ES2561602T3 - Rectificador síncrono - Google Patents
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Abstract
Rectificador síncrono (16) para la integración en una fuente (10) de corriente para facilitar una corriente continua, en particular en una unidad en forma de cubo o en forma de paralelepípedo de un transformador (12) de gran amperaje con elementos (24) de conmutación, un circuito (17) de excitación para excitar los elementos (24) de conmutación y un circuito (48) de suministro, estando prevista una placa (35) de circuitos impresos con pistas y superficies de conexión para el alojamiento de componentes electrónicos, estando dispuestos los elementos (24) de conmutación, el circuito (17) de excitación y el circuito (48) de suministro para el funcionamiento autárquico sobre la placa (35) de circuitos impresos, caracterizado porque sobre la placa (35) de circuitos impresos están previstas varias aberturas (37) dispuestas en paralelo y en serie para alojar convexidades (36) de una placa (29) de contacto, aberturas (37) a través de las cuales están dispuestos y unidos, o bien soldados con estaño los elementos (24) de conmutación, elementos (24) de conmutación que pueden empalmarse con las convexidades (36) de la placa (29) de contacto.
Description
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DESCRIPCION
Rectificador síncrono
La invención se refiere a un rectificador síncrono para la integración en una fuente de corriente para facilitar una corriente continua, en particular en una unidad en forma de cubo o de paralelepípedo de un transformador de gran amperaje, con elementos de conmutación, un circuito de excitación para excitar los elementos de conmutación y un circuito de suministro, estando prevista una placa de circuitos impresos con pistas y superficies de conexión para el alojamiento de componentes electrónicos.
La presente invención se refiere principalmente, pero no exclusivamente a rectificadores síncronos para fuentes de corriente con dispositivos de soldadura por resistencia, en particular, dispositivos de soldadura por puntos, en los que aparecen corrientes continuas especialmente altas en la magnitud de algunos kA. También están comprendidos por el objeto de la presente solicitud de patente rectificadores síncronos para fuentes de corriente para otros aparatos, en los cuales se emplean corrientes continuas altas de este tipo. Ejemplos para aparatos de este tipo son aparatos de carga de baterías, aceleradores de partículas, mecanismos para galvanización o similares. El documento WO 2007/041729 A1 describe, por ejemplo, un aparato de carga de baterías y un transformador de corriente para la producción de una corriente continua debidamente alta.
En dispositivos de soldadura por resistencia se facilitan las corrientes continuas altas necesarias, con ayuda de transformadores de gran amperaje y rectificadores correspondientes. Debido a las altas corrientes que aparecen, los rectificadores de diodos son desventajosos debido a las pérdidas relativamente altas, por lo que se emplean principalmente rectificadores activos con elementos de conmutación que están formados por transistores correspondientes. Pero también los dispositivos de soldadura por resistencia con rectificadores activos, por ejemplo rectificadores síncronos, presentan pérdidas relativamente altas, y por tanto rendimientos relativamente reducidos. Dado que en el estado de la técnica, debido a la construcción convencional separada, por ejemplo de transformador de gran amperaje y rectificación, se producen considerables longitudes de líneas y por tanto pérdidas de líneas, se ocasiona un rendimiento muy malo debida a las altas corrientes.
Por ejemplo, el documento DE 10 2007 042 771 B3 describe un procedimiento para el funcionamiento del suministro de corriente de un dispositivo de soldadura por resistencia empleando un rectificador síncrono mediante el cual la potencia perdida puede reducirse y el rendimiento mejorarse.
En trenes de fabricación en la industria automovilística se emplean una pluralidad de dispositivos de soldadura por puntos (a menudo unos 100 a 1000 aparatos individuales) para la fabricación de diferentes uniones en la carrocería y en el chasis del vehículo a fabricar. Tras provocar ya los dispositivos de soldadura por puntos individuales pérdidas muy altas debido a los transformadores de gran amperaje y líneas y elementos de conmutación, en tales trenes de fabricación, las pérdidas totales que aparecen se mueven en dimensiones enormemente altas, por ejemplo entre 1 MW y 50 MW. Dado que las pérdidas principalmente se plasman en forma de calor perdido, deben tomarse a su vez medidas para expulsar el calor, por lo que todo el balance de energía se empeora aún más. El documento WO 2004/044959 muestra un rectificador síncrono de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. El documento EP 2043412 muestra una placa de circuitos Impresos con aberturas dispuestas en serie para alojar convexidades de una placa de contacto, aberturas a través de las cuales están dispuestos y soldados con estaño los elementos de conmutación, elementos de conmutación que pueden contactarse con las convexidades de la placa de contacto.
Una ventaja adicional se produce porque mediante las elevadas pérdidas para instalaciones de este tipo se requieren potencias de conexión de la red de suministro muy altas, por lo que se originan costes muy altos para la fabricación, puesta en marcha y el funcionamiento de una Instalación de este tipo.
Para la producción de un único punto de soldadura con una corriente de soldadura de 20 kA, según el estado de la técnica desde la perspectiva actual, se requiere por ejemplo una potencia de conexión de la red de suministro de hasta 150 kW, resultando en el caso de la corriente de soldadura mencionada pérdidas de hasta 135 WV, por lo que se alcanza un rendimiento muy malo de solo aproximadamente el 10 %.
El objetivo de la presente Invención consiste por lo tanto en la creación de un rectificador síncrono para la Integración en una fuente de corriente para facilitar una corriente continua, a través de la cual las pérdidas puedan reducirse y el balance de energía y el rendimiento pueda mejorarse. Las desventajas de los dispositivos conocidos deben reducirse o evitarse.
Este objetivo se consigue porque los elementos de conmutación, el circuito de excitación y el circuito de suministro para el funcionamiento autárqulco están dispuestos sobre la placa de circuitos impresos, estando previstas sobre la placa de circuitos Impresos varias aberturas dispuestas en paralelo y en serie para alojar convexidades de una placa de contacto, aberturas a través de las cuales están dispuestos y unidos, o bien soldados con estaño los elementos de conmutación, elementos de conmutación que pueden contactarse con las convexidades de la placa de contacto. A este respecto es ventajoso, que en el montaje de la placa de circuitos impresos del rectificador síncrono sobre una placa de contacto, las conexidades de la placa de contacto sobresalgan a través de las aberturas en la placa de circuitos Impresos, por lo que al mismo tiempo el lado posterior de la placa de circuitos impresos puede unirse o bien
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soldarse con estaño de manera segura con la placa de contacto, y adlclonalmente también pueden unirse o bien soldarse con estaño con la placa de contacto elementos de conmutación dispuestos en el lado enfrentado. Por tanto el elevado gasto de cableado puede suprimirse. También es posible un poslclonamiento sencillo de la placa de circuitos Impresos sobre la placa de contacto y esta ya no puede deslizarse durante la soldadura con estaño.
Debido a que sobre la placa de circuitos impresos están dispuestos los elementos de conmutación, el circuito de excitación y el circuito de suministro del rectificador síncrono puede alcanzarse una construcción autárquica. Por ejemplo, la placa de circuitos impresos puede integrarse en el transformador de gran amperaje. Si el rectificador síncrono está configurado para el funcionamiento autárquico en el transformador de gran amperaje pueden evitarse todas las líneas hacia la placa de circuitos impresos y por tanto en el transformador de gran amperaje. Si todos los componentes para el funcionamiento del transformador de gran amperaje, como los elementos de conmutación, el circuito de excitación y el circuito de suministro están integrados sobre la placa de circuitos impresos, solamente debe conectarse en el lado de entrada una pieza de potencia, y en el lado de salida el consumidor respectivo.
Mediante los elementos de conmutación del rectificador síncrono dispuestos sobre la placa de circuitos impresos, el rectificador síncrono puede unirse por tanto sin líneas con la salida del transformador de gran amperaje, por lo que pueden reducirse considerablemente las pérdidas.
Adicionalmente es ventajoso si el circuito de excitación está dispuesto a ambos lados de los elementos de conmutación dispuestos en paralelo y en serie sobre la placa de circuitos impresos, dado que por ello se alcanza un acortamiento de los recorridos de línea hacia los elementos de conmutación individuales. Por tanto puede garantizarse que dentro de un lapso de tiempo muy corto estén conectados todos los elementos de conmutación conmutados en paralelo. Mediante la disposición a ambos lados del circuito de excitación se alcanza una reducción a la mitad de la longitud de línea y por tanto acompañado de una reducción de las inductancias de línea y por tanto un acortamiento esencial de los tiempos de conmutación.
Si el circuito de excitación está unido con al menos un sensor, en particular un transformador de corriente, integrado en el transformador de gran amperaje, se posibilita un control o bien regulación exactos, dado que mediante el al menos un sensor pueden registrarse los estados en el transformador de gran amperaje.
De manera ventajosa, el circuito de suministro está configurado para la formación de corrientes de conmutación debidamente altas, por ejemplo entre 800 A y 1500 A, en particular 1000 A y para el suministro de los componentes con tensión de suministro correspondiente. Debido a la corriente de conmutación muy alta puede alcanzarse un tiempo de conmutación muy reducido, en particular en el intervalo de ns. Con ello puede garantizarse que siempre para el paso por cero o directamente poco antes del paso por cero con poca corriente de salida se conmuten los elementos de conmutación, para que apenas aparezcan, o no aparezca ninguna pérdida de conmutación.
Si está previsto un circuito de comunicación de datos para la transmisión de datos inalámbrica, preferentemente inductiva, magnética o por Bluetooth se alcanza de manera ventajosa que puedan transmitirse datos de manera inalámbrica desde o a la placa de circuitos impresos del rectificador síncrono. Para ello puede realizarse una adaptación de los momentos de conmutación a diferentes campos de empleo del transformador de gran amperaje. Igualmente desde una memoria dispuesta en la placa de circuitos impresos del rectificador síncrono pueden leerse datos para el procesamiento adicional o control o bien para una supervisión de calidad.
Finalmente, está prevista una configuración ventajosa en la que en un lado de la placa de circuitos impresos, por toda la superficie está prevista una superficie que puede unirse por soldadura indirecta para soldarse con estaño con la placa de contacto, dado que con ello pueda alcanzarse una unión segura con la placa de contacto. Por tanto, también las resistencias de paso pueden reducirse sustancialmente, dado que un enlace por toda la superficie de la placa de circuitos impresos presenta una resistencia de paso más reducida.
La invención se explica con más detalle mediante los dibujos adjuntos.
En ellos muestran:
la figura 1
la figura 2
la figura 3
la figura 4 la figura 5 la figura 6 la figura 7 la figura 8 la figura 9 la figura 10
un dispositivo de soldadura por resistencia del estado de la técnica con un robot y pinzas portaelectrodos fijadas al mismo en representación esquemática;
un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo de soldadura por resistencia con una fuente de corriente para facilitar la corriente de soldadura;
un dispositivo de soldadura por resistencia, en particular una pinza portaelectrodos, con una fuente de corriente integrada para facilitar la corriente de soldadura en representación esquemática; un diagrama de bloques esquemático de la fuente de corriente para facilitar la corriente de soldadura; una forma de realización de la fuente de corriente para facilitar una corriente continua; la fuente de corriente de acuerdo con la figura 5 en representación en despiece; la fuente de corriente de acuerdo con la figura 5 con curso marcado de los canales de refrigeración; una vista del transformador de gran amperaje sobre el soporte en I de la fuente de corriente; el soporte en I de acuerdo con la figura 8 en representación seccionada;
una placa de contacto del transformador de gran amperaje de la fuente de corriente junto con la placa de circuitos impresos del rectificador síncrono y del circuito de excitación;
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la figura 11 la figura 12
la figura 13
la figura 14
la figura 15
la figura 16
la placa de contacto de acuerdo con la figura 10 en representación seccionada;
un arrollamiento secundario del transformador de gran amperaje con transformador de corriente en
representación en despiece;
la construcción de un arrollamiento secundarlo del transformador de gran amperaje en representación en despiece;
un diagrama de bloques de un circuito para el suministro del rectificador síncrono y el circuito de excitación con energía eléctrica;
un transcurso de tiempo de la tensión de suministro del circuito de suministro de acuerdo con la figura 14; y
transcursos de tiempo para ilustrar la excitación de los elementos de conmutación de un rectificador síncrono en función de las corrientes secundarias del transformador de gran amperaje.
En el ejemplo de realización representado de la figura 1 a la 16 se describe una construcción de un dispositivo 1 de soldadura por resistencia con los componentes esenciales. Para las mismas piezas se otorgaron los mismos números de referencia en las figuras.
En la figura 1 se representa en perspectiva un dispositivo 1 de soldadura por resistencia para la soldadura por resistencia de al menos dos piezas 2, 3 de trabajo con un robot para la manipulación. El dispositivo 1 de soldadura por resistencia se compone de una pinza portaelectrodos 4 fijada en el robot con dos brazos 5 de pinzas sobre los cuales están dispuestos alojamientos 6 para alojar en cada caso un electrodo 7. Alrededor de los electrodos 7 discurre en cada caso una cinta 8 que reduce la resistencia de paso en la soldadura por resistencia, y protege los electrodos 7. Además, la reproducción originada en la banda 8 del punto de soldadura fabricado puede analizarse y consultarse para valorar la calidad de soldadura. La cinta 8 para proteger los electrodos 7 se desenrolla desde un dispositivo 9 de bobinado que puede estar dispuesto sobre la pinza portaelectrodos 4 o bien los brazos 5 de pinza, y se conduce a lo largo de los brazos 5 de pinza, de los alojamientos 6 de electrodos y los electrodos 7 de vuelta al dispositivo 9 de bobinado, donde la cinta 8 se enrolla de nuevo. Para la realización de la soldadura por puntos, la corriente de soldadura que se suministra desde una pieza 19 de potencia correspondiente se conduce a través de los electrodos 7. Por ello, las piezas 2, 3 de trabajo se unen entre sí mediante un punto de soldadura que se origina en la operación de soldadura por puntos. De manera habitual, la pieza 19 de potencia se encuentra, para facilitar la corriente de soldadura, por fuera del dispositivo 1 de soldadura por resistencia, tal como se representa esquemáticamente en la figura 1. La corriente de soldadura se guía a través de líneas 11 correspondiente hacia los electrodos 7 o bien los brazos 5 de pinza configurados eléctricamente conductores. Debido a la amplitud de la corriente de soldadura en el intervalo de algunos kA son necesarias secciones transversales debidamente grandes para las líneas 11, por lo que resultan pérdidas óhmicas debidamente altas.
Además, largas líneas de alimentación primarias llevan a una ¡nductancia elevada de las líneas 11, por lo que la frecuencia de conmutación con la que funciona un transformador 12 de gran amperaje de una fuente 10 de corriente, está limitada, dando como resultado transformadores 12 de gran amperaje muy grandes. En el estado de la técnica, la pieza 19 de potencia se encuentra en un armario de distribución junto al robot de soldadura, de manera que son necesarias líneas de suministro muy largas, por ejemplo de hasta 30 m hacia el transformador 12 de gran amperaje para la pinza portaelectrodos 4 en el robot.
Con la solución de acuerdo con la invención se alcanza una reducción de peso y de tamaño considerable, de manera que se posibilita un posicionamiento de la pieza 19 de potencia directamente sobre el robot, en particular en la zona del alojamiento de pinzas. Adicionalmente la pieza 19 de potencia se realiza preferentemente refrigerada en agua.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo 1 de soldadura por resistencia con una fuente 10 de corriente para facilitar la corriente de soldadura. Aunque en el ejemplo de realización representado la fuente 10 de corriente sirve para facilitar la corriente de soldadura para el dispositivo 1 de soldadura por resistencia, puede consultarse la fuente 10 de corriente, en particular toda la estructura del suministro de corriente también para facilitar una corriente continua para otras aplicaciones. La fuente 10 de corriente contiene un transformador 12 de gran amperaje con al menos un arrollamiento primario 13, al menos un arrollamiento secundario 14 con derivación central y un núcleo magnético 15. La corriente transformada con ayuda del transformador 12 de gran amperaje se rectifica en un rectificador síncrono 16 y se alimenta a los brazos 5 de pinza o bien electrodos 7 del dispositivo 1 de soldadura por resistencia. Para el control del rectificador síncrono 16 está previsto un circuito 17 de excitación. El circuito 17 de excitación envía impulsos de control correspondientes a los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 debido a las corrientes secundarias del transformador 12 de gran amperaje medidas por ejemplo mediante transformadores 18 de corriente.
Tal como es conocido en general, debido a las altas corrientes de soldadura mediante la suma de la longitud de línea necesaria aparecen tanto pérdidas óhmicas y/o inductivas considerables, como también pérdidas de paso y de conmutación en los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16. Además, también aparecen pérdidas en el rectificador, en el suministro para el rectificador síncrono 16 y el circuito 17 de excitación. El rendimiento resultante de los dispositivos 1 de soldadura por resistencia de este tipo es correspondientemente bajo.
Para generar la corriente primarla del transformador 12 de gran amperaje está prevista una pieza 19 de potencia que
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está dispuesta entre una red de suministro y la fuente 10 de corriente. La pieza 19 de potencia facilita la corriente primaria para el transformador 12 de gran amperaje o bien la fuente 10 de corriente con la amplitud deseada y la frecuencia deseada.
La figura 3 muestra un dispositivo 1 de soldadura por resistencia con fuente 10 de corriente integrada en representación esquemática. En este caso la fuente 10 de corriente directamente, en particular como elemento de soporte, está dispuesta sobre la pinza portaelectrodos 4 o bien los brazos 5 de pinzas del dispositivo 1 de soldadura por resistencia, de manera que al menos una parte de las líneas 11 para el guiado de la corriente de soldadura hacia los electrodos 7 puede omitirse, y por tanto las longitudes de líneas pueden acortarse esencialmente, dado que solamente la unión con un brazo 5 de pinza es necesaria. La fuente 10 de corriente presenta para la formación de un empalme de múltiples puntos al menos cuatro contactos 20, 21, 22, 23, estando unidos dos primeros contactos 20, 21 de una polaridad con uno de los brazos 5 de pinza y dos contactos adicionales 22, 23 de una polaridad opuesta con el otro brazo 5 de pinza. De manera ventajosa, los dos primeros contactos 20, 21 están dispuestos enfrentados en cada caso con una de las polaridades, y los otros dos contactos 22, 23 con la otra polaridad, estando dispuestos los otros dos contactos 22, 23 tendidos fundamentalmente 90° unos respecto a otros frente a los dos primeros contactos 20, 21. Mediante el empalme de múltiples puntos pueden evitarse líneas que habitualmente son necesarias para unir el lado secundario 14 del transformador 12 de gran amperaje con los brazos 5 de pinza o bien los electrodos 6 del dispositivo 1 de soldadura por resistencia, o reducirse su longitud y por tanto las pérdidas óhmicas como también pérdidas de contacto pueden reducirse notablemente. Por tanto, pueden emplearse líneas lo más cortas posible con secciones transversales lo más grandes posible, permaneciendo al mismo tiempo la flexibilidad de la pinza portaelectrodos 4. Una ventaja adicional consiste en que, debido a un empalme de este tipo se reducen las pérdidas, en particular resistencias de paso de contacto. Debido a los al menos cuatro contactos 20, 21, 22, 23, la corriente de soldadura que va a transmitirse puede reducirse a la mitad, por lo que también se provoca una reducción de las pérdidas de paso, dado que mediante el aumento esencial de las superficies de contacto activas se reducen las resistencias de paso. Por ejemplo, cada uno de los cuatro contactos 20, 21, 22, 23 en el dimensionamiento de un transformador 12 de gran amperaje, o bien de una fuente 10 de corriente, para facilitar una corriente continua de 20 kA presenta una superficie entre 15 cm x 15 cm hasta 25 cm x 25 cm, preferentemente 20 cm x 20 cm.
En el ejemplo de realización mostrado, la fuente 10 de corriente está configurada sustancialmente en forma de cubo, formando la superficie lateral del cubo los contactos 20, 21,22, 23. Los dos primeros contactos 20, 21 se unen con uno de los electrodos 7 y los otros dos contactos 22, 23 se unen con el otro electrodo 7 del dispositivo 1 de soldadura por resistencia mediante los brazos 5 de pinza. Tal como puede verse de la representación en despiece parcial, al menos un brazo 5 de pinza, en particular el brazo 5 de pinza inferior, se une mediante un elemento 23a de soporte del brazo 5 de pinza inferior, mientras que el otro, en particular el brazo 5 de pinza superior está unido mediante una abrazadera 23b de unión flexible con los otros contactos 22, 23. Al menos un brazo 5 de pinza está unido por tanto directamente con el transformador 12 de gran amperaje y el otro brazo 5 de pinza mediante una línea muy corta, por ejemplo más corta que 50 m, está unido con este. Debido a que las líneas 11 entre la fuente 10 de corriente y los electrodos 7 o bien los brazos 5 de pinzas del dispositivo 1 de soldadura por resistencia se omiten o bien resultan demasiado cortas, las pérdidas óhmicas y pérdidas inductivas se reducen claramente.
Se producen ventajas especiales cuando al menos dos contactos 20, 21 se unen directamente o bien sin líneas y por tanto sin resistencias de paso de contacto con un brazo 5 de pinzas. Esto puede conseguirse por que en la fuente 10 de corriente estos dos contactos 20, 21 están casi integrados, que se unen con las piezas correspondientes del dispositivo 1 de soldadura por resistencia, en particular los brazos 5 de pinzas, es decir sin tender líneas. Mediante la unión directa de un brazo 5 de pinza con los contactos 20, 21 del transformador 12 de gran amperaje se alcanza por tanto una unión sin líneas, mientras que el segundo brazo 5 de pinza debe unirse con líneas muy cortas con los contactos 22, 23. Con ello puede alcanzarse una reducción muy alta de las pérdidas de línea, dado que las longitudes de línea se reducen a un mínimo. En el estado de la técnica, en el caso óptimo, el transformador de gran amperaje se posiciona lo más cerca posible en la pinza portaelectrodos 4, de manera que a continuación las líneas deben tenderse desde el transformador 12 de gran amperaje hacia la pinza portaelectrodos 4, mientras que en la solución de acuerdo con la invención el transformador 12 de gran amperaje está integrado en la pinza portaelectrodos 4 y al mismo tiempo está fijado un brazo 5 pinzas directamente en el transformador 12 de gran amperaje, de manera que solamente debe conectarse el segundo brazo 5 de pinza con una o bien dos líneas cortas. Naturalmente también en lugar de líneas también pueden emplearse por ejemplo contactos deslizantes u otros elementos de unión. También las pérdidas dentro de la fuente 10 de corriente, debido al modo de construcción compacto, y la unión directa, es decir sin líneas, de los componentes de la fuente 10 de corriente se reducen notablemente.
De manera ventajosa, todos los componentes de la fuente 10 de corriente, así como también el rectificador síncrono 16, el circuito 17 de excitación, el transformador 18 de corriente, y todos los circuitos de suministro para el rectificador síncrono 16 y el circuito 17 de excitación están contenidos en la unidad en forma de cubo o bien de paralelepípedo. Es decir, que mediante la integración de los componentes/circuitos electrónicos se crea una unidad de construcción en forma de un cubo, en el que el usuario debe facilitar en el lado primario solamente energía en forma de tensión alterna correspondiente, o bien corriente alterna correspondiente para obtener en el lado secundario una corriente continua dimensionada de manera correspondiente, o bien una tensión continua dimensionada de manera correspondiente con alta potencia. El control y regulación se realiza autárquicamente en el
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cubo o bien la fuente 10 de corriente. Con ello el cubo o bien la fuente 10 de corriente puede emplearse ampliamente para el suministro de componentes con alta corriente continua. En particular, la fuente 10 de corriente sirve para el suministro con tensión reducida y gran amperaje, como es habitual en procesos de soldadura por resistencia.
En el empleo en un proceso de soldadura por resistencia pueden estar formadas también piezas de la fuente 10 de corriente configurada en forma de cubo mediante componentes del dispositivo 1 de soldadura por resistencia, por ejemplo piezas de los brazos 5 de pinzas o similares, como esto está representado. En este caso, el cubo o bien la fuente 10 de corriente asume una función de soporte, al estar fijado un brazo 5 de pinzas directamente en el cubo. El brazo 5 de pinza adicional se empalma mediante líneas de unión (no representadas). Mediante esta construcción puede impedirse largas líneas de alimentación, de manera que se alcanza una reducción sustancial de las pérdidas. Sin embargo, para que el cubo pueda integrarse en una pinza portaelectrodos 4 de este tipo, es necesario que su tamaño de construcción se mantenga lo más reducida posible. Por ejemplo, el cubo o bien la fuente 10 de corriente, en un dimensionamiento de la corriente continua que va a facilitarse de hasta 20 kA, presenta una longitud lateral entre 10 cm y 20 cm, en particular 15 cm. Mediante esta configuración compacta de la fuente 10 de corriente en forma de cubo es sencillamente posible integrar esta por ejemplo en el cuerpo base de la pinza portaelectrodos 4.
La figura 4 muestra un diagrama de bloques esquemático de la fuente 10 de corriente para facilitar una corriente continua, en particular de una corriente de soldadura. En esta variante de realización preferida de la fuente 10 de corriente están conmutados en serie diez arrollamientos primarios 13 del transformador 12 de gran amperaje y diez arrollamientos secundarios 14 del transformador 12 de gran amperaje están conmutados en paralelo con derivación central. Mediante una realización de este tipo del transformador 12 de gran amperaje, la relación de transmisión correspondientemente alta para alcanzar una corriente secundaria correspondientemente alta también puede alcanzarse en el caso de números de espiras reducidos de los arrollamientos primarios 13 y números de espiras reducidos de los arrollamientos secundarios 14. Por ejemplo, con diez arrollamientos primarios 13 y también diez arrollamientos secundarios 14 puede alcanzarse una relación de transmisión de 100. La corriente primaria atraviesa los arrollamientos primarios 13 conmutados en serie del transformador 12 de gran amperaje, mientras que la corriente secundaria relativamente alta se distribuye en los diez arrollamientos secundarios 14 conmutados en paralelo. Las corrientes parciales en el lado secundarias se alimentan a los elementos 24 de conmutación correspondientes del rectificador síncrono 16. Mediante una distribución de este tipo se produce, a pesar de los números de espiras reducidos en el lado primario y secundario una relación de transmisión correspondientemente alta (en este caso 100). Mediante esta construcción, al contrario que en transformadores de gran amperaje habituales son necesarios números de espiras más reducidos en el lado primario, por lo que la longitud del arrollamiento primario 13 puede reducirse, y por ello pueden reducirse las pérdidas óhmicas. Mediante el número de espiras reducido del arrollamiento primario 13 y por tanto una reducción resultante de ello de la longitud de línea se reduce de nuevo la inductancia de dispersión del transformador 12 de gran amperaje típica del sistema, por lo que el transformador 12 de gran amperaje puede funcionar con frecuencias de conmutación más altas, por ejemplo 10 kHz. Las frecuencias de conmutación más elevadas con respecto a transformadores de gran amperaje convencionales provocan de nuevo una disminución del tamaño de construcción y del peso del transformador 12 de gran amperaje, y por tanto de las posibilidades de montaje ventajosas. Por tanto, el trasformador 12 de gran amperaje puede posicionarse por ejemplo muy cerca de los electrodos 7 de un dispositivo 1 de soldadura por resistencia. Por tanto también la carga de soporte del robot de soldadura puede reducirse debido al peso reducido del transformador 12 de gran amperaje, de manera que puede ser suficiente un robot de soldadura pequeño más barato.
Los transformadores convencionales, en los que no se realiza ninguna conmutación en serie/en paralelo del arrollamiento primarios y secundarios, requerirían de manera correspondiente más espiras primarias, lo que tendría como consecuencia longitudes de cable en el lado primario sustancialmente más largas. Debido a la longitud de cable mayor aumentan por un lado las pérdidas óhmicas, y por otro lado da como resultado una inductancia de dispersión más elevada, por lo que las frecuencias con las que el transformador del estado de la técnica puede funcionar están limitadas en algunos kHz.
En oposición a ello, en la construcción del transformador 12 de gran amperaje descrita en este caso, las pérdidas óhmicas y la inductancia de dispersión de los arrollamientos primarios 13 y arrollamientos secundarios 14 condicionada por el sistema son reducidas, por lo que pueden emplearse frecuencias en la gama de 10 kHz y superiores. Por ello a su vez puede alcanzarse un tamaño de construcción sustancialmente más pequeño del transformador 12 de gran amperaje. El tamaño de construcción más pequeño del transformador 12 de gran amperaje o bien de la fuente 10’ de corriente posibilita a su vez disponer esta o aquella más cerca del lugar donde se necesita la corriente generada, por ejemplo sobre los brazos 5 de pinzas de un dispositivo 1 de soldadura por resistencia.
Mediante la conmutación en paralelo de los arrollamientos secundarios 14 del transformador 12 de gran amperaje, la corriente resultante, alta secundaria se divide en varias corrientes parciales. Estas corrientes parciales se transmiten a elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16, tal como se representa esquemáticamente. Para activar los elementos 24 de conmutación está previsto un circuito 17 de excitación que está marcado en la zona del arrollamiento primario 13 y el arrollamiento secundario 14, estando dispuestos tanto el rectificador síncrono 16 como también el circuito 17 de excitación con sistema de sensores respectivo dentro del cubo, es decir dentro del transformador 12 de gran amperaje. El rectificador síncrono 16 y el circuito 17 de excitación están configurados y
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dimensionados en este caso de tal manera que estos realizan la regulación y control de la fuente 10 de corriente autárquicamente, es decir sin Influencia externa. Por lo tanto el cubo no presenta preferentemente ninguna línea de control para el enganche desde fuera, sino solamente conexiones o bien contactos para el suministro y conexiones o bien contactos para el suministro primario, y conexiones o bien contactos para el suministro de la energía generada en el lado secundarlo, en particular de la corriente continua secundarla alta.
Sin embargo es posible que una conexión correspondiente del circuito 17 de excitación se conduzca hacia afuera, para poder especificar al circuito 17 de excitación valores teóricos. Mediante ajustes externos la fuente 10 de corriente puede adaptarse de manera óptima al campo de empleo. Sin embargo, tal como se conoce por el estado de la técnica, pueden emplearse sistemas para la modificación o transmisión de datos, que trabajan de manera inalámbrica, preferentemente inductiva, magnética o por Bluetooth, de manera que no debe conducirse hacia afuera ninguna conexión de control.
El control y/o regulación de la fuente 10 de corriente se realiza mediante un sistema de sensores integrado. Mediante la medición de las corrientes secundarias de un arrollamiento secundario 14 con ayuda de transformadores 18 de corriente correspondientes, el circuito 17 de excitación recibe la información de en qué momentos deben conmutarse los elementos 14 de conmutación del rectificador síncrono 16. Debido a que los transformadores 18 de corriente solamente miden una fracción, en este caso una décima parte de la corriente secundaria del transformador 12 de gran amperaje, pueden realizarse más pequeños, lo que repercute de manera positiva de nuevo en el tamaño de construcción de la fuente 10 de corriente.
Para la reducción de las pérdidas de paso y pérdidas por conmutación, los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se conmutan en la medida de lo posible en el paso por cero de las corrientes secundarias a través de arrollamientos secundarios 14 del transformador 12 de gran amperaje. Dado que por el registro del paso por cero de la corriente secundaria a través de los transformadores 18 de corriente hasta una activación de los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se llega a ciertos retrasos, el circuito 17 de excitación está configurado de acuerdo con la invención para conmutar los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 en un momento ajustado previamente antes de alcanzar el paso por cero de la corriente en el arrollamiento secundario 14. El circuito 17 de excitación provoca por tanto la conmutación de los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 en un momento en el que las corrientes medidas mediante los transformadores 18 de corriente en el arrollamiento secundario 14 del transformador 12 de gran amperaje no alcanzan o bien superan un umbral de conexión y desconexión determinado. Mediante estas medidas puede alcanzarse que los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se conmuten sustancialmente durante el paso por cero de las corrientes a través del arrollamiento secundario 14 del transformador 12 de gran amperaje, por lo que las pérdidas de paso y pérdidas por conmutación pueden minimizarse (véase también la figura 16).
Para un arrollamiento primario 13 y arrollamiento secundario 14, en la figura 4 está marcado también el circuito 48 de suministro para el suministro del rectificador síncrono 16 y del circuito 17 de excitación con energía eléctrica. También este circuito 48 de suministro está integrado preferentemente en la fuente 10 de corriente, es decir en el cubo. Dado que el suministro del rectificador síncrono 16 y del circuito 17 de excitación de la fuente 10 de corriente con energía eléctrica suficiente debe garantizarse en el momento deseado del suministro de la corriente continua, por ejemplo de la corriente de soldadura, es necesaria una activación suficientemente rápida del circuito 48 de suministro (véase figura 15), o bien esta está diseñada de tal manera que en la activación de la fuente 10 de corriente se proporciona lo más rápido posible una tensión de suministro suficientemente alta, y a continuación se suministra la potencia necesaria o bien la corriente necesaria.
La figura 5 muestra la forma de realización de la fuente 10 de corriente de acuerdo con la figura 3 en representación ampliada. La fuente 10 de corriente para facilitar una corriente continua, por ejemplo corriente de soldadura presenta sustancialmente la forma de un cubo o bien de un paralelepípedo, representando las superficies laterales del cubo o bien del paralelepípedo los contactos 20, 21, 22, 23 a través de los cuales puede transmitirse la corriente continua generada para el consumidor correspondiente, por ejemplo los brazos 5 de pinzas o bien electrodos 7 de un dispositivo 1 de soldadura por resistencia. Todos los componentes de la fuente 10 de corriente, es decir el transformador 12 de corriente alta, el rectificador síncrono 16, el circuito 17 de excitación, el transformador 18 de corriente, el circuito 48 de suministro etc. están contenidos, o bien integrados en este elemento en forma de cubo o bien en forma de paralelepípedo de la fuente 10 de corriente. Mediante este modo de construcción compacto las pérdidas de la fuente 10 de corriente pueden mantenerse especialmente reducidas y por tanto aumentar notablemente su rendimiento, dado que se alcanza un acortamiento óptimo de la líneas y por tanto de los tiempos de conmutación con la integración de los componentes electrónicos, en particular de las placas de circuitos impresos con el rectificador síncrono 16, el circuito 17 de excitación y el circuito 48 de suministro en el cubo. Mediante la integración del rectificador síncrono 16 y el circuito 17 de excitación, así como de los circuitos 48 de suministro de la fuente 10 de corriente en el transformador 12 de gran amperaje, así como la conmutación en paralelo de varios elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16, y la unión sin líneas de los elementos 24 de conmutación con los arrollamientos secundarios 14 del transformador 12 de gran amperaje no son necesarias líneas entre el rectificador síncrono 16 y el lado secundario 14 del transformador 12 de gran amperaje, por lo que las pérdidas óhmicas ocasionales y pérdidas adicionales se omiten mediante líneas de este tipo. La pieza 19 de potencia para el suministro del transformador 12 de gran amperaje se posiciona lo más cerca posible de este, para alcanzar en la medida de lo posible líneas de conexión cortas y por tanto pérdidas de potencia e inductancias de línea. Mediante la
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integración de todos los componentes se forma una unidad autárquica que debe unirse en el lado de entrada únicamente con la pieza 19 de potencia, y en el lado de salida, en el caso de un dispositivo 1 de soldadura por resistencia, con los brazos 5 de pinza o bien electrodos 7. Las líneas adicionales entre los circuitos Individuales de la fuente 10 de corriente pueden omitirse o al menos reducirse notablemente en su longitud.
La base del transformador 12 de gran amperaje de la fuente 10 de corriente forma un elemento de transformador en forma de un soporte 25 en I de material eléctricamente conductor, en particular cobre o una aleación de cobre, en cualquier caso con un recubrimiento, por ejemplo de plata. En las entalladuras 25a del soporte 25 en I se disponen a ambos lados los núcleos magnéticos 15 con los arrollamientos secundarios 14 del transformador 12 de gran amperaje. En este caso es espacialmente ventajoso si los núcleos magnéticos 15 no presentan sección transversal redonda, sino ovalada o bien plana. En el ejemplo de realización representado, en cada entalladura 25a del soporte 25 en I están dispuestos en cada caso cinco núcleos magnéticos 15 con los arrollamientos secundarios 14 respectivos en paralelo. El arrollamiento primario 13 o bien los arrollamientos primarios 13 (líneas de trazos y puntos interconectados en serie discurren a través de los núcleos magnéticos 15 dispuestos en las entalladuras 25a del soporte 25 en I y alrededor del puente central del soporte 25 en I. A través de este curso del arrollamiento primario 13 a través de los núcleos magnéticos 15 dispuestos en particular de manera simétrica en las dos entalladuras 25a del soporte 25 en I puede alcanzarse un acoplamiento magnético óptimo con respecto a los arrollamientos secundarios 14. Las conexiones 26 del arrollamiento primario 13 se conducen hacia afuera a través de al menos una abertura 27 en una superficie exterior 28 del soporte 25 en I. A través de estas conexiones 26 el arrollamiento primario 13 del transformador 12 de gran amperaje puede unirse con la pieza 19 de potencia correspondiente. La superficie exterior 28 del soporte 25 en I forma los dos primeros contactos 20, 21 de la fuente 10 de corriente, que por ejemplo, se unen con uno de los electrodos 7 del dispositivo 1 de soldadura por resistencia.
Por encima de las entalladuras 25a del soporte 25 en I se encuentran placas 29 de contacto cuyas superficies exteriores forman los dos contactos 22, 23 adicionales de la fuente 10 de corriente y están aisladas frente al soporte 25 en I. Las placas 29 de contacto están formadas Igualmente de material eléctricamente conductor, por ejemplo cobre o una aleación de obre, en cualquier caso con un revestimiento, por ejemplo de plata. El cobre o las aleaciones de cobre presentan propiedades eléctricas óptimas y muestran buena conductibilidad térmica por lo que las pérdidas térmicas que aparecen pueden expulsarse de manera más rápida. El revestimiento de plata impide una oxidación del cobre o bien de la aleación de cobre. En lugar de cobre o aleaciones de cobre se consideran también aluminio o aleaciones de aluminio, que presentan frente al cobre una ventaja de peso, aunque la resistencia a la corrosión no es tan alta. En lugar de un revestimiento de plata también es posible un revestimiento de estaño y otros materiales, o sus uniones o bien capas. Entre las placas 29 de contacto y las conexiones correspondientes de los arrollamientos secundarlos 14 del transformador 12 de gran amperaje están dispuestas las placas 35 de circuitos impresos del rectificador síncrono 16 y del circuito 17 de excitación. Estas placas 35 de circuitos impresos o bien tableros de circuitos impresos están montados o bien soldados directamente sobre las placas 29 de contacto y se fijan a continuación aislados en el soporte 25 en I. Mediante este modo de construcción, las conexiones secundarias del transformador 12 de gran amperaje se unen o bien se contactan directamente con los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 sin que tengan que tenderse líneas. Las salidas del rectificador síncrono 16 están unidas preferentemente también directamente con las placas 29 de contacto, por lo que no se necesita ninguna línea. Las placas 29 de contacto se unen con el soporte 25 en I, preferentemente se atornillan (no representado). Sobre las superficies exteriores 28 del soporte 25 en I, así como las superficies exteriores de las placas 29 de contacto pueden estar dispuestos dispositivos 30 de unión, por ejemplo perforaciones con roscas correspondientes para alojar tornillos. Mediante estos dispositivos 30 de unión pueden fijarse por ejemplo las líneas a los brazos 5 de pinza de un dispositivo 1 de soldadura por resistencia, u otros aparatos que van a suministrarse con la corriente continua, o puede fijarse un brazo 5 de pinzas directamente en el soporte 25 en I o sobre las placas 29 de contacto.
En el lado superior y el lado inferior de la fuente 10 de corriente en forma de cubo, o bien en forma de paralelepípedo, pueden estar dispuestas placas 31 de cubierta y estar unidas con el soporte 25 en I y las placas 29 de contacto, por ejemplo estar atornilladas (véase la figura 6). Preferentemente, las placas 31 de cubierta están formadas igualmente de material eléctricamente conductor, y atornilladas con las placas 29 de contacto, por lo que resulta una unidad estable del transformador 12 de gran amperaje así como a través de las placas 31 de cubierta se produce también una unión eléctrica entre las placas 29 de contacto. Con ello se alcanza que a través de la placa 31 de cubierta puede tener lugar una compensación de carga y por tanto no puede llegarse a ninguna carga asimétrica del transformador 12 de gran amperaje. Por ello puede suprimirse una línea eléctrica separada que uniría eléctricamente entre sí las dos placas 29 de contacto para producir la compensación de tensión o bien de potencial y evitar asimetrías. A través de las placas 31 de cubierta se produce por tanto la unión eléctrica de las dos placas 29 de contacto de la disposición simétrica del transformador 12 de gran amperaje o bien de la fuente 10 de corriente para facilitar la corriente de soldadura. En este caso, naturalmente debe estar garantizado un aislamiento correspondiente con respecto al soporte 25 en I. Las placas 31 de cubierta, así como el soporte 25 en I y las placas 29 de contacto, están formados preferentemente de cobre o una aleación de cobre, preferentemente con un recubrimiento de plata.
Sobre una superficie exterior 28 del soporte 25 en I, en particular el primer contacto 20, están dispuestas dos entradas 32 para la admisión de un fluido de refrigeración y una salida 33 para la desviación del fluido de refrigeración, para posibilitar una refrigeración de los componentes de la fuente 10 de corriente. La sección
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transversal de la salida 33 para desviar el fluido de refrigeración presenta la suma de las secciones transversales de todas las entradas 32 para la admisión del fluido de refrigeración. Para un transcurso óptimo del fluido de refrigeración, los canales 39 de refrigeración están dispuestos de manera correspondiente (véase las figuras 9 y 11). Como fluido de refrigeración puede recurrirse a agua o a otro líquido, pero también a un refrigerante gaseoso.
Tal como puede desprenderse de la representación en despiece de la fuente 10 de corriente de acuerdo con la figura 6, los transformadores 18 de corriente para la medición de las corrientes secundarias del transformador 12 de gran amperaje están colocados directamente en los arrollamientos secundarios 14 dispuestos totalmente arriba, es decir, en el primer arrollamiento secundario 14 o bien superior está dispuesto en cada caso, a ambos lados del soporte 25 en I, un transformador 18 de corriente, de tal manera que debido a la corriente inducida, la corriente puede averiguarse a través de este arrollamiento secundario 14. Para evitar una Influencia de las corrientes medidas por el transformador 18 de corriente mediante campos magnéticos extraños, una carcasa 34 de material magnéticamente conductor, por ejemplo ferrlta está dispuesta preferentemente para el blindaje por encima de los transformadores 18 de corriente.
Los transformadores 18 de corriente están dispuestos a ambos lados del soporte 25 en I sobre el arrollamiento secundario 14 primero y segundo en cada caso. Debido al flujo de corriente a través de los arrollamientos primarios 13 la corriente sale en un lado del soporte 25 en I, por lo que el arrollamiento secundario 14 superior configura por tanto el primer arrollamiento secundario 14, mientras que en el lado enfrentado ahora la corriente entra en el arrollamiento secundario 14 superior y configura por tanto el segundo arrollamiento secundario. Mediante el empleo de un puente completo se requiere que el flujo de corriente siempre se registre desde el primer y segundo arrollamiento secundario 14 independientemente uno de otro, de manera que, según la dependencia de la corriente, pueden excitarse los elementos 24 de conmutación correspondientes del transformador síncrono 16. Con ello es posible que los elemento 24 de conmutación de los dos lados del soporte 25 en I se exciten casi sincrónicamente por una señal de excitación provocada por el transformador 18 de corriente.
Entre las placas 29 de contacto y el soporte 25 en I están dispuestas las placas 35 de circuitos impresos del rectificador síncrono 16 y del circuito 17 de excitación. Las placas 35 de circuitos impresos forman al mismo tiempo el aislamiento necesario entre el soporte en I y las placas 29 de contacto. Los elementos 24 de conmutación correspondientes del rectificador síncrono 16 se empalman directamente con los arrollamientos secundarios 14 del transformador 12 de gran amperaje. Mediante convexidades 36 correspondientes, en particular convexidades en forma de almena, sobre la superficie interior de la placa 29 de contacto y aberturas 37 correspondiente sobre la placa 35 de circuitos impresos por debajo de los elementos 24 de conmutación, puede realizarse un empalme directo de los elementos 24 de conmutación con las placas 29 de contacto. Los elementos 24 de conmutación están formados preferentemente mediante transistores de efecto de campo cuyos ánodos están formados a través de sus carcasas. Las carcasas de los transistores de efecto de campo se unen directamente o bien sin líneas con el al menos un arrollamiento secundario 14 del transformador 12 de gran amperaje, de manera que no son necesarias líneas entre estas unidades. Por ejemplo, se emplean transistores de efecto de campo de silicio o de nitruro de galio. Los transformadores 18 de corriente se unen directamente con la placa 35 de circuitos impresos del rectificador síncrono 16 dispuestas al lado y el circuito 17 de excitación y mediante una línea 38 adecuada con la placa 35 de circuitos impresos enfrentada del rectificador síncrono 16 y el circuito 17 de excitación.
El ensamblaje de la fuente 10 de corriente de acuerdo con las figuras 5 y 6 se realiza preferentemente con un procedimiento de soldadura indirecta empleando dos temperaturas de soldadura indirecta diferente. En primer lugar, los arrollamientos secundarios 14 se unen con las entalladuras 25a del soporte 25 en I empleando un material de soldadura indirecta, en particular un estaño para soldar que se funde a una primera temperatura de fusión más alta Ts-i, por ejemplo a 260 °C. También las placas 29 de contacto se empalman con las placas 35 de circuitos impresos, empleando un material de soldadura indirecta que se funde a la primera temperatura de fusión más alta TSi, por ejemplo a 260 °C. Después, sobre la placa 35 de circuitos impresos, empleando un material de soldadura indirecta, que se funde a la primera temperatura de fusión Tsi, por ejemplo a 260 °C se montan a su vez los componentes del rectificador síncrono 16 y el circuito 17 de excitación. Mediante el efecto capilar de la placa 35 de circuitos impresos sobre la placa 29 de contacto no se da ningún peligro de una separación de la placa 35 de circuitos impresos de la placa 29 de contacto. Después de estas etapas de trabajo, los contactos en el lado exterior de los arrollamientos secundarios 14, y los contactos sobre las placas 35 de circuitos impresos con material de soldadura indirecta se filtran con una segunda temperatura de fusión Ts2más baja con respecto a la primera temperatura de fusión Tsi, por ejemplo a 180 °C, las placas 29 de contacto se unen con las placas 35 de circuitos impresos con el soporte 25 en I, preferentemente se atornillan, y después se calientan mediante la segunda temperatura de fusión Ts2del material de soldadura indirecta, por ejemplo a 180 °C, de manera que se produce la unión de los arrollamientos secundarios 14 con los elementos 24 de conmutación de los rectificadores síncronos 16. Mediante el empleo de un material de soldadura indirecta con esta segunda temperatura de fusión Ts2 más baja puede garantizarse que las uniones de soldadura indirecta fabricadas con el material de soldadura indirecta con temperatura de fusión Tsi más alta no se fundan, o bien mediante procesos de cristalización no sean de alta impedancia. Finalmente el arrollamiento primario 13 se enhebra a través de los núcleos magnéticos 15 y a continuación se montan los transformadores 18 de corriente y se empalman, y la línea 38 se tiende. Mediante la fijación de las placas 31 de cubierta la fuente 10 de corriente se concluye. Para reducir fuerzas de tracción y de flexión sobre los componentes de la fuente 10 de corriente pueden colarse todas las cavidades antes del montaje de las placas 31 de cubierta. A través de las aberturas previstas para ello (no representadas), por ejemplo en las placas 31 de cubierta, puede realizarse un
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colado también después del montaje de las placas 31 de cubierta.
La figura 7 muestra la fuente 10 de corriente de acuerdo con las figuras 5 y 6 con transcurso indicado de los canales 39 de refrigeración (dibujado con líneas de trazos). De manera correspondiente, los canales 39 de refrigeración de las dos entradas 32 dispuestas simétricamente discurren primeramente hacia las placas 29 de contacto, donde las fuentes de calor más intensas (los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 y los componentes del circuito 17 de excitación) y los componentes más sensibles se enfrían con el fluido de refrigeración frío. Después, los calanes 39 de refrigeración discurren hacia los elementos exteriores del soporte 25 en I y hacia el puente central del soporte 25 en I, donde los arrollamientos del transformador 12 de gran amperaje se enfrían, reuniéndose los dos canales 39 de refrigeración que entran lateralmente en el puente central para formar un único canal 39 de refrigeración. Después, los canales 39 de refrigeración desembocan en la salida 33 común para el fluido de refrigeración. Los canales de refrigeración en las placas 29 de contacto y en el soporte 25 en I se fabrican preferentemente mediante perforaciones 40 correspondientes que terminan en los lugares correspondientes mediante elementos 41 de terminación. Entre el soporte 25 en I y las placas 29 de contacto se disponen elementos 42 de obturación correspondientes para la obturación de los canales 39 de refrigeración, por ejemplo, juntas tóricas (véase la figura 8).
En la figura 8, el soporte 25 en I del transformador 12 de gran amperaje está representado aislado de los otros componentes del transformador 12 de gran amperaje, o bien de la fuente 10 de corriente. En los lugares de desembocadura de los canales 39 de refrigeración están dispuestos los elementos 42 de obturación anteriormente mencionados, por ejemplo en forma de juntas tóricas. Las entalladuras 25a en el soporte 25 en I están configuradas exactamente para el alojamiento del núcleo magnético 15, por lo que se alcanza una construcción muy compacta. Al mismo tiempo, el puente central del soporte 25 en I forma la superficie de contacto para la derivación central de los arrollamientos secundarlos 14 del transformador 12 de gran amperaje. Las derivaciones centrales de los arrollamientos secundarios 14 se unen sin líneas con el puente central del soporte en I 25, por lo que de nuevo pueden suprimirse las líneas correspondientes. Mediante el enlace directo de los arrollamientos secundarlos 14 sobre el soporte 25 en I se alcanza también un aumento esencial de la superficie de conexión, y pueden evitarse por tanto de nuevo pérdidas de paso y pérdidas de potencia.
El soporte 25 en I forma la base del transformador 12 de gran amperaje alrededor de la cual están dispuestos los arrollamientos secundarlos 14, de tal manera que no es necesaria ninguna línea de unión. Las superficies exteriores del soporte 25 en I representan los dos primeros contactos 20, 21 de la fuente 10 de corriente, que directamente, es decir sin líneas se unen con los brazos 5 de pinza del dispositivo 1 de soldadura por resistencia. Una disposición de ahorro de espacio se consigue porque los núcleos magnéticos 15 no están realizados redondos sino ovalados, o bien planos. Preferentemente se emplean núcleos magnéticos 15 cerrados. Mediante esta configuración puede realizarse la conmutación en serie/en paralelo de los arrollamientos primarios 13 y los arrollamientos secundarios 14, a través de la cual la relación de transmisión necesaria del transformador 12 de gran amperaje para la corriente continua alta que va a facilitarse se alcanza con números de espiras reducidos de los arrollamientos primarios 13 y arrollamientos secundarios 14. Una construcción de este tipo merece la pena especialmente si en cada lado del soporte 25 en I se disponen al menos tres arrollamientos secundarios 14 conmutados en paralelo.
La figura 9 muestra la imagen seccionada a través del soporte 25 en I de la figura 8 a lo largo de la línea de corte IX- IX. De ello puede verse claramente el curso de los canales 39 de refrigeración para la salida 33 común para el fluido de refrigeración.
La figura 10 muestra una placa 29 de contacto del transformador 12 de gran amperaje, o bien de la fuente 10 de corriente así como la placa 35 de circuitos Impresos para el rectificador síncrono 16 y el circuito 17 de excitación en representación ampliada. Tal como ya se mencionó anteriormente, los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se empalman en uno de los lados directamente con los arrollamientos secundarios 14 correspondientes del transformador 12 de gran amperaje, y en el otro lado directamente se une con la placa 29 de contacto. Para este fin, sobre la superficie interior de la placa 29 de contacto están dispuestas convexidades 36, en particular convexidades en forma de almena que sobresalen en aberturas 37 correspondientes sobre la placa 35 de circuitos impresos y allí se empalman, directamente o bien sin líneas, los cátodos de los elementos 24 de conmutación dispuestos por encima de las aberturas 37. Mediante las convexidades 36 puede renunciarse a líneas de enlace entre los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 y las placas 29 de contacto, por lo que por un lado pueden reducirse las pérdidas óhmlcas, y por otro lado puede mejorarse la transición térmica entre los elementos 24 de conmutación y las placas 29 de contacto. Finalmente también se reduce el gasto de fabricación, dado que no tiene que tenderse ninguna línea de enlace ni conectarse, sino que los elementos 24 de conmutación se unen directamente con las convexidades 36, preferentemente se sueldan con estaño. También con ello puede posibilitarse un poslcionamiento sencillo de la placa 35 de circuitos Impresos y por tanto la fabricación puede simplificarse sustanclalmente.
Mediante la disposición del circuito 17 de excitación y del rectificador síncrono 16 sobre la placa 35 de circuitos impresos que se dispone en el lado interior de la placa 29 de contacto puede conseguirse el empalme directo o bien sin líneas de las conexiones de los arrollamientos secundarios 14 con los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16, y también un empalme directo o bien sin líneas de las salidas del rectificador síncrono 16 con la placa 29 de contacto. Preferentemente, el transformador 12 de gran amperaje, o bien la fuente 10 de corriente
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está construida simétricamente para facilitar la corriente continua, estando dispuesta a ambos lados de los arrollamientos secundarios 14 dispuestos simétricamente en cada caso una placa 35 de circuitos impresos con una pieza del rectificador síncrono 16 y del circuito 17 de excitación por debajo de una placa 29 de contacto en cada caso.
En el rectificador síncrono 16 de acuerdo con la figura 10, están dispuestos en cada caso diez elementos 24 de conmutación en una fila. Para garantizar que todos los elementos 24 de conmutación conmutados en paralelo se exciten sustancialmente al mismo tiempo y que las pérdidas de tiempo de ejecución repercutan solamente poco, se realiza una excitación simétrica de los elementos 25 de conmutación por ambos lados, es decir, mediante controladores de compuerta dispuestos a ambos lados se excitan en cada caso preferentemente cinco elementos 24 de excitación de derecha a izquierda. También pueden disponerse otras variantes de excitación, como por ejemplo un controlador de compuerta que discurre adicionalmente de manera central, por lo que las longitudes de línea y sus inductancias se dividen en tres partes. Mediante una excitación paralela de este tipo de las compuertas de los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se garantizan trayectos de excitación cortos, y por tanto tiempos de conmutación aproximadamente síncronos de los elementos 24 de conmutación, dado que no aparecen, o apenas aparecen pérdidas de tiempo de ejecución. En el montaje de la placa 35 de circuitos impresos, sobre la placa 29 de contacto, las convexidades 36 de la placa 29 de contacto sobresalen a través de las aberturas 37 en la placa 35 de circuitos impresos, por lo que al mismo tiempo el lado posterior de la placa 35 de circuitos impresos puede unirse o bien soldarse con estaño con la placa 29 de contacto, y adicionalmente pueden unirse o bien soldarse, elementos 24 de conmutación dispuestos en el lado enfrentado también con la placa 29 de contacto. Por tanto el gasto de cableado habitual alto puede suprimirse. También con ello es posible un sencillo posicionamiento de la placa 35 de circuitos impresos sobre la placa 29 de contacto, y esta ya no puede resbalar durante la soldadura con estaño. Si sobre la placa 35 de circuitos impresos, están dispuestos el rectificador síncrono 16, el circuito 17 de excitación y el circuito 18 de suministro puede conseguirse una construcción autárquica en la integración de la placa 35 de circuitos impresos en el transformador 12 de gran amperaje. Es ventajoso adicionalmente si el circuito 17 de excitación está dispuesto a ambos lados de los elementos 24 de conmutación dispuestos en paralelo y en serie, dado que por ello se alcanza un acortamiento de los trayectos de línea hacia los elementos 24 de conmutación individuales. Por ello puede garantizarse que dentro de un lapso de tiempo muy corto se conecten todos los elementos 24 de conmutación conmutados en paralelo. Mediante la disposición del circuito 17 de excitación a ambos lados se alcanza una reducción a la mitad de la longitud de línea y con ello acompañado de una reducción de las Inductancias de línea, y por tanto un acortamiento esencial de los tiempos 24 de conmutación. En un lado de la placa 35 de circuitos Impresos está previsto preferentemente por toda la superficie una superficie que puede soldarse indirectamente para soldarse con estaño con la placa 29 de contacto, por lo que puede alcanzarse una unión segura con la placa 29 de contacto. Por tanto pueden reducirse también las resistencias de paso sustanclalmente, dado que un enlace por toda la superficie de la placa 35 de circuitos impresos presenta una resistencia de paso más reducida. En lugar de la unión directa preferente por soldadura indirecta pueden preverse también cables de unión cortos, los denominados cables de interconexión.
El circuito 48 de suministro está configurado preferentemente para formar corrientes de conmutación debidamente altas, por ejemplo entre 800 A y 1500 A, en particular 1000 A y para el suministro de los componentes con tensión de suministro correspondiente. Debido a la corriente de conmutación muy alta puede garantizarse un tiempo de conmutación muy reducido, en particular en el intervalo de ns. Con ello puede garantizarse que los elementos 24 de conmutación siempre se conmuten hacia el paso por cero, o directamente poco antes del paso por cero, con una corriente de salida reducida, de manera que apenas aparezcan pérdidas de conmutación, o no aparezca ninguna. Si está previsto un circuito de comunicación de datos para la transmisión inalámbrica de datos, preferentemente de manera inductiva, magnética o por Bluetooth pueden transmitirse datos inalámbricamente desde y sobre la placa 35 de circuitos impresos (no representada). Con ello puede realizarse una adaptación de los momentos de conmutación a los diferentes campos de empleo del transformador 12 de gran amperaje. Igualmente, desde una memoria dispuesta en la placa 35 de circuitos impresos (no representada) pueden leerse datos para el procesamiento adicional, o controles, o bien para una supervisión de calidad.
Para crear una protección de los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 frente a sobretensiones es ventajoso encender los elementos 24 de conmutación cuando no se necesitan. En el caso de la aplicación en un dispositivo 1 de soldadura por resistencia, el rectificador síncrono 16 activo se activa por tanto en las pausas de soldadura para evitar una destrucción de los elementos 24 de conmutación. Se vigila si una corriente primaria o bien corriente secundaria fluye a través del transformador 12 de gran amperaje, y en el caso de ningún flujo de corriente mientras la pinza portaelectrodos 4 se posiciona de manera correspondiente para un nuevo punto de soldadura, el circuito 17 de excitación activa todos los elementos 24 de conmutación mediante excitación correspondiente de la compuerta. Tras el posicionamiento de la pinza portaelectrodos 4 se activa la fuente 10 de corriente, es decir se inicia una operación de soldadura manual o automática, entonces sobre el arrollamiento primario 13 del transformador 12 de gran amperaje se aplica una tensión alterna, que a su vez se detecta por el circuito 17 de activación debido a un flujo de corriente, y por tanto el modo de protección de los elementos 24 de conmutación se desactiva. Naturalmente, la activación y desactivación de los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 también puede realizarse mediante señales de control que se envían por radio o inductivamente o bien magnéticamente al circuito 17 de excitación. En los elementos 24 de conmutación conectados las posibles sobretensiones no pueden ocasionar ningún daño. También puede preverse una cierta protección mínima de los
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elementos 24 de conmutación con ayuda de diodos zener.
La figura 11 muestra una imagen seccionada a través de la placa 29 de contacto de acuerdo con la figura 10 a lo largo de la línea de corte XI-XI. De ahí el curso de los canales 39 de refrigeración puede verse de manera notable. Las aberturas condicionadas por la fabricación en las perforaciones 40 para la formación de los canales 39 de refrigeración se obturan mediante elementos 41 de terminación correspondientes. Los elementos 41 de terminación pueden estar realizados mediante tornillos correspondientes que se enroscan en roscas correspondientes en las perforaciones 40.
La figura 12 muestra un núcleo magnético 15 con dos arrollamientos secundarlos 14 del transformador 12 de gran amperaje dispuestos encima junto con el transformador 18 de corriente dispuesto encima, que se representó en una representación en despiece. El transformador 18 de corriente se protege con la carcasa 34 de blindaje y un blindaje 43 ante campos magnéticos extraños, de manera que la corriente secundaria puede medirse lo más exactamente posible mediante el arrollamiento secundario 14 y puede alimentarse al circuito 17 de excitación para el control de los elementos 24 de excitación del rectificador síncrono 16. Para el blindaje de campos magnéticos son especialmente adecuadas ferritas como materiales. El transformador 18 de corriente se posiciona, o bien se fija, en este caso por una zona parcial de uno de los dos arrollamientos secundarios 14 dispuestos. Tal como se conoce por el estado de la técnica, el transformador 18 de corriente se forma desde un núcleo magnético con bobina dispuesta encima, uniéndose las conexiones de la bobina con el circuito 17 de excitación. Adicionalmente, entre el núcleo magnético 15 y el arrollamiento secundario 14 está dispuesto el blindaje 43 y una chapa del núcleo para el transformador 18 de corriente, colocándose el núcleo del transformador 18 de corriente sobre esta chapa del núcleo.
En el caso de esta construcción del transformador 12 de gran amperaje están dispuestos dos arrollamientos secundarios 14 construidos de esta manera a ambos lados del soporte 25 en I, de manera que el circuito 17 de excitación mide el flujo de corriente a través de uno de los dos arrollamientos 14 secundarlos poslclonados y conmutados en los dos lados en paralelo. Si el circuito 17 de excitación está unido con estos transformadores 18 de corriente, se hace posible un control exacto o bien regulación, dado que a través de los transformadores 18 de corriente pueden registrarse los estados en el transformador 12 de gran amperaje.
Debido al circuito en paralelo anteriormente descrito de los arrollamientos secundarlos 14, fluye la misma corriente en cada arrollamiento secundario 14. Por tanto, debe tomarse como parámetro la corriente solo de un arrollamiento secundario 14 para poder deducir de todo el flujo de corriente. En el caso de un circuito en paralelo de diez arrollamientos secundarlos 14 se mide solamente una décima parte de todo el flujo de corriente por los transformadores 18 de corriente, por lo que pueden dlmenslonarse sustancialmente más pequeños. Por ello a su vez se alcanza una reducción del tamaño de construcción del transformador 12 de gran amperaje, o bien de la fuente 10 de corriente. Es ventajoso si los transformadores 18 de corriente están dispuestos orientados sustancialmente 90° hacia la dirección de la corriente continua, en particular la corriente de soldadura, por ello pueden reducirse interferencias a través del campo magnético provocado a través de la corriente continua y por tanto errores en la medición. Por tanto, puede realizase una medición muy precisa.
Tal como puede extraerse de la representación en despiece de acuerdo con la figura 13, los arrollamientos secundarios 14 del transformador 12 de gran amperaje están formados, preferentemente por dos planchas 44, 45 aisladas una de otra a través de una capa aislante 46, por ejemplo una capa de papel, con un curso acrónico sustancialmente en forma de S alrededor de la sección transversal de un núcleo magnético 15, y a través del núcleo magnético 15 que se disponen una en otra. Sobre un núcleo magnético 15 están dispuestos por tanto dos arrollamientos secundarlos 14, o bien las piezas del arrollamiento secundario 14 con derivación central. Las superficies externas 47 de las chapas 44, 45 de los arrollamientos secundarios 14 forman al mismo tiempo las superficies de contacto para el empalme con los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 y el soporte 25 en I, que actúa como punto central de la rectificación. Por tanto no son necesarias líneas para la unión de los arrollamientos secundarlos 14 del transformador 12 de gran amperaje con los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16. Los arrollamientos secundarlos 14, en particular las chapas 44, 45 que configuran los arrollamientos secundarlos 14 se unen directamente o bien sin líneas con los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 y con el puente central del soporte 25 en I, o bien el punto central de la rectificación. Con ello se alcanza una construcción compacta y que ahorra mucho espacio con poco peso y pocas pérdidas. Al mismo tiempo, para la unión del arrollamiento secundarlo 14 con el puente central del soporte 25 en I y los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se facilitan superficies 47 relativamente grandes para un empalme para garantizar con las menores pérdidas posibles el elevado flujo de corriente. Mediante esta disposición se realiza en el lado secundarlo un rectificador de punto central en el lado secundario, formando el soporte 25 en I con uno de los extremos unidos de los arrollamientos 14 secundarlos el punto central.
El núcleo magnético 15 puede formarse de ferritas, materiales amorfos o materias nanocristalinas. Cuanto mejor sean los materiales empleados en cuanto a las propiedades magnéticas, menor puede realizarse el núcleo magnético 15. No obstante, con ello aumenta naturalmente también el precio para el núcleo magnético 15. En esta configuración de las chapas 44, 45 es fundamental que estas se plieguen o bien se doblen, de tal manera que al menos se guíen una vez a través el núcleo magnético 15. Las dos chapas 44, 45 dispuestas sobre un núcleo magnético 15 o bien los arrollamientos secundarios 14 se configuran asincronos y aislados unos de otros.
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La figura 14 muestra un diagrama de bloques de un circuito 48 de suministro, en particular de una red de suministro para el suministro del rectificador síncrono 16 y del circuito 17 de excitación con energía eléctrica. El circuito 48 de suministro se une con el lado secundario o bien las conexiones del arrollamiento secundario 14 del transformador 12 de gran amperaje, y contiene un rectificador 49 de valores máximos, un elevador 50 de tensión, un regulador 51 de longitud y un divisor 52 de tensión. El elevador 50 de tensión o bien convertidor boost garantiza que el suministro de los componentes de la fuente 10 de tensión esté disponible lo más rápidamente posible. Al mismo tiempo se genera lo más rápidamente posible la tensión de suministro interna del rectificador síncrono 16 activo. Mediante el empleo del elevador 50 de tensión se garantiza en la fase inicial de la activación que, por un lado, se genere en primer lugar en un momento lo más temprano posible la amplitud necesaria de la tensión de suministro para garantizar un funcionamiento seguro del rectificador síncrono 16 integrado en el transformador 12 de gran amperaje en un momento lo más temprano posible.
La figura 15 muestra el curso del tiempo de la tensión V de suministro del circuito 48 de suministro de acuerdo con la figura 14. La rampa de la subida de tensión AV/At se selecciona suficientemente empinada para producir la tensión VCC necesaria con un retardo temporal máximo Td en el rectificador síncrono 16 y el circuito 17 de excitación. Por ejemplo el retardo temporal Td debería ascender a <200 ps. Mediante el diseño correspondiente de los circuitos del rectificador 49 de valores máximos y del elevador 50 de tensión y las capacidades debidamente bajas puede alcanzarse una velocidad de ascenso suficiente de la tensión. Por tanto puede decirse en primer lugar la altura mínima de la tensión de suministro se garantiza con una subida empinada, y solo a continuación se establece el suministro correcto.
La figura 16 muestra cursos temporales de la corriente ls secundaria del transformador 12 de gran amperaje y de las señales Gi y G2 de control para los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 para ilustrar la excitación sin pérdidas. Mediante la medición de las corrientes ls secundarias de un arrollamiento secundario 14 con ayuda de transformadores 18 de corriente correspondientes, el circuito 17 de excitación obtiene la información de cuándo deben conmutarse los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16. Para reducir las pérdidas de paso y pérdidas de conmutación, los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se conmutan en la medida de lo posible en el paso por cero de las corrientes secundarias a través de los arrollamientos secundarios 14 del transformador 12 de gran amperaje. Dado que del registro del paso por cero de la corriente ls secundaria a través de los transformadores 18 de corriente hasta la activación de los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se llega a ciertos retardos tpre, el circuito 17 de excitación de acuerdo con la invención está configurado para excitar los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 en un momento ajustado previamente antes de alcanzar el paso por cero de la corriente en el arrollamiento secundario 14. El circuito 17 de excitación provoca por tanto la conmutación de los elementos 14 de conmutación del rectificador síncrono 16 en momentos en los que las corrientes ls medidas a través de los transformadores 18 de corriente en el arrollamiento secundario 14 del transformador 12 de gran amperaje no alcanzan, o bien superan, un umbral Ise de conexión y umbral Isa de desconexión determinados. Mediante esta medida puede alcanzarse que los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se conmuten sustancialmente durante el paso por cero de las corrientes lsa través del arrollamiento secundario 14 del transformador 12 de gran amperaje, por lo que las pérdidas de paso y pérdidas de conmutación de los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 pueden minimizarse. El momento de conexión y de desconexión de los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 se determina por tanto no con el paso por cero de la corriente secundaria, sino al alcanzar el umbral Ise de conexión y umbral Isa de desconexión definidos. El umbral Ise de conexión y umbral Isa de desconexión se define de acuerdo con los retardos de conmutación que van a esperarse. En todo caso, el umbral Ise de conexión y umbral Isa de desconexión pueden estar configurados de manera ajustable para poder reducir las pérdidas aún más. En el caso de un transformador 12 de gran amperaje de 20 kA, por ejemplo el momento de conmutación de 100 ns puede establecerse antes del paso por cero, de manera que los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 deben conmutarse dentro de esta duración.
Un transformador de gran amperaje convencional del estado de la técnica para un dispositivo de soldadura por resistencia para facilitar una corriente de soldadura de por ejemplo 20 kA presenta pérdidas aproximadamente de 40 a 50 kW. En total para la facilitación de una corriente de soldadura de 20 kA de acuerdo con el estado de la técnica se requiere una potencia de conexión de hasta 150 kW, ascendiendo todas las pérdidas a 135 Ió/V, dando como resultado un rendimiento de aproximadamente 10%. Por el contrario, un transformador 12 de gran amperaje del tipo concreto muestra solo aproximadamente 5 a 6 kW de pérdidas. Las pérdidas de línea pueden descender habitualmente de 30 kW a 20 kW. Por tanto, en el caso de un dispositivo 1 de soldadura por resistencia de acuerdo con la invención, para la generación de una corriente de soldadura de 20 kA, la potencia de conexión puede reducirse a 75 kW, dado que todas las pérdidas solamente ascienden a aproximadamente 60 Ió/V. El rendimiento resultante es por consiguiente con aproximadamente el 20% aproximadamente el doble de alta que en el estado de la técnica. Esta comparación muestra muy claramente el potencial de ahorro posible, en particular en trenes de fabricación en la industria automovilística con una pluralidad de dispositivos de soldadura por resistencia.
Fundamentalmente, la fuente 10 de corriente descrita, o bien el transformador 12 de gran amperaje, está configurada en forma de un cubo o bien paralelepípedo, estando formadas dos superficies laterales a través de un soporte 25 en I, superficies laterales sobre las que están dispuestas placas 29 de contacto eléctricamente aislantes para formar la tercera y cuarta superficie lateral. En el lado frontal, con respecto a las cuatro superficies laterales, se dispone en cada caso una placa 31 de cubierta que está eléctricamente aislada con respecto al soporte 25 en I para
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la formación de la quinta y la sexta superficie lateral del cubo o bien del paralelepípedo. Dentro del cubo, en particular de las superficies laterales, el rectificador síncrono 16 y el circuito 17 de excitación están dispuestos sobre al menos una placa 35 de circuitos impresos o bien tablero de circuitos impresos. El cubo presenta por tanto únicamente conexiones 26 para los arrollamientos primarios 13 del transformador 12 de gran amperaje y las superficies laterales como superficies de contacto para la disminución de la corriente continua, o bien de la tensión continua. Adicionalmente están previstas además conexiones de refrigeración, en particular las entradas 32 y la salida 33 para un fluido de refrigeración. Las líneas de control para el rectificador síncrono 16 integrado en el cubo y el circuito 17 de excitación preferentemente no están previstas, dado que este sistema funciona autárquicamente y por tanto no son necesarias uniones con la pieza 19 de potencia o bien con un dispositivo de control de la instalación. En el caso de una construcción de este tipo no se requiere preferentemente ningún tipo de línea de control, sino que la fuente 10 de corriente está unida solamente todavía en el lado primario con una pieza 19 de potencia, por lo que en el lado secundario, la corriente continua dimensionada de manera correspondiente de por ejemplo 15 kA a 40 kA está disponible. El usuario no necesita por tanto realizar ningún ajuste, sino solamente conectar la fuente 10 de corriente. La unificación de los componentes realmente independientes autónomos para dar lugar aúna unidad común de este tipo provoca que el tamaño de construcción, y por tanto el peso de la fuente 10 de corriente, pueda reducirse sustancialmente. Al mismo tiempo, la unidad puede emplearse como elemento de soporte directamente en una aplicación, en particular una pinza portaelectrodos 4. También la facilidad de uso se aumenta sustancialmente.
En el caso de la construcción de acuerdo con la invención es esencial además que los elementos 24 de conmutación se unan sin líneas con los componentes correspondientes, es decir que los cátodos que conducen la corriente de soldadura de los elementos 24 de conmutación formados por transistores de efecto de campo estén unidos o bien soldados con estaño directamente con las convexidades 36 de la placa 29 de contacto, estando unidas o bien soldadas con estaño conexiones de compuerta de los elementos 24 de conmutación directamente sobre la placa 35 de circuitos impresos y el circuito 17 de excitación construido sobre la misma (controlador de compuerta). Por tanto las inductancias de líneas pueden reducirse mediante un ahorro completo de las líneas, de manera que pueden alcanzarse altas velocidades de conmutación y pérdidas de paso muy reducidas.
En el caso del ejemplo de realización representado y descrito, el transformador 12 de gran amperaje se dimensionó para una corriente de 20 kA en el caso de una tensión de salida entre 5 V y 10 V. En este caso, el soporte 25 en I presenta una altura de construcción de 15 cm, de manera que a los dos lados pueden disponerse en cada caso cinco arrollamientos secundarios 14 con los núcleos magnéticos 15. Para llegar a una relación de transmisión correspondiente de 100, en el ejemplo de realización representado son necesarios diez arrollamientos primarios 13.
Si ahora se quiere dimensionar el transformador 12 de gran amperaje para una corriente más alta de por ejemplo 30 kA, entonces el número de los arrollamientos secundarios 14 empleados puede aumentarse de manera sencilla. Por ejemplo, a ambos lados en las entalladuras 25a del soporte 25 en I pueden disponerse en cada caso siete arrollamientos secundarios 14, aumentando el soporte 25 en I en su altura de manera correspondiente, por ejemplo en solamente 5 cm más alto, o bien un cuerpo base correspondientemente mayor. Por tanto el soporte 25 en I del transformador 12 de gran amperaje se añade a ambos lados solamente en dos arrollamientos secundarios 14 para poder facilitar una corriente más alta. Mediante el aumento se aumentan también las superficies de refrigeración de contacto. Adicionalmente, de manera correspondiente se disponen más elementos 24 de conmutación en paralelo. El arrollamiento secundario 13 puede reducirse a un número de espiras más reducido, por ejemplo siete espiras, de manera que se alcanza una transmisión de por ejemplo 98. Las pérdidas de espira primarias más altas se compensan por la corriente primaria más alta debido al posible aumento de la sección transversal y de la reducción de la longitud de línea.
Un aumento de la corriente de soldadura secundaria de 20 kA a 30 kA tiene por tanto como consecuencia solamente una prolongación del cubo, o bien del transformador 12 de gran amperaje de por ejemplo 5 cm.
Dado que el transformador 12 de gran amperaje funciona preferentemente de manera autárquica, y no presenta ninguna línea de control, para eventuales mensajes de error debería posibilitarse una comunicación hacia afuera con componentes externos, en particular un dispositivo de control. Para ello pueden emplearse el circuito secundario que se compone de los arrollamientos secundarios 14 y del rectificador síncrono 16 y del circuito 17 de excitación. En este caso en determinados estados, en particular en la marcha sin carga del transformador 12 de gran amperaje, este puede cortocircuitarse de manera consciente con ayuda del rectificador síncrono 16, de manera que por una unidad de supervisión externa, o bien de un dispositivo de control se detecta un flujo de corriente de marcha sin carga en las líneas primarias y por tanto puede tener lugar una comunicación o bien un mensaje de error debido a la corriente.
Por ejemplo, mediante la integración de un sensor de temperatura en el transformador 12 de gran amperaje, en particular en el rectificador síncrono 16 puede detectarse y evaluarse la temperatura. Si la temperatura asciende por ejemplo por encima de un valor umbral definido, entonces por el circuito 17 de excitación, el rectificador síncrono 16 se cortocirculta en la marcha sin carga, es decir en las pausas de soldadura de manera definida. Dado que el dispositivo de control externo conoce el estado de marcha sin carga durante el cual no se realiza precisamente ninguna soldadura, esta se detecta o bien se reconoce a través del flujo de corriente elevado en los conductos primarlos del transformador 12 de gran amperaje. Ahora por el dispositivo de control externo puede comprobarse si
el circuito de refrigeración está activado, o este presenta un error, o bien la potencia de refrigeración se aumenta, de manera que tiene lugar una mejor refrigeración.
Naturalmente mediante patrones de conmutación o de impulsos correspondientes, es decir mediante una apertura y cierre definidos de los elementos 24 de conmutación del rectificador síncrono 16 en la marcha sin carga pueden 5 comunicarse diferentes mensajes de error hacia el exterior. Por ejemplo pueden enviarse diferentes valores de temperatura, tensiones secundarias, corrientes, mensajes de error, etc. hacia el exterior.
Sin embargo también es posible que se realice una comunicación de este tipo durante una soldadura, aunque una detección de este tipo es notablemente más complicada. En este caso, por ejemplo pueden modularse señales correspondientes en la corriente primaria, en particular mediante los arrollamientos primarios 13.
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Claims (6)
- 510152025REIVINDICACIONES1. Rectificador síncrono (16) para la integración en una fuente (10) de corriente para facilitar una corriente continua, en particular en una unidad en forma de cubo o en forma de paralelepípedo de un transformador (12) de gran amperaje con elementos (24) de conmutación, un circuito (17) de excitación para excitar los elementos (24) de conmutación y un circuito (48) de suministro, estando prevista una placa (35) de circuitos impresos con pistas y superficies de conexión para el alojamiento de componentes electrónicos, estando dispuestos los elementos (24) de conmutación, el circuito (17) de excitación y el circuito (48) de suministro para el funcionamiento autárquico sobre la placa (35) de circuitos impresos, caracterizado porque sobre la placa (35) de circuitos impresos están previstas varias aberturas (37) dispuestas en paralelo y en serie para alojar convexidades (36) de una placa (29) de contacto, aberturas (37) a través de las cuales están dispuestos y unidos, o bien soldados con estaño los elementos (24) de conmutación, elementos (24) de conmutación que pueden empalmarse con las convexidades (36) de la placa (29) de contacto.
- 2. Rectificador síncrono (16) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito (17) de excitación está dispuesto a ambos lados de los elementos (24) de conmutación dispuestos en paralelo y en serie sobre la placa (35) de circuitos impresos.
- 3. Rectificador síncrono (16) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el circuito (17) de excitación está unido con al menos un sensor integrado en el transformador (12) de gran amperaje, en particular un transformador (18) de corriente.
- 4. Rectificador síncrono (16) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el circuito (48) de suministro está configurado para la formación de corrientes de conmutación debidamente altas, por ejemplo para la formación de corrientes de conmutación entre 800 A y 1500 A, en particular 1000 A, y para el suministro de los componentes con tensión de suministro correspondiente.
- 5. Rectificador síncrono (16) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque está previsto un circuito de comunicación de datos para la transmisión de datos inalámbrica, en particular inductiva, magnética o por Bluetooth.
- 6. Rectificador síncrono (16) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en un lado de la placa (35) de circuitos impresos está prevista por toda la superficie una superficie que puede soldarse indirectamente para soldarse con estaño con la placa (29) de contacto.
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