Rotační měnič s alternátorem

Varování: Příspěvek není návodem ale inspirací pro možný návrh podobného zařízení kvalifikovanou osobou případně pod dozorem jako školní projekt. Obsahuje části pod napětím životu nebezpečným. Autor nenese odpovědnost za újmy na zdraví nebo majetku vzniklé v souvislosti s následujícím příspěvkem. Autor si vyhrazuje právo příspěvek kdykoli změnit. 

Chtěl jsem postavit rotační měnič na sváření v co nejmenším provedení. Nejlépe, aby se dal vzít jednou rukou... Sehnal jsem použitý alternátor 14V 120A a odlehčený jednofázový motor 1,7kW, 2750 ot/min. Jenže jsem nesehnal řemenici jako byla na alternátoru, tak musela pryč, nešla, nakonec se musela rozřezat. Tak jsem zvolil spojení hřídelovou spojkou, kde aspoň nevznikají ztráty jako v řemenech.
Ještě než mi přišly díly objednané spojky, tak jsem osy provizorně spojil kusem zahradní hadice stažené stahovacími pásky. Překvapil mě tichý chod celého zařízení, hadice je měkká, a tak není tak kritická na vystředění os proti sobě. Když jsem později namontoval spojku, tak to bylo hrozné, protože jsem neměl na ose motoru drážku na klínek a na alternátoru jen 10mm délku hladké osy (dál je závit) Spojka se nedala dostatečně ukotvit a při zatížení se viklala a dělala hrozný rámus. Tak jsem tam dal zase hadici, pořádně tlustou, je tam doteď a funguje bezvadně.
Po dlouhých úvahách jsem řízení buzení vyřešil tak, že jsem přemostil spínací obvody jednoho uhlíku na kostru. Druhý uhlík byl připojen přes očko na kladný výstup z alternátoru, očko jsem ustřihl a vyvedl odtamtud drát na řízení. Potom jsem alternátor mohl zapojit na stejný typ regulátoru jako jsem předtím stavěl pro dynamo. U nových alternátorů jsou totiž uhlíky rotoru zabudovány přímo v řídící jednotce, která je celá zatavená v plastu.
Když jsem zvenku měřil usměrňovač, vypadalo to, že jsou v něm zabudované ochranné diody na 40V, když jsem alternátor ale roztočil, tak při překročení 21V bylo slyšet, že se točí najednou ztuha a začal se zahřívat chladič usměrňovače. Při snížení napětí pod 21V běží volně. Je mi divné, že by ochrana proti přepětí byla zabudovaná přímo v diodách usměrňovače, ale vypadá to tak.

Schema

Buzení je napájeno z toroidního transformátoru 12V 60VA, usměrněno a vyhlazeno. T1 reguluje budící proud, T2 zvětšuje zesílení T1. Báze T2 je otevřena odporem R1. K tomuto bodu jsou zapojeny tři obvody: Zleva proudový omezovač, napěťový omezovač a ochrana při zkratu. Proud je snímán úbytkem napětí na bočníku a potenciometrem 2k5 se pak určuje při jakém úbytku se vypne buzení. Napětí je přivedeno přímo z výstupu přes odporový dělič který určuje při jakém napětí se vypne buzení. Ochrana proti zkratu funguje opačně než předchozí, zabraňuje plnému buzení pokud na výstupu není napětí vyšší než asi 1V. Díky odporu R17 se nevypne buzení úplně, ale budí tak, že výstupem teče zhruba 20A (záleží na typu alternátoru). Kondenzátor C6 způsobí, že při rozbíhání měniče se buzení zapne se zpožděním a odlehčuje tím motoru a spojce. Kondenzátory 10n v bázích zabraňují naindukování rušivých napětí například při sváření. Dioda D4 chrání před zpětnou indukcí z buzení, při náhlém vypnutí a kondenzátor C5 na výstupu slouží jako kapacita pro zpětnou vazbu, na které se měří napětí při provozu naprázdno (místo baterky).

Pár fotek

Měl jsem velké problémy s chlazením motoru, původní plastová vrtule měla naprosto neaerodynamický tvar a dělala šílený rámus místo, aby pořádně chladila. tak jsem místo toho namontoval tři 12V ventilátory. Asi by stačil jeden výkonnější.

Jeden kondenzátor u motoru je rozběhový (16uF) a druhý jsem dal kvůli kompenzaci účiníku při běhu naprázdno. Motor samotný má nízký účiník a při běhu naprázdno bere 5,5A ačkoli naměřený činný příkon je mnohem menší. Kondenzátor 12uF paralelně k napájení snížil proud naprázdno na 4A. Díky kompenzaci účiníku při běhu naprázdno naprázdno motor tolik nezatěžuje rozvod.

Celé šasi jsem sešrouboval z jednoho 2m dlouhého hlíníkového profilu. Ještě chybí dodělat držadlo a nějaké zakrytování.

Co se týče elektroniky, zbývá vyřešit usměrňovač, aby snesl větší napětí a nakalibrovat potenciometr na regulaci proudu. Vypadá to, že alternátor skutečně umí dát 120A i při těchto otáčkách, protože na rozsvícení 60W žárovky chce buzení jen 0,3A a když mi na ručkovém měřáku do 60A šla ručička za roh, tak na buzení bylo jen 6V.

Zapálit oblouk při tomto napětí ale opravdu pořádně nejde, ale když chytne, tak se jen ozve hlubší zvuk, jak zabere motor, a železo taje.. alternátor se jen mírně zahřívá.. Jenže svářím poprvý v životě...

Usměrňovač:
Po čase jsem se dostal k tomu, měnič vylepšit, koupil jsem tři 50A usměrňovací můstky a zapojil je jako třífázový usměrňovač místo původního zabudovaného v alternátoru. Mimojiné jsem přepojil vinutí z trojúhelnku do hvězdy, abych získal větší napětí.


Asi je to tím, že alternátor se točí jen 2800 ot/min, ale aby dal 60V naprázdno, tak se musí budit přibližně 6V do rotoru, a tedy se točí docela ztuha. Nicméně už to více funguje jako svářečka, dá se normálně zapálit oblouk, a svářet drobnější věci. Regulace funguje, jen by byl potřeba výkonnější hnací motor. Usměrňovač se takřka vůbec nehřeje..

schema:
Složité propojení usměrňovače jsem zvolil kvůli rovnoměrnějšímu rozložení proudů ve výstupních páscích můstků.