ES2338920T3 - Fuente de corriente electrica, en especial fuente de corriente de soldadura. - Google Patents
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Abstract
Fuente de corriente eléctrica, en especial una fuente de corriente de soldadura, con un convertidor resonante (11, 12) que presenta una conexión de puente (1, 2, n) unida o que puede unirse por el lado de entrada a una fuente de corriente eléctrica continua, y que presenta un circuito resonante dispuesto por el lado de salida de la conexión de puente con un transformador (Tr1, Tr2, Trn) y que está unido o puede unirse, a través del lado secundario del transformador, a un circuito de carga en el lado de salida, en especial a un proceso de soldadura (L, Rlast), en donde están previstos al menos dos convertidores resonantes (11, 12, Kn) unidos o que pueden unirse por el lado de entrada en conexión en serie o paralelo y los lados secundarios de los respectivos transformadores están conectados en serie total o parcialmente, caracterizada porque los convertidores resonantes (11, 12, Kn) presentan una capacidad en paralelo (Cp) común, que está conectada eléctricamente en paralelo a los lados secundarios o partes de lados secundarios conectados en serie de los transformadores (Tr1, Tr2, Trn).
Description
Fuente de corriente eléctrica, en especial
fuente de corriente de soldadura.
La invención se refiere a una fuente de
corriente eléctrica, en especial una fuente de corriente de
soldadura, con las particularidades del preámbulo de la
reivindicación 1.
El documento 1 251 991 B1 muestra una fuente de
corriente de soldadura con un convertidor resonante, que presenta
una conexión de puente unida por el lado de entrada a una fuente de
corriente continua. La conexión de puente está configurada como
puente integral. La conexión de puente está unida por el lado de
salida a un circuito resonante, cuyas salidas están unidas
directamente al circuito de carga.
Se conoce otra fuente de corriente con
convertidor resonante y conexión de puente configurada como
semi-puente, y sin transformador, del documento DE
44 11 227 A1.
Se conoce básicamente conectar convertidores en
paralelo, si en el circuito de carga se necesita una potencia
elevada. Esto es posible sin más cuando se utilizan los llamados
convertidor de paso o bloqueo, porque estos convertidores permiten
una modulación de duración de impulsos sincronizada por reloj, sin
que pueda producirse en el convertidor una distribución de potencia
desigual digna de mención. La potencia transmitida por cada
convertidor depende prácticamente sólo de la duración de impulso
respectiva de la modulación de duración de impulsos.
En el caso de convertidores resonantes, por el
contrario, la potencia transmitida depende mucho del
dimensionamiento de los elementos constructivos del circuito
resonante. A causa de la inevitable dispersión de los elementos
constructivos es necesario por ello, en el caso de conexión en
paralelo de convertidores resonantes, contar con una transmisión de
potencia muy diferente de los convertidores conectados en paralelo,
si todos los convertidores paralelos se modulan de la misma forma.
Esto significa lo mismo que sin medidas especiales sólo puede
conseguirse una distribución uniforme de la potencia entre varios
convertidores resonantes en paralelo con un control individual de
los convertidores en paralelo. Esto significa lo mismo que una
complejidad de control indeseablemente elevada. A esto hay que
añadir que a cada convertidor resonante debería asociarse un
rectificador específico en el lado de salida, en el lado de entrada
del circuito de corriente de carga, para evitar pérdidas de
corriente alterna.
Del documento japonés JP 10216936 se conoce una
fuente de corriente de soldadura eléctrica, en la que están
conectados en paralelo dos convertidores resonantes. Cada
convertidor resonante presenta una conexión de puente unida por el
lado de entrada a una fuente de corriente continua eléctrica así
como un circuito resonante con un transformador, dispuesto en el
lado de salida de la conexión de puente. El lado secundario del
transformador está unido a un circuito de carga en el lado de
salida. Los lados secundarios de los transformadores de los
circuitos resonantes están conectados eléctricamente en serie unos a
otros.
La misión de la invención consiste, en una
fuente de corriente de la clase indicada al comienzo, por un lado
en hacer posible potencias elevadas en el circuito de carga y, por
otro lado, mantener lo más reducido posible la necesaria
complejidad de conexión y control.
Esta misión es resuelta conforme a la invención
mediante una fuente de corriente eléctrica con las particularidades
de la reivindicación 1.
La invención se basa en la idea general de
prever un lado secundario de los transformadores común para los
convertidores resonantes paralelos, de tal modo que los circuitos
resonantes paralelos se acoplen entre sí "rígidamente" y los
convertidores resonantes paralelos estén sincronizados prácticamente
con relación a sus oscilaciones resonantes. Para esto está asociada
una capacidad paralela común a los convertidores resonantes en el
lado secundario de los transformadores, de tal modo que los
convertidores resonantes funcionan en paralelo como convertidores
resonantes en paralelo o como convertidores resonantes en serie. La
capacidad paralela común actúa de forma que determina la frecuencia
para todos los convertidores resonantes, de tal modo que las
oscilaciones resonantes de los convertidores se sincronizan por
reloj de una forma especialmente intensa.
De este modo es posible sin más sincronizar por
reloj totalmente las conexiones de puente de los convertidores
resonantes conectados en paralelo, con la consecuencia de que
también en el caso de varios convertidores resonantes en paralelo
sólo es necesaria la misma complejidad de control que en el caso de
un único convertidor resonante.
Asimismo puede estar previsto para los
convertidores resonantes en paralelo un único rectificador en el
lado secundario de los transformadores.
La conexión en serie de los lados secundarios de
los transformadores puede estar configurada conforme a una forma de
realización preferida, de tal modo que en cada caso estén conectados
eléctricamente en serie lados secundarios completos.
En lugar de esto, conforme a otra forma de
realización preferida de la invención es también posible prever en
los transformadores citados derivaciones del punto central en el
lado secundario y configurar la conexión en serie, de tal modo que
en cada caso una parte lateral secundaria del transformador de un
convertidor resonante esté situada directamente en serie con
relación a una parte lateral secundaria del transformador de otro
convertidor
resonante.
resonante.
Por lo demás, con relación a particularidades
preferidas de la invención se hace referencia a las reivindicaciones
y a la siguiente explicación del dibujo, con base en el cual se
describen con más detalle formas de realización especialmente
preferidas de la invención.
Se solicita protección, no sólo para
combinaciones de particularidades representadas o indicadas
expresamente, sino en principio también para cualquier
sub-combinación de estas particularidades.
En el dibujo muestran
la fig. 1 un esquema de conexiones de una
primera forma de realización de la invención con dos convertidores
resonantes en paralelo, que están unidos por el lado de entrada en
paralelo a una fuente de tensión continua eléctrica,
la fig. 2 una forma de realización modificada
con relación a la fig. 1, en la que los convertidores resonantes en
paralelo están unidos por el lado de entrada en serie a la fuente de
corriente continua eléctrica,
la fig. 3 una disposición correspondiente a la
fig. 1 con más de dos convertidores resonantes en paralelo,
la fig. 4 una forma de realización, en la que
los lados secundarios de los transformadores del lado de salida de
los convertidores resonantes presentan derivaciones del punto
central,
la fig. 5 una variación de la conexión
representada en la fig. 4,
la fig. 6 una primera variante con conexión de
semi-puente,
la fig. 7 otra variante con conexión de
semi-puente y
la fig. 8 una variación de la realización según
la fig. 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Conforme a la fig. 1 están unidos entre sí dos
convertidores resonantes 11 y 12 en conexión en paralelo, con los
contactos de salida + V_{DC} y - V_{DC}. Cada convertidor
resonante 11 y 12 posee en el lado de entrada una conexión de
puente sincronizada 1 ó 2, que transforma la tensión continua
eléctrica por el lado de entrada de la fuente de corriente continua
en una tensión alterna eléctrica en el lado de salida, cuya
frecuencia se corresponde con la frecuencia de reloj. Para evitar
que puedan reacoplarse corrientes o tensiones eléctricas alternas
en el lado de entrada de las conexiones de puente 1 y 2, las
entradas de las dos conexiones de puente 1 y 2 están unidas entre
sí en cada caso a través de condensadores 3 con elevada capacidad,
por ejemplo a través de condensadores electrolíticos.
Entre las salidas de las conexiones de puente 1
y 2 están dispuestas en cada caso conexiones en serie, que
comprenden una inductividad Ls, el lado primario de un transformador
de alta frecuencia Tr1 o Tr2 así como una capacidad en serie Cs.
Los lados secundarios de los transformadores Tr1 y Tr2 están unidos
entre sí eléctricamente en serie y conectados en paralelo a una
capacidad en paralelo Cp, común a ambos convertidores resonantes 11
y 12. La inductividad Ls puede formarse también mediante la
inductividad de dispersión integrada del transformador Tr1 o
Tr2.
En paralelo a la capacidad en paralelo Cp está
dispuesta una conexión rectificadora 4, común para ambos
convertidores resonantes 11 y 12, en el lado secundario con
relación a los transformadores Tr1 y Tr2 y que alimenta un circuito
de carga eléctrico, por ejemplo un proceso de soldadura que se ha
representado en la fig. 1 como esquema de conexiones eléctrico de
reserva, es decir, con una conexión en serie formada por una
inductividad L y una resistencia de carga R_{last}.
Mediante la conexión en serie de los lados
secundarios de los transformadores Tr1 y Tr2 se acoplan entre sí
intensamente los convertidores resonantes 11 y 12 y se sincronizan
entre sí conforme a las oscilaciones, ya que a través de los
devanados secundarios conectados en serie de los transformadores Tr1
y Tr2 actúa el condensador resonante en paralelo Cp sobre los
distintos circuitos resonantes, en el lado de entrada de los
transformadores Tr1 y Tr2.
Debido a que además la capacidad en paralelo Cp
está conectada conforme a la invención en paralelo a los lados
secundarios conectados en serie de los transformadores Tr1 y Tr2, es
una pieza constructiva determinante para la frecuencia de
resonancia para ambos convertidores resonantes 11 y 12. A pesar de
la inevitable dispersión de los valores de las inductividades Ls
así como de las capacidades Cs, de este modo se producen entre las
salidas de las conexiones de puente 1 y 2 corrientes eléctricas
prácticamente iguales y de la misma fase o tensiones eléctricas
iguales y de la misma fase, si las conexiones de puente 1 y 2 se
sincronizan por reloj.
Exactamente esta sincronización de reloj de las
conexiones de puente 1 y 2 está prevista conforme a la invención y
deseada con relación a una reducida complejidad de control para la
sincronización. Como resultado de esto contribuyen de este modo los
convertidores de resonancia 11 y 12, en el caso de una
sincronización de reloj de sus conexiones de puente 1 y 2, en cada
caso en la mitad a la potencia alimentada al circuito de carga.
En el ejemplo de la fig. 1 los convertidores
resonantes 11 y 12 están configurados en cada caso como
convertidores resonantes en serie-paralelo, en
donde cada convertidor 11 ó 12 presenta la capacidad Cs situada en
serie con relación a su inductividad Ls así como la capacidad en
paralelo Cp común a ambos convertidores.
A diferencia de la representación de los dibujos
los convertidores 11 y 12 podrían estar también configurados como
convertidores resonantes en paralelo. Después puede prescindirse de
las capacidades Cs.
Fundamentalmente puede prescindirse de la
capacidad en paralelo Cp común, si se dispone de las capacidades en
serie Cs y los convertidores resonantes están configurados de forma
correspondiente como convertidores resonantes en serie. Solamente
el lado secundario de los transformadores Tr1 y Tr2, común para los
convertidores, es responsable de una oscilación suficientemente
sincrónica de los convertidores con una sincronización de reloj de
las conexiones de puente 1 y 2. Mediante la capacidad en paralelo Cp
común se mejora adicionalmente la sincronización de las
oscilaciones.
La disposición de la fig. 2 se diferencia de la
disposición según la fig. 1 solamente en que las entradas de las
conexiones de puente 1 y 2 de los convertidores 11 y 12, entre los
contactos + V_{DC} y - V_{DC} de la fuente de corriente
continua, están conectadas en serie. Una conexión de este tipo es
conveniente si la tensión de entrada eléctrica en las conexiones de
puente 1 y 2 debe ser la mitad de grande que la tensión eléctrica
entre los contactos de la fuente de corriente continua.
La fig. 3 muestra a continuación que funcionan
en paralelo más de dos convertidores resonantes 11 y 12 a Kn, con
un lado secundario común de los transformadores Tr1 y Trn y
capacidad en paralelo Cp común, y pueden unirse a un rectificador
común 4 en el lado de entrada del circuito de carga L,
R_{last}.
Las conexiones de puente 1 y 2 a n
correspondientes pueden a este respecto, como se ha representado en
la fig. 3, estar conectadas en paralelo en el lado de entrada,
análogamente a la disposición en la fig. 1.
Básicamente es también posible, sin embargo,
prever una conexión en serie en el lado de entrada conforme a la
fig. 2.
Dado el caso puede prescindirse también de las
capacidades en serie Cs.
En el caso de que se disponga de las capacidades
en serie Cs, podría prescindirse básicamente de la capacidad en
paralelo Cp común, porque sólo la conexión en serie de los lados
secundarios de los transformadores Tr1 a Trn produce una suficiente
sincronización de los convertidores 11, 12 a K_{n}. Con relación a
una sincronización especialmente buena, sin embargo, es ventajosa
la capacidad en paralelo.
Las figuras 4 y 5 muestran a modo de ejemplo dos
variantes de realización, en las que los lados secundarios de los
transformadores Tr1 y Tr2 están dotados de tomas centrales. De forma
correspondiente a esto, los devanados parciales en el lado
secundario de los transformadores Tr1 y Tr2 pueden conectarse en
serie de forma diferente.
En las figuras 1 a 5 se parte de la base de que
las conexiones de puente 1 y 2 a K_{n} están configuradas en cada
caso como puentes integrales.
La fig. 6 muestra a continuación que las
conexiones de puente 1 y 2 también pueden estar configuradas como
semi-puentes, en donde la capacidad en serie Cs está
formada por dos condensadores con las capacidades Cs/2.
En unión a la capacidad en paralelo Cp común,
que está situada en paralelo a los lados secundarios conectados en
serie de los transformadores Tr1 y Tr2, los convertidores resonantes
11 y 12 presentan a su vez convertidores en
serie-paralelo.
Dado el caso puede prescindirse de la capacidad
en paralelo Cp, ya que la conexión en serie de los lados secundarios
de los transformadores Tr1 y Tr2 es responsable de una
sincronización suficiente de los convertidores resonantes 11 y 12
en el caso de una sincronización de reloj de los
semi-puentes 1 y 2. Sin embargo, la disposición de
la capacidad en paralelo Cp es extremadamente ventajosa con relación
a un grado de sincronización especialmente elevado.
En el lado de entrada las conexiones de puente 1
y 2 pueden unirse del mismo modo en paralelo o en serie a una
fuente de tensión continua eléctrica, como se ha representado a modo
de ejemplo en las figuras 1 y 2.
Otra posibilidad de conectar en paralelo dos
convertidores resonantes 11 y 12 con conexión de
semi-puente 1 y 2 en el lado de entrada se muestra
en la fig. 7. aquí se han conectado en serie, aparte de los lados
secundario, también los lados primarios de los transformadores Tr1
y Tr2. De este modo los convertidores resonantes 11 y 12 forman
eléctricamente un único "gran" convertidor resonante, en donde
los semi-puentes 1 y 2 actúan juntos como un puente
integral.
Para que los convertidores resonantes 11 y 12 de
la fig. 7 puedan usarse también aisladamente, con independencia uno
del otro, es necesario prever disposiciones de conmutación o
reversión, que hagan posible conectar la conexión del lado primario
del transformador Tr1 del convertidor resonante 11 o del
transformador Tr2 del convertidor resonante 12, unida en cada caso
al convertidor resonante en paralelo, del modo mostrado en la fig.
6 entre dos capacidades conectadas en serie entre las entradas de la
respectiva conexión de puente 1 ó 2.
La fig. 8 muestra, a diferencia de la fig. 2 que
representa una conexión con dos módulos o conexiones de puente 1,
2, una conexión correspondiente con n módulos/circuitos de
puente.
Claims (8)
1. Fuente de corriente eléctrica, en especial
una fuente de corriente de soldadura, con un convertidor resonante
(11, 12) que presenta una conexión de puente (1, 2, n) unida o que
puede unirse por el lado de entrada a una fuente de corriente
eléctrica continua, y que presenta un circuito resonante dispuesto
por el lado de salida de la conexión de puente con un transformador
(Tr1, Tr2, Trn) y que está unido o puede unirse, a través del lado
secundario del transformador, a un circuito de carga en el lado de
salida, en especial a un proceso de soldadura (L, R_{last}), en
donde están previstos al menos dos convertidores resonantes (11, 12,
K_{n}) unidos o que pueden unirse por el lado de entrada en
conexión en serie o paralelo y los lados secundarios de los
respectivos transformadores están conectados en serie total o
parcialmente, caracterizada porque los convertidores
resonantes (11, 12, K_{n}) presentan una capacidad en paralelo
(Cp) común, que está conectada eléctricamente en paralelo a los
lados secundarios o partes de lados secundarios conectados en serie
de los transformadores (Tr1, Tr2, Trn).
2. Fuente de corriente según la reivindicación
1, caracterizada porque en cada caso están conectados en
serie lados secundarios completos de los transformadores (Tr1, Tr2,
Trn).
3. Fuente de corriente según la reivindicación
1, caracterizada porque los transformadores (Tr1, Tr2, Trn)
presentan tomas de punto central en los lados secundarios y en cada
caso una parte de lado secundario de cada transformador está
situada eléctricamente de forma directa en serie, con relación a una
parte de lado secundario del transformador de otro convertidor
resonante.
4. Fuente de corriente según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque en el lado de
entrada del circuito de carga (L, R_{last}) está dispuesto un
rectificador (4) común para todos los convertidores resonantes (11,
12, K_{n}).
5. Fuente de corriente según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque entre las
entradas de las conexiones de puente (1, 2, n) están dispuestos
condensadores (3) con elevada capacidad.
6. Fuente de corriente según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque las conexiones
de puente (1, 2, n) están configuradas como puentes integrales.
7. Fuente de corriente según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque las conexiones
de puente (1, 2, n) están configuradas como
semi-puentes.
8. Fuente de corriente según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque cada convertidor
resonante (11, 12, K_{n}) presenta su propia capacidad en serie
(Cs), que está situada eléctricamente en serie con relación al lado
primario del transformador (Tr1, Tr2, Trn) del respectivo
convertidor resonante.
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