ES2239944T3 - Suministro de energia para corriente elevada para soldadura. - Google Patents
Suministro de energia para corriente elevada para soldadura.Info
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Abstract
Suministro (10) de energía para soldadura para la creación de una corriente para soldadura en una sucesión de impulsos de corriente con un nivel de corriente máximo y un estado de atenuación por medio de un inversor, con dichos impulsos de corriente pasando a través de un circuito en serie que incluye un inductor (110), un conmutador de potencia de salida y un electrodo (E) en relación de soldadura con una pieza (W) de trabajo, dicho suministro (10) de energía teniendo: (I) dicho inversor con una entrada para conectarse a una fuente de alimentación, y dicho inversor incluyendo al menos un primer borne (90) de salida a una primera polaridad eléctrica cuando dicho inversor está activado, (II) un dispositivo (70) de control para generar una señal de desactivación para desactivar dicho inversor y eliminar corriente de dicho al menos primer borne (90) para desplazar dicho impulso de corriente hacia un estado desactivado; y (III) dicho conmutador de potencia de salida incluyendo al menos un primer conmutador basado en transistor que tiene un estado de conducción que hace pasar la corriente desde dicho al menos primer borne (90) durante la creación de una primera señal de control y un estado de no-conducción que bloquea la corriente durante la creación de una segunda señal de control.
Description
Suministro de energía para corriente elevada para
soldadura.
La presente invención se refiere a una soldadura
por arco eléctrico y más en particular a un suministro de energía
para soldadura mejorado para crear una corriente para soldadura
elevada en una sucesión de impulsos de corriente según los
preámbulos de las reivindicaciones 1 y 29 respectivamente. Además,
la presente invención se refiere también a un método de creación de
corriente para soldadura en una sucesión de impulsos de corriente
según los preámbulos de las reivindicaciones 19 y 27 respectivamente
(véase, por ejemplo, el documento
US-A-4 947 021).
La presente invención utiliza un inversor de tipo
conmutador de transistor para la conversión de una fuente de
alimentación trifásica en un transformador de acoplamiento de carga
desde el que la salida CA del inversor puede rectificarse para crear
un flujo de corriente entre el electrodo y la pieza de trabajo en
una operación de soldadura. Los inversores de este tipo emplean un
modulador de impulsos por duración que funciona a más de 18 kHz para
controlar la magnitud de la corriente para soldadura que fluye a
través de la operación de soldadura. Estos inversores son bien
conocidos en la técnica y se muestran generalmente en los documentos
de Blakenship 5.349.157 y 5.351.175. Estas patentes son información
de antecedentes que muestran un inversor trifásico con corriente
controlada por un modulador de impulsos por duración de alta
frecuencia que dirige impulsos de corriente al transformador de
salida del inversor. Estas patentes muestran el concepto de un
inversor trifásico que utiliza un modulador de impulsos por duración
con un amplificador de error para controlar la corriente a la salida
del inversor, corriente que se utiliza en una operación de
soldadura.
Para proporcionar una operación de soldadura por
CA, en particular para una soldadura MIG (Metal Inert Gas - gas
metálico inerte) por CA, se ha sugerido utilizar un transformador de
acoplamiento de salida para la etapa de salida de un inversor de
tipo red de conmutación de transistores con un devanado secundario
en el transformador de salida para crear un borne generalmente
positivo y un borne generalmente negativo. Utilizando un inductor y
dos conmutadores basados en transistores, tales como transistores
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor - Transistor Bipolar de
Puerta Aislada), puede dirigirse un impulso de corriente positivo a
través de la operación de soldadura seguida de un impulso de
corriente negativo. El impulso de corriente positivo se crea
cerrando un primer conmutador que acopla el borne positivo de la
salida del inversor a través del electrodo y la pieza de trabajo al
borne negativo o de tierra. Para invertir el flujo de corriente y
provocar un impulso de corriente negativo, la operación de soldadura
se conecta al borne negativo a la salida del inversor por medio de
un segundo conmutador basado en transistor. Cada conmutador basado
en transistor está en serie con el electrodo y la pieza de trabajo
junto con una parte de un inductor de mantenimiento de corriente.
Cerrando alternativamente el primer conmutador cuando el segundo
conmutador está abierto y abriendo el primer conmutador cuando el
segundo conmutador está cerrado, se crea un procedimiento de
soldadura por CA. Este proceso incluye una sucesión de impulsos de
corriente positivos y negativos. Esta configuración para crear un
procedimiento de soldadura por CA ha resultado ser totalmente
exitosa; sin embargo, cuando la corriente para soldadura es alta, es
decir, mayor que aproximadamente 200 amperios, los amortiguadores en
paralelo con el primer y segundo conmutadores basados en transistor
son muy costosos y grandes. Estos amortiguadores deben mantener una
tensión alta en los bornes de los conmutadores cuando un impulso se
ha desactivado y el siguiente impulso se ha activado. Suministros de
energía inversores de este tipo para corrientes de soldadura
elevadas han sido exitosos en soldadura por arco de CA siempre que
las tensiones elevadas durante la operación de conmutación de una
polaridad a la polaridad opuesta se utilizasen adecuadamente. Ésta
era una desventaja clara de usar el suministro de energía basado en
inversor para corrientes de soldadura elevadas.
La patente de los Estados Unidos número 4.947.021
describe un método y un aparato para soldadura TIG (Tungsteno Inert
Gas - Gas Tungsteno Inerte) pasando una corriente alterna entre un
electrodo no consumible y una pieza de trabajo para formar un arco.
Esto tiene en cuenta la creación de un ciclo corto para limpiar la
pieza de trabajo antes del siguiente ciclo de calentamiento.
La patente de los Estados Unidos número 4.877.941
describe un sistema de suministro de energía para soldadura por arco
que conmuta alternativamente entre la polaridad inversa y la
polaridad directa. Se detecta la formación de un arco. Se genera una
señal de control de cambio de polaridad se genera cuando la duración
del arco alcanza un tiempo predeterminado o cuando la cantidad de
carga alcanza un valor predeterminado. El valor predeterminado de la
corriente o tensión de soldadura se reduce inmediatamente antes o
después del cambio de polaridad.
Se descubrió que la conmutación de corrientes de
soldadura elevadas creadas por un inversor de tipo conmutador
accionado por un modulador de impulsos por duración causaría
tensiones elevadas debido a la reactancia inductiva en la operación
de soldadura y la velocidad a la que la corriente debe conmutarse
entre polaridades. La tensión inducida durante un cambio entre una
polaridad positiva y una polaridad negativa en una soldadora por CA
del tipo definido anteriormente es igual a los tiempos de reactancia
inductiva por la derivada de la corriente. De este modo, la tensión
puede ser muy difícil de eliminar. Por este motivo, se han utilizado
varias configuraciones de circuitos amortiguadores que absorben
energía para reducir o controlar la tensión inducida cuando se
conmutan corrientes de soldadura elevadas entre una polaridad
positiva y una polaridad negativa. A este respecto, corrientes
elevadas significa generalmente por encima de aproximadamente 200
amperios y superiores a 1.000-1.200 amperios. Los
circuitos amortiguadores necesarios para utilizar estas tensiones
elevadas implican pérdidas altas y/o coste alto. Esta tensión
elevada es la inductancia del circuito de soldadura multiplicada por
el cambio en corriente instantánea por unidad de tiempo durante la
operación de conmutación. Dado que los transistores utilizados en la
operación de soldadura en la salida del inversor tienen un tiempo
establecido necesario para la desactivación del conmutador para
detener la conducción, la tensión inducida que debe utilizar el
amortiguador es proporcional a la magnitud de la corriente en el
momento en que el conmutador comienza a desactivarse y pasa de
activado a desactivado. Por este motivo, en el pasado, los circuitos
utilizados en aplicaciones de conmutación de corrientes elevadas,
tales como soldadoras por arco eléctrico, normalmente incluían
configuraciones complicadas de amortiguadores tales como las
expuestas anteriormente para eliminar los picos de tensión elevada
que tienen lugar cuando el conmutador se desactiva.
Las tensiones transitorias cuando se conmutan
corrientes elevadas en la salida de la etapa de inversor se reducen
drásticamente por la presente invención en una soldadora por CA del
tipo que funciona con un inversor de conmutación que funciona con un
modulador de impulsos por duración, en especial uno que funciona con
una fuente de alimentación trifásica. La invención se ha probado en
un suministro de energía basado en un inversor de CA de 1200
amperios, en el que la corriente de salida se redujo a 150 amperios
antes de que el conmutador se desactivara en el flanco descendente
de cada impulso de corriente para invertir la polaridad de la
corriente para soldadura. Cuando un conmutador se desactiva, el otro
conmutador se activa para crear el impulso de corriente de polaridad
opuesta, corriente que inmediatamente se desplaza a 150 amperios en
la polaridad opuesta y después rápidamente a la corriente máxima a
través del inductor en el circuito de soldadura en el sentido
opuesto. Al desactivar el inversor antes de interrumpir un impulso
de corriente elevada, la corriente en el impulso que se elimina
decae rápidamente a un nivel de corriente bajo. Por consiguiente, la
conmutación entre polaridades se lleva a cabo en un nivel de
corriente bajo, valor bajo que en el ejemplo se estableció en 150
amperios. En este ejemplo, se redujeron considerablemente las
tensiones inducidas a través de los conmutadores cuando se
desactivan. De hecho, con 1200 amperios el amortiguador podría
eliminarse cuando el valor de conmutación de la corriente se
estableció bajo. Las fuerzas de la tensión del amortiguador se
redujeron de forma que se permitían mayores frecuencias de
conmutación en CA, sin aumentar los requisitos de utilización de
potencia de los amortiguadores.
Según la invención, se proporciona un suministro
de energía para soldadura para crear una corriente para soldadura en
una sucesión de impulsos de corriente según las reivindicaciones 1 y
29. Además, de este modo, se proporciona un procedimiento para la
creación de corriente para soldadura en una sucesión de impulsos de
corriente según las reivindicaciones 19 y 27.
Según la invención, aunque los conmutadores de
salida se utilizan para invertir la polaridad, la etapa de inversor
que crea la corriente para la utilización en una soldadora por arco
de CA se desactiva permitiendo que la corriente decaiga hacia una
corriente nula cuando debe existir una inversión de polaridad.
Cuando se alcanza un nivel bajo, los conmutadores se invierten,
terminando el impulso de corriente actual y creando inmediatamente
el siguiente impulso de corriente de polaridad opuesta. Los
conmutadores están en una red de conmutación de potencia que incluye
dos conmutadores basados en transistor, teniendo cada uno un estado
de conducción que pasa la corriente procedente de uno de los bornes
durante la creación de la primera señal lógica y un estado de no
conducción bloqueando el flujo de corriente durante la creación de
una segunda señal lógica. La invención puede utilizarse con un único
conmutador de potencia de salida que produce solamente impulsos de
una única polaridad. De este modo, en un sentido amplio, la
invención implica la desactivación de la etapa de inversión,
permitiendo que el impulso de corriente decaiga a un nivel de
corriente seleccionado y luego la desactivación del conmutador de
potencia de salida para terminar el impulso de corriente. Sin
embargo, la realización preferida de la invención se utiliza para
una soldadura por arco de CA. Existen dos impulsos de corriente.
Cuando un conmutador de potencia de salida se activa, el otro
conmutador de potencia de salida se desactiva y viceversa, de manera
que los impulsos de corriente de polaridad opuesta se crean
consecutivamente. Cada uno de los impulsos de corriente tiene un
flanco descendente, flanco descendente que se crea desconectando el
inversor durante un tiempo corto necesario para reducir la corriente
del impulso. Entonces el impulso de corriente se termina aplicando
la segunda señal lógica al conmutador, desplazando de este modo el
conmutador al estado de no conducción. En la práctica, la primera
señal lógica para cada conmutador de potencia, bien una unidad de
conmutador único de CC o bien una unidad de dos conmutadores de CA,
es un 1 lógico para activar el conmutador. Un 0 lógico es la segunda
señal lógica para desactivar el conmutador, o conmutadores.
Se utiliza un sensor para medir el valor
instantáneo de la corriente de soldadura, se utiliza un comparador
para producir una señal de corriente baja cuando la corriente
instantánea está en un valor seleccionado sustancialmente inferior
al nivel máximo de corriente de los impulsos de corriente y un
circuito o programa crea la segunda señal lógica para desactivar un
conmutador durante la creación de la señal de corriente baja tras la
generación de la señal para desactivar la etapa de inversor. Si se
utilizan dos conmutadores para soldadura por CA, cuando un impulso
de corriente se desactiva mediante su conmutador de potencia, el
siguiente impulso de corriente se activa, de manera que la corriente
aumenta directamente hacia la corriente máxima cuando la etapa de
inversor se vuelve a activar posteriormente. El inversor se
desactiva solamente durante un corto período de tiempo antes de la
inversión de polaridad. Dado que la inductancia de salida de las
soldadoras por arco de tipo inversor es normalmente un valor
pequeño, la corriente de salida puede cambiar de forma rápida. El
siguiente impulso de corriente aumenta hacia una corriente máxima y
entonces se mantiene en la corriente máxima hasta la siguiente
secuencia de inversión de corriente.
La etapa de inversor se desactiva primero y
entonces los conmutadores provocan la inversión de polaridad.
Después de que la corriente decaiga al valor seleccionado en
respuesta a la desactivación del inversor, se lleva a cabo la
conmutación entre las dos polaridades. Dado que la tensión inducida
en los bornes del conmutador es una función de la corriente en la
conmutación multiplicada por la inductancia fijada, la reducción
drástica en el cambio de corriente durante la operación de inversión
de conmutador reduce a su vez de manera drástica la tensión
inducida. Se ha descubierto que se pueden conmutar
1000-1200 amperios con pocos o sin amortiguadores.
Ésta es una mejora en una soldadora por CA del tipo que utiliza una
red de conmutación de inversor de alta frecuencia y conmutadores de
salida para la creación de impulsos de corriente de polaridad
opuesta.
Según otro aspecto de la presente invención, la
etapa de inversor de la invención funciona con una entrada
monofásica o polifásica. Dado que la invención puede utilizarse con
una entrada trifásica, la operación de soldadura se equilibra de
manera sencilla, por cuanto las unidades de conmutación previas de
este tipo utilizadas para una soldadura con corriente elevada eran
suministros de energía monofásicos con la consiguiente potencia
desequilibrada. Un desequilibrio semejante es más que un problema
para los elevados niveles de corriente utilizados en la presente
invención.
Según otro aspecto más de la invención, la etapa
de inversor implica una red de conmutación controlada por un
modulador de impulsos por duración que funciona a una frecuencia
superior de aproximadamente 18 kHz. Este modulador de impulsos por
duración acciona los conmutadores en la etapa de inversor a una
velocidad alta. La corriente para soldadura media de la soldadora
por CA se transmite a un amplificador de error para controlar la
corriente media de la operación de soldadura cambiando el ciclo de
trabajo del modulador de impulsos según la práctica estándar del
inversor. La frecuencia de impulsos de corriente creados en la
salida del suministro de energía utilizando la presente invención es
relativamente baja, es decir, menor que aproximadamente 400 Hz. De
hecho, la operación de soldadura por CA se realiza en el intervalo
general de 40 Hz - 200 Hz, que contrasta con el funcionamiento a
alta frecuencia de la etapa de inversor.
Según otro aspecto de la invención, el suministro
de energía mejorado puede utilizarse para crear un impulso unipolar
o un impulso de polaridad alterna. De este modo, la soldadora tiene
un modo negativo de CC, un modo positivo de CC o un modo de CA. En
todos los modos, la etapa de inversor se desactiva, permitiendo una
caída en la corriente máxima a un valor de corriente seleccionado
inferior, momento en que el impulso de corriente se termina,
abriendo el conmutador que crea el impulso de corriente. Dado que la
velocidad de inversión de polaridad en el modo de funcionamiento en
CA determina la frecuencia de la operación de soldadura por CA, un
oscilador controlado por tensión o una programación de software
similar se utiliza para cambiar la frecuencia de los impulsos de
soldadura; pero, se utiliza la misma frecuencia para el modulador de
impulsos por duración que acciona la etapa de inversor. De este
modo, la frecuencia de soldadura por CA puede ajustarse de manera
sencilla solamente cambiando la velocidad del oscilador, controlando
otros circuitos o programa la red de conmutación de polaridad.
Se ha descubierto que la presente invención puede
reducir la corriente de impulsos al final del impulso de corriente a
un nivel menor que aproximadamente 200 amperios y, preferiblemente,
a un nivel en el intervalo general de 100-150
amperios. Esta conmutación a una corriente baja para terminar el
flanco descendente del impulso de corriente puede utilizarse incluso
cuando la corriente máxima del impulso es 1000-1200
amperios. Hasta el momento, se requerían amortiguadores enormemente
grandes, costosos en suministros de energía de CA de corriente
elevada de este tipo.
Según la presente invención, los impulsos de
corriente de polaridad opuesta se crean mediante la conmutación
entre la primera y la segunda señales de control. Una señal de
control activa el conmutador mientras la otra señal de control
desactiva el otro conmutador. Esto invierte la polaridad de los
impulsos de corriente. Un circuito de retardo de tiempo se utiliza
para desactivar la etapa de inversor antes de que las señales de
control se conmuten para invertir la polaridad de la operación de
soldadura de
salida.
salida.
En la descripción de la invención, la primera y
segunda señales de control pertenecen a un conmutador único. Un 1
lógico (primera señal de control) activa el conmutador y un 0 lógico
(una segunda señal de control) desactiva el conmutador. Por
supuesto, el valor digital de las señales de control se podría
invertir. En el modo de funcionamiento por CA, existen una primera y
segunda señales de control. Estas dos señales de control son las
señales para activar un conmutador y desactivar el otro conmutador.
Estas señales de control no son nunca la misma lógica y, según la
realización preferida de la presente invención, se crean con los
bornes Q y del biestable. Cuando un conmutador se activa, el otro
conmutador se desactiva. Éste es el funcionamiento de las señales de
control. Las señales lógicas pertenecen a un conmutador único cuando
un 1 lógico activa el conmutador y un 0 lógico desactiva el
conmutador. De este modo, cada señal de control tiene dos señales
lógicas que revelan el estado de conducción de los conmutadores
individuales controlados por las señales de control. Cuando se
requiere una señal de control, esto generalmente significa que el
conmutador activa una señal lógica.
El objeto principal de la presente invención es
proporcionar un suministro de energía para soldadura que cree una
sucesión de impulsos de corriente que tengan niveles elevados de
corriente de aproximadamente 200 amperios y que termine el impulso
desactivando un conmutador de potencia, conmutador de potencia que
se modifica por lo que la desactivación del conmutador de potencia
tiene lugar en un nivel de corriente bajo, sustancialmente inferior
a la corriente máxima del impulso que se termina.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un suministro de energía de CA único para soldadura por
arco eléctrico, tal como se define anteriormente, suministro de
energía que tiene impulsos de corriente alternos con corrientes
máximas elevadas. Los impulsos se invierten abriendo un conmutador
de potencia y cerrando otro conmutador de potencia cuando el
conmutador de potencia que se abre lleva una corriente drásticamente
inferior a la corriente elevada del suministro de energía.
Un objeto adicional de la presente invención es
proporcionar un suministro de energía, tal como se define
anteriormente, suministro de energía que funciona con una etapa de
inversor, que se conecta a una fuente de alimentación trifásica y
que funciona a alta frecuencia con un modulador de impulsos por
duración, de modo que la etapa de inversor de alta frecuencia
proporciona la corriente para una operación de soldadura por CA de
baja frecuencia.
Un objeto más de la presente invención es
proporcionar un suministro de energía mejorado para la creación de
una sucesión de impulsos de corriente tal como se define
anteriormente, suministro de energía que utiliza conmutadores
basados en transistor, tal como transistores IGBT, suministro de
energía que requiere pocos o ningún amortiguador cuando los
conmutadores de inversión de polaridad se desactivan.
Otro objeto más de la presente invención es
proporcionar un suministro de energía para soldadura por CA para la
creación de una sucesión de impulsos de corriente, tal como se
define anteriormente, suministro de energía que puede aplicar una
frecuencia de salida tan baja como 40-60 Hz, que
funciona con una etapa de inversor que funciona a una superior de
aproximadamente 20 kHz y con corrientes máximas superiores a
aproximadamente 200 amperios. Éste es un suministro de energía de CA
único para soldadura por arco eléctrico que incorpora las ventajas
de la conversión de inversor a alta frecuencia con la capacidad de
una corriente de salida de baja frecuencia a niveles de corriente de
salida elevados.
Éstos y otros objetos y ventajas resultarán
evidentes a partir de la siguiente descripción, considerada junto
con los dibujos adjuntos.
La figura 1 es un diagrama esquemático del
cableado de la etapa de inversor y de la red de conmutación de
salida utilizada en la puesta en práctica de la realización
preferida de la presente invención;
la figura 1A es un diagrama simplificado del
cableado del suministro de energía mostrado en la figura 1, que
muestra la red de conmutación de inversión utilizada en la
realización preferida de la presente invención;
la figura 2 es un diagrama de cableado que
muestra la red lógica del dispositivo de control utilizado en la
realización preferida para crear la señal de desactivación de
inversor y la primera y segunda señales de control;
la figura 3 es un gráfico que muestra varias
formas de onda creadas mediante la implementación de la realización
preferida de la presente invención;
la figura 4 es un gráfico que muestra de manera
esquemática una forma de onda de corriente de soldadura por CA, útil
para describir los aspectos fundamentales de la presente
invención;
las figuras 5-7 son gráficos que
muestran formas de onda para soldadura por CA que utilizan la
realización preferida de la presente invención tal como se muestra
en la figura 2;
la figura 8 es un diagrama esquemático del
cableado que muestra una modificación de la realización preferida de
la invención; y
la figura 9 es un gráfico que muestra la forma de
onda de la corriente creada por la modificación de la realización
preferida tal como se muestra en la figura 8.
Con referencia ahora a los dibujos en los que las
trazas solamente tienen el objetivo de mostrar la realización
preferida y no el objetivo de limitar la misma, las figuras 1 y 1A
muestran un suministro 10 de energía para soldadura por CA para el
paso de una corriente alterna a través del electrodo E y la pieza W
de trabajo a tierra. El suministro 10 de energía utiliza una etapa
12 de inversor estándar que tiene una entrada 14 de rectificador y
adaptado para proporcionar corriente CC en niveles elevados a la red
16 de conmutación de salida, red de salida que crea los impulsos de
corriente del suministro 10 de energía para realizar una operación
de soldadura en la pieza W de trabajo. Para proporcionar unos bornes
de salida de CC que constituyen la entrada de la red 16, un
rectificador 18 de onda completa se conecta a la etapa de inversor
de manera que la tensión polifásica de entrada al rectificador 14 se
convierte en una fuente de corriente CC que tiene un nivel de
corriente máxima elevado superior a 200 amperios y preferiblemente
tan elevado como 1000-1200 amperios.
La etapa 12 de inversor es en cierto modo
estándar en la configuración e incluye una entrada 20 de CA mostrada
como un suministro de potencia polifásico que constituye una entrada
al rectificador 14 que dirige una conexión 22 CC hacia la red 30 de
conmutación de transistores para proporcionar impulsos de corriente
alternos a través del devanado 34 primario del transformador 32 de
carga. Un devanado 36 secundario que tiene un punto 38 nulo central
está conectado a tierra y a la pieza W de trabajo para la operación
de soldadura. La red de conmutación de transistores incluye
conmutadores MOSFET u otros conmutadores de tipo transistor
similares para la creación de impulsos de corriente alternos en el
devanado 34 primario. El transformador 32 de salida tiene una
inductancia muy baja, de manera que la red 30 puede desactivarse muy
rápidamente. Esta rápida activación y desactivación de una red de
conmutación se utiliza ampliamente en suministros de energía para
soldaduras, tales como una soldadora estándar STT comercializada por
The Lincoln Electric Company of Cleeveland, Ohio y mostrado
generalmente en el documento 5.001.326 de Stava. Se conoce bien el
concepto de una etapa de conversor con inductancia baja y capaz de
desconectarse muy rápidamente se conoce bien. Tal como se muestra en
esta patente anterior, y en las otras patentes incorporadas en la
presente como referencia, la red 30 de conmutación funciona con un
modulador 40 de impulsos por duración en cierto modo estándar que
funciona por encima de 18 kHz y preferiblemente entre 20 y 40 kHz,
tal como se muestra en la patente anterior de Stava. El control por
modulador de impulsos por duración de una red de conmutación de
transistores que forma un conversor o un inversor es tecnología
estándar y la corriente de salida de la etapa de inversor se
controla por la tensión de la línea 42 del amplificador 50 de error,
amplificador que puede ser implementado mediante software en
respuesta al nivel de tensión en la línea 52 de entrada que tiene
una tensión o palabra digital representativa de la corriente deseada
de salida del suministro 10 de energía. En la invención, el nivel
deseado de corriente se establece en un valor superior a
aproximadamente 200 amperios. La señal representativa en la línea 52
de entrada se compara por el amplificador 50 con una corriente media
de salida del suministro de energía en la forma de la señal de
tensión o palabra digital en la línea 54 de entrada. La tensión de
la resistencia 60 en derivación que mide la corriente tiene un valor
que representa el valor instantáneo de la corriente en la línea 62.
Un circuito 64 de promediación de corriente promedia el valor
instantáneo de la corriente en la línea 62, que puede ser un valor
analógico o digital. El circuito 64 crea una señal de tensión
representativa de la corriente media o una palabra en la línea 54 de
entrada o en el amplificador 50. Tal como se ha descrito hasta
ahora, la etapa de inversor implica tecnología estándar. Según un
aspecto de la presente invención, el controlador 70, que puede ser
software en un ordenador o un circuito analógico, crea la tensión
representativa en la línea 52 según conceptos de control estándar;
sin embargo, además de la tensión o palabra en la línea 52, el
controlador 70 también proporciona una señal de desactivación de
inversor en la línea 72. Un 1 lógico en la línea 72 desactiva
inmediatamente el modulador de impulsos por duración para desactivar
la etapa 12 de inversor, de manera que ya no suministra más
corriente al rectificador 18. El controlador 70 también crea señales
de control de conmutación en las líneas 80, 82, en las que una
primera lógica, es decir, un 1 lógico, inmediatamente activa el
correspondiente conmutador de potencia de salida y una segunda
lógica, es decir, un 0 lógico, desactiva inmediatamente el
correspondiente conmutador de potencia de salida. El rectificador 18
de onda completa incluye los diodos D1-D4 para crear
un borne 90 de corriente positiva, un borne 92 de corriente negativa
y un borne 94 a tierra o común conectado a la toma central o punto
38 nulo y a la pieza W de trabajo. El suministro 10 de energía
utiliza la red 16 de conmutación de salida para crear impulsos de
corriente elevada entre el electrodo E y la pieza W de trabajo. Tal
como se muestra, un primer conmutador SW1 basado en transistor, en
forma de un IGBT, se cierra durante la recepción de una señal de
control en la línea 80. El cierre del conmutador SW1 crea un impulso
de corriente desde el borne 90 positivo a través del segmento 112
positivo de inductor 110 de salida y luego en los bornes del arco
del proceso de soldadura. Un segundo conmutador SW2 basado en
transistor, en forma de IGBT, se conecta durante la recepción de un
1 lógico en la línea 82 para crear un impulso de corriente negativo
a través del segmento 114 negativo de inductor 110 y hacia el borne
52 negativo de rectificador 18 que constituyen la salida de la etapa
12 de inversor. Los amortiguadores 100, 102 están conectados en
paralelo a través de los conmutadores SW1, SW2, respectivamente. Sin
implementar el aspecto básico de la presente invención, estos
amortiguadores deben ser muy grandes y deben tratar una tensión
enormemente elevada, dado que la tensión inducida iguala el valor
del segmento 112 ó 114 inductor y el cambio diferencial o
instantáneo en la corriente. Si la corriente está en el intervalo de
1000-1200 amperios, un tiempo de desactivación corto
ofrece una di/dt elevada. La tensión inducida es enormemente elevada
y debe acomodarse por los amortiguadores 100, 102. El suministro de
energía tal como se ha descrito hasta ahora para la utilización en
una operación de soldadura por CA de corriente elevada es nuevo y
puede utilizar corrientes elevadas superiores a 200 amperios y de
hecho corrientes elevadas superiores a 1000 amperios. Ésta es una
ventaja en una soldadora CA para soldaduras MIG. Sin embargo, el
aspecto básico de la presente invención reduce el tamaño y/o
necesidad de amortiguadores 100, 102.
Según la presente invención, tal como se muestra
en las figuras 2 y 3, la red 30 de la etapa 12 de inversor se
desactiva por medio de una señal en la línea 72 inmediatamente antes
de que las señales lógicas o de control en las líneas 80, 82 se
inviertan. De este modo, el suministro de corriente se desactiva
antes de que los estados conductores de los conmutadores SW1, SW2 se
inviertan. Se podrían utilizar muchas estructuras para llevar a cabo
esta operación de control. Tales estructuras podrían ser cableadas,
de software o combinaciones de éstas. A efectos ilustrativos, un
circuito 150 o dispositivo de control cableado incluye la red lógica
mostrada en la figura 2. Los impulsos de salida del dispositivo de
control o red lógica se muestran en los gráficos de coordenada
temporal de la figura 3, considerada junto con los impulsos P_{1},
P_{2} de corriente altera resultantes del gráfico de corriente en
la parte superior de la figura 3. En el circuito 150 o dispositivo
de control mostrado, la red lógica incluye el biestable 160 que
tiene su borne Q conectado a la línea 80 y su borne \overline{Q}
conectado a la línea 82. Este biestable puede ser software o
reproducirse por otro dispositivo no coincidente. La lógica en estos
bornes se muestra en los gráficos 200, 202 en la figura 3. Cuando
una señal de control está en un 1 lógico, la otra señal de control
está en un 0 lógico. Por consiguiente, cuando un conmutador SW1, SW2
se desactiva, el otro conmutador se activa inmediatamente. Esta
acción de conmutación invierte la polaridad de los impulsos para
crear una salida de CA que comprende los impulsos P_{1}, P_{2}
para la utilización en soldadura por arco eléctrico. El borne de
datos D o el biestable 160 está conectado a la línea 172 de salida
del oscilador 170 que puede ser implementado mediante software. La
lógica binaria en el borne de datos D o biestable 160 se muestra en
el gráfico 206 que constituye la salida del oscilador 170 que
aparece en la línea 172. Para transferir la lógica desde el borne D
hasta el borne Q, un impulso de reloj debe recibirse en el borne CK
de reloj mostrado como estando conectado a la salida 182 de un
comparador 180 de nivel de tensión. Estos dispositivos lógicos se
muestran en términos y símbolos analógicos; sin embargo, también se
utilizan circuitos digitales. El biestable 160 funciona según la
práctica estándar que proporciona la lógica mostrada en los gráficos
200, 202 en la salida del biestable 160 y en las líneas 80, 82. La
lógica en estas líneas controla los conmutadores SW1, SW2,
respectivamente. En la figura 3, un impulso 204a de reloj aparece
cuando el dato D mostrado en el gráfico 206 es un 0 lógico. Esta
acción de reloj provoca la aparición de un 0 lógico en la línea 80
de la señal de control y un 1 lógico en la línea 82 de la señal de
control, tal como se muestra en los gráficos 200, 202. De este modo,
en el punto 200a, existe una inversión en los estados conductores de
los conmutadores SW1, SW2. Esto desplaza la corriente desde el
impulso P_{1} hasta el impulso P_{2} para proporcionar una
inversión de polaridad entre un impulso P_{1} de corriente de
polaridad positiva y un impulso P_{2} de corriente de polaridad
negativa. Las señales de control en las líneas 80, 82 se invierten
nuevamente en el punto 200b durante la recepción del impulso 204b de
reloj cuando el gráfico 206 está en un 1 lógico. De este modo, la
polaridad de los impulsos de corriente se invierte nuevamente desde
el impulso P_{2} de polaridad negativa hasta el impulso P_{1} de
polaridad positiva. Durante el siguiente impulso 204c de reloj, se
lleva a acabo otra inversión de polaridad. De este modo, el
biestable 160 crea una corriente de soldadura por CA en la salida
del suministro 10 de energía. El oscilador 170 que crea la señal
mostrada como el gráfico 206 en la figura 3 es un oscilador
controlado por tensión estándar en el que la entrada de tensión en
la línea 174 cambia la frecuencia del impulso en la entrada 172.
Este cambio en la velocidad del oscilador cambia la frecuencia de
inversión de la polaridad de los impulsos mostrados en el gráfico
superior de la figura 3. De forma similar, cambiando la tensión en
la línea 176 puede cambiarse el ciclo de trabajo del oscilador 170.
El ciclo de trabajo se muestra en la figura 3 como 50%. Cambiando la
tensión en la línea 176, según la práctica estándar, el ciclo de
trabajo de las oscilaciones puede cambiarse para cambiar el ciclo de
trabajo de los impulsos de corriente en la salida de CA del
suministro 10 de energía.
Los impulsos de reloj en la línea 182 tal como se
muestran en el gráfico 204 en la figura 3 se crean mediante la
comparación de las tensiones en las líneas 184, 186 de entrada. La
línea de entrada 184 es la corriente de arco instantánea en la
operación de soldadura detectada por la resistencia 60 en
derivación. La tensión en la entrada 186 es la salida del reostato
188 que se configura para corresponder con una tensión en la línea
184 que es un valor seleccionado preferiblemente en el intervalo de
100-150 amperios y generalmente inferior a
aproximadamente 200 amperios. Un 1 lógico aparece en la línea 182
cuando la corriente instantánea es inferior al valor seleccionado
por el reostato 188, mostrado como 100 amperios. Con respecto
nuevamente al gráfico 204 en la figura 3, los impulsos
204a-204c representan el tiempo durante el que el
comparador 180 suministra un 1 lógico que indica una corriente menor
que el valor seleccionado en la entrada 186. Leyendo el valor
instantáneo en la línea 62, y utilizando este valor para marcar el
reloj del biestable 160, se garantiza que el cambio de polaridad
tendrá lugar solamente en niveles inferiores a 100 amperios. Esta
característica es solamente un aspecto de la presente invención.
También es necesario desactivar la etapa 12 de inversor mediante un
1 lógico en la línea 72 antes de la inversión de polaridad de los
conmutadores SW1, SW2. Este aspecto de la invención se lleva a cabo
mediante varias estructuras, una de las cuales se muestra en la
figura 2 como la red 210 lógica. Esta red utiliza el inversor 212
para invertir la lógica en la línea 172 tal como a parece en la
línea 172a. La puerta 230 NO-Y (NAND - "Not
And") tiene una entrada 232 con una lógica en la línea 82 que se
muestra en el gráfico 202 de la figura 3. La otra entrada a la
puerta 230 es la línea 172 que es el gráfico 206 en la figura 3.
Cuando las lógicas de los gráficos 202 y 206 son ambas un 1 lógico,
un 0 lógico aparece en la línea 234. Esto crea un 1 lógico en la
línea 72, que es la salida de la puerta 250 NO-Y
(NAND - "Not And"). De la misma manera, la puerta 240
NO-Y (NAND - "Not And") tiene una entrada 242
conectada a la línea 80 y mostrada como el gráfico 200 en la figura
3. La lógica invertida del oscilador en la línea 172a se muestra en
el gráfico 202 de la figura 3. Cuando un 1 lógico aparece en ambos
gráficos 200 y 220, un 0 lógico aparece en la salida 244 de la
puerta 240 para producir un 1 lógico en la línea 72. La lógica en la
línea 72 es la señal de desactivación de inversor mostrada en el
gráfico 222 de la figura 3. Esta señal de desactivación de inversor
tiene lugar tan pronto como el gráfico 206 del oscilador cambia la
lógica. El inversor 212 se utiliza en la red 210 lógica para llevar
a cabo la creación adecuada de señales que desactivan la etapa 12 de
inversor. Tal como se muestra en la figura 3, las señales de
desactivación 222a-222c tienen lugar inmediatamente
antes de que los impulsos de reloj 204a-204c
provoquen la inversión de los conmutadores SW1 y SW2. De este modo,
el inversor se desactiva y se mantiene desactivado durante los
impulsos 222a-22c. La lógica en la salida del
biestable 160 no puede cambiar hasta que tenga lugar el siguiente
impulso de reloj. La corriente tal como se muestra en el gráfico
superior decae por la línea 300 hasta que se alcanza el punto de
inversión 200a en el punto 302 del gráfico. Tras esto, existe una
inversión inmediata de polaridad cambiando la lógica en las líneas
80, 82 tal como se muestra en los gráficos 200, 202. Esto requiere
que tenga lugar cierto tiempo de transición inherente en los
transistores IGBT tal como se ha indicado, entre el punto 302 y el
punto 304. La etapa 12 de inversor se activa de nuevo y la corriente
aumenta por la línea 306 hasta el nivel máximo. Esta misma operación
tiene lugar durante cada inversión de la polaridad de los impulsos
P_{1} y P_{2} de corriente tal como se muestra en la figura 3.
Existe un retardo muy corto entre los puntos 302 y 304 provocado por
el tiempo de conmutación inherente de los conmutadores SW1, SW2.
Estos conmutadores están basados en transistor lo que indica que no
están conmutados. En la práctica, estos conmutadores son
transistores IGBT. No se pierde energía de conmutación durante la
operación de conmutación cuando se utilizan conmutadores basados en
transistor. Por supuesto, para poner en práctica la invención
podrían utilizarse otros dispositivos de conmutación rápida que
cambian la conducción según la lógica en un borne, siempre que
tengan capacidad para utilizar corrientes elevadas que puedan
superar 1000 amperios.
La presente invención se muestra esquemáticamente
en la corriente CA mostrada en la figura 4 como impulsos P_{3},
P_{4} alternos. En esta ilustración, una señal de desactivación de
inversor tiene lugar en el punto 320 en el impulso P_{3}. La
corriente decae a través del inductor de salida por la línea 322
hasta que alcanza un nivel bajo determinado por el valor de
corriente baja seleccionado, mostrado como 100 amperios. Esta
corriente es sustancialmente inferior a la corriente máxima de 1200
amperios para el impulso P_{3}. En el punto de inversión de
conmutación, los conmutadores SW1 y SW2 se invierten según la lógica
en las líneas 80, 82. Cuando esto ocurre, se crea inmediatamente el
impulso P_{4} tal como se indica por la línea 330 generalmente
vertical, que es una condición teórica para el punto 332 en el que
la corriente funciona con el nivel negativo máximo. Tan pronto como
el conmutador se activa, la corriente se desplaza por medio del
inductor rigurosamente acoplado con una toma central al mismo nivel
en la polaridad opuesta. La transición por 0 se lleva a cabo también
entre los puntos 334 y 336. La invención puede utilizarse con un
inductor estándar en serie en el circuito de salida positivo o
negativo con el resultado de que la corriente no cambiaría entre los
valores seleccionados tan rápidamente. La corriente CA mostrada en
la figura 4 es de carácter representativo y muestra el concepto
básico de la inversión que implica la desactivación de la etapa de
inversor, que espera hasta que la corriente decaiga a un valor
seleccionado y entonces invierte los conmutadores para invertir la
polaridad de los impulsos de corriente elevada. Tan como se ha
indicado anteriormente, la frecuencia y el ciclo de trabajo de los
impulsos de salida puede variarse cambiando el software mostrado
esquemáticamente como oscilador 170 en la figura 2. Esta
característica se muestra esquemáticamente en las figuras 5 y 6. En
la figura 5, el ciclo de trabajo entre los impulsos P_{5} y
P_{6} es de 50%. Tal como se muestra en el gráfico inferior, el
ciclo de trabajo entre los impulsos P_{7} y el impulso P_{8} es
de 20% mientras que se mantiene la misma frecuencia. En la figura 6,
la frecuencia se incrementa de forma que un ciclo de trabajo de 50%
entre el impulso P_{9} y el impulso P_{10} produce un impulso
individual menor debido a la frecuencia incrementada. Esta
frecuencia incrementada puede tener un cambio en el ciclo de trabajo
tal como se muestra, en el que el impulso P_{11} tiene un ciclo de
trabajo de 20% con respecto al impulso P_{12}. El término "ciclo
de trabajo" se utiliza aquí para indicar el tiempo relativo entre
el impulso positivo y el impulso negativo. La condición de
desequilibrio puede ser ventajosa en algunas operaciones de
soldadura donde la conducción en un sentido es sustancialmente
diferente a la conducción en el sentido opuesto. Según otro aspecto,
es posible cambiar la amplitud de los impulsos de corriente
positivos y negativos tal como se muestra en la figura 7 en los que
la amplitud a para el impulso P_{13} es sustancialmente menor que
la amplitud b para el impulso P_{14}. Este concepto permite una
corriente más elevada en un sentido más que en otro. Por supuesto,
los impulsos P_{5}-P_{14} utilizan la presente
invención en la que el final del impulso se lleva a cabo primero
desactivando la etapa de inversor y después invirtiendo los
conmutadores SW1, SW2. Se pueden implementar otros cambios en las
formas relativas de impulsos alternos.
En las figuras 8 y 9 se muestra una modificación
adicional de la realización preferida, en la que un suministro 400
de energía produce una serie de impulsos P_{20} unipolares tal
como muestra la figura 9. En esta modificación de la invención,
solamente se emplea un único conmutador SW3 para guiar el impulso a
través del arco entre el electrodo E y la pieza W de trabajo a
tierra. Mediante esta modificación, se muestra claramente el
concepto básico de desactivar el inversor que permite que la
corriente elevada decaiga a un valor bajo seleccionado y entonces
desactivar el conmutador de potencia, tal como un IGBT. El concepto
novedoso, inventivo es desactivar el impulso de corriente elevada y
entonces desactivar el conmutador de potencia en un suministro de
energía para soldadura del tipo que funciona con un inversor de alta
frecuencia. En esta modificación, el inversor 402 tiene una salida
controlada por un conmutador único SW3 para pasar el impulso
P_{20} de corriente a través del inductor 404 y a través del
electrodo E y de la pieza W de trabajo a tierra. Una señal de
control en la línea 410 tiene un 1 lógico cuando el conmutador SW3
está activo y un 0 lógico cuando el conmutador está inactivo. La
lógica en la línea 410 se controla por la red 412 lógica que tiene
una entrada 414 para activar el conmutador y una lógica en la línea
416 para desactivar el conmutador. La red de control, que puede ser
software, se muestra como un oscilador 420 cableado que tiene una
entrada 422 para activar o desactivar el inversor 402 tal como se
indica mediante la lógica en la línea 424. Si el conmutador SW3
estuviese activado todo el tiempo, en el electrodo E aparecería un
impulso de corriente de onda cuadrada. Cuando el inversor se activa,
el conmutador SW3 se activa mediante la lógica en la línea 414. Sin
embargo, cuando el inversor se desactiva, el conmutador SW3 no se
desactiva inmediatamente. Desactivar el conmutador SW3 requiere una
señal lógica en la línea 416. Esta señal lógica en la salida de la
puerta Y (AND) tiene un inversor 432 para invertir la lógica del
oscilador 420. Esta lógica invertida aparece en la línea 432a en la
entrada de la puerta 430. La otra entrada a la puerta 430 es la
salida 440a del comparador 440 que tiene una primera entrada de
tensión en la línea 442 proveniente del sensor 440 de corriente
controlado por la corriente instantánea de soldadura tal como se
mide por la resistencia 446 en derivación. La segunda entrada al
comparador 440 es la tensión en la línea 450 que tiene una tensión o
palabra representativa de un valor de corriente seleccionado, tal
como 100 amperios. De este modo, cuando el inversor 402 se
desactiva, un 1 lógico aparece en la línea 432a. Tan pronto como la
corriente disminuye hasta el nivel determinado por la tensión en la
línea 450, aparece un 1 lógico en la segunda entrada 440a de la
puerta 430. Esto provoca que aparezca un 1 lógico en la línea 416
para desactivar el conmutador SW3 y terminar el impulso de
corriente. De este modo, cuando el oscilador se activa el conmutador
SW3 se activa. Esto se muestra en la figura 9 en el flanco delantero
del impulso P_{20}. La invención implica la desactivación del
inversor 402, tal como se indica en el punto 460. La corriente a
través del conmutador SW3 decae a lo largo de la línea 462. Cuando
la corriente de arco instantánea que decae alcanza un valor
seleccionado, que se indicó era 100 amperios, la puerta 430 produce
un 1 lógico para desactivar el conmutador SW3. Esta modificación de
la invención se presenta para mostrar el aspecto esencial de la
presente invención en el contexto de un suministro de energía de
impulsos único. Los impulsos P_{20} tienen lugar a una frecuencia
determinada por la frecuencia del oscilador 420 y tienen un ciclo de
trabajo de este oscilador, oscilador que funciona según la
exposición del oscilador 170 de la figura 2. De este modo, puede
crearse una serie única de impulsos utilizando la presente
invención, o puede crearse una corriente alterna de soldadura.
Claims (37)
1. Suministro (10) de energía para soldadura para
la creación de una corriente para soldadura en una sucesión de
impulsos de corriente con un nivel de corriente máximo y un estado
de atenuación por medio de un inversor, con dichos impulsos de
corriente pasando a través de un circuito en serie que incluye un
inductor (110), un conmutador de potencia de salida y un electrodo
(E) en relación de soldadura con una pieza (W) de trabajo, dicho
suministro (10) de energía teniendo (i) dicho inversor con una
entrada para conectarse a una fuente de alimentación, y dicho
inversor incluyendo al menos un primer borne (90) de salida a una
primera polaridad eléctrica cuando dicho inversor está activado,
(II) un dispositivo (70) de control para generar una señal de
desactivación para desactivar dicho inversor y eliminar corriente de
dicho al menos primer borne (90) para desplazar dicho impulso de
corriente hacia un estado desactivado; y (III) dicho conmutador de
potencia de salida incluyendo al menos un primer conmutador basado
en transistor que tiene un estado de conducción que hace pasar la
corriente desde dicho al menos primer borne (90) durante la creación
de una primera señal de control y un estado de
no-conducción que bloquea la corriente durante la
creación de una segunda señal de control, caracterizado
porque dicho dispositivo (70) de control incluye además un circuito
o programa para la creación de al menos dicha segunda señal de
control y además incluye un medio de retardo para desactivar dicho
inversor antes de que dicha segunda señal de control conmute dicho
conmutador de potencia de salida desde dicho estado de conducción
hasta dicho estado de no-conducción, en el que dicho
inversor incluye un segundo borne (92) de salida en una segunda
polaridad eléctrica cuando dicho inversor está activado y el
suministro (10) de energía para soldadura comprende además un sensor
para medir el valor instantáneo de dicha corriente para soldadura,
un comparador para producir una señal de corriente baja cuando dicha
corriente instantánea está en un valor seleccionado sustancialmente
por debajo de dicho nivel máximo de corriente, en el que dicho
circuito o programa crea al menos dicha segunda señal de control
durante la producción de una señal de corriente baja después de la
generación de una señal de desactivación por la cual dicho
conmutador basado en transistor se conmuta desde dicho estado de
conducción hasta dicho estado de no-conducción,
cuando dicha corriente para soldadura está en dicho valor
seleccionado.
2. Suministro (10) de energía para soldadura
según la reivindicación 1, para la creación de una sucesión de
impulsos de corriente positivos y negativos por medio de dicho
inversor con dichos impulsos de corriente positivos pasando a través
de un primer segmento de inductor y un electrodo (E) en serie con
una pieza (W) de trabajo cerrando dicho primer conmutador basado en
transistor durante la recepción de una señal de control y dichos
impulsos de corriente negativos pasando a través de un segundo
segmento de inductor y dicho electrodo (E) cerrando un segundo
conmutador basado en transistor durante la recepción de una señal de
control, en el que dicho dispositivo (70) de control incluye medios
de inversión para conmutar entre dichas señales de control para
invertir la polaridad de dichos impulsos de corriente, y dichos
medios de retardo incluyen medios para desactivar dicho inversor
antes de que dichas señales se inviertan.
3. Suministro de energía para soldadura según la
reivindicación 2, en el que dicho medio de retardo incluye un medio
para determinar cuándo disminuyen dichos impulsos de corriente hasta
una corriente de un valor seleccionado y un medio para activar dicho
medio de inversión cuando dicha corriente disminuye hasta dicho
valor seleccionado.
4. Suministro de energía para soldadura según la
reivindicación 2 ó 3, en el que dichos segmentos de inductor son una
parte de un único inductor.
5. Suministro de energía para soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que dicho medio de
inversión es un biestable lógico en el que la lógica Q es dicha
primera señal y dicha lógica es dicha segunda señal de control.
6. Suministro de energía para soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que dicho medio de
retardo incluye una red lógica en la que la salida de un oscilador
se combina con una de dichas señales lógicas para desactivar dicho
inversor antes del inicio de la otra de dichas señales de
control.
7. Suministro de energía para soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que dicho medio de
retardo incluye un medio para detectar la corriente para soldadura
instantánea y un medio para activar dicho medio de inversión cuando
dicha corriente para soldadura está en un valor seleccionado.
8. Suministro de energía para soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicha fuente de
alimentación es una fuente de alimentación polifásica.
9. Suministro de energía para soldadura según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho inversor
incluye una red (30) de conmutación controlada por un modulador de
impulsos en duración que funciona a una frecuencia superior a
aproximadamente 18 kHz.
10. Suministro de energía para soldadura según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dichos
impulsos de corriente tienen una frecuencia de menos de
aproximadamente 400 Hz.
11. Suministro de energía para soldadura según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicha etapa
(12) del inversor implica un transformador de salida con un devanado
primario que recibe impulsos de corriente de alta frecuencia y un
devanado secundario que suministra impulsos de corriente a dichos
bornees.
12. Suministro de energía para soldadura según
una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11, en el que los
impulsos de corriente tienen todos una polaridad eléctrica dada.
13. Suministro de energía para soldadura según
una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12, en el que dicha
sucesión de impulsos incluye impulsos que alternan entre impulsos de
corriente positivos e impulsos de corriente negativos.
14. Suministro de energía para soldadura según la
reivindicación 14, que incluye un medio para crear dichos impulsos
positivos y negativos y un medio para regular la frecuencia de
dichos impulsos.
15. Suministro de energía según la reivindicación
13 ó 14, que incluye un medio para regular el tiempo relativo entre
dichos impulsos de corriente positivos y negativos.
16. Suministro de energía según la
reivindicación 13, 14 ó 15, que incluye medios para regular la
amplitud relativa de dichos impulsos de corriente positivos y
negativos.
17. Suministro de energía según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 16, en el que dicho valor de la
corriente seleccionado es menor que aproximadamente 200
amperios.
18. Suministro de energía según la
reivindicación 17, en el que dicho valor de corriente seleccionado
está en el intervalo general de 100-150
amperios.
19. Método para crear corriente para soldadura en
una sucesión de impulsos de corriente con un nivel máximo de
corriente y un estado de atenuación, pasando dichos impulsos de
corriente a través de un circuito en serie que incluye un inductor
(110), un conmutador de potencia de salida y un electrodo (E) en
relación de soldadura con una pieza (W) de trabajo, con un
suministro (10) de energía que tiene una etapa (12) de inversor con
una entrada para conectarse a una fuente de alimentación, al menos
un primer borne (90) de salida en una primera polaridad eléctrica
cuando dicho inversor está activado, y un dispositivo (70) de
control para generar una señal de desactivación para desactivar
dicho inversor y eliminar la corriente de dicho al menos primer
borne (90) para desplazar dicho impulso de corriente hacia un estado
desactivado; e incluyendo dicho conmutador de potencia de salida al
menos un primer conmutador basado en transistor que tiene un estado
de conducción que hace pasar la corriente desde dicho al menos
primer borne (90) durante la creación de una primera señal de
control y un estado de no-conducción que bloquea la
corriente durante la creación de una segunda señal de control,
caracterizado porque el método comprende además
(a) medir el valor instantáneo de dicha corriente
para soldadura;
(b) producir una señal de corriente baja cuando
dicha corriente instantánea está en un valor seleccionado
sustancialmente por debajo de dicho nivel máximo de corriente; y
(c) crear dicha segunda señal lógica durante la
producción de una señal de corriente baja tras la generación de una
señal de desactivación por lo que dicho conmutador basado en
transistor se conmuta desde dicho estado de conducción hasta dicho
estado de no-conducción cuando dicha corriente para
soldadura está generalmente en dicho valor seleccionado.
20. Método según la reivindicación 19, en el que
dicha fuente de alimentación es una fuente de alimentación
polifásica.
21. Método según la reivindicación 19 ó 20, en el
que dicho inversor incluye una red (30) de conmutación controlada
por un modulador de impulsos en duración que funciona a una
frecuencia superior de aproximadamente 18 kHz.
22. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 19 a 21, en el que dichos impulsos de corriente
tienen una frecuencia menor que aproximadamente 400 kHz.
23. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 19 a 22, en el que dicha sucesión de impulsos
incluye impulsos que alternan entre impulsos de corriente positivos
e impulsos de corriente negativos.
24. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 19 a 23, que incluye:
(d) crear dichos impulsos positivos y negativos y
medios para regular la frecuencia de dichos impulsos.
25. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 19 a 24, en el que dicho valor de corriente
seleccionado es menor que aproximadamente 200 amperios.
26. Método según la reivindicación 25, en el que
dicho valor de corriente seleccionado está en el intervalo general
de 100-150 amperios.
27. Método para crear una sucesión de impulsos de
corriente positivos y negativos por medio de un inversor con dichos
impulsos de corriente positivos pasando a través de un primer
segmento de inductor y un electrodo (E) en serie con una pieza de
trabajo (W) cerrando un primer conmutador basado en transistor
durante la recepción de una primera señal de control y dichos
impulsos de corriente negativos pasando a través de un segundo
segmento de inductor y dicho electrodo (E) cerrando un segundo
conmutador basado en transistor durante la recepción de una segunda
señal de control, caracterizado porque el método comprende
además:
(a) conmutar entre dicha primera y segunda
señales de control para invertir la polaridad de dichos impulsos de
corriente; y
(b) desconectar dicho inversor antes de que
dichas señales de control se conmuten.
28. Método según la reivindicación 27, que
incluye además:
(c) determinar cuándo disminuyen dichos impulsos
de corriente a una corriente de un valor seleccionado; y
(d) activar dicha inversión cuando dicha
corriente disminuye a dicho valor seleccionado.
29. Suministro (10) de energía para soldadura
para una soldadura por arco de corriente elevada CA en un electrodo
(E) y una pieza (W) de trabajo a tierra, comprendiendo dicho
suministro (10) de energía un inversor para convertir tensión
alterna en una fuente de corriente CC que tiene una corriente máxima
de al menos 200 amperios con un borne (90) positivo, un borne (92)
negativo, un borne (94) a tierra y una red (30) de conmutación de
salida que incluye un primer conmutador basado en transistor en
serie con dicho borne (90) positivo, un primer segmento de inductor,
dicho electrodo (E) y dicha pieza (W) de trabajo a tierra, un
segundo conmutador basado en transistor en serie con dicho borne
(92) negativo, un segundo segmento de inductor, dicho electrodo (E)
y dicha pieza (W) de trabajo a tierra y un medio de control para
activar dicho primer conmutador y desactivar dicho segundo
conmutador alternativamente en un primer punto de inversión del
conmutador y activar dicho segundo conmutador y desactivar dicho
primer conmutador en un segundo punto de inversión para crear una
corriente elevada CA para soldadura con impulsos de corriente
alternos positivos y negativos para una soldadura por arco
eléctrico, caracterizado porque dicho inversor tiene una
inductancia baja y un medio para desactivar dicho inversor durante
la recepción de una señal de desactivación del inversor y un medio
de control para crear dicha señal de desactivación del inversor
antes de dichos puntos de inversión.
30. Suministro (10) de energía para soldadura
según la reivindicación 29, que incluye un medio para disponer
dichos puntos de inversión en un valor de corriente seleccionado
generalmente por debajo de aproximadamente 200 amperios.
31. Suministro (10) de energía para soldadura
según la reivindicación 29 ó 30, en el que dicho inversor incluye
una red (30) de conmutación modulada por impulsos en duración que
funciona a una alta frecuencia generalmente mayor que
aproximadamente 18 kHz.
32. Suministro (10) de energía para soldadura
según una cualquiera de las reivindicaciones 29 a 31, en el que
dichos impulsos de corriente positivos y negativos tienen una
frecuencia menor que 400 Hz.
33. Suministro (10) de energía para soldadura
según una cualquiera de las reivindicaciones 31 a 32, en el que
dicha corriente máxima del inversor es generalmente mayor que 1000
amperios.
34. Suministro (10) de energía para soldadura
según una cualquiera de las reivindicaciones 29 a 33 que incluye
medios para regular la frecuencia de dichos impulsos.
35. Suministro de energía para soldadura según
una cualquiera de las reivindicaciones 29 a 34 que incluye medios
para regular el tiempo relativo entre dichos impulsos de corriente
positivos y negativos.
36. Suministro de energía para soldadura según
una cualquiera de las reivindicaciones 29 a 35, en el que dicho
inversor incluye una entrada para conectarse a una fuente
polifásica.
37. Suministro de energía para soldadura según
una cualquiera de las reivindicaciones 29 a 36, en el que dichos
segmentos de inductor son parte de un único inductor.
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