ES2207542T3 - Generador para maquinas de soldadura con arco electrico. - Google Patents
Generador para maquinas de soldadura con arco electrico.Info
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Abstract
Generador para máquinas de soldadura por arco que comprende un transformador de corriente (104) con un devanado primario y uno secundario, que alimenta, en el devanado secundario, al arco de soldadura, estando alimentado el devanado primario de dicho transformador por un bloque inversor (103) con conmutadores eléctricos de alta frecuencia precedidos por un bloque de condensadores de restitución (102), estando alimentados dichos condensadores por una etapa rectificadora de entrada (101), caracterizado por el hecho de que dicha etapa rectificadora de entrada presenta un factor de potencia unidad y está compuesta por lo menos por un inductor (107; 115, 11, 117), sobre el lado de la red eléctrica, y por lo menos dos diodos (109, 110; 119, 120, 121) y por lo menos dos conmutadores electrónicos (111, 112; 122, 123, 124), uno para cada diodo, estando conducidos dichos conmutadores por un controlador (125) que al funcionar convierte en prácticamente sinusoidal la absorción de la etapa rectificadorade entrada.
Description
Generador para máquinas de soldadura con arco
eléctrico.
La presente invención se refiere a un generador
para máquinas de soldadura por arco que dispone de una etapa
rectificadora capaz de absorber una corriente prácticamente
sinusoidal del suministro de potencia de la red eléctrica AC.
El generador según la presente invención es del
tipo electrónico.
Según el estado de la técnica, un diseño clásico
de un generador para máquinas de soldadura por arco es el que se
muestra en la figura 1, el cual comprende la presencia de una etapa
rectificadora 1 seguida por un bloque 2 con condensadores de
restitución al cual se conecta un bloque inversor con conmutadores
electrónicos de alta frecuencia 3; el bloque inversor alimenta a un
transformador 4 cuyo devanado secundario alimenta a una etapa
rectificadora 5 que, por medio de un inductor 6 para el
restablecimiento de la corriente de salida, alimenta a un arco de
soldadura 7.
Un generador de este tipo absorbe de la red
eléctrica, durante el funcionamiento, una corriente cuya forma de
onda presenta un alto contenido de armónicos, como la que se muestra
en la figura 2.
Con una forma de onda de este tipo se obtiene un
factor de potencia bajo, es decir, si se requiere un nivel de
potencia útil alto en la salida, es necesario absorber una corriente
de alto valor eficaz de la red eléctrica.
Esto conlleva problemas considerables sobre el
suministro de potencia de la red eléctrica, puesto que un alto
contenido de armónicos en la corriente absorbida limita la potencia
que puede entregar el generador, y esto es una limitación severa en
particular durante la utilización en sitios con baja potencia
disponible, como la que entregan los suministros
domésticos.
domésticos.
Esto deriva del hecho de que el alto valor eficaz
de la intensidad de corriente absorbida por el generador origina la
actuación de la protección térmica del sistema aunque la potencia
útil en la salida es menor que la de una carga resistiva
equivalente.
Para obviar estos problemas, se han diseñado
generadores de soldadura que presentan etapas electrónicas
auxiliares que permiten la absorción sinusoidal de corriente por el
lado de la red eléctrica, para convertir al generador en equivalente
a una carga resistiva.
De esta forma es posible absorber toda la
potencia activa disponible.
En la figura 3 se muestra un diagrama típico de
un generador según esta configuración, el cual presenta, respecto al
diagrama de la figura 1, la adición de una etapa, indicada por medio
del número de referencia 7, que se interpone entre el bloque
rectificador y el bloque de restitución.
Esta etapa, conocida como PFC tipo boost,
comprende un inductor 71, un conmutador electrónico 72 y un diodo 73
dispuestos como se muestra.
El conmutador 72 se controla por medio de un
bloque apropiado 74 que permite convertir en sinusoidal la absorción
del generador, como se representa en la figura 4.
Evidentemente, sin embargo, la introducción de
este bloque conlleva un aumento considerable de los componentes, y
por tanto de los costes, del generador.
Además, el aumento de los componentes causa una
reducción de la eficiencia debido a las pérdidas aumentadas en los
dispositivos semiconductores.
El propósito de la presente invención es
proporcionar un generador para máquinas de soldadura por arco que
supera los problemas arriba mencionados, en concreto en lo que
respecta a la optimización del diseño y la eficiencia.
Dentro del ámbito de este propósito, un objetivo
primordial de la presente invención es proporcionar un circuito para
el generador que reduce el número de componentes electrónicos, para
reducir los costes y aumentar la eficiencia.
Éste y otros objetivos que se harán más aparentes
a continuación se alcanzan por medio de un generador de soldadura
que comprende un transformador de corriente con un devanado primario
y un devanado secundario, que alimenta, en el devanado secundario,
un arco de soldadura, siendo alimentado un devanado primario de
dicho transformador por medio de un bloque inversor con conmutadores
electrónicos de alta frecuencia precedidos por un bloque de
condensadores de restitución, siendo alimentados dichos
condensadores de restitución por una etapa rectificadora,
caracterizado por el hecho de que esta etapa rectificadora de
entrada presenta un factor de potencia unidad y se compone por lo
menos de un inductor, sobre un lado de red eléctrica, y de por lo
menos dos conmutadores electrónicos, uno para cada diodo, estando
conducidos dichos conmutadores por un controlador que al funcionar
convierte prácticamente en sinusoidal la absorción de la etapa
rectificadora de entrada.
Otras características y ventajas de la presente
invención se harán más aparentes a partir de la siguiente
descripción detallada de una realización preferida de la misma, que
se ilustra solamente a modo de ejemplo no limitativo en las figuras
adjuntas, en las cuales:
la figura 1 es un diagrama de bloques típico de
un generador para máquinas de soldadura, con la absorción en el lado
de la red eléctrica caracterizada por la presencia de fuertes
armónicos;
la figura 2 representa la corriente que absorbe
el generador de la figura 1;
la figura 3 es un diagrama de bloques típico de
un generador según el estado de la técnica, con una etapa de control
para absorber, en el lado de la red eléctrica, corriente con una
forma de onda sinusoidal;
la figura 4 representa la corriente que absorbe
el generador de la figura 3;
la figura 5 es un diagrama de bloques de un
generador según la presente invención;
la figura 6 es un diagrama simplificado de la
etapa rectificadora de entrada del generador de la figura 5, en el
caso de un suministro de potencia de una fase;
la figura 7 es un diagrama simplificado de la
etapa rectificadora de entrada de un generador del tipo que se
muestra en la figura 5, en el caso de un suministro de potencia de
tres fases;
la figura 8 es un diagrama detallado de la etapa
de la figura 6, que ilustra la ruta de la corriente;
la figura 9 es un diagrama detallado de la etapa
rectificadora y la etapa de control de un generador convencional,
del tipo que se muestra en la figura 3, que ilustra la ruta de la
corriente, para la comparación con lo que se muestra en la figura
8.
En referencia a las figuras adjuntas, el
generador según la presente invención se muestra en las figuras 5 a
8.
El generador se compone de un conjunto de bloques
que en la figura 5 se indican como etapa rectificadora de entrada
101, etapa de restitución por condensador 102, etapa inversora con
conmutadores electrónicos rápidos 103, transformador de corriente
104, y etapa de suministro de potencia 105 para el arco de soldadura
106.
La parte que caracteriza al generador se
encuentra en la etapa rectificadora de entrada 101, la cual se
muestra en detalle en las figuras 6, 7 y 8.
En la figura 6, la etapa de entrada 101 se
muestra en un primer detalle y se refiere a un generador con
suministro de potencia de una fase.
En esta configuración de circuito se proporciona
un inductor 107 conectado directamente a la entrada de red eléctrica
108.
El inductor 107 se encuentra seguido por dos
diodos 109 y 110 conectados mutuamente en oposición, siendo servido
cada diodo por un conmutador electrónico, que se indica
respectivamente por medio de los números de referencia 111 y
112.
Las salidas 113 y 114 alimentan la etapa de
condensador de restitución 102.
En el caso de suministro de potencia de tres
fases, como se muestra en la figura 7, existen tres inductores, uno
para cada fase, que se indican por medio de los números de
referencia 115, 116 y 117 y se encuentran conectados directamente a
la red eléctrica 118.
Cada uno de los inductores va seguido por un
diodo respectivo 119, 120 y 121, siendo servido cada uno por un
conmutador electrónico, indicados por medio de los números de
referencia 112, 123 y 124 respectivamente.
La figura 8 muestra con mayor detalle la
estructura de la etapa rectificadora de entrada, ilustrando además
el controlador 125 que actúa sobre los conmutadores 111 y 112.
Como se muestra por medio de la ruta trazada con
líneas quebradas, la corriente (en una de las etapas de
funcionamiento) fluye a través del inductor 107, el diodo 109, los
condensadores 102 y el conmutador 112, que se encuentra cerrado.
Una ruta similar tiene lugar cuando el conmutador
111 se encuentra cerrado y el diodo 110 conduce.
La figura 9 muestra el circuito que corresponde
al generador de la figura 3, el cual comprende un puente
rectificador con cuatro diodos 201, 202, 203 y 204, un inductor 205
situado a continuación del puente respecto a la entrada de red
eléctrica 206, otro diodo 207, un condensador de restitución 208 y
un conmutador 209 controlado por un controlador 210.
En la etapa de conducción ilustrada, la corriente
fluye a través del diodo 201, el diodo 207, los condensadores 208 y
el diodo 204.
Como se muestra claramente al comparar la ruta de
la corriente en los dos circuitos, en el circuito según la presente
invención la corriente atraviesa solamente dos dispositivos
semiconductores, contra los tres del circuito realizado según la
técnica anterior.
En términos de componentes, aunque se añade un
conmutador rápido más, los diodos se reducen a dos, contra los cinco
proporcionados en el circuito realizado según la técnica
anterior.
La reducción del número de dispositivos
semiconductores por un lado reduce el coste del generador y por otro
lado aumenta la eficiencia del mismo, puesto que se producen menores
pérdidas en los semiconductores debido a su número inferior.
A partir de la descripción anterior y de las
figuras, se hace evidente que el propósito y objetivo que se
pretendía se han logrado y que se ha presentado en concreto un
generador para soldadura que presenta una absorción sinusoidal sobre
el lado de la red eléctrica y que ofrece una eficiencia mejorada y
un bajo coste.
Los materiales y los componentes pueden por
supuesto ser cualquiera según el tamaño del generador.
Claims (5)
1. Generador para máquinas de soldadura por arco
que comprende un transformador de corriente (104) con un devanado
primario y uno secundario, que alimenta, en el devanado secundario,
al arco de soldadura, estando alimentado el devanado primario de
dicho transformador por un bloque inversor (103) con conmutadores
eléctricos de alta frecuencia precedidos por un bloque de
condensadores de restitución (102), estando alimentados dichos
condensadores por una etapa rectificadora de entrada (101),
caracterizado por el hecho de que dicha etapa rectificadora
de entrada presenta un factor de potencia unidad y está compuesta
por lo menos por un inductor (107; 115, 11, 117), sobre el lado de
la red eléctrica, y por lo menos dos diodos (109, 110; 119, 120,
121) y por lo menos dos conmutadores electrónicos (111, 112; 122,
123, 124), uno para cada diodo, estando conducidos dichos
conmutadores por un controlador (125) que al funcionar convierte en
prácticamente sinusoidal la absorción de la etapa rectificadora de
entrada.
2. Generador según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que comprende un par de diodos
y un par de conmutadores electrónicos, uno para cada diodo.
3. Generador según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que al funcionar en cualquier
etapa de conducción la corriente circula a través de un sólo diodo y
un sólo conmutador electrónico.
4. Generador según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que al funcionar la absorción
de corriente sobre el lado de la red eléctrica es sinusoidal.
5. Generador según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que comprende tres inductores,
tres diodos y tres conmutadores electrónicos, uno para cada fase,
dirigidos por un controlador que convierte al funcionar en
prácticamente sinusoidal la absorción de la etapa rectificadora de
entrada.
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