Punktschweißgerät: Hoher Stromvorteil gegenüber Hochspannung

Ich habe mir einige dieser "DIY Spot Welder" -Videos auf Youtube angesehen, wie zum Beispiel:

https://www.youtube.com/watch?v=hTaGa93lOGU .

Wir haben eine viel größere Anzahl von Umdrehungen auf der Primärseite als auf der Sekundärseite. Dann schließen wir die Primärwicklung an eine Wechselspannung an, beispielsweise 240 V, und eine kleine Widerstandslast an der Sekundärwicklung (oder wir schließen sie kurz).

Ich habe mehrere Erklärungen dafür gefunden, was passiert, und alle sagen, dass der Strom entsprechend erhöht wird, wenn die Spannung an der Sekundärseite verringert wird. Die Spannung an der Sekundärseite beträgt jetzt nur noch wenige Volt, der Strom kann jedoch bis zu Kiloampere betragen. Dieser hohe Strom erzeugt hohe Wärme, die das Metall (die Sekundärlast) zum Schmelzen bringt.

Aber sollte die Kraft nicht dieselbe sein? Die Leistung ist das Produkt aus Strom und Spannung. Aufgrund der Energieeinsparung wird beim Erhöhen des Stroms die Spannung verringert, wenn das Produkt gleich bleibt.

Im umgekehrten Fall, in dem wir die Spannung erhöhen, kann ich anhand des Transformatormodells verstehen, was vor sich geht:

Wenn die Anzahl der Sekundärspulen höher wird, wird der Strom zum Zweig R_s höher. Obwohl der Strom verringert wird, wird die verbrauchte Leistung höher, wenn wir mehr Strom aus der Versorgung "ziehen".

Aber was passiert, wenn der Strom erhöht wird? Wenn die Primärwicklung mehr Windungen hat, scheint das Verhältnis N_p / N_s höher und der Strom zum Zweig R_s niedriger zu sein.

Könnte mir jemand erklären, was ich falsch verstehe? Warum ist es besser, die Stromstärke zu erhöhen, als nur die Eingangswechselspannung zu verwenden oder die Spannung anstelle des Stroms zu erhöhen?

EDIT: Viele der Antworten geben die Beziehung zwischen Strom, Widerstand und Leistung an:

Wir wissen aber auch, dass die Spannung an einer Last nach dem Ohmschen Gesetz auch eine Funktion des Stroms ist:

Wenn wir also einen hohen Strom haben, sollten wir auch eine hohe Spannung haben. Jetzt scheinen Ohmsches Gesetz und Transformator nicht übereinzustimmen!

Der Grund dafür ist, dass das System zwei Widerstandskomponenten enthält: den Lichtbogen, an dem wir schweißen, und den Transformator selbst. Wir möchten nicht nur die Leistung in der Schweißnaht maximieren, sondern auch den Abfall minimieren. Wenn der Widerstand des Transformators höher ist als der des Schweißers, wird der größte Teil der Energie im Transformator verbraucht und der Transformator erwärmt sich wie verrückt. Wenn wir die Anzahl der Wicklungen verringern, um diesen Widerstand zu verringern, verbessern wir unsere Leistungsübertragung, verringern jedoch die Spannung des Transformators.

Für jedes System gibt es einen Sweet Spot. Dort versuchen sie zu zielen. Im Fall eines Schweißers bedeutet dieser Sweet Spot einen Schritt auf Niederspannung und hohe Stromstärke.

Wenn Sie eine Steuerschaltung haben, ist die Steuerung der Stromstärke besser als die Steuerung der Spannung hier. Der Spannungsabfall des Systems kommt von allen Arten von Drähten und Verbindungen. Der Widerstand des Systems kann beispielsweise abnehmen, wenn Sie mehr Metalloberflächen mit guten festen Schweißnähten verbinden. Dies bedeutet, dass Sie bei der Steuerung der Spannung auf all diese Details achten müssen, wenn Sie sich nur um "Leistung in der Schweißnaht" gekümmert haben. Wenn Sie stattdessen die Stromstärke steuern, beträgt Ihre Verlustleistung in der Schweißnaht immer , und alle anderen Details werden ignoriert. Daher ist es hilfreich, in aktuellen Begriffen zu denken.$P=i^2R_{weld}$

Wenn es um das Schweißen geht, ist die Gasimpedanz hoch, bis ein HV-Lichtbogen mit niedrigem Strom beginnt, dann liefert die Hochstromquelle mit niedriger Spannung den Folgestrom in den niedrigen Z.

$Pd=I^2R$

Sie können also nicht mit Hochspannung mit niedrigem Strom schweißen, da der Lichtbogenwiderstand sehr niedrig wird. Die HV ist nur der Auslöser wie ein SCR. Beide haben eine negative inkrementelle Resistenz.

Nach unserem Gespräch in den Kommentaren zu urteilen, fehlt Ihnen beim Herunterfahren der Spannung zwei Funktionen:

1. Es macht den aktuellen "überschaubar". Wenn wir beispielsweise 100 A bei nur wenigen Volt erreichen können, haben wir bei höheren Spannungen einen unüberschaubaren Strom.
2. Es erhöht den Strom auf ein höheres Niveau, als das Netzteil ohne Transformator liefern könnte.

Abbildung 1. Die grundlegende Lichtbogenschweißschaltung. Quelle: Lincoln Electric .

Denken Sie daran, dass der Widerstand der Schaltung extrem niedrig ist. Wenn R = 0,05 Ω ist und Sie eine 5-V-Versorgung anschließen, erhalten Sie 100 A. Wenn Sie eine 120-V-Versorgung anschließen, erhalten Sie 2400 A und einen 288-kW-Lichtbogenblitz, der den Schweißer wahrscheinlich töten würde. Normalerweise steht Ihnen nicht so viel Strom zur Verfügung und Sie könnten ihn sonst nicht kontrollieren.

$100 \frac {5}{120} = 4.2 \ \mathrm A$

Dies ist im Gegensatz zu Stromübertragungsleitungen, bei denen Sie so wenig Verlust wie möglich in der Leitung wünschen und daher auf eine hohe Spannung und einen niedrigen Strom einstellen möchten.

Schweißer arbeiten durch Schmelzen von Metall. Die erzeugte Wärme ist eine Funktion des Widerstands mal des Stromquadrats (I ^ 2 * R). Das "R" ist fest (das Zielmaterial / die Schweißelektroden), so dass ein zunehmender Strom die erzeugte Wärme erhöht.

Sie vermissen hier einen wichtigen Punkt Ihrer Theorie. Um die erforderlichen Temperaturen zu erreichen, müssen Sie dafür ausreichend Strom einspeisen.

$P = IV$

$I = V/R$

$<10m\Omega$

Da der Schweißpunkt einen so niedrigen Widerstand hat, müssen Sie nicht viel Spannung an ihn anlegen, damit er viel Strom leitet. Wenn Sie eine höhere Spannung verwenden, leitet die Verbindung proportional mehr Strom. Verdoppeln Sie die Spannung, der Strom verdoppelt sich ebenfalls und die Leistung, die Sie eingeben, steigt um vier.

(Nun, tatsächlich würde die zusätzliche Leistung, die Sie hinzufügen, den Widerstand ändern, sodass er nicht genau doppelt so hoch ist wie der Strom.)

Der Punkt ist, dass Sie in der Lage sein müssen, den Strom zu liefern, den die Verbindung verbraucht, unabhängig davon, welche Spannung Sie verwenden. Durch Erhöhen der Spannung wird der Strombedarf größer und nicht kleiner.

$P = IV$

$500W$$5m\Omega$

$V = \surd(500 * 0.005) \approx 1.6V$

$1.6 / 0.005 \approx 320A$

$V$$I$

Hier ist ein interessantes Papier zum Punktschweißen.

Da es sich um Punktschweißen und nicht um Lichtbogenschweißen handelt, dreht sich alles um I ^ 2R (die Leistung), die an die Last abgegeben wird. Wenn Sie Ihren Punktschweißer mit einem 20-A-Schutzschalter an eine normale US-Steckdose anschließen und die Spannung mit einem Transformator nicht herabsetzen, beträgt der maximale Strom, den Sie erhalten können, bevor Sie den Schutzschalter auslösen, 20 A. (Tu das nicht, es ist unsicher.)

Wenn Sie die Spannung um z. B. 100 verringern, erhalten Sie 2 kA. Das ist das 10.000-fache der an die Schweißnaht abgegebenen Leistung.

Natürlich gibt es Wicklungs- und Kernverluste usw., aber das ist die Hauptidee beim Niederspannungs-Hochstrom-Punktschweißen.

Die Grundidee eines Lichtbogenschweißgeräts besteht darin, dass Sie nicht nur (zumindest die Oberfläche) der Werkstücke schmelzen, sondern auch das Ende des Schweißstabs schmelzen und das geschmolzene Metall vom Schweißstab auf die Werkstücke aufbringen Du bekommst ein starkes Gelenk. Dazu muss sich der Schweißstab offensichtlich sehr nahe am Werkstück (den Werkstücken) befinden.

Wenn die Spannung sehr hoch ist, entsteht ein Lichtbogen, wenn der Schweißstab noch weit von den Werkstücken entfernt ist. Das Ende des Stabes schmilzt (wahrscheinlich), und das Werkstück kann dort schmelzen, wo der Lichtbogen es berührt - aber sie sind nicht nahe genug beieinander, damit sich der geschmolzene Schweißstab auf dem Werkstück ablagern kann, sodass Sie am Ende landen bestenfalls mit einer schwachen Schweißnaht (und möglicherweise gar keiner).

Ein weiteres Problem mit einem langen Bogen ist, dass es nicht sehr vorhersehbar ist - wenn Sie jemals einen Film über ein Gewitter gesehen haben, werden Sie feststellen, dass ein Blitz dazu neigt, das höchste Ding in der Nähe zu treffen - aber nicht immer . Manchmal trifft es eine Stelle, dann mitten im Streik, stattdessen trifft es woanders.

Selbst bei einem sehr kurzen Lichtbogen geschieht dies bis zu einem gewissen Grad, aber die Entfernung, über die sich der Lichtbogen bewegt, ist in der Regel sehr gering, sodass sich die Wärme immer noch genau auf einen Bereich konzentriert, sodass Sie eine gute Schweißnaht erhalten können.

Fazit: Ich bin mir überhaupt nicht sicher, ob das wirklich so viel mit Elektronik zu tun hat. Es geht mehr darum, wie das Lichtbogenschweißen funktioniert.

Als ich noch viel jünger war, war ich zufällig in der Nähe, als ein Freund beschloss, den Ausgang eines Wechselstromschweißgeräts an eine Spule eines Autos anzuschließen. Es erzeugte ungefähr 3 oder 4 Fuß lange Funken - aber ich bin mir ziemlich sicher, dass niemand etwas damit schweißen konnte.

Das Problem hierbei ist, dass in der Praxis der Strom, den die Lieferung liefern kann, begrenzt ist. Es ist auch wichtig, zwischen Ursachen und Auswirkungen zu unterscheiden oder mit anderen Worten die abhängigen und unabhängigen Variablen zu identifizieren. Zum einen sollte dies das in Ihrem Nachtrag aufgeworfene Problem klären.

Unter der Annahme eines festen Werkstückwiderstands, einer idealen Spannungsversorgung mit fester Spannung (bis zu ihrem maximalen Strom) und eines perfekt effizienten Transformators usw. sind die Abhängigkeiten wie folgt: Die Versorgungsspannung und das Transformatorwindungsverhältnis N 1 / N 2 bestimmen die Sekundärspannung V $Vp$$N1/N2$$Vs=Vp.N2/N1$$Rs$$Is=Vs/Rs$$Ip=Is.N2/N1$

Betrachten Sie Ihre Aussage: „Wenn die Anzahl der Sekundärspulen höher wird, wird der Strom zum Zweig R_s höher. Obwohl der Strom verringert wird, wird der Stromverbrauch höher, da wir mehr Strom aus der Versorgung ziehen. “

Ohne die Klausel "obwohl der Strom heruntergefahren ist", was wahrscheinlich nicht der Fall ist, ist der Rest dieser Aussage, soweit es geht, korrekt: Erhöhen $N2$$N2$$Vs$$Is$$Ip=Is.N2/N1$$Is$$N2$

Sie können also zu Recht sagen, dass das Erhöhen der Sekundärwindungen die an das Werkstück abgegebene Leistung erhöht, jedoch nur bis zu dem Punkt, an dem Sie beginnen, die Quelle zu überlasten. Wenn Sie in der Praxis Ihre Quellenspannung von 240 V direkt an das Werkstück anlegen, wird die Versorgung mit ziemlicher Sicherheit überlastet. In diesem Fall benötigen Sie einen Abwärtstransformator, um innerhalb dieser Grenze zu bleiben. Um die höchste Schweißleistung zu erzielen, benötigen Sie einen Transformator, der die Spannung am wenigsten verringert und gleichzeitig den Primärstrom innerhalb seiner Grenzen hält.

$Iplimit$$Iplmit.N1/N2$

Ein weiteres Problem ist die Sicherheit - Sie können möglicherweise mit einer höheren Spannung schweißen, aber Sie erhöhen das Risiko, den Schweißer zu verletzen, erheblich.