы продвинутого. Каким образом насыщение сердечника продаинутого позволит получить

Какие преимущества, в данном случае, имеет насыщенный режим перед ненасыщенным?

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Да с тех, когда в Правилах эксплуатации электроустановок безопасным для человека напряжением считалось сначала 36 вольт, а затем 41 вольт переменного тока. Я уже не говорю о коэффициенте трансформации и т. д. Если хотите спор ради спора, это не ко мне. К авторам
http://paton.kiev.ua/ru/razrabotki-ies/5016/657
http://paton.kiev.ua/ru/razrabotki-ies/5016/656
http://paton.kiev.ua/ru/razrabotki-ies/5016/652



Хотя бы те, что при заданных витках обмотки сердечник, входящий в режим насыщения, имеет минимальное сечение стали, а, следовательно, и весогабаритные характеристики.
В споре рождается истина. Но в спорах ни о чем, или когда лучшей защитой является нападение я участвовать не собираюсь. Перечитайте книги о феррорезонансных стабилизаторах с резонансом тока. А потом поговорим по существу. По поводу стабилизации тока дуги:
Еще раз. Приведенная к вторичной обмотке индуктивность рассеяния L*рас и C образуют последовательный колебательный контур с частотой близкой к частоте сети. На элементах L*рас и C (при отсутствии насыщения сердечника) при резонансе возникают большие напряжения, ограниченные только активным сопротивлением контура. Однако при достижении напряжения U2- = Uнас- сердечник начинает насыщаться, ток трансформатора растет, напряжение на конденсаторе Uc- достигает Uнас- и перестает расти, а затем конденсатор перезаряжается через малое сопротивление вторичной обмотки Rw2 до напряжении Uc- = – Uнас-. Часть энергии при перезаряде конденсатора возвращается в питающую сеть, чем объясняется уменьшение потребляемого источником тока. При изменении напряжения питающей сети напряжение на конденсаторе Uc- практически не меняется.
Заряд на конденсаторе равен q = C*Uнас-. Конденсатор перезаряжается дважды за период, отсюда ток Iкз = Ic = 2*f*q = 100*C*2Uнас- = Const!!!
В момент окончания полупериода тока дуги имеем:
– дуга гаснет (ток Iдуги = 0);
– сердечник трансформатора под вторичной обмоткой насыщен;
– напряжение на конденсаторе C равно Uнас- – 20v;
– напряжение на конденсаторе C1 равно Uнас-.
Затем конденсатор C1 перезаряжается до напряжения –Uнас-, к зазору между электродом и деталью прикладывается суммарное напряжение конденсаторов C1 и C равное (2Uнас- – 20v), происходит поджиг дуги и начинается перезаряд конденсатора C в течении следующего полупериода. Подпитка дуги током конденсатора C в начале полупериода обеспечивает горение дуги без пауз.
Ток Iдуги = Ic = 100*C*2(Uнас- – 20v) = Const!!! = Max!!!
И если сердечник не насыщается, значит напряжение на конденсаторе не достигает максимально возможного, источник недоиспользует потенциал повышения тока дуги.

Простите,что вклиниваюсь в ваш диалог. Говорят ,что в спорах рождается истина ! Но можно сколько угодно спорить с пеной на губах,отстаивая свою точку зрения ,так ничего и не решив.А вроде стремимся к одной цели! Мне кажется лучшем доказательством своей теории является практический образец Продвинутого источника.Valvol показал свой образец источника,показал не просто ,а даже объяснил на пальцах как он работает и как сделать лучше. ВАСНИК,дело за вами?!

Не выбрасывайте,ценная вещь! Хотя вы зашли не в ту тему.Опишите конкретно что именно вы хотите из него сделать и что есть под рукой из обмоточного провода?

Во первых, я не претендую на Свою теорию. Формула расчета количества витков обмотки трансформатора известна уже более века.
Во вторых, пересказывать на пальцах теоретические и практические наработки в области феррорезонансных устройств дело неблагодарное. Можно не так понять. Лучше читать в первоисточниках.
В третьих, я не собираюсь ни в коей мере умалять заслуги Valvolа, он показал свой образец источника, честь ему и хвала. Но оказывается можно сделать еще лучший источник. А сумею его реализовать я, или Вы, не суть важно.
Вообще-то он уже реализован и не в одной конфигурации. Это разработки Института электросварки имени Патона.

Задача только в том, чтобы слепить из того, что есть.