Umbau Schweißtrafo zum Gleichstromschweißgerät

Umbau Schweißgerät

hier möchte ich meinen Umbau eines Schweißtrafos zum Gleichstromschweißgerät dokumentieren und anderen Leuten
die Möglichkeit bieten das nachzubauen oder mit eigenen Vorschlägen, Tipps & Tricks zur Verbesserung beizutragen.

Es geht darum einen normalen Baumarkt-Schweißtrafo, gleichzurichten und danach noch etwas zuglätten um einen
sauberen Gleichstrom zur Verfügung zu haben, später soll ein µC mit eingebunden um die Leistung zu regeln und dadurch
einige Funktionen wie Hotstart, ArcForce usw. zu integrieren, die das Schweißen erheblich erleichtern.

Ich habe als erstes einige mechanische Verbesserungen am Gerät durchgeführt, z.B. Lüfternachrüstung, Dinse-
Anschlußbuchsen verbaut, neue Schweißkabel hergestellt, Elektrodenhalter und Masseklemme ersetzt,
weitere Bedienelemente in die Front gebaut.

Nun viele werden sich gleich fragen was ist daran besser mit Gleichstrom anstatt mit Wechselstrom zu schweißen.

Der Hauptvorteil ist der gleichmäßige Strom da es hier keinen Nulldruchgang gibt wo der Strom immer kurzfristig

unterbrochen wird. Wodurch es Probleme wie den Abriss des Lichtbogens bei geringen Schweißstrom geben kann

oder ein schlechtes Zünden der Elektrode.

Es gibt natürlich auch Nachteile des Gleichstromes, es lassen sich manche Materialen nicht verschweißen weil

sie eine Oxidschicht bilden und sich so das Schweißgut nicht mit dem Elektrodenwerkstoff verbindet, hier wird

also explizit Wechselstrom bzw. gepulster Gleichstrom benötigt um die Oxidschicht aufzubrechen. Aber Alu war
und ist bei mir erstmal kein Einsatzwerkstoff.

Nun möchte ich euch zeigen wie der Spannungsverlauf beim Wechselstrom abläuft und wie sich das ganze nach dem
Gleichrichten und Glätten verhält. Interessant ist hier auch der Vorteil des 3 Phasen Drehstromes zu sehen.


Bild 1 zeigt eine ganz normale Wechselspannugn wie man sie aus der Steckdose entnehmen kann.
Bild 2 zeigt den Spannungsverlauf nachdem eine Diode verwednet wurde hier kommt nur die positive Halbwelle durch,
das wäre dann eine pulsierende Gleichspannung allerdings mit einem Verlust von 50%
Bild 3 zeigt den Spannungsverlauf nach einem Brückengleichrichter hier wird praktisch die negative Halbwelle
nach oben geplappt was auch eine pulsierende Gleichspannugn ergibt aber ohne den 50%tigen Verlust.
Bild 4 eigentlich die perfekte Gleichspannung wie sie z.B. von einer Batterie zur Verfügung gestellt wird, hierzu
gibt es nach der Gleichrichtung aber noch einen Unterschied. Also muss noch etwas getan werden. Dazu habe ich 2
Möglichkeiten in Betracht gezogen einmal eine Speicherdrossel und einmal einen Kondensator. Es gilt also wärend
eines Impulses soviel Energie zu speichern um wärend des Abfalls des Impulses diese Energie zur Verfügung zu
stellen, damit ein mögichst geringer Abfall entsteht.
Bild 5 das ist Drehstrom also geläufig auch als Starkstrom bezeichnet hier gibt es 3 Phasen die jeweils um 120° ver-
setzt sind, wenn das mit einer Brückengleichrichterschaltung gleichgerichtet wird sieht man in Bild 6 das es hier
keine Nullphase mehr gibt wie es beim normalen Wechselstrom bzw. noch bei der ungeglättenden pulsierenden Gleich-
spannung vorkommt.

Es muss also ein Energiespeicher her der genügend Energie speichern kann um diese Pause überbrücken zu können,
umso höher die Frequenz also ist desto kleiner könne die Teile ausfallen, das ist auch der Vorteil eines Inverter-
schweißgerätes, hier wird mit bis zu 200 kHz gearbeitet wodurch die Trafospulen, die Drosseln und die
Kondensatoren sehr klein ausgelegt werden können wodurch sich ein sehr großer Gewichtsvorteil zu einem Schweißtrafo
ergibt. Nun also zum Vergleich wie es mit einem kleinen und einem großen Elkos ausschaut.

hier sieht man also sehr schön das dem kleinen Kondensator sehr schnell der Saft ausgeht und die Spannung sehr
früh abfällt, der große Kondensator hingegen hällt die Spannugn bis zum nächster Impuls auf einem hohen Level.
Bei Kondensatoren gibt es allerdings den Nachteil das man diesen überlasten kann da sie nur mit einem gewissen
Maximalstrom belastet werden dürfen, der bei der benötigten Bauart ca. 30A beträgt, wenn das Schweißgerät zumin-
destens kurzfristig 150A liefern kann wird ein Elko das nicht lange mitmachen, deswegen werden hier meistens mehrere
Kondensatoren parallel geschalten. Diesen Nachteil scheint es bei der Drossel nicht zu geben, allerdings bringt eine
Drossel wieder eine größere Bauform sowohl mehr Gewicht auf die Wage. Oft bedienen sich die Hersteller an den
Vorteilen beider Bauteile und verwenden neben einer kleineren Drossel noch eine Reihe Kondensatoren. Diese bieten den
weiteren Vorteil das beim Schweißbeginn kuzfristig ein sehr große Energie zur Verfügung gestellt werden kann, weil
sie die Kondensatoren sich im Leerlauf meist mit einer Spannung um die 50V aufladen können, so gibt es dann keine
Problem mit dem Zünden der Elektrode. Die Schweißspannung geht beim Schweißen dann sowieso auf, je nach
gewünschten Strom, auf ca. 18-26V zurück.

Zum gleichrichten der Wechselspannung habe ich 10 x B700C35(1,25?/Stück bei Reichelt) Metallbrückengleichrichter
hier, erste Versuche liefen wegen des Verdrahtungsaufwandes mit 4 Stück, ich warte aber noch auf meine Kupferplatte
und dann werde ich entweder 3x3 oder 5x2 nehmen, ja nachdem wies mit dem Platz auschauen wird, weil ich noch nen
170mm Lüfter nachrüsten will und die Drossel auch noch etwas Platz beanspruchen wird.

Falls sich jemand für Teile interessiert, ich habe bis jetzt folgende günstige Angebote bekommen:
Drossel 34,-? bei Einzelabnahme also wirds evtl. noch billiger wenn eine Hand voll Interessenten zusammenkommt
Elkos die 100V Spannungsfest sind und auch eine größere Kapazität >47.000µF haben hab ich bis jetzt noch keine
erschwinglichen gefunden Aber vielleicht kennt ja jemand ne günstige Bezugsquelle für solche großen 100V Elkos.

Weiterhin interessiere ich mich dafür eine Phasenanschnittsregelung zu integrieren, ich weiß aber nicht
welcher Triac oder sonstiges Bauteil mit der hohen Induktivität des Schweißtrafos bzw. der hohen Kapa-
zität der Elkos zurecht kommt und nicht gleich durchbrennt. Sollte man evtl. einige Triacs parallel schalten?

Hier habe ich noch etwas genauere Daten zum Umbau die werde ich später hier mit einbringen.
http://people.freenet.de/Thomasoly/Schwei%DFen/UmbauSchweisstrafo.html