logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Sterownik mostka prostowniczego 6-tyrystorowego - dobór transformatorów impulsowych

kamil_qamil 11 Paź 2025 11:16 549 22
  • #1 21716740
    kamil_qamil
    Poziom 2  
    Posty: 15
    Ocena: 1
    Witam, tworzę projekt sterownika mostka prostowniczego opartego o 6 tyrystorów, z przeznaczeniem do spawarki TEP401. Sterownik oparty o mikrokontroler; do wykrywania przejścia przez zero używam transoptora.

    Jak dobrać odpowiednie transformatory impulsowe?

    W prototypie używam takich z oryginalnego sterownika.

    Transformatory impulsowe na płytce prototypowej z oznaczeniami AL3900 i F1001

    Są z nimi dwa problemy: jeden to ich duże rozmiary, a drugi to konieczność stosowania dużych rezystorów szeregowo z uzwojeniem pierwotnym w celu ograniczenia prądu.
    Przy okazji chciałbym zapytać o potencjalne efekty położenia takich rdzeni jeden na drugi: czy dalej by działało, czy całość stworzyłaby jeden transformator?
  • #2 21716750
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #3 21716769
    kamil_qamil
    Poziom 2  
    Posty: 15
    Ocena: 1
    virtualmachine napisał:
    Interesuje nas tylko i wyłącznie krótki impuls prądowy potrzebny do wyzwolenia tyrystora.

    W tym przypadku sterowanie odbywa się ciągle, by upewnić się, że tyrystor będzie włączony przez cały czas, który chcemy. Na transformatory impulsowe podawany jest PWM o wypełnieniu 50% i częstotliwości 20 kHz. Do tego, nie znam parametrów tyrystorów, nie znalazłem ich w internecie.
    Model to T-R61-125-13-52. Są one zainstalowane w spawarce tep401.
    Mam tylko podobne, które mają 150 mA wymagane do włączenia.
  • #4 21716772
    CosteC
    Poziom 39  
    Posty: 5298
    Pomógł: 399
    Ocena: 1633
    kamil_qamil napisał:
    Są z nimi dwa problemy: jeden to ich duże rozmiary, a drugi to konieczność stosowania dużych rezystorów szeregowo z uzwojeniem pierwotnym w celu ograniczenia prądu.

    Nic nie piszesz o tyrystorach których używasz, więc "duże" nic nie znaczy.
    Generalnie takie transformatory bramkowe nigdy nie są "małe" bo prawie zawsze muszą pełnić rolę izolatora od napięcia sieciowego, czasem 3x400 V czasem więcej, co mocno wpływa na rozmiar.
    Projektowanie transformatorów generalnie nie jest trudne i literatura jest.
    kamil_qamil napisał:
    Przy okazji chciałbym zapytać o potencjalnych efektach położenia takich rdzeni jeden na drugi, czy dalej by działało, czy całość stworzyłaby jeden transformator?

    Ogólnie jak je poskładasz jeden nad drugim to wystąpi pewne, zazwyczaj słabe, sprzężenie z jednego do drugiego. Z tego powodu preferuje się instalowanie ich obok siebie a nie jeden na drugim.
  • #5 21716778
    kamil_qamil
    Poziom 2  
    Posty: 15
    Ocena: 1
    CosteC napisał:
    Generalnie takie transformatory bramkowe nigdy nie są "małe" bo prawie zawsze muszą pełnić rolę izolatora od napięcia sieciowego, czasem 3x400 V

    W tym przypadku izolują tylko od wtórnej strony transformatora spawarki, czyli napięcia < 70 V.
    CosteC napisał:
    Nic nie piszesz o tyrystorach których używasz, więc "duże" nic nie znaczy.

    Napisałem model wyżej.
  • #6 21716820
    jarek_lnx
    Poziom 43  
    Posty: 22613
    Pomógł: 4178
    Ocena: 6057
    Fabryczne transformatory impulsowe, mają specyfikację w postaci całka z napięcia po czasie, jeśli w specyfikacji masz "voltage time integral" 200Vus to znaczy że transformator może przenieść impuls 20V przez 10us albo 2V przez 100us
    przykładowa dokumentacja:
    https://www.farnell.com/datasheets/1832781.pdf

    kamil_qamil napisał:
    Przy okazji chciałbym zapytać o potencjalnych efektach położenia takich rdzeni jeden na drugi, czy dalej by działało, czy całość stworzyłaby jeden transformator?
    Mogą do siebie przylegać, ale nie będzie to jeden transformator i właśnie dlatego to może działać.

    kamil_qamil napisał:
    a drugi to konieczność stosowania dużych rezystorów szeregowo z uzwojeniem pierwotnym w celu ograniczenia prądu.
    Rezystory gdzieś muszą być, bo prąd trzeba ograniczyć, ale przekładnią transformatora można poprawić sprawność. Przykładowo jak masz zasilanie 24V to nie ma sensu transformator 1:1 bo na bramce odłoży się kilka woltów reszta na rezystorach
  • #7 21717027
    CosteC
    Poziom 39  
    Posty: 5298
    Pomógł: 399
    Ocena: 1633
    kamil_qamil napisał:
    Napisałem model wyżej.

    Faktycznie.
    Dosyć antyczny tyrystor. Przy sterowaniu 20 kHz trzeba policzyć starannie dopuszczalną moc bramki. To brutalne sterowanie.
    @jarek_lnx ogólnie ma rację co do rezystorów, tyle, ze układy sterowania najlepiej aby generowały ostrą szpilkę a potem odcinek sygnału prostokątnego. ST miało sensowną notę aplikacyjną na ten temat, jeśli się nie chce kupować antycznych książek.
  • #8 21717081
    kamil_qamil
    Poziom 2  
    Posty: 15
    Ocena: 1
    CosteC napisał:
    Przy sterowaniu 20 kHz trzeba policzyć starannie dopuszczalną moc bramki. To brutalne sterowanie.

    Obecny prototyp steruje dokładnie tak samo jak fabryczny sterownik: wykorzystuje te same transformatorki i takie samo napięcie zasilania. Różni się jedynie zastosowaniem MOSFET-ów w stopniu końcowym i sposobem generacji sygnału. W oryginale mamy masę analogówki; tutaj jeden transoptor i mikrokontroler.
    CosteC napisał:
    ogólnie ma rację co do rezystorów, tyle, ze układy sterowania najlepiej aby generowały ostrą szpilkę a potem odcinek sygnału prostokątnego

    Nie ma z tym problemu: zmieniamy jeden parametr w programie i już mamy 10% wypełnienia zamiast 50%.
    Głównie chodziło mi o możliwość zmiany transformatorków albo możliwość ich ustawienia jeden na drugim, żeby zmieścić się w sensownym rozmiarze PCB.
  • #9 21717126
    CosteC
    Poziom 39  
    Posty: 5298
    Pomógł: 399
    Ocena: 1633
    kamil_qamil napisał:
    Głównie chodziło mi o możliwość zmiany transformatorków, albo możliwość ich ustawienia jeden na drugim. żeby zmieścić się w sensownym rozmiarze pcb.

    To daj je jeden na drugim i zobacz czy nie ma za dużego przesłuchu. Sądzę, że będzie OK.

    Kluczowy jest kształt impulsów bramkowych i właściwe sterowanie, ale tu nie pomogę, musiałbym znać układ i specyfikę pracy spawarki tego typu.
  • #10 21717147
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #11 21717237
    kamil_qamil
    Poziom 2  
    Posty: 15
    Ocena: 1
    virtualmachine napisał:
    Najmniejsza przerwa powietrzna i ten problem zniknie.

    Też nie problem wstawić izolację, np. z laminatu.
    virtualmachine napisał:
    sądzę że chodzi o migomat

    Tak.
    virtualmachine napisał:
    W każdym razie wygląda to na bardzo prymitywny sposób regulacji prądu spawania, gdzie jest on regulowany kątem załączenia tyrystorów.

    Ja nie wiem, czy prymitywny. Patrząc obiektywnie, to jedyny sensowny, który pracuje z transformatorem i jednocześnie może zapewnić płynną regulację napięcia na wyjściu.

    virtualmachine napisał:
    Zamiast używać transformatorów bramkowych, cały układ z racji bardzo niskich napięć i prądów wyzwalających można też oprzeć o transoptory plus małe, jednowatowe przetwornice izolowane.

    Mam takie przetwornice, ale nie pomyślałem o tym i w sumie niegłupie — zwykły transoptor, tranzystor, jakiś kondensator i przetworniczka i coś by z tego było...
    virtualmachine napisał:
    Jeżeli elementami wykonawczymi były tranzystory Mosfet lub IGBT, sprawa byłaby trudniejsza bo wymaga dostarczenia sporych prądów chwilowych do ładowania bramek. Przy tyrystorach sprawa jest banalnie prosta.

    Drivery są w dzisiejszych czasach śmiesznie tanie, a w obecnym projekcie i tak ich używam przez wzgląd na dużą częstotliwość kluczowania transformatorków. Natomiast to, czego ludzie już nie zauważają, to to, że MOSFET-y i większość tranzystorów IGBT posiadają wbudowaną diodę, która całkowicie rujnuje pomysł takiego prostownika.
  • #12 21717254
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #13 21717286
    kamil_qamil
    Poziom 2  
    Posty: 15
    Ocena: 1
    virtualmachine napisał:
    Patrząc na współczesne spawarki inwerterowe, które przy masie kilku kilogramów mają prądy spawania po kilkaset amperów, regulowane płynnie cyfrowo? Bardzo prymitywna.

    Z tymi kilkoma kilogramami bym nie przesadzał — rozmiarami taki TEP jest podobny, jedynie waga jest większa ze względu na transformator i dławik. Ale podobne mocowo, markowe migomaty też są wielkie.
    O awaryjności nie będę mówił. Tanie spawarki to syf.
    virtualmachine napisał:
    Nie wiem czy się rozumiemy.

    Nie bardzo rozumiem ten fragment. Przecież prąd przeładowania bramki tranzystora, pomimo że jest wysoki, trwa bardzo, bardzo krótko i całą sprawę załatwia po prostu kondensator na zasilaniu. I nikt tam nie wstawia wielkich przetwornic, bo nie ma to sensu. Idealnym przykładem jest kondensator bootstrap: przy prądzie przeładowania rzędu kilku amperów i MOSFET-ach zdolnych przewodzić kilkaset amperów jest on w małej obudowie SMD, a jednak to wystarcza, żeby przeładowywać bramkę za pomocą jego ładunku...
    virtualmachine napisał:
    Przy tyrystorach musisz jedynie w bramkę wysłać krótki impuls prądowy, często kilka-kilkadziesiąt miliamperów przy 1-5V, trwający kilka nanosekund. Energia takiego impulsu jest mikroskopijna, a ilość impulsów na sekundę razy energia impulsu daje moc przetwornicy. Wtedy okaże się że nawet 1W przetwornica daje duuuuży zapas mocy.

    Zakładając, że mamy do czynienia z obciążeniem rezystancyjnym, tutaj tak nie jest, i żeby upewnić się, że tyrystor jest włączony, trzeba podawać właśnie sygnał o dużej częstotliwości.
    virtualmachine napisał:
    W jakiej topologii pracuje strona wtórna transformatora? To 1-fazowe czy trójfazowe wyjście?

    Trójfazowe, połączone w trójkąt, i nie da się tego prosto zmienić. Ale tak jak pisałem, MOSFET-y czy IGBT-y mają wbudowane diody, więc cały układ zachowa się, jakbym podłączył do niego zwykły prostownik zbudowany z diod, a przecież nie o to chodzi.
    Podsyłam także schemat spawarki.
    Załączniki:
    • tep401_6359-1.pdf (1.7 MB) Musisz być zalogowany, aby pobrać ten załącznik.
  • #14 21717301
    jarek_lnx
    Poziom 43  
    Posty: 22613
    Pomógł: 4178
    Ocena: 6057
    virtualmachine napisał:
    Przy tyrystorach musisz jedynie w bramkę wysłać krótki impuls prądowy, często kilka-kilkadziesiąt miliamperów przy 1-5V, trwający kilka nanosekund. Energia takiego impulsu jest mikroskopijna...

    Skąd masz takie nieprawdziwe informacje?
    Przy tyrystorach T61-125 (na 125A), 150mA to minimum, sensowne było by kilkaset. Parametry można oszacować z oryginału. Tyrystor dobrze jest potraktować szybko narastającym, mocnym impulsem, bo to przyśpiesza "rozejście" się załączonego obszaru na całą strukturę (tak jak w tranzystorach możliwe jest uszkodzenie przez "current crowding" ale tyrystor działa dużo wolniej. Załączanie może trwać kilka us.

    W niektórych zastosowaniach daje się ciągłe sterowanie bramki jeśli prąd anodowy może być przerywany (prąd spawania może być niestabilny, ale chyba dławik powinien mieć na tyle dużą indukcyjność żeby to niwelować)

    Przeróbka prostownika na MOSFETy jest możliwa ale mostek nie był by sterowany tak jak tyrystorowy, w sensie nie mógł by przerywać prądu właśnie przez diody pasożytnicze, takie mostki stosuje się do zmniejszenia napięcia przewodzenia i strat. Dopiero za mostkiem trzeba by dać tranzystor do przerywania, sprawność prostownika można by uzyskać większą, ale w starej spawarce to nie ma to wiele sensu. Po takiej przeróbce można by podnieść częstotliwość kluczowania i zrobić szybszy regulator ale czy to realnie poprawi właściwości spawarki nie wiem. Po prostu zapamiętałem że regulatory tyrystorowe są powolne bo częstotliwość niska.
  • #15 21717317
    CosteC
    Poziom 39  
    Posty: 5298
    Pomógł: 399
    Ocena: 1633
    jarek_lnx napisał:
    Przy tyrystorach T61-125 (na 125A), 150mA to minimum, sensowne było by kilkaset. Parametry można oszacować z oryginału. Tyrystor dobrze jest potraktować szybko narastającym, mocnym impulsem, bo to przyśpiesza "rozejście" się załączonego obszaru na całą strukturę (tak jak w tranzystorach możliwe jest uszkodzenie przez "current crowding" ale tyrystor działa dużo wolniej. Załączanie może trwać kilka us.

    Jeśli jest szybki... Zwykłe: raczej kilkadziesiąt.

    Pytanie z innej beczki: czy warto inwestować w sprzęt projektowany w 1986? Mierny współczynnik mocy przy 20 kW może nabijać niezłe rachunki jeśli nie jest to dorywcza zabawka. Aż jestem ciekawy jak dramatyczne harmoniczne to generuje i czy cos(fi) podawany wg standardów sprzed 40 lat oddaje to. Znajomy ostatnio próbuje pomóc firmie która ma sprzęt w podobnym wieku i to jeszcze japoński więc z transformatorami obniżającymi które się grzeją od harmonicznych w dosyć widoczny sposób...
  • #16 21717321
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #17 21717403
    kamil_qamil
    Poziom 2  
    Posty: 15
    Ocena: 1
    jarek_lnx napisał:
    W niektórych zastosowaniach daje się ciągłe sterowanie bramki jeśli prąd anodowy może być przerywany (prąd spawania może być niestabilny, ale chyba dławik powinien mieć na tyle dużą indukcyjność żeby to niwelować)

    Teoretycznie tak, układowo to wygląda tak, że zastosowali jeszcze odczep na uzwojeniu wtórnym, puszczone jest to na zwykły prostownik trójfazowy i przez rezystory zasila wyjście (schemat). Domyślam się, że to w celach wygładzenia prądu przy niskim wysterowaniu głównego prostownika tyrystorowego.
    CosteC napisał:
    Pytanie z innej beczki: czy warto inwestować w sprzęt projektowany w 1986? Mierny współczynnik mocy przy 20 kW może nabijać niezłe rachunki jeśli nie jest to dorywcza zabawka.

    Czy warto inwestować? Spawarka kupiona w cenie złomu, coś tam porobiłem, pospawałem, nie jest źle, ale oryginalny sterownik psuje wszystko (nie łączą płytki, czasem skacze prąd, bo jedna postanowi, że pojedzie na max, czasem nie wyzwoli i takie różne cyrki). Więc teraz, dokładając nowy sterownik, niedużym kosztem mogę taką spawarkę przywrócić do życia (roboty nie liczę, tak zwane hobby). I będzie spawać kolejne 20 lat, a na dobry migomat musiałbym z 10k wyłożyć.
    Co do tych 20 kW to przesadziłeś, to tylko na użytek domowy. Czasem spawa się dłużej, ale są to prądy rzędu 180 A, dodatkowo pamiętaj, że to obciążenie jest rozkładane na 3 fazy. W przeciwieństwie do małych spawarek TIG, które potrafią pchać taki prąd będąc zasilane z jednej fazy.
    virtualmachine napisał:
    Parametry podane na tabliczce znamionowej to ściema. Napisali 160A, aa ja w trybie ręcznym mam grubo ponad 200A. Typowo 260A, a udało mi się dobić do 280A. Potwierdzone amperomierzem cęgowym

    Do tego się odnieść nie mogę; nie wyobrażam sobie, jak spawarka mająca 160 A na tabliczce, i to w cyklu 20%, może puścić na wyjście 280...
    virtualmachine napisał:
    ale IGBT bez diody równoległej istnieją i mają się dobrze.

    Mają się dobrze, co nie zmienia faktu, że to nadal IGBT, czyli spadek napięcia stały ~2 V, więc udoskonalenie żadne, a pół spawarki do przeróbki.
    virtualmachine napisał:
    zwykłą przetwornicę w topologii buck.

    Miałoby to jakiś sens, gdyby nie to, że dławik wyjściowy jest zbudowany jak zwykły transformator, który jednak z szybkim kluczowaniem ma niewiele wspólnego.
  • #18 21717837
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #19 21717869
    CosteC
    Poziom 39  
    Posty: 5298
    Pomógł: 399
    Ocena: 1633
    kamil_qamil napisał:
    Nie ma z tym problemu, zmieniamy jeden parametr w programie i już mamy 10% wypełnienia zamiast 50%.

    Impuls dalej kształtuje (cóż za zaskoczenie) układ kształtowania impulsu. Długość - spoko, da się regulować z procka.
  • #20 21732095
    kamil_qamil
    Poziom 2  
    Posty: 15
    Ocena: 1
    Płytka dotarła, mikrokontroler zaprogramowany. Testowo podaję impulsy co 10 ms, o wypełnieniu 50% i częstotliwości 10 kHz (wcześniej źle policzyłem, fabryczny sterownik także podawał 10 kHz).
    Przebiegi na wejściu transformatorków wyglądają tak.

    Przebieg sygnału PWM o częstotliwości 10 kHz na ekranie oscyloskopu.
    Wykres sygnału PWM 10 kHz z wypełnieniem 50% na ekranie oscyloskopu
    Przebieg PWM 10 kHz o wypełnieniu 50% na ekranie oscyloskopu cyfrowego

    Brzmią one identycznie jak w przypadku fabrycznego sterownika. Charakterystyczne piszczenie z częstotliwością ok. 5 kHz.
    Problemem nadal jest wysoka moc tracona w rezystorach szeregowo z transformatorkami. Użyłem rezystorów 5 W, 6,8 Ω na jeden transformator, pobór prądu przy jednym działającym transformatorku to ok. 5 W, więc moc tracona jest dość spora i rezystor nagrzewa się znacznie. Mogę to zredukować zmniejszając wypełnienie PWM, jednak wtedy przebieg zmienia się tak.

    Widok przebiegu sygnału PWM na ekranie oscyloskopu w kolorze żółtym

    Czas narastania prądu jest dość spory.
    Tak czy inaczej, myślę, że mogę zabierać się za projektowanie właściwych płytek...
  • #21 21732107
    GrzegorzSwinder
    Poziom 14  
    Posty: 100
    Pomógł: 13
    Ocena: 33
    PO CO stosujesz 6 tyrystorów? Przeważnie stosuje się 3 diody i 3 tyrystory. Diody tworzą ujemne wyjście, a tyrystory dodatnie wyjście. Tak jest zrobione w spawarkach OZAS.
    Ja osobiście dałbym właśnie taki sam układ jak od spawarki (3 diody, 3 tyrystory, przejście przez zero na wzmacniaczach operacyjnych). Taki układ działa SAM i procesor tylko zadaje prąd i napięcie. Po co komplikować sobie życie - układ sprawdzony, działa, do tego procesor i można działać.
  • #22 21732152
    kamil_qamil
    Poziom 2  
    Posty: 15
    Ocena: 1
    GrzegorzSwinder napisał:
    ak jest zrobione w spawarkach OZAS .

    To jest OZAS i ma 6 tyrystorów fabrycznie.
    Przy 3 tyrystorach nie masz możliwości pełnej regulacji i nie zejdziesz tak nisko z napięciem.
  • #23 21732602
    mam_pytanie
    Poziom 30  
    Posty: 1074
    Pomógł: 161
    Ocena: 255
    Cytat:
    Mogę to zredukować zmniejszając wypełnienie PWM, jednak wtedy (...) Czas narastania prądu jest dość spory.

    Skoro nie da się zmniejszyć napięcia zasilającego stopień z transformatorami, to może kompromisowo, zmieniać stopień wypełnienia sygnału PWM - startować z dużym, po czym, kiedy amplituda sygnału urośnie, stopniowo je zmniejszać?

Podsumowanie tematu

✨ Dyskusja dotyczy doboru transformatorów impulsowych do sterownika mostka prostowniczego opartego na 6 tyrystorach, stosowanego w spawarce TEP401. Sterownik wykorzystuje mikrokontroler i transoptor do wykrywania przejścia przez zero, a sygnał sterujący to PWM o częstotliwości około 10-20 kHz i wypełnieniu regulowanym od 10% do 50%. Fabryczne transformatory są duże i wymagają stosowania dużych rezystorów szeregowych do ograniczenia prądu, co powoduje znaczne straty mocy i nagrzewanie się rezystorów. Wskazano, że do sterowania każdego tyrystora potrzebny jest osobny transformator impulsowy, a ich układanie jeden na drugim może powodować słabe sprzężenie magnetyczne, ale nie tworzy jednego transformatora. Izolacja magnetyczna między transformatorami jest istotna i wystarczy niewielka przerwa powietrzna, by ograniczyć przesłuch. Dyskutowano o parametrach tyrystorów T-R61-125-13-52, które wymagają impulsów prądowych rzędu kilkuset mA do wyzwolenia, a sterowanie ciągłe PWM jest konieczne, by utrzymać tyrystor w stanie przewodzenia. Zwrócono uwagę na konieczność starannego doboru impulsów bramkowych, by uniknąć uszkodzeń i zapewnić szybkie załączanie. Poruszono też temat alternatywnych rozwiązań, takich jak użycie transoptorów i małych przetwornic izolowanych zamiast transformatorów impulsowych. W dyskusji pojawiły się uwagi dotyczące konstrukcji spawarek, efektywności i awaryjności, a także porównania z nowoczesnymi urządzeniami. Autor testuje własny prototyp z mikrokontrolerem i potwierdza podobieństwo przebiegów do oryginalnego sterownika, ale nadal boryka się z problemem strat mocy w rezystorach. Wskazano, że w spawarkach trójfazowych mostek prostowniczy steruje tyrystorami co 30 stopni, a pełna regulacja napięcia wymaga zastosowania 6 tyrystorów, nie tylko 3. Proponowano regulację wypełnienia PWM jako kompromisowe rozwiązanie zmniejszające straty.
Wygenerowane przez model językowy.
REKLAMA