Тверской ИнноЦентр

ОТБОР В ПРОГРАММУ «УМНИК»

Новости / Тверская область

Гараж – колыбель инноваций, или как объединить резку и сварку

29.03.2015

41d53b7ae137e64f0a33

Автор идеи Rezonver -Игорь Павлов, сейчас технический директор проекта, а в 2006-м - студент, отправившийся за заработком на стройку. Студент Павлов здорово уставал после трудового дня - ему часто приходилось таскать тяжелые, до 10 кг каждое, устройства для резки и для сварки. Тогда-то он задумал аппарат, который облегчил бы жизнь сварщикам, - не только совместил бы «два в одном», но и был бы компактнее, мощнее и надежнее, чем дорогие американские или дешевые китайские аналоги.

Затем Игорь Павлов стал работать в нашумевшем стартапе DisplAir - там разрабатывались и выпускались дисплеи из мельчайших кавитационных капель воды, с помощью которых можно прямо в воздух вывести любое изображение; презентация изобретения состоялась в лагере Селигер в 2010 году. Там он познакомился с Альбертом Еналеевым, опытным стартапером, который пришел к выводу, что для нового продукта можно найти нишу на рынке сварочного оборудования.

В октябре 2013 года инженеры получили первый образец устройства - весом всего 3,5 кг. В основу технологии положен так называемый резонансный способ преобразования энергии. Источником тока выступает резонансный высокочастотный инвертор, который выдает ток в цепь не прямоугольными импульсами, как большинство существующих инверторов, а синусоидой. На выходе синусоидальное напряжение выпрямляется. Такой принцип позволил повысить КПД устройства (до98% по сравнению с типичными для сварочных аппаратов 85%) и использовать его при скачках напряжения и даже при коротких замыканиях. Прототип собрали в оборудованном под лабораторию гараже. Он обошелся разработчикам всего в 4 тыс. рублей, которые ушли на детали в местных магазинах электроники. Увидев, что резонансный преобразователь работает, Еналеев и Павлов учредили компанию. Сейчас стартап патентует технологию.

Еналеев и Павлов, по их словам, следовали принципам Николы Тесла: в резонансном контуре циркулирует столько же энергии, сколько было в него закачано. Поэтому регулирование выхода тока в аппарате регулируется количеством энергии, поступающей в контур. Этот принцип прост и помогает избежать жесткого переключения транзисторов силовой группы, уменьшить риск выхода их из строя и позволяет уменьшить габариты источника тока.

В основе управления силовой электрической цепью лежит работа транзисторов. Это полупроводниковый компонент, который может работать как регулирующий ключ. На транзистор подается напряжение, что приводит к изменению его сопротивления и уменьшению или увеличению силы тока в регулируемой компонентом цепи. Транзистор в таком режиме работает как задвижка в гидросистеме.

Рассеиваемая мощность транзистора (показатель, который характеризует потерю энергии при его работе) имеет две составляющие: потеря проводимости при протекании тока через транзистор (выделение тепла) и динамические потери - те, которые возникают в моменты открывания и запирания транзистора. Потери проводимости нельзя уменьшить, а динамические - можно. Потери этого типа связаны с тем, что на кристалле транзистора в моменты коммутации (а длятся они до 500 наносекунд) возникают колоссальные перегрузки в десятки киловатт.

Сварочные аппараты могут работать в режимах с разным выходным током (это устанавливает сам мастер). Обычно его величина регулируется частотным способом. Такой способ предусматривает, что в схеме стоит дроссель - компонент, у которого при увеличении частоты проходящего через него тока повышается сопротивление. Это и становится причиной падения силы тока. Таким образом, при работе на средней или малой мощности ток в цепи должен иметь высокую частоту. Это, в свою очередь, обеспечивается пропорциональным ростом частоты закрытия и открытия управляющих транзисторов (современные сварочные источники работают на частотах от 40 до 200 кГц). Получается, динамические потери тоже возрастают, причем настолько, что могут вести к выходу из строя аппарата.

Проблему можно решить - с помощью снабберных цепей. Они включают в себя несколько компонентов, в числе которых конденсатор, который «задерживает» часть энергии в себе, чтобы отдать ее назад в цепь не в момент коммутации, а чуть позже, смягчая тем самым нагрузку на транзистор. Но снабберные цепи требуют специфического подключения и размещения. К тому же при работе они нагреваются, что ставит необходимость продувки систем. При установке снаббера на печатную плату приходится решать задачу со многими переменными: снаббер должен находиться предельно близко к транзистору, и дорожка в 2 см уже делает его бесполезным для подавления крутых фронтов. Наличие в схеме неподавленных паразитных перенапряжений и токов может вызвать защелкивание драйвера или звон на затворе.

Инженеры Rezonver решили заменить частотный способ регулирования резонансным. В основе его лежит колебательный контур, состоящий из дросселя и конденсатора, и в такой цепи возникает явление резонанса: резко возрастает амплитуда вынужденных колебаний силы тока и напряжения- при совпадении частоты входного напряжения и собственной частоты контура, определяемого характеристиками его компонентов. (Иллюстрацией могут служить обычные качели.). Открытие и закрытие транзисторов в цепи сварочного аппарата Rezonver происходит при нулевых токах или когда токи не превышают 10% от коммутационной способности транзисторов - а в частотном режиме момент переключения приходится на те моменты, когда в контуре максимальная сила тока. И если при частотном способе мощность потерь в момент коммутации транзистора может на одном «пике» достигать 212 кВт (при выходной мощности источника всего 0,5 кВт), то в Rezonver - всего 36 кВт. При полном совпадении фазы управления с фазами токов в резонансной цепи выбросы потерь полностью отсутствуют.

Колебательный последовательный контур состоит из конденсатора и катушки индуктивности. Если подать на контур напряжение, то ток в нем будет увеличиваться от нуля до максимума, а затем снова упадет до нуля. Но мгновенно ток в катушке увеличиться не может- он линейно нарастает. Это свойство катушки позволяет включать контур без тока. Второй элемент контура - это конденсатор, он не позволяет току увеличиваться. Конденсатор, заряжаясь, уменьшает ток до нуля. Это и есть момент для переключения и смены полярности.

Коммутация исключительно на резонансной частоте дает возможность уменьшить динамические потери транзисторов в десятки раз. Это позволяет эффективно использовать аппарат не только при максимальной выходной мощности резонансного источника тока (на больших токах частотный и резонансный способы имеют сходные характеристики), но и на средних, а также на малых токах.

Построенный на таком принципе преобразователь позволяет легко «навешивать» на него любые нагрузки: не только сварку и резку, но и сварку в защитном газе, и полуавтоматическую сварку. Хотя соединить функции разных аппаратов в одном теоретически можно было и раньше, нов Rezonver, использующем резонансный контур, это оказалось сделать проще.

В начале 2014 года стартап вел переговоры с петербургским заводом «Ленполиграфмаш» о производстве 1,5 тыс. первых устройств. Но затем предприниматели получили предложение от партнера из Калининградской области: завод «Пранкор», на котором стартует тестовое, а затем серийное производствоRezonver, принадлежит новому партнеру Rezonver, «Технополис GS».

Источник:  минобрнауки.рф / новости / 5209