Schemat HV/HF do jonizatora spawarki TIG – klasyczny iskiernikowy i flyback, ochrona HF-block

Pytanie

Poszukuję schematu HV do jonizatora spawarki TIG

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Poniżej podaję sprawdzony, klasyczny schemat HV/HF (iskiernikowy) do jonizatora TIG oraz alternatywę półprzewodnikową (flyback). Oba warianty zawierają konkretne wartości elementów, sposób sprzęgnięcia z torem spawania i niezbędny „HF‑block” chroniący inwerter.
• Kluczowe punkty:
  • Napięcie ładowania kondensatora: 3–8 kV; energia pojedynczego impulsu ~20–60 mJ.
  • Częstotliwość drgań HF: 0,5–3 MHz (obwód Lp–Ctank).
  • Transformator sprzęgający: pierwotne 3–5 zwojów (HF), wtórne 10–15 zwojów przewodu spawalniczego w szereg z palnikiem.
  • Konieczny filtr/ochrona wyjścia spawarki (HF‑block) oraz metalowa, uziemiona obudowa.

Szczegółowa analiza problemu

— Wariant A: klasyczny jonizator iskiernikowy (najczęściej stosowany w przemysłowych TIG AC/DC)

1. Struktura blokowa

• Źródło WN (ładowanie): transformator neonowy 2…4 kV/20…30 mA lub przetwornica flyback 12–24 V → 3…8 kV DC.
• Magazyn energii: kondensator „doorknob” Ctank.
• Wyzwalanie: iskiernik o regulowanej szczelinie.
• Sprzęg: pierwotne Lp (kilka zwojów) + transformator sprzęgający HF, wtórne włączone szeregowo z kablem palnika.
• Ochrona źródła i EMC: HF‑block na wyjściu spawarki + ekranowanie.

2. Schemat ideowy (opis połączeń)

• Prostownik WN → ładuje Ctank (1) poprzez diodę HV. Drugi biegun Ctank do masy jonizatora (obudowy).
• Szeregowo: iskiernik (SG) → Lp (pierwotne transformatora sprzęgającego HF) → powrót do minusa Ctank.
• Wtórne transformatora HF (Ls) – 10…15 zwojów grubego przewodu – w szereg z przewodem do palnika TIG (od strony „+” lub „–” zgodnie z biegunowością procesu).
• HF‑block: elementy R–C do obudowy, dławiki i ograniczniki opisane niżej, wpięte przy samych zaciskach spawarki.

3. Dobór elementów i typowe wartości

• Ctank: 1,5…3,3 nF / 10…20 kV, typ doorknob lub impulsowy MKP HV (bardzo małe ESR/ESL).
• Dioda HV: 8…15 kV / ≥10 mA (stos diod HV).
• Iskiernik: szczelina 0,6…1,2 mm; elektrody wolframowe. Odstęp dobierany do napięcia zapłonu.
• Lp (pierwotne HF): 3…5 zwojów przewodu silikonowego 2,5–4 mm² na karkasie z dużym odstępem; indukcyjność rzędu 1…3 µH.
• Transformator sprzęgający: rdzeń ferrytowy o małych stratach dla MHz (materiał 43/61/67) albo cewka powietrzna Ø40–60 mm. Wtórne: 10…15 zwojów taśmy miedzianej lub przewodu spawalniczego – musi przenieść pełny prąd spawania (np. 200 A). Izolacja między Lp i Ls: przekładki Kapton/PTFE, min. 2–3 mm odstępu + lakier/żywica.
• Częstotliwość drgań: f0 ≈ 1/(2π√(Lp·Ctank)). Dla Lp=2 µH i Ctank=2,2 nF → ok. 2,4 MHz.
• Energia impulsu: E ≈ 0,5·C·V². Dla 2,2 nF i 6 kV → ~40 mJ. Częstotliwość powtarzania zapłonów (ładowanie → przeskok iskry): kilkadziesiąt–kilkaset Hz (zależna od źródła WN i ustawienia iskiernika).

— Wariant B: jonizator półprzewodnikowy (flyback bez iskiernika)

• Generator (np. mostek/MOSFET 400–600 V lub Royer 12–24 V) napędza transformator flyback. Wtórne → prostownik HV → mini‑kondensator 470 pF…1 nF/10–20 kV → szybkie, strome impulsy HF sprzęgane przez transformator jak wyżej.
• Zalety: mniejsze EMI niż przy iskierniku, brak części mechaniczno‑łukowych. Wady: większa złożoność sterowania, wrażliwość półprzewodników.

— HF‑block (ochrona źródła i ograniczenie EMI) – kluczowe dla inwerterów

• Dwa tory R–C do obudowy: z „+” i „–” wyjścia spawarki do obudowy (PE). Typowo 1…2,2 nF/2–3 kV + 100 Ω/3–5 W (rezystor bezindukcyjny). Zapewnia ścieżkę dla HF do obudowy.
• Dławiki RF w obu przewodach prądowych do jonizatora (lub tuż przy zaciskach spawarki): kilka–kilkanaście µH, wiele zwojów na dużych rdzeniach ferrytowych o wysokiej µr (materiał 31/43/77).
• Ograniczniki przepięć: iskierniki gazowe (GDT) 230–350 V do obudowy; dodatkowo MOV ok. 150–200 VDC bezpośrednio między „+” i „–” (skuteczny na wolniejsze przepięcia, HF tłumią głównie R–C).
• Kondensatory przepustowe (feed‑through) 1–4,7 nF/2 kV w ścianie obudowy – poprawiają powrót prądu HF do obudowy.
• Prowadzenie mas: obudowa masywna, metalowa, uziemiona; łączenia jak najkrótsze i szerokie (taśmy Cu).

— Sterowanie i interlock

• Jonizator aktywowany tylko podczas startu: przekaźnik/SSR z przycisku palnika, monostabilne okno 0,5–2 s.
• Automatyczne wyłączenie po zajarzeniu: detekcja prądu >5…10 A (przekładnik prądowy/Hall), albo po czasie.
• Przy TIG AC: potrzeba trybu „HF‑continuous” (o obniżonej energii) dla podtrzymania łuku w zerach prądu.

Aktualne informacje i trendy

• W nowych inwerterach częściej stosuje się „Lift‑Arc” lub półprzewodnikowe HF o kontrolowanej energii, aby spełnić wymagania emisji zaburzeń (norma IEC 60974‑10; w USA zgodność z przepisami EMC/FCC dla urządzeń przemysłowych).
• Trend: rezygnacja z iskierników mechanicznych (mniej trwałe, duże EMI) na rzecz układów flyback/SCR/IGBT z impulsami o ograniczonej energii i aktywnym wykrywaniem zajarzenia.
• Rosnące wymagania EMC i bezpieczeństwa skłaniają do pełnego ekranowania i ścisłej kontroli czasu pracy HF.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego MHz? Wysoka częstotliwość obniża impedancję ścieżki przez zjonizowany gaz i umożliwia „przeniesienie” napięcia biegu jałowego spawarki przez kanał jonowy.
• Sprzęg przez transformator Lp/Ls pozwala wstrzyknąć HF w przewód palnika przy jednoczesnej separacji galwanicznej i ograniczeniu przenikania HF do źródła.
• Dobór szczeliny iskiernika: większa szczelina → wyższe V zapłonu → większa energia impulsu, ale rośnie ryzyko przebicia gdzie indziej; zacznij od 0,6–0,8 mm.

Aspekty etyczne i prawne

• Emisje RF jonizatora mogą zakłócać elektronikę (medyczną, sieci radiowe). Używaj w środowisku przemysłowym, w metalowej, uziemionej obudowie, z zachowaniem odstępów i filtracji.
• Zgodność EMC: dąż do spełnienia wymagań odpowiedników IEC 60974‑10 (spawarki łukowe – emisja odporność) oraz lokalnych regulacji emisji niezamierzonych. W USA zwróć uwagę na wymogi dla urządzeń przemysłowych (EMC/FCC dla środowisk ISM).

Praktyczne wskazówki

• Izolacja i odstępy: dla 10 kV przyjmij ≥10 mm w powietrzu, powierzchnie czyść i lakieruj (grzebienie korony). Krytyczne części (Ctank, Lp, SG) możesz zalać silikonem RTV klasy HV.
• Płytka i okablowanie: minimalizuj pętle prądowe HF; stosuj taśmę Cu jako „masę RF”. Przepusty kabli przez ściankę – przez dławiki i kondensatory przepustowe.
• Testy: uruchamiaj z żarówką/rezystorem w szereg z zasilaniem WN; używaj sond HV. Sprawdź najpierw pracę iskiernika i widoczne „wyładowanie szczotkowe” na wyjściu palnika bez podłączonej spawarki.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Jonizator HF może trwale uszkodzić inwerter bez poprawnego HF‑block i prawidłowego prowadzenia mas. Nie podłączaj do nieznanych spawarek bez separacji i filtracji.
• Dławiki dużej indukcyjności na prąd setek amperów są niepraktyczne – dlatego podstawą jest transformator sprzęgający i kondensatory do obudowy (powrót HF najkrótszą drogą).

Sugestie dalszych badań

• Frazy do wyszukiwania: „TIG HF start spark gap schematic”, „TIG HF coupling transformer design”, „door knob capacitor HV”, „IEC 60974‑10 EMC”.
• Warto przejrzeć dokumentacje serwisowe TIG AC/DC z regulacją „HF intensity” oraz artykuły o generatorach HF do palników plazmowych (podobna topologia sprzęgania).

Krótkie podsumowanie

• Najprostszy i skuteczny schemat HV/HF do TIG to układ iskiernikowy: źródło 3–8 kV → dioda HV → Ctank (1,5–3,3 nF/10–20 kV) → iskiernik → Lp (3–5 zwojów) → powrót. Wtórne 10–15 zwojów w szereg z kablem palnika. Całość w metalowej, uziemionej obudowie, z obowiązkowym HF‑block przy zaciskach spawarki.
• Alternatywnie zastosuj flyback półprzewodnikowy z impulsami kontrolowanymi. W obu przypadkach zadbaj o filtrację, ekranowanie i czasowe włączanie tylko do zajarzenia.

Jeśli podasz: typ spawarki (inwerter/trafo), OCV [V], maks. prąd [A], AC/DC oraz czy potrzebujesz HF‑continuous, przygotuję kompletny schemat ideowy z doborem rdzenia, liczby zwojów i listą elementów (BOM) pod Twoje warunki.