Hallo Kennt jemand Bauteile bzw. gibt es sowas überhaupt: Dioden mit wenig Kiloampere z.b. 5kA Stromfestigkeit, einsetzbar bei hohen Frequenzen bis ca. 100kHz, dafür 'nur' ein paar Volt Sperrspannung nötig. Grundsätzlich muss das nicht einmal eine nahezu perfekte Diode sein, wenn dort wenige hundert Ampere Leckstrom fliessen würde bei einigen kA Vorwärtsstrom, dann wäre das unproblematisch für die Anwendung. Einsatzgebiet wäre ein Schweissinverter. Freundliche Grüsse
Etwas in Richtung active rectification also der Einsatz von Halbleiterschaltern wäre auch denkbar
Beitrag #6637827 wurde von einem Moderator gelöscht.
Bei Dioden der >1kA-Klasse wirds eng. Relativ schnelle hat Littelfuse, aber das heißt auch schon 2us Schaltzeit und -weißich- 10kW Gleichrichterverluste über den Daumen. Für eine Anwendung wie DC-Widerstandsschweißen wäre das 50% Verlust bis zum Schweißarm. Aktive Gleichrichtung ist sinnvoller. Mit einem Leistungsübertrager und einem Steuerübertrager mit mehreren Sekundärwicklungen dürfte sich eine Gleichrichtung bauen lassen, die sich auch von der Kühlung her beherrschen läßt. Übertrager der Leistungsklasse sind eh wassergekühlt. Diese Leistungsklasse scheint aber bei Mosfets noch nicht angeboten zu werden, die Plastikwürfel mit Schraubanschluss bieten grade mal 10% der benötigten Ströme. Vielleicht läßt sich einer der größeren Halbleiterhersteller zu einem standardisierten Design überreden, das sich für Schweißanwendungen eignet. Schweißtrafos sind ja kein Nischenprodukt. Übrigens halte ich genau 100kHz für keine gute Idee. Da sendet LORAN. Mir ist auch keine weltweit freigehaltene ISM-Frequenz in dem Bereich bekannt.
Scherz beiseite, an einer aktiven Gleichrichtung mit Mosfets führt wohl kein Weg vorbei. Für einige wenige Volt Sperrspannung eine kleine Auswahl: https://www.mouser.de/Semiconductors/Discrete-Semiconductors/Transistors/MOSFET/_/N-ax1sf?P=1y7cwn8Z1y9673jZ1y8q873Z1y9k2eoZ1y842dcZ1y93d7xZ1y9kgpvZ1yw6zsl Egal, welcher zur Auswahl käme, es müssten etliche (10-20) parallel geschaltet werden. Ob das dann mit 100KHz noch funzt, ist ein anderes Thema.
Die üblichen Schweißdioden können bis 1kHz (Sonderdioden mittlerweile bis 10kHz) verwendet werden und brauchen je nach Trafogröße 2-10l/min Wasserkühlung max 18°. Immerhin kann die aktuelle Generation der Dinger Flußspannungen um nur noch 1-1,3V erreichen, aber an die 50% Verlust bis zum Zangenarm kommt man immer noch ran. Bei 5-74kA je nach Trafo ist das verdammt viel, was die Kühlanlage sinnlos wegschafft. Die winzigen Plastikwürfel kommen nicht annähernd an die benötigten Ströme ran, und mim normalen Schweißkabel oder Flexband mit 160-500qmm lassen die sich auch kaum verbinden. Zero loss HF-Schweißen wäre eine Revolution.
Helge schrieb: > Zero loss HF-Schweißen wäre eine Revolution. Kein Problem, denn dafür brauchst du überhaupt keinen Gleichrichter.
Wieviel Durchlass-Spannung ist denn vertretbar? SiC kann schnell sein, braucht aber so 1.5V Ansonsten halt wie schon vorgeschlagen Aktive Gleichrichtung
Michael K. schrieb: > Dioden mit wenig > Kiloampere z.b. 5kA Stromfestigkeit, einsetzbar bei hohen Frequenzen bis > ca. 100kHz, dafür 'nur' ein paar Volt Sperrspannung nötig. > > Grundsätzlich muss das nicht einmal eine nahezu perfekte Diode sein, > wenn dort wenige hundert Ampere Leckstrom fliessen würde bei einigen kA > Vorwärtsstrom, dann wäre das unproblematisch für die Anwendung. > > Einsatzgebiet wäre ein Schweissinverter. Wie ist die genaue Funktion? Vermutlich (bisher einzig) wird separat gezündet, und eben nicht über ne Spannungsüberhöhung am Ausgang bei Leerlauf. Sonst ist die notw. Sperrspannung höher als beim Schweißvorgang (@hohem Stromfluß) selbst. 100kHz? Das klingt erst mal etwas hoch, bitte Details, zu Schaltplan und Kern-/Wicklungs-aufbau. Vermutlich (noch einmal) wird mit Blech statt Litze gearbeitet sekundärseitig? Man könnte die Sekundärseite praktisch "aufteilen", um nicht so viele Fets direkt parallel schalten zu müssen. So symmetrisch wie möglich aufbauen, schon rein ohmsch, und gleichzeitig angesteuerte Mosfets auf mehrere Glättungsdrosseln nebeneinander arbeiten lassen... und erst nach den Drosseln wieder zusammenführen. Also statt 1 Leitung immer mehrere exakt gleiche (=gleich lange und -artige sowie -starke) parallel. [Ist Dir klar, daß die Gesamtgröße und das Gewicht der mehreren Drosseln mind. gleich, eher durch die bessere Wärmeabfuhr kleinerer Teile sogar weniger, als bei nur einer Drossel, werden könnte? Nur, weil auf so einen Vorschlag hin schon mal kam: "Dann brauche ich sechs Drosseln - was soll das?"] Gleichzeitig ansteuern vorzugsweise direkt über die schon von Helge erwähnten mehreren Sekundärwicklungen eines Ansteuer-ÜTs (oder einem für primär parallel zu einem für sekundär an den sozusagen Hochstrom-Treiber, die können auch verschiedene L_prim haben - durch den mit der niedrigeren fließt der höhere Stromanteil, klar) der nicht unbedingt "so klein wie möglich" werden muß. Viele Wicklungen passen nur gescheit in ausr. großen Wickelraum/ hohe Permeabilität erlaubt eine geringere Windungszahl und damit Streuinduktivität - das dürfte für hohe Ströme bei 100kHz schon nötig sein. Normalerweise strebt man ja - zuallermindest bei hart schaltenden Topologien - Schaltzeiten deutlich (!!!) unter 1/20 der Periodendauer an... besser in Richtung 1/100 (um die Schaltverluste -whd. EIN und AUS -Schalt- vorgängen "den linearen Bereich schnell durchwandernd"- möglichst gering zu halten). Deshalb sehe ich vorm geistigen Auge schon einen Kern, der bei 100kHz nicht wenig übertragen kann (@Helge). Oder - auch möglich, aber eventuell problematischer wegen Unterschieden im "Propagation Delay", die bei 100kHz (und den kurzen, nötigen Schaltzeiten) ja doch unangenehm werden könnten - nur "Signale" übertragen, mittels mehrerer "gleicher" Gate-Treiber verstärken. (Auch schon bei den kleinen Signalleitungen ist eine Verdrillung der zu den Einzelmodulen führenden solchen Pflicht - erst recht bei denen "vom Hochstrom- Treiber- Trafo".) Vielleicht kannst Du ja doch was damit anfangen. Mehr bzw. zielorientierteres/sicher passendes gibt es evtl. nach Bekanntgabe erfragter Infos (dann von anderen/eher nicht mir, das hier war purer Zufall/ich weiß, daß ich nichts (oder halt kaum was) weiß).
Bei der Anwendung handelt es sich konkret um Rollnahtschweissen, gepulst, also nicht Gleichstromschweissen. Im Moment ist das mit einer Vollbrücke 500V DC Spng und einem (ziemlich massiven, >100kg) schweren Trafo realisiert, der sekundärseitig an den Schweisskreis angeschlossen wird und etwa 20V Ausgangsspannung hat. Die bisherige Schaltung sollte, wenn möglich, in der Grösse und Kosten reduziert werden. Um die Trafogrösse zu reduzieren ist die Frequenzerhöhung erst mal der Standardansatz. Hohe Frequenzanteile des Stromes sollten jedoch nicht über den Schweissarm laufen (u.a. wegen übermässiger Erwärmung). Die dominante Lösung in der Industrie für so ein Problem scheint gemäss Internetsuche Mittelfrequenzschweissen zu sein, also Trafo mit Gleichrichter und das bei einigen kHz. Die Frage bzgl. Dioden für 5kA war, um herauszufinden, ob auch höhere Frequenzen realisierbar sind. Ein Trafo mitsamt Dioden für MF-Schweissen gibts ab Stange. Damit scheint der design space des Problems ausgelotet.
Pulspaket hört sich interessant an. Welche Blechstärken? MF-Trafos haben eine Halbbrücke, damit halbiert sich der Gleichrichterverlust auf 1-1,3V an den Dioden. Nachteil der üblichen MF-Trafos ist AB = ca. 10% ED bei Vollast, für kontinuierlichen Schweißvorgang ist weder Trafo noch Gleichrichter thermisch ausgelegt. Mim gelben oder braunen (großen) Trafo bekommt man längere Schweißnähte noch bis ca. 2 x 1..1,5mm Blech hin bei guter Kühlung. Besser wirds nur mit Sondertrafos, die waren aber (damals, 1996) zu schwer für Industrieroboter. Erwärmung der Zangenarme wegen HF-Anteilen ist mir noch nicht bekannt. Problematisch ist jedenfalls die Energie, die ins Blech zwischen den Zangenarmen abfließt. Das kann das Schweißergebnis (Widerstandsschweißen, Automobilbau) bei 50Hz um bis zu 15% verfälschen, bei MF 1kHz eher ca. 5-7% aus der Erfahrung. Zu den Trafos mit integriertem Schweißcontroller ist eine low loss Gleichrichtung jedenfalls der nächste große Schritt. Bin gespannt, wann das kommt.
Blechstärke ist weit unter 1mm. Das Hauptproblem was ich bei MF Trafos mit Gleichrichterdioden sehe, ist, dass der Strom im Schwingkreis nicht 'aktiv abgebaut werden kann' und je nach Aufbau des Schweissarms recht hohe Induktivitäten vorhanden sind, so dass ein Pulsbetrieb in der Frequenz limitiert ist, weil der Strom eben nur langsam via Spannnungsabfall über Dioden abgewürgt wird. Beim Gleichstromschweissen ist das kein Problem, aber beim Pulsbetrieb mit bis zu einigen 100Hz könnte es knapp werden. Bzgl. HF im Schweissarm bzw. Schweisskreis. Ich kenne mich mit Schweissanwendungen leider (noch) nicht genügend aus, um eindeutig bestimmen zu können, ob Hochfrequenzanteile im Schweissarm diesen unnötig erwärmen, habe diese Information vom Auftraggeber erhalten. Die entscheidende Frage ist dann ja, ob man mit HF, also 100kHz oder mehr, auch weniger Schweisstrom benötigt weil es evtl. HF Effekte im zu schweissenden Blech gibt. Da ich in der Induktionserwärmung arbeite kenne ich die HF Effekte von dort, aber Schweissen ist bzgl. elektromagnetischem Aufbau anders. Wenn die Verluste im Schweissarm und Blech gleich skalieren bzgl. der Betriebsfrequenz, dann ist das Verhältnis Leistung im Blech zu Leistung im Schweissarm gleichbleibend bei Änderung zu höherer Betriebsfrequenz, somit könnten die Dioden weggelassen werden und direkt mit HF geschweisst werden. Nur scheint das zu offensichtlich um wahr zu sein. Definitiv sind noch einige detailliertere Untersuchungen nötig (genaueres ESB des Schweissarms).
Michael K. schrieb: > somit könnten die Dioden > weggelassen werden und direkt mit HF geschweisst werden. Nur scheint das > zu offensichtlich um wahr zu sein. Ich habe schon vor über 40(!!) Jahren gelernt, daß die Elektronen das Metall mitnehmen. Also Minus an die Elektrode und Plus ans Blech. Wechselstromschweißen war schon immer Scheiße.
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