ES2353063T3 - Puesto de solddura por arco eléctrico con un ondulador cuasi-resonante de conmutacion suave. - Google Patents
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Abstract
Puesto de soldadura con ondulador, caracterizado porque comprende un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que comprende: - unos medios (4, 6) de conexión a una fuente (8) de alimentación de energía eléctrica que comprende un borne (6) de alimentación de tensión continua y un borne de referencia (4), - dos celdas (30; 102) de conmutación de tipo cuasi-resonante y que comprenden un número par de interruptores (32; 104) que, conectados en serie entre dichos bornes de alimentación y de referencia (4, 6), comprenden un borne (36; 108) de salida enganchado entre los dos interruptores centrales de dicha celda (30; 102), estando cada interruptor (32; 104) conectado en paralelo a un elemento capacitivo (34; 106) y en serie a un elemento inductivo (58; 120) formando los elementos de resonancia, y - unos medios de conexión a un circuito (38; 20 110) de control de dichos interruptores (32; 104) y un transformador (40) cuyo elemento primario está unido a los bornes de salida (38; 108) de las celdas (30; 102) de conmutación y cuyo secundario está unido a un rectificador (44) que suministra una tensión continua de salida de ondulador, y - dos divisores capacitivos (50; 112) formados por un número par de elementos capacitivos (52; 114) dispuestos en serie entre dichos bornes (6) de alimentación y (4) de referencia, comprendiendo cada divisor capacitivo (50; 112) un borne que, enganchado entre los dos elementos capacitivos centrales, forma un borne intermedio (56; 118) de alimentación enganchado a un potencial que es la mitad de la diferencia de potencial presente entre dichos bornes de alimentación de tensión continua (6) y de referencia (4), estando el borne (36; 108) de salida de cada celda (30; 102) de conmutación unido a un borne intermedio (56; 118) de alimentación por mediación del elemento inductivo (58; 120) conectado en serie, y - unos diodos (54; 116) montados en paralelo con cada elemento capacitivo (52; 114) de los divisores capacitivos (50; 112).
Description
La presente invención se refiere a un puesto de soldadura por arco eléctrico que comprende un ondulador de tipo denominado «cuasi-resonante de conmutación suave». 5
Hoy en día existen, en el campo de la electrónica denominado «electrónica de potencia», onduladores que permiten suministrar tensiones de salida continuas que funcionan según un principio denominado «de conmutación suave». 10
El esquema eléctrico de tal ondulador conocido, de tipo cuasi-resonante de conmutación suave, está representado con referencia a la figura 1 en una configuración funcional.
Este ondulador 2 está conectado entre un borne 4 de 15 referencia y un borne 6 de alimentación de una fuente 8 de tensión continua.
Unas celdas o brazos de conmutación (denominadas «legs» en inglés), designados de manera general por la referencia numérica 10 y de manera particular por las 20 referencias 101 y 102, están dispuestos en paralelo entre los bornes 4 y 6 de la fuente 8 de tensión. Cada una de estas celdas 10 comprende dos interruptores interconectados en serie entre los bornes 4 y 6. Los interruptores se designan de manera general por la 25 referencia numérica 12 y de manera particular por las referencias 121,1, 121,2, 122,1, 122,2.
Cada interruptor 12 está formado de manera convencional por uno o varios tiristores o transistores controlables, entre cuyos bornes están montados unos 30 diodos en antiparalelo.
Además, cada interruptor 12 de cada celda 10 de conmutación está montado asimismo en paralelo con un elemento capacitivo de ayuda a la conmutación, designado de manera general por la referencia numérica 14 y de 35
manera particular por las referencias numéricas 141,1, 141,2, 142,1, 142,2.
Las celdas 101 y 102 de conmutación presentan así sendos bornes 161 y 162 de salida enganchados entre los dos interruptores centrales de cada celda. 5
Por otro lado, cada interruptor 12 de cada celda 10 está unido para su gobierno a un dispositivo 18 de control exterior al ondulador 2.
El ondulador 2 comprende asimismo un transformador 20 cuyo primario estáa unido en serie entre los dos 10 bornes 161 y 162 de salida de las celdas 101 y 102 de conmutación de conmutación.
Además, un elemento inductivo 22 está unido en serie entre el primario del transformador y el borne 161 de salida de la celda 101 con el fin de formar un elemento 15 resonante.
Por su parte, el secundario del transformador 20 está unido a un rectificador 24 cuyos bornes 26 de salida forman la salida del ondulador 2.
El funcionamiento y el gobierno de un circuito de 20 este tipo son conocidos en el estado de la técnica.
El dispositivo 18 de control suministra únicamente controles de bloqueo a los distintos interruptores 12. La conmutación de un estado de corte a un estado de conducción se realiza de manera espontánea a tensión nula 25 según el principio de la conmutación suave cuasi-resonante, en el momento de la recepción de una autorización de conmutación emitida por el dispositivo 18 de control.
En efecto, la energía reactiva almacenada en los 30 elementos de resonancia, esto es, los elementos capacitivos 14 y el elemento inductivo 22, a los que se añaden eventualmente las capacidades parásitas de los interruptores 12 y la inductancia de dispersión del transformador 20, permite obtener espontáneamente a nivel 35
de los bornes 16 de salida de las celdas 20 unas condiciones que permiten la conmutación del estado de corte al estado de conducción correspondiente a una conmutación suave.
En el contexto de la cuasi-resonancia, las fases de 5 resonancia que permiten la conmutación son de muy corta duración a la escala de la frecuencia de troceo del ondulador, tales como por ejemplo del orden de 1/10 de este período.
Semejantes circuitos presentan un importante número 10 de ventajas respecto a onduladores de resonancia y/o de encendido y bloqueo controlados.
Sin embargo, estos circuitos quedan limitados en su margen de funcionamiento y en particular en las variaciones de la amplitud de la corriente de salida. 15
En efecto, por debajo de una corriente límite, los elementos capacitivos 14 de resonancia se descargan con demasiada lentitud, de modo que no se reúnen las condiciones de encendido espontáneo de las celdas 10 de conmutación. Por tanto, el ondulador no funciona por 20 debajo de esta corriente límite.
Esto puede plantear serios problemas, en particular en el contexto de aplicaciones para puestos de soldadura que requieren corrientes cuya intensidad varía en el margen de funcionamiento en su conjunto, que se extiende 25 por ejemplo de 10 a 500 amperios para una tensión de 50 voltios.
Existen onduladores provistos de circuitos auxiliares que permiten resolver este problema.
Sin embargo, estos circuitos auxiliares son 30 complejos y utilizan un gran número de interruptores, lo que precisa del desarrollo de circuitos de control suplementarios.
Además, en el contexto de una conmutación suave, semejantes circuitos se ubican en el secundario del 35
transformador del ondulador, lo que limita las utilizaciones del mismo. En particular, la utilización de circuitos auxiliares en el secundario es menos sencilla en el ámbito de los puestos de soldadura.
Por otro lado, se conoce el documento EP-A-602495, 5 que describe un ondulador del tipo de resonancia completa para puesto de soldadura, que integra un rectificador de intensidad de corriente con capacidad a la salida del rectificador. Éste comprende además un medio de control (driver) por basculamiento cuando el valor de intensidad 10 se hace nulo.
Más aún, el documento US-A-6016258 describe un convertidor CC-CC de condensadores por basculamiento en una tensión nula, en tanto que la publicación de Tanako y col., Auxiliary Resonant Commutated Soft-Switching 15 Inverter with Bidirectionnal Active switches and Voltage Clamping Diodes, IEEE 2001, p. 1441 a 1446 propone un ondulador de tipo de resonancia total para aparato de rayos X.
El problema que se plantea es pues que no existe a 20 día de hoy un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que permita suministrar una corriente de salida en el conjunto de un margen de funcionamiento, cuando se integra en un puesto o generador de corriente de soldadura. 25
La solución de la invención es por consiguiente un puesto de soldadura según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que comprende unos medios de conexión a una fuente de alimentación de 30 energía eléctrica que comprende un borne de alimentación de tensión continua y un borne de referencia, comprendiendo el ondulador dos celdas de conmutación de tipo cuasi-resonante, comprendiendo cada una de ellas un número par de interruptores que, conectados en serie 35
entre dichos bornes de alimentación y de referencia, comprenden un borne de salida enganchado entre los dos interruptores centrales de dicha celda, estando cada interruptor conectado en paralelo a un elemento capacitivo y en serie a un elemento inductivo en 5 configuración de elementos de resonancia, comprendiendo además el ondulador unos medios de conexión a un circuito de control de dichos interruptores y un transformador cuyo elemento primario está unido a dichos bornes de salida de las celdas de conmutación y cuyo secundario 10 está unido a un rectificador que suministra una tensión continua de salida de ondulador, y al menos un borne intermedio de alimentación enganchado a un potencial la mitad de la diferencia de potencial presente entre dichos bornes de alimentación de tensión continua y de 15 referencia, estando el borne de salida de cada celda de conmutación unido a un borne intermedio de alimentación por mediación de un elemento inductivo conectado en serie, y el ondulador comprende dos diodos montados en paralelo entre los bornes de alimentación y de 20 referencia.
La utilización del circuito de la invención permite así obtener un puesto con un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que, con una complejidad no mayor que la de los circuitos existentes, recibe el 25 mismo tipo y el mismo número de señales de control y permite obtener una corriente de salida cuya intensidad varía en la totalidad del margen de funcionamiento del ondulador.
Según el caso, el puesto de la invención puede 30 comprender una o varias de las siguientes características:
- el ondulador comprende dos celdas de conmutación dispuestas en paralelo, estando cada uno de los bornes de salida de cada una de dichas dos celdas 35
unido a un borne intermedio de alimentación por mediación de un elemento inductivo distinto y estando dicho elemento primario de dicho transformador interconectado en serie entre dichos dos bornes de salida de dichas dos celdas de conmutación; 5
- el ondulador comprende dos bornes intermedios de alimentación unidos a sendos bornes de salida de una celda de conmutación mediante un elemento inductivo distinto;
- el ondulador comprende dos divisores 10 capacitivos formados por un número par de elementos capacitivos dispuestos en serie entre dichos bornes de alimentación y de referencia, comprendiendo cada divisor capacitivo un borne enganchado entre los dos elementos capacitivos centrales y configurado como borne intermedio 15 de alimentación;
- entre cada borne intermedio de alimentación y cada borne de salida de una celda de conmutación está dispuesto en serie un montaje de dos tiristores de compuerta en posición inversa, estando unido asimismo 20 dicho ondulador a un dispositivo de control de dichos tiristores de compuerta;
- el ondulador comprende un elemento inductivo dispuesto en serie con el primario de dicho transformador; 25
- dicho transformador es un transformador planar acoplado que comprende dos elementos en serie con el primario y dos elementos en paralelo con el secundario;
- éste comprende una fuente de tensión continua que lleva interconectado un ondulador cuyos bornes de 30 salida forman bornes de soldadura, comprendiendo asimismo dicho puesto de soldadura unos medios de entrada de una consigna de soldadura y unos medios de control de dicho ondulador.
La invención se comprenderá mejor tras la lectura de 35
la siguiente descripción, dada únicamente a modo de ejemplo y hecha con referencia a los dibujos que se adjuntan, en los que:
La Fig. 1 a la cual ya se ha aludido, representa un circuito eléctrico de un ondulador de 5 tipo cuasi-resonante de conmutación suave, de la técnica anterior;
la Fig. 2 representa un esquema eléctrico de un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave para puesto de 10 soldadura según la invención;
las Figs. 3A a 3F representan el circuito de la figura 2 en diferentes fases de funcionamiento;
la Fig. 4 representa un cronograma de diferentes 15 señales en el transcurso del funcionamiento del ondulador descrito con referencia a la figura 2;
la Fig. 5 representa una variante de una parte del circuito de la figura 2; y 20
la Fig. 6 representa un esquema sinóptico de un puesto de soldadura con un ondulador según la invención.
En el texto que sigue, un conjunto de componentes de igual naturaleza se designa con la ayuda de una única 25 referencia numérica general, en tanto que cada componente de este conjunto está designado con la ayuda de esta referencia numérica con un índice. Estos índices están asignados según una notación matricial, correspondiéndose la utilización de dos índices separados por una coma con 30 números de columna y de línea en este orden.
En la figura 2, se ha representado el circuito eléctrico de una primera forma de realización de un ondulador 28 para puesto de soldadura según la invención.
Este ondulador 28 está conectado entre los bornes 4 35
y 6 de referencia de alimentación de la fuente 8 de tensión continua tal como se ha definido anteriormente con referencia a la figura 1. En el ejemplo, la fuente 8 de tensión suministra una tensión continua de 600 voltios. 5
El ondulador 28 comprende dos celdas o brazos 301 y 302 de conmutación que, dispuestas en paralelo entre los bornes 4 y 6, comprenden cada una de ellas dos interruptores interconectados en serie entre los bornes 4 y 6. Estos interruptores están designados de manera 10 general por la referencia numérica 32 y de manera particular por las referencias 321,1, 321,2, 322,1 y 322,2.
Los interruptores 32 están asimismo dispuestos cada uno de ellos en paralelo con un elemento capacitivo 34 de ayuda a la conmutación y en configuración de elemento de 15 resonancia.
Por ejemplo, los interruptores 32 son interruptores de tipo denominado IGBT o MOSFET tales como, por ejemplo, los componentes designados IXKN45N80C. Los elementos capacitivos 34 son capacidades de 2,2 nanofaradios (nF). 20
La celda 301 de conmutación presenta un borne 361 de salida entre los dos interruptores 321,1, 321,2 y la celda 302 de conmutación presenta un borne 362 de salida entre los interruptores 322,1, 322,2.
Cada uno de los interruptores 32 es controlado por 25 un dispositivo 38 de control, exterior al ondulador 28 y adaptado para un control forzado de bloqueo de los interruptores 32 y su encendido espontáneo. Un control de este tipo se realiza de manera convencional y se describirá posteriormente con más detalle con referencia 30 a las figuras 3A a 3F.
El ondulador 28 comprende asimismo un transformador 40 cuyo primario está interconectado en serie entre las salidas 361 y 362 de las dos celdas 30 de conmutación.
En la forma de realización descrita, el 35
transformador 40 es un transformador planar acoplado dos veces 10,5 kW, estando en serie las bobinas del primario y estando en paralelo las bobinas del secundario.
Un transformador de este tipo es clásico en el ámbito de la electrónica de potencia y no será descrito 5 más detalladamente.
El ondulador 28 comprende asimismo un elemento inductivo 42 dispuesto en serie entre el borne 361 de salida de la primera celda 301 de conmutación y el primario del transformador 40. 10
En el ejemplo, el elemento inductivo 42 es una inductancia de 3 microhenrios (µH).
El secundario del transformador 40 está unido a un rectificador 44 de tipo convencional que utiliza diodos DSEP 2x101 (400 voltios de dos veces 100 A) y una 15 inductancia de 5 µH.
Los bornes de salida del rectificador 44 forman directamente los bornes de salida del ondulador 28 y están designados por la referencia 46.
Por otro lado, el ondulador 28 comprende dos 20 divisores capacitivos 501 y 502 dispuestos en paralelo entre los bornes 6 de alimentación y 4 de referencia de la fuente 8 de tensión continua.
Estos divisores capacitivos están formados cada uno de ellos por dos elementos capacitivos 52 idénticos 25 dispuestos en serie entre los bornes 4 y 6.
Ventajosamente, cada uno de los elementos capacitivos 52 está montado en antiparalelo con un diodo 54 destinado a limitar la tensión global presente entre los bornes del ondulador 28, con el fin de protegerlo de 30 las sobretensiones.
Por ejemplo, los elementos capacitivos 52 son condensadores de 47 nanofaradios (nF) y los diodos 54 son diodos de tipo de 30 amperios (A) BYT30P-1000.
Los divisores capacitivos 501 y 502 presentan sendos 35
bornes intermedios 561 y 562 de alimentación que están a un potencial la mitad de la diferencia de potencial presente entre el borne 6 de alimentación y el borne 4 de referencia.
Finalmente, el ondulador 28 comprende unos elementos 5 inductivos 581 y 582 dispuestos cada uno de ellos en serie entre un borne intermedio 56 de alimentación y un borne 36 de salida de una celda 30 de conmutación, de modo que el elemento inductivo 581 se conecta entre el borne 361 de salida y el borne intermedio 561 de 10 alimentación y el elemento inductivo 582 se interconecta en serie entre el borne 362 de salida y el borne intermedio 562 de alimentación.
Tal como se expondrá posteriormente en las figuras 3A a 3F, en un circuito de este tipo los elementos 15 inductivos 581 y 582 forman elementos de resonancia y participan en la creación de las condiciones de conmutación suave de los interruptores 32.
Por otro lado, el elemento inductivo 42 es un elemento facultativo destinado a la disminución de las 20 perturbaciones electromagnéticas, merced a su influencia sobre las tasas de subida y de bajada de las oscilaciones de tensión en el primario.
Dado el caso, este elemento inductivo 42 está formado por la inductancia de dispersión del 25 transformador 40.
El circuito de la invención tal y como está descrito permite obtener, con la ayuda de un control de funcionamiento a 100 kHz de tipo bloqueo controlado y encendido espontáneo, una salida a 50 voltios de 0 a 500 30 amperios.
En efecto, la utilización de elementos inductivos 58 en configuración de elementos de resonancia dispuestos entre los bornes intermedios 56 de alimentación y los bornes 36 de salida de las celdas 30 de conmutación 35
permite crear las condiciones de encendido espontáneo de los interruptores 32 sin límite inferior de corriente.
Para un funcionamiento a carga reducida, la energía almacenada en la inductancia 42 ya no es suficiente para descargar completamente los condensadores 34 situados en 5 paralelo con los interruptores 32. Por tanto, éstos no pueden encenderse espontáneamente en conmutación suave. La energía suplementaria es proporcionada entonces por las inductancias 58.
A continuación se va a describir el funcionamiento 10 del circuito descrito con referencia a la figura 2.
El circuito de la invención, al ser de funcionamiento simétrico, va a ser descrito a lo largo de un semiperíodo, con referencia a las figuras 3A a 3F, en las que las partes del circuito por las que circula una 15 corriente aparecen en trazo resaltado, y a la figura 4, que representa un cronograma de las señales principales del circuito.
En el cronograma de la figura 4 están representadas la tensión y la intensidad en bornes de diferentes 20 componentes, respectivamente referenciadas con las letras V e I con el número del componente como índice.
Además, en el cronograma de la figura 4 está representado asimismo el estado de cada uno de los cuatro interruptores 32, apareciendo en forma de un trazo un 25 estado de corte y en forma de una barra horizontal un estado de conducción.
El funcionamiento del circuito se descompone según seis secuencias marcadas con S1 a S6.
En el transcurso de la primera secuencia S1, se 30 considera que los interruptores 321,2, y 322,1 están todos en un estado de bloqueo, es decir, acusan una intensidad nula.
A la inversa, los interruptores 321,1, 322,2 están en un estado de encendido, es decir, conducen corriente y 35
acusan una tensión nula entre sus electrodos de potencia.
Esta fase S1 corresponde a una fase activa de transferencia de potencia en cuyo transcurso el devanado primario del transformador 40 acusa una tensión constante. 5
La corriente del interruptor 321,1 es la suma de la corriente de la inductancia presente en el rectificador 44, restituida al primario del transformador 40 y de la corriente que circula por la celda 301 de conmutación.
Esta secuencia finaliza con el bloqueo del 10 interruptor 321,1 como respuesta a un control emitido por el dispositivo 38.
El circuito entra entonces en la segunda secuencia de funcionamiento S2 en cuyo transcurso los interruptores 321,1, 321,2 y 322,1 se controlan a bloqueo, mientras que el 15 interruptor 322,2 está en conducción.
La duración de la secuencia S2 corresponde al tiempo de carga y de descarga de los condensadores de resonancia 34 asociados a los interruptores.
En efecto, como el interruptor 321,1 está en bloqueo, 20 la corriente que circula por la celda 301 empieza a cargar la capacidad 341,1 y, al mismo tiempo, descarga la capacidad 341,2.
En virtud de la capacidad 341,1, la tensión V32,1,1 en bornes del interruptor 321,1 no puede sino crecer 25 lentamente, permitiendo así el bloqueo del interruptor a tensión cero denominado ZVS (en inglés: Zero Voltage Switching).
Durante este tiempo, la capacidad 341,2 se descarga lentamente en el transcurso de esta fase y, cuando está 30 completamente descargada, el diodo montado en antiparalelo con el interruptor 321,2 se cierra espontáneamente, permitiendo la continuidad de la corriente.
La tensión en bornes del interruptor 321,2 es 35
mantenida entonces a cero, creando las condiciones de encendido espontáneo en modo ZVS.
En el transcurso de la secuencia S3, los interruptores 321,1, 322,1 son controlados ambos a bloqueo, mientras que los interruptores 321,2 y 322,2 están en 5 conducción, de modo que el devanado primario del transformador 40 acusa una tensión nula tras la anulación de la tensión en bornes de la capacidad 341,2.
Los dos diodos del rectificador 44 conducen entonces en un modo denominado de «libre circulación» y la 10 corriente que recorre el primario del transformador 40 se mantiene constante.
La duración de la secuencia S3 está determinada por la duración de desfase necesaria para el ajuste de potencia. 15
En el transcurso de la secuencia S3, la inductancia 581 acusa una tensión positiva y constante y una corriente con crecimiento lineal a partir de su valor mínimo.
El circuito entra a continuación en la secuencia S4 20 a cuyo inicio el interruptor 322,2 se controla a bloqueo en modo ZVS, de modo que los interruptores 321,1, 322,1 y 322,2 son controlados a bloqueo, mientras que sólo está en conducción el interruptor 321,2.
La duración de esta secuencia de funcionamiento 25 corresponde al tiempo de carga y de descarga de los condensadores 34 de resonancia de la celda 302 de conmutación.
Así, cuando el interruptor 322,2 está en bloqueo, la corriente que circula a través de la inductancia 582 30 alcanza su valor de cresta positiva y, de manera similar a la secuencia 1, empieza a cargar el condensador 342,2 y a descargar el condensador 342,1.
La tensión en bornes del condensador 342,2 empieza a crecer a partir de cero, en tanto que aquélla en bornes 35
del condensador 342,1 empieza a decrecer.
Tan pronto como empieza a decrecer la tensión en bornes del condensador 342,1, el transformador 40 acusa el establecimiento de una tensión negativa ya que el interruptor 321,2 ya está conduciendo. 5
En virtud del condensador 342,2, la tensión V32,2,2 en bornes del interruptor 322,2 no puede sino crecer lentamente asegurando la conmutación a corte en modo ZVS.
La descarga progresiva del condensador 342,1 devuelve a cero la tensión en bornes del interruptor 322,1 en el 10 transcurso de este intervalo, permitiendo así su encendido espontáneo en modo ZVS.
En el transcurso de esta fase, la corriente que circula por la celda 302 de conmutación es igual a la corriente que circula por la inductancia 582, disminuida 15 en la corriente de carga restituida al primario del transformador 40. Lo que reduce por tanto las restricciones de corriente aplicadas al interruptor 322,2 bloqueado así como la corriente necesaria para descargar el condensador 342,1. 20
Para obtener el encendido espontáneo del interruptor 322,1, el condensador 342,1 tiene que estar totalmente descargado durante el tiempo de esta secuencia S4 con el fin de permitir la conmutación de encendido espontánea.
El circuito entra a continuación en la quinta fase 25 de funcionamiento indicada S5, a cuyo inicio el interruptor 322,1 se enciende de manera espontánea en modo ZVS, de modo que los interruptores 321,1 y 322,2 se controlan a bloqueo, en tanto que los interruptores 321,2 y 322,1 están en conducción. 30
Como el interruptor 322,1 está en conducción, la inductancia 582 acusa una tensión negativa constante, de modo que la corriente empieza a decrecer linealmente entre sus bornes.
Esta secuencia S5 finaliza con el bloqueo del primer 35
diodo del rectificador 44.
El circuito comienza a continuación una sexta secuencia S6 de funcionamiento, en cuyo transcurso los interruptores 321,2, 322,1 están en conducción, en tanto que los demás están en bloqueo y el primer diodo del 5 rectificador 44 está en bloqueo, en tanto que el segundo está en conducción. Esta secuencia es simétrica a la secuencia S1 y constituye el comienzo de otro semiciclo de funcionamiento simétrico a las anteriores secuencias de funcionamiento. 10
El conjunto de las seis secuencias de funcionamiento forma así un ciclo completo de funcionamiento de este circuito.
En la figura 5, se ha representado una variante de una parte del circuito. 15
En esta forma de realización, un montaje en posición inversa de dos tiristores 130 de compuerta está interconectado en serie entre el elemento inductivo 120 y el borne 108 de salida.
Estos tiristores 130 son controlados directamente 20 por el dispositivo 110 de control o por otro dispositivo de igual naturaleza y reciben señales específicas de control realizadas de manera convencional.
En el circuito descrito con referencia a la figura 5, el dispositivo 110 de control proporciona una 25 corriente permanente para el gobierno de los interruptores 104. En virtud de la adición de los tiristores 130, estos controles ya no son necesarios sino en las fases de conmutación, lo que permite limitar la corriente total que circula por el circuito. 30
La utilización de un circuito de este tipo permite sustituir las señales de control de tipo triangular por simples pulsos en los momentos de conmutación.
Naturalmente, este montaje se puede utilizar en el circuito descrito con referencia a la figura 2 mediante 35
inserción de un conjunto de dos tiristores de compuerta en montaje en serie en posición inversa entre cada borne intermedio de alimentación y cada borne de salida de una celda de conmutación.
Con referencia a la figura 6, se va a describir 5 ahora un puesto de soldadura con ondulador según la invención.
El puesto 150 de soldadura está unido a una red de transferencia de energía eléctrica tal como una red trifásica 152. La energía recibida procedente de la red 10 trifásica 152 es recibida en primer lugar en unos medios de aislamiento tales como, por ejemplo, un transformador 154 que realiza un aislamiento galvánico entre el puesto 150 de soldadura y la red trifásica 152.
El transformador 154 suministra una señal alterna de 15 potencia a un rectificador 156 en configuración de fuente de tensión continua al que se conecta un ondulador 158 correspondiente por ejemplo al ondulador 28 tal y como está descrito con referencia a la figura 2, como también el ondulador 100 tal y como está descrito con referencia 20 a la figura 4. El transformador 154, el rectificador 156 y el ondulador 158 así combinados forman un convertidor de potencia entre una fuente de tensión alterna y una fuente de tensión continua y recíprocamente.
Los bornes de salida del ondulador 158 están 25 conectados a unos bornes 160 de soldadura formando los bornes de soldadura para la realización de una soldadura por arco.
Por otro lado, el puesto 150 de soldadura comprende asimismo unos medios 162 de entrada de una consigna para 30 la soldadura. Esta consigna se transmite a un dispositivo 164 de control correspondiente al dispositivo 38 de control descrito con referencia a la figura 2 o al dispositivo 110 de control descrito con referencia a la figura 4. El dispositivo 164 de control suministra 35
finalmente unas señales de control al ondulador 158 para la formación de una señal de salida en los bornes 160, correspondiente a la consigna.
Naturalmente, se pueden contemplar diferentes tipos de controles y de consignas en función de las 5 aplicaciones deseadas. En particular, se puede utilizar el ondulador de la invención en un puesto de soldadura controlado con relación cíclica variable o con desfase.
Por otro lado, los componentes utilizados en el ondulador se pueden realizar de varias maneras 10 diferentes. En particular, los interruptores pueden estar formados de manera convencional por uno o varios transistores o MOSFET idénticos dispuestos en serie, de modo que los interruptores en su conjunto son unidireccionales en tensión y bidireccionales en 15 corriente y están formados por componentes electrónicos unidireccionales en tensión y unidireccionales en corriente.
Los elementos capacitivos pueden estar formados por varios condensadores dispuestos en paralelo y, los 20 elementos inductivos, por varias inductancias conectadas en serie. El número y la naturaleza de cada uno de los componentes electrónicos utilizados varían en función de la tensión máxima y de la corriente máxima aplicables entre los bornes de cada interruptor. 25
Por otro lado, se pueden agrupar diferentes componentes electrónicos, cumpliendo un mismo componente varias funciones. En particular, los elementos capacitivos de ayuda a la conmutación pueden coincidir con los elementos capacitivos de los divisores 30 capacitivos. El dimensionamiento de tales componentes debe con todo tener en cuenta las restricciones impuestas por las diferentes funciones.
En las formas de realización descritas, los bornes intermedios de alimentación se obtienen con el concurso 35
de divisores capacitivos realizados de manera convencional.
Sin embargo, estos bornes pueden estar disponibles directamente a nivel de la fuente de tensión continua sin precisar de divisor capacitivo, estando entonces los 5 bornes de alimentación intermedios simplemente formados por bornes de conexión. Semejante forma de realización está particularmente adaptada para el caso en el que la fuente de tensión continua está formada por una pluralidad de baterías dispuestas en serie de las que son 10 accesibles varios bornes de tensión intermedios.
Finalmente, si bien la invención ha sido descrita en el contexto de un puesto de soldadura, cabe asimismo la posibilidad de utilizar el ondulador de la invención en otros ámbitos de aplicación, tales como por ejemplo la 15 carga de baterías recargables o las alimentaciones estabilizadas en corriente.
El puesto de la invención presenta pues un número importante de ventajas respecto a los puestos con onduladores de resonancia o de bloqueo controlado, y en 20 particular:
- las restricciones sobre los componentes son mínimas, siendo muy pequeña la energía de resonancia invertida con respecto a la energía total del sistema;
- los circuitos de ayuda a la conmutación son 25 simples e incluso innecesarios;
- se reduce considerablemente el coste global del circuito; y
- se amplía el margen operativo de la corriente de salida. 30
Claims (7)
1. Puesto de soldadura con ondulador, caracterizado porque comprende un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que comprende: 5
- unos medios (4, 6) de conexión a una fuente (8) de alimentación de energía eléctrica que comprende un borne (6) de alimentación de tensión continua y un borne de referencia (4),
- dos celdas (30; 102) de conmutación de tipo 10 cuasi-resonante y que comprenden un número par de interruptores (32; 104) que, conectados en serie entre dichos bornes de alimentación y de referencia (4, 6), comprenden un borne (36; 108) de salida enganchado entre los dos interruptores centrales de dicha celda (30; 102), 15 estando cada interruptor (32; 104) conectado en paralelo a un elemento capacitivo (34; 106) y en serie a un elemento inductivo (58; 120) formando los elementos de resonancia, y
- unos medios de conexión a un circuito (38; 20 110) de control de dichos interruptores (32; 104) y un transformador (40) cuyo elemento primario está unido a los bornes de salida (38; 108) de las celdas (30; 102) de conmutación y cuyo secundario está unido a un rectificador (44) que suministra una tensión continua de 25 salida de ondulador, y
- dos divisores capacitivos (50; 112) formados por un número par de elementos capacitivos (52; 114) dispuestos en serie entre dichos bornes (6) de alimentación y (4) de referencia, comprendiendo cada 30 divisor capacitivo (50; 112) un borne que, enganchado entre los dos elementos capacitivos centrales, forma un borne intermedio (56; 118) de alimentación enganchado a un potencial que es la mitad de la diferencia de potencial presente entre dichos bornes de alimentación de 35
tensión continua (6) y de referencia (4), estando el borne (36; 108) de salida de cada celda (30; 102) de conmutación unido a un borne intermedio (56; 118) de alimentación por mediación del elemento inductivo (58; 120) conectado en serie, y 5
- unos diodos (54; 116) montados en paralelo con cada elemento capacitivo (52; 114) de los divisores capacitivos (50; 112).
2. Puesto según la reivindicación 1, caracterizado 10 porque el ondulador comprende dos celdas (301, 302) de conmutación dispuestas en paralelo, estando el borne de salida (361, 362) de cada una de dichas dos celdas (301, 302) unido cada cual a un borne intermedio de alimentación (561, 562) por mediación de un elemento 15 inductivo distinto (581, 582) y estando dicho elemento primario de dicho transformador (40) interconectado en serie entre dichos dos bornes (361, 362) de salida de dichas dos celdas (301, 302) de conmutación.
20
3. Puesto según la reivindicación 2, caracterizado porque el ondulador comprende dos bornes intermedios (561, 562) de alimentación unidos a sendos bornes de salida (361, 362) de una celda (301, 302) de conmutación mediante un elemento inductivo distinto (581, 582). 25
4. Puesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque entre cada borne intermedio (56; 118) de alimentación y cada borne (36; 108) de salida de una celda (30; 102) de conmutación, se dispone 30 en serie con dicho elemento inductivo (58; 120) un montaje en posición inversa de dos tiristores de compuerta (120), estando unido asimismo dicho ondulador (28; 100) a un dispositivo (38; 110) de control de dichos tiristores (130) de compuerta. 35
5. Puesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el ondulador comprende un elemento inductivo (42) dispuesto en serie con el primario de dicho transformador (40).
5
6. Puesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicho transformador (40) es un transformador planar acoplado que comprende dos elementos en serie con el primario y dos elementos en paralelo con el secundario. 10
7. Puesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende una fuente de tensión continua (154, 156) que lleva interconectado un ondulador (158) cuyos bornes de salida (160) forman 15 bornes de soldadura, comprendiendo asimismo dicho puesto unos medios (162) de entrada de una consigna de soldadura y unos medios (164) de control de dicho ondulador (158).
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