ITFO20100011A1 - Dispositivo generatore di corrente elettrica controllata e relativo procedimento di generazione di corrente elettrica - Google Patents

Description

Titolo: DISPOSITIVO GENERATORE DI CORRENTE ELETTRICA CONTROLLATA E RELATIVO PROCEDIMENTO DI

GENERAZIONE DI CORRENTE ELETTRICA.

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo generatore di corrente elettrica controllata. In particolare, la presente invenzione è stata ideata nell'ambito dei dispositivi per saldatura, ad esempio del tipo in grado di erogare un arco minore di 150A, tuttavia non si esclude il suo utilizzo in altri ambiti dove sia importante controllare la quantità di corrente erogata, come ad esempio quello dei dispositivi caricabatteria.

Per corrente elettrica controllata intendiamo una corrente con una intensità che possa essere impostata ad un valore desiderato, preferibilmente all'interno di un intervallo di valori prestabiliti.

I dispositivi per saldatura ad arco tradizionali sono costruiti secondo lo schema esemplificativo di figura 1 dove il lato sinistro 5 corrisponde all'ingresso del dispositivo, destinato ad essere collegato ad una fonte di alimentazione, ad esempio la rete elettrica industriale, e il lato destro 6 corrisponde all'uscita del dispositivo, dove si crea l'arco di saldatura.

Tra l'ingresso 5 e l'uscita 6 sono posti, nell'ordine, un dispositivo raddrizzatore a diodi 7 in grado di trasformare la corrente alternata di rete in corrente continua, un dispositivo convertitore DC/AC 8 in grado di trasformare la corrente continua in corrente alternata, un dispositivo trasformatore 9, in grado di fornire l'adeguato isolamento galvanico oltre che di ridurre la tensione e innalzare l'intensità della corrente, e un dispositivo raddrizzatore a diodi 10, in grado di passare da corrente alternata a corrente continua.

Gli svantaggi e i problemi che la richiedente ha individuato nei dispositivi noti sono numerosi. Tra questi è di notevole importanza il problema del consumo.

Da una analisi effettuata dalla richiedente a titolo di esempio è emerso che nei dispositivi tradizionali quando si eroga un arco di 130A si dissipano circa 130W per l'intero stadio di uscita 10. Tutta questa potenza non è sfruttata per svolgere il lavoro ma viene dispersa sotto forma di calore, pur essendo assorbita dalla rete, pagata e inutilmente generata.

La richiedente fa notare inoltre che il problema della potenza dissipata non si riduce al solo costo di esercizio, essa infatti genera una enorme quantità di calore per effetto joule che deve essere disperso. Dal momento che nei dispositivi tradizionali la dispersione del calore avviene attraverso dissipatori, questi ultimi sono obbligatoriamente di grandi dimensioni e quindi molto pesanti ed ingombranti, con una conseguente scarsa praticità d'uso e sicurezza.

Più in generale se si pensa che al giorno d'oggi è d'obbligo la massima attenzione al costo "ecologico" di ogni operazione svolta dall'uomo, un tale "inquinamento ambientale" non può più essere accettato.

Se i problemi di surriscaldamento sono sentiti soprattutto nello stadio finale dove circolano le correnti più elevate, nello stadio di ingresso si ha uno spreco di energia non meno preoccupante dovuto alla potenza reattiva, ossia all'energia che viene in continuazione "rimbalzata" tra induttanze e capacità senza essere sfruttata. Anche questa seconda energia è addebitata in bolletta sebbene non sfruttata, inoltre costituisce un costo ecologico in quanto inutilmente prodotta alla fonte.

Uno degli scopi generali della presente invenzione è fornire un dispositivo generatore di corrente elettrica controllata e un relativo procedimento di generazione che risolvano almeno in parte i problemi della tecnica nota. In particolare si intende fornire un dispositivo e un procedimento che riducano lo spreco di energia e di conseguenza il costo di esercizio e l'inquinamento ambientale.

Un altro scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo generatore di corrente elettrica controllata di dimensioni e peso ridotti, in maniera tale da permettere un uso più pratico.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo e un procedimento di generazione di corrente elettrica controllata adatta alla saldatura o alla ricarica di batterie. In particolare è uno scopo preferito della presente invenzione fornire un dispositivo e un procedimento di saldatura o caricabatteria compatibili con l'assorbimento di energia dalla rete domestica, quale ad esempio quella a 230V e 16A.

Secondo un suo primo aspetto l'invenzione riguarda un dispositivo generatore di corrente elettrica controllata come definito nella rivendicazione 1, vale a dire un dispositivo generatore di corrente elettrica controllata caratterizzato dal fatto che comprendente un dispositivo convertitore DC/AC e un dispositivo raddrizzatore AC/DC posto a valle del dispositivo convertitore DC/AC e con esso elettricamente cooperante per generare una corrente di uscita di intensità predeterminata, il dispositivo convertitore e il dispositivo raddrizzatore essendo entrambi dispositivi comandati.

Dalla prima rivendicazione emerge l'intuizione generale alla base della presente invenzione, e cioè permettere il contemporaneo intervento comandato sul dispositivo convertitore e sul dispositivo raddrizzatore per consentire di massimizzare il rendimento del dispositivo generatore e di conseguenza di ridurre la dissipazione di energia.

Secondo una caratteristica generale preferita dell'invenzione, un dispositivo di isolamento galvanico è interposto tra il dispositivo convertitore e il dispositivo raddrizzatore. Ancora più preferibilmente il dispositivo di isolamento galvanico è del tipo in grado di indurre nella porzione a tensione minore una corrente di intensità maggiore di quella della porzione a tensione maggiore, essendo ad esempio un dispositivo trasformatore.

Secondo alcune forme di attuazione preferite il dispositivo convertitore DC/AC è parte di una porzione a tensione maggiore a monte del dispositivo di isolamento galvanico e il dispositivo raddrizzatore AC/DC è parte di una porzione a tensione minore a valle del dispositivo di isolamento galvanico.

Preferibilmente il dispositivo generatore è parte di un dispositivo per saldatura o di un dispositivo caricabatteria e preferibilmente comprende in ingresso un dispositivo correttore del fattore di potenza (PF), preferibilmente un dispositivo comandato in grado di abbassare il valore efficace della corrente (RMS) e di alzare la tensione, posto a monte del dispositivo convertitore. Tra i vari vantaggi legati a queste caratteristiche troviamo la possibilità di far funzionare il dispositivo generatore con una fornitura di corrente domestica, ad esempio 16A e 230V, riuscendo comunque a realizzare ad esempio una saldatura. Inoltre, la tensione della porzione a monte del dispositivo trasformatore può essere alzata di più rispetto all'uso di semplici diodi, e la corrente che circola può essere minore, per cui il dimensionamento dei cavi e delle parti di raffreddamento è minore.

Secondo un'altra caratteristica generale preferita dell'invenzione il dispositivo raddrizzatore comprende almeno due interruttori comandati ciascuno comprendente almeno due terminali, la differenza di potenziale tra detti due terminali comandando l'apertura dell'interruttore corrispondente. Preferibilmente almeno uno degli almeno due terminali è in comune tra gli almeno due interruttori ed ha una tensione che viene utilizzata come riferimento comune per generare detta differenza di potenziale di comando. Questo schema risulta essere vantaggioso in quanto semplifica la gestione degli interruttori e aumenta la sicurezza dell'intero dispositivo.

Si osserva che le prestazioni del dispositivo generatore secondo la presente invenzione sono particolarmente qualitative quando il dispositivo convertitore e il dispositivo raddrizzatore comprendono un pluralità di interruttori comandati da una unità di controllo di tipo digitale e programmabile, dove preferibilmente gli interruttori sono di tipo FET o IGBT. Forme di attuazione preferite sono quelle in cui gli interruttori sono tutti FET oppure quelle in cui gli interruttori del dispositivo convertitore sono tutti IGBT e quelli del dispositivo raddrizzatore sono tutti FET.

Questi componenti in particolare, oltre ad essere reperibili sul mercato e quindi relativamente a basso costo, hanno dimostrato di permettere una minore dissipazione di energia sotto forma di calore per effetto Joule. Il dimensionamento del dispositivo per il raffreddamento è quindi risultato minore di ogni aspettativa.

Secondo un suo secondo aspetto l'invenzione riguarda un procedimento di generazione di corrente elettrica controllata come definito nella rivendicazione 3, vale a dire un procedimento di generazione di corrente controllata comprendente le fasi di:

- predisporre un dispositivo generatore del tipo indicato sopra;

- comandare il dispositivo raddrizzatore in maniera sincronizzata con il dispositivo convertitore. Tra le forme di attuazione preferite del procedimento secondo la presente invenzione menzioniamo quelle in cui, quando il dispositivo generatore sta erogando corrente, il dispositivo convertitore e il dispositivo raddrizzatore comprendono rispettive pluralità di interruttori comandati, dove primi interruttori del dispositivo convertitore sono comandati per trovarsi in uno stato acceso contemporaneamente ad almeno un primo interruttore del dispositivo raddrizzatore, e secondi interruttori del dispositivo convertitore sono comandati per trovarsi in uno stato acceso contemporaneamente ad almeno un secondo interruttore del dispositivo raddrizzatore, quando i primi interruttori sono nello stato acceso i secondi sono nello stato spento e viceversa.

In altre parole i vari interruttori si trovano in uno stato acceso o spento in maniera sincronizzata tra loro, e vantaggiosamente permettono una facile gestione del dispositivo generatore a fronte di una semplice realizzazione, possibile anche con componenti già presenti sul mercato.

La richiedente ha individuato tra i procedimenti più pratici e facilmente realizzabili quelli in cui i primi interruttori del dispositivo convertitore sono comandati con rispettivi segnali ad impulsi di durata variabile in funzione della potenza richiesta in uscita dal dispositivo generatore.

In questa maniera il guadagno del dispositivo convertitore è variato modulando la durata dei suoi impulsi di comando, realizzando una facile impostazione della corrente erogata.

Preferibilmente ciascun impulso del segnale di comando dei primi interruttori del dispositivo convertitore ha una durata S < (T/2 - P) dove T è il periodo di tale segnale e P è un intervallo di tempo prestabilito in cui i primi interruttori del dispositivo convertitore si spengono e 1'almeno un secondo interruttore del dispositivo raddrizzatore non si è ancora acceso.

Questa caratteristica è particolarmente utile a evitare guasti al dispositivo generatore, e quindi ne aumenta enormemente l'affidabilità, infatti il periodo di tempo P funziona come un cuscinetto di sicurezza che evita la conduzione contemporanea di interruttori non destinati a condurre contemporaneamente.

Secondo altre caratteristiche preferite dell'invenzione intese ad aumentare l'affidabilità del dispositivo è previsto che tra la fine del periodo P e l'accensione dell'almeno un secondo interruttore del dispositivo raddrizzatore è presente un secondo periodo di tempo predeterminato 0 in cui i primi interruttori del dispositivo convertitore sono mantenuti spenti, dove 0 è uguale a zero se è richiesta l'erogazione della massima potenza, inoltre preferibilmente il passaggio tra una durata minore e una durata maggiore degli impulsi di comando dei primi interruttori del dispositivo convertitore è ottenuto attraverso una serie di incrementi predeterminati.

Secondo una ulteriore caratteristica preferita dell'invenzione i primi interruttori e i secondi interruttori si trovano nello stato acceso o nello stato spento in maniera ciclica secondo un ciclo periodico per cui è possibile individuare un primo semiperiodo per almeno parte del quale i primi interruttori del dispositivo convertitore sono in uno stato acceso e 1'almeno un primo interruttore del dispositivo raddrizzatore è in uno stato acceso se il dispositivo generatore sta erogando corrente e per tutto il quale i secondi interruttori del dispositivo convertitore e 1'almeno un secondo interruttore del dispositivo raddrizzatore sono in uno stato spento, e un semiperiodo successivo al primo per almeno parte del quale i secondi interruttori del dispositivo convertitore sono in uno stato acceso e 1'almeno un secondo interruttore del dispositivo raddrizzatore è in uno stato acceso se il dispositivo generatore (101) sta erogando corrente, e per tutto il quale i primi interruttori del dispositivo convertitore e 1'almeno un primo interruttore del dispositivo raddrizzatore sono in uno stato spento.

L'adozione di questo schema ciclico semplifica la gestione dei vari componenti del dispositivo generatore.

Preferibilmente il procedimento di erogazione secondo la presente invenzione è un procedimento di saldatura o caricabatteria.

Secondo un suo terzo aspetto l'invenzione riguarda un dispositivo per saldatura ad arco o un dispositivo caricabatteria secondo la rivendicazione 11, vale a dire comprendente una porzione a monte e una porzione a valle di un dispositivo trasformatore, dove entrambe queste porzioni sono controllate da una unità di controllo, preferibilmente la porzione a monte ha una tensione maggiore della porzione a valle.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, fatta con riferimento ai disegni allegati e data a titolo indicativo e non limitativo. In tali disegni:

- la figura 1 rappresenta schematicamente un dispositivo generatore di corrente elettrica secondo la tecnica nota;

- la figura 2 rappresenta schematicamente un dispositivo generatore di corrente elettrica controllata secondo la presente invenzione;

- la figura 3 rappresenta schematicamente l'ingresso del dispositivo generatore noto di figura 1;

- la figura 4 rappresenta schematicamente l'ingresso del dispositivo generatore secondo la presente invenzione di figura 2;

- la figura 5 è un grafico schematico che mette a confronto la corrente corrispondente all'ingresso noto di figura 3 e la corrente corrispondente all'ingresso secondo la presente invenzione di figura 4;

- la figura 6 rappresenta schematicamente la disposizione del dispositivo convertitore, del dispositivo trasformatore e del dispositivo raddrizzatore appartenenti al dispositivo generatore secondo la presente invenzione rappresentato in figura 2;

- la figura 7 rappresenta schematicamente il dispositivo raddrizzatore di uscita del dispositivo generatore noto di figura 1;

- La figura 8 rappresenta schematicamente una forma di attuazione alternativa di un dispositivo raddrizzatore secondo la seguente invenzione;

- la figura 9 rappresenta schematicamente i segnali di comando degli interruttori del dispositivo convertitore e del dispositivo raddrizzatore di figura 6 in una condizione di erogazione di una corrente intermedia;

- la figura 10 rappresenta schematicamente i segnali di comando degli interruttori del dispositivo convertitore e del dispositivo raddrizzatore di figura 6 in una condizione di erogazione della massima corrente; e - la figura il rappresenta il ciclo schematico di comando degli interruttori del dispositivo convertitore e del dispositivo raddrizzatore di figura 6.

Nel seguito della presente descrizione ci riferiremo per semplicità ad un dispositivo per saldatura secondo la presente invenzione, in particolare una saldatrice ad arco. Tuttavia, come detto in precedenza, non si esclude l'applicazione dell'invenzione ad altri settori, come ad esempio per la realizzazione di caricabatterie.

La figura 1 rappresenta lo schema di un dispositivo per saldatura ad arco 1 noto, come già descritto nel preambolo della presente descrizione, al quale si rimanda.

Nelle figure che seguono è mostrato un dispositivo per saldatura ad arco secondo la presente invenzione e i dettagli di alcune sue parti e loro forme di attuazione alternative, dove gli elementi corrispondenti al dispositivo noto 1 di figura 1 sono stati indicati con gli stessi numeri di riferimento aumentati di 100 o di un suo multiplo.

Con riferimento dunque alla figura 2, è mostrato lo schema di un dispositivo per saldatura ad arco 101 secondo la presente invenzione comprendente in successione dall'ingresso 105 all'uscita 106 un primo dispositivo raddrizzatore comandato 107 in grado di trasformare la corrente alternata di rete in corrente continua, un dispositivo convertitore DC/AC comandato 108 in grado di trasformare la corrente continua in corrente alternata, un dispositivo trasformatore 109, in grado di fornire l'adeguato isolamento galvanico oltre che di abbassare la tensione e innalzare l'intensità della corrente, e un secondo dispositivo raddrizzatore comandato AC/DC 110, in grado di passare da corrente alternata a corrente continua, utilizzabile per generare un arco di saldatura. Come si noterà la differenza principale tra il dispositivo per saldatura noto 1 e il dispositivo per saldatura secondo la presente invenzione 101 è la presenza di componenti comandati anziché a semplici diodi. Ciò significa che ognuno di tali componenti deve ricevere dei segnali di comando per espletare la sua funzione. Ciò implica la presenza di una unità di controllo 115 dove è immagazzinato il software di controllo dei vari componenti comandati e responsabile per l'invio dei segnali di comando, meglio descritti in seguito.

Osserviamo che il primo dispositivo raddrizzatore comandato 107 e il dispositivo convertitore comandato 108 fanno parte di una porzione a tensione maggiore 112 del dispositivo per saldatura 101, mentre il secondo dispositivo raddrizzatore comandato 110 fa parte di una porzione a tensione minore 113. In altre parole sono individuabili una prima porzione 112 e una seconda porzione 113 posta a valle della prima porzione 112, dove la seconda porzione ha una tensione minore della prima porzione.

Con riferimento alla figura 3, è messo in evidenza che il dispositivo raddrizzatore 7 in ingresso al dispositivo per saldatura noto 1 comprende una pluralità di diodi 20 disposti secondo uno schema a ponte e in parallelo ad un condensatore 21. E' quindi evidente che questo stadio non necessita di alcuna gestione. La corrente Ilo in ingresso che ne consegue tuttavia ha una forma ad onda a picco molto inefficiente rappresentata nel grafico di figura 5 in funzione del tempo.

Con riferimento alla figura 4, è mostrato l'ingresso 105 del dispositivo per saldatura 101 secondo la presente invenzione, da cui si evidenzia il permanere di un ponte a diodi 120 e di un condensatore 121, ma anche la presenza, rispettivamente a valle del ponte 120, a monte del condensatore 121 e in serie rispetto ad essi, di un dispositivo correttore 130 del fattore di potenza (PF). Quest'ultimo preferibilmente comprende almeno un interruttore 125 comandato mediante un segnale 126 proveniente dall'unità di controllo 115. Possono inoltre essere presenti ad esempio uno o più diodi 127 e una o più induttanze 128 posti secondo lo schema di figura 4.

La corrente U n in ingresso che ne consegue è rappresentata nel grafico di figura 5 e oltre ad essere sostanzialmente in fase con la tensione in ingresso Vo è distribuita nel periodo senza picchi improvvisi e ha un valore efficace RMS (Root Mean Square) minore del 30% rispetto a Ilo del dispositivo noto 1. Da ciò ne consegue che la potenza reattiva è ridotta o annullata. La potenza dissipata istante per istante infatti è proporzionale al quadrato dell'intensità della corrente ed è quindi enorme in corrispondenza di picchi. Per il calcolo della potenza dissipata nel periodo si considera in genere il quadrato dell'RMS, e siccome anche in questo caso come detto il valore dell'RMS di U n è minore di quello di Ilo il vantaggio permane. Da ciò la considerevole differenza di effetto Joule tra U n e Ilo.

Un altro vantaggio del dispositivo correttore del fattore di potenza è quello di innalzare la tensione di più di quanto sarebbe possibile col solo ponte a diodi 120 così che a monte del dispositivo trasformatore 109 la corrente che circola può essere bassa generando un effetto joule ancora minore.

Tutto ciò rende possibile la saldatura già con una alimentazione da rete domestica di 16A e 230V, ad esempio con gli elettrodi più comuni come quelli di diametro pari a 3,25 mm, normalmente utilizzati nei capitolati tecnici. Inoltre il dimensionamento dei cavi è ridotto rispetto alle soluzioni tradizionali e in generale il consumo, l'ingombro e il peso sono minimizzati.

Passando ora a considerare la figura 6, sono illustrati nel dettaglio il dispositivo convertitore DC/AC comandato 108, che permette l'ingresso di corrente alternata AC nel dispositivo trasformatore 109, e il dispositivo raddrizzatore AC/DC comandato 110, posto in uscita dal trasformatore 109, e utile ad alimentare in uscita un arco di saldatura in corrente continua DC.

Come si noterà il dispositivo convertitore comandato 108 comprende una pluralità di interruttori comandati, in questo caso quattro, identificati rispettivamente con i numeri di riferimento 140a, 140b, 140c e 140d, disposti secondo uno schema di ponte ad H. In particolare, gli interruttori 140a e 140d costituiscono un primo gruppo o diagonale di interruttori e gli interruttori 140b e 140c costituiscono un secondo gruppo o diagonale, dove i primi sono destinati a trovarsi in uno stato acceso quando i secondi sono in uno stato spento e viceversa. La commutazione tra lo stato acceso, lo stato spento e viceversa del primo gruppo di interruttori 140a e 140d è comandato da un segnale d'ora in avanti denominato VGH1, mentre l'analoga commutazione del secondo gruppo di interruttori 140b e 140c è comandata da un segnale d'ora in avanti denominato VGH2, entrambi rappresentati in figura 7 e meglio descritti nel seguito. I segnali VGH1 e VGH2 provengono dalla unità di controllo 115, in particolare preferibilmente da un dispositivo logico programmabile elettronicamente comunemente detto EPLD e in essa contenuto. In questa maniera è anche possibile ottenere la digitalizzazione dell'unità di controllo 115, che in generale è una caratteristica preferita dell'invenzione.

Grazie all'EPLD è possibile ottenere qualsiasi valore di corrente dell'arco di saldatura compreso in un intervallo da 0 al valore massimo consentito al dispositivo, e di passare da un valore all'altro con sostanziale continuità.

L'esperto del settore osserverà che i segnali VGH1 e VGH2 possono essere intesi come segnali logici inizialmente emessi dall'unità di controllo 115. Questi segnali logici sono poi tradotti ad esempio in differenze di potenziale di comando dei rispettivi interruttori mediante dispositivi piloti che per le finalità della presente descrizione sono sempre considerati parte dell'unità di controllo 115 anche se per ragioni pratiche dovessero essere collocati in qualsiasi parte del dispositivo di saldatura 101, come ad esempio integrati negli interruttori. Gli interruttori 140a, 140b, 140c e 140d del ponte ad H preferibilmente sono del tipo IGBT o preferibilmente sono FET, dove i MOSFET sono ulteriormente preferiti. Per tale ragione, le differenze di potenziale di comando sono ad esempio quelle tra un terminale di Gate e un terminale di Emitter di un interruttore tipo IGBT o tra un terminale di Gate e un terminale di Source di un interruttore tipo FET. Per la generazione del segnale in genere si considera la tensione del terminale di Emitter o del terminale di Source come tensione di riferimento per cui è sufficiente variare la tensione del terminale di Gate.

Il dispositivo raddrizzatore comandato 110 a sua volta comprende una pluralità di interruttori comandati, in questo caso due, identificati rispettivamente con i numeri di riferimento 150a e 150b, disposti secondo uno schema di un ponte raddrizzatore a doppia semionda di cui costituiscono i rami. In particolare, l'interruttore 150a è destinato a trovarsi in uno stato acceso quando l'interruttore 150b è in uno stato spento e viceversa, a meno che il dispositivo generatore non stia erogando corrente, nel qual caso sono entrambi spenti.

La commutazione tra lo stato acceso, lo stato spento e viceversa dell'interruttore 150a è comandato da un segnale d'ora in avanti denominato VGS1, mentre l'analoga commutazione del secondo interruttore 150b è comandata da un segnale d'ora in avanti denominato VGS2, entrambi rappresentati in figura 7 e meglio descritti nel seguito. I segnali VGS1 e VGS2 sono preferibilmente segnali logici provenienti dalla unità di controllo 115, preferibilmente dall'EPLD e per essi valgono le stesse considerazioni fatte sopra con riferimento al ponte ad H riguardo alla conversione in differenze di tensione di comando.

Gli interruttori 150a e 150b preferibilmente sono del tipo FET, e ancora più preferibilmente sono MOSFET ciascuno disposto secondo uno schema di bypass di un diodo 152. In questa maniera, quando un MOSFET è acceso la corrente anziché passare tutta nel diodo corrispondente 152 passa nel MOSFET che, conducendo meglio, diminuisce la dissipazione.

Questo effetto è meglio comprensibile se si considera la figura 7, dove è rappresentato un dispositivo raddrizzatore noto 10 costituito da un ponte di soli diodi 52.

Nel seguito descriveremo più nel dettaglio il meccanismo di funzionamento in sincronismo dei ponti 108 e 110, tuttavia è necessario prima approfondire alcuni concetti. I MOSFET 150a e 150b rappresentati in figura 6 come detto sono esempi di interruttori preferiti e in generale sono rappresentativi delle forme di attuazioni migliori dell'invenzione, vale a dire quelle che comprendono interruttori comandati tramite una differenza di tensione tra due terminali. Quando la differenza di tensione di comando è impostata su un valore maggiore di una predeterminata tensione di soglia si ottiene l'accensione - cioè il passaggio da uno stato di non conduzione ad uno stato di conduzione dell'interruttore. I due terminali in questione per i MOSFET come già detto sono comunemente detti Gate 180a, 180b e Source 185a, 185b e sono rappresentati in figura 6.

Nell'esempio di figura 6, ciascun MOSFET 150a e 150b ha un suo terminale di Source 185a e 185b. Per questa ragione, per comandare questi due dispositivi, occorre generare due differenze di potenziale corrispondenti ai segnali VGS1 e VGS2 tra di loro distinte e isolate (cioè con i terminali di Source isolati tra loro) facendo uso ad esempio di trasformatori di isolamento - non illustrati. Dal momento che come detto i terminali di Source 185a e 185b servono come riferimento, per variare la differenza di potenziale di comando in pratica è necessario variare solo la tensione del terminale di Gate 180a e 180b corrispondente.

La richiedente ha messo a punto anche una seconda forma di attuazione di dispositivo raddrizzatore 210, illustrata schematicamente in figura 8, tale per cui la sua realizzazione e la gestione degli interruttori è molto semplificata.

Secondo lo schema di figura 8 infatti i due MOSFET 250a e 250b hanno ciascuno un proprio terminale di Gate 280a e 280b e un unico terminale di Sorce 285 in comune tra loro posto tra i MOSFET stessi e l'uscita del dispositivo per saldatura 106.

Come si osserverà, l'orientamento dei diodi 252 è invertito rispetto allo schema di figura 6, per cui essi permettono il passaggio della corrente dal terminale di Source 285 verso il dispositivo trasformatore 109, come indicato dalle frecce I.

Grazie a questo accorgimento il terminale di Source coincide con il polo negativo di uscita del ponte raddrizzatore 210 che funge da riferimento - o massa In questo caso quindi le differenze di potenziale di comando dei MOSFET 150a e 150b sono generate distinte tra loro ma non isolate dato che il terminale di Source è comune. I componenti di isolamento di conseguenza sono molto minori e sarà necessario monitorare un solo terminale di Source anziché due.

Con riferimento alle figure 9 e il verranno ora illustrati nel dettaglio i segnali di comando dei ponti 108 e 110, così che risulterà evidente il loro funzionamento in sincronismo, da cui la denominazione alternativa di "ponte sincrono" utilizzabile per il dispositivo raddrizzatore 110. Si osserva che quanto detto vale anche per il dispositivo raddrizzatore 210, in quanto le forme d'onda dei segnali VGS1 e VGS2 possono essere le stesse nei due casi.

Con riferimento particolare alla figura il, è rappresentato il ciclo schematico 160 di comando degli interruttori del dispositivo convertitore 108 e del dispositivo raddrizzatore 110 durante un procedimento di saldatura secondo la presente invenzione. Il ciclo 160 comprende una pluralità di stati in cui viene a trovarsi il dispositivo generatore 101, in particolare lo stato 165 è uno stato "neutro" corrispondente all'accensione, in cui non c'è generazione di segnali. Successivamente il dispositivo generatore 101 entra in un ciclo periodico di durata T predeterminata. Tale ciclo è suddivisibile in due sottoperiodi, preferibilmente due semiperiodi di uguale durata T/2. Il primo semiperiodo T/2 è indicato con il numero di riferimento 160a, e per almeno una sua parte i primi interruttori 140a e 140d del dispositivo convertitore 108 sono in uno stato acceso, e il primo interruttore 150a del dispositivo raddrizzatore 110 è in uno stato acceso se il dispositivo generatore sta erogando corrente. Per tutto il semiperiodo T/2 successivo, indicato con il numero di riferimento 160b, sia i primi interruttori 140a e 140d del dispositivo convertitore 108 sia il primo interruttore 150a del dispositivo raddrizzatore 110 sono in uno stato spento.

Quanto detto è ben riconoscibile nei segnali di comando VGH1 e VGS1 illustrati in figura 9 nel caso in cui si stia erogando corrente per la saldatura.

In particolare si osserva che il segnale di comando VGH1 è un segnale ad impulsi, preferibilmente ad onda quadra, dove l'impulso è presente solo nel primo semiperiodo 160a, e ha una durata S < (T/2 - P) dove P è un intervallo di tempo prestabilito in cui l'impulso cessa e i primi interruttori 140a e 140b del dispositivo convertitore 108 si spengono mentre il secondo interruttore 150b del dispositivo raddrizzatore 109 non si è ancora acceso (vedi segnale VGS2). Tra la fine del periodo P e l'accensione del secondo interruttore 150b del dispositivo raddrizzatore è presente un secondo periodo di tempo predeterminato 0 in cui l'impulso di VGH1 è assente e i primi interruttori 140a e 140b del dispositivo convertitore 109 sono quindi mantenuti spenti. Il periodo di tempo W corrisponde all'accensione del secondo interruttore 150b del dispositivo raddrizzatore 110 e va da S+P+O a T/2, e anche qui VGH1 non ha impulso per cui i primi interruttori 140a e 140b del dispositivo convertitore 109 sono mantenuti spenti (vedi segnale VGS2).

Per quanto riguarda il segnale VGS1, anch'esso è un segnale a impulsi, preferibilmente ad onda quadra, e come già detto i suoi impulsi sono presenti solo nel primo semiperiodo 160a e solo se il dispositivo generatore sta erogando corrente per la saldatura. La durata del singolo impulso di VGS1 è preferibilmente G ≤ T/2-W dove più preferibilmente G = S+O+P.

Gli stati S, P, 0 e W sono riportati in sequenza anche nel ciclo di figura il.

Nell'esempio illustrato i segnali VGH2 e VGS2 sono uguali ai segnali VGH1 e VGS1 ma sfasati di T/2 rispetto ad essi.

Si fa notare che la figura 7 rappresenta un caso in cui si sta erogando una corrente di saldatura inferiore alla massima possibile.

Il caso di erogazione della corrente massima è illustrato in figura 10, dove i segnali differiscono da quelli di figura 9 per il solo fatto che il periodo 0 è pari a 0 e quindi non è presente, di conseguenza gli impulsi di VGH1 e VGH2 hanno durata S massima.

Come si noterà gli impulsi dei segnali VGH1 e VGH2 hanno una durata variabile a seconda della corrente che si desidera erogare, questa modulazione della larghezza di impulso si traduce in una variazione del guadagno del dispositivo convertitore 108.

Preferibilmente, il passaggio da una durata minore a una durata maggiore dell'impulso di VGH1 e VGH2 è ottenuto attraverso una serie di incrementi predeterminati, ad esempio con una progressione lineare, esponenziale, o secondo altre leggi di progressione preferibilmente costante. Questo è uno dei vantaggi della digitalizzazione .

Gli impulsi dei segnali VGS1 e VGS2, che sono presenti solo se si sta erogando corrente di saldatura, sono preferibilmente della stessa durata per qualsiasi quantitativo di corrente erogata all'arco. In assenza di erogazione la tensione di uscita - ai capi di un condensatore di uscita 170 messo in parallelo all'arco di saldatura - viene mantenuta dai diodi 152 dei MOSFET 150a e 150b. I MOSFET 150a e 150b non vengono accesi per non scaricare il condensatore di uscita 170 che ha il compito di aiutare l'innesco dell'arco di saldatura.

Secondo una forma di attuazione particolarmente preferita T = lOusec, P = 0,5usec, W = lusec. Inoltre preferibilmente il dispositivo per saldatura 101 è dimensionato per generare un arco di saldatura da 0 a 130A. L'impostazione del valore di corrente per l'arco può essere fatta manualmente, ad esempio attraverso un selettore a potenziometro in comunicazione con l'unità di controllo 115 che genera i segnali di comando VGH1, VGH2, VGS1 e VGS2 di conseguenza.

Si osserva che tutti i valori indicati nella presente descrizione sono a puro titolo esemplificativo e devono essere considerati con una tolleranza di almeno il 10%.

Sebbene sin qui siano stati illustrati esempi in cui i segnali VGH1 sono uguali ai segnali VGH2, non si escludono casi in cui i due segnali differiscano, ad esempio per diverse durate dei periodi S, P, 0 o W. Lo stesso dicasi per i segnali VGS1 e VGS2.

Naturalmente, le forme di attuazione e le varianti sin qui descritte ed illustrate sono a puro scopo esemplificativo e un tecnico del ramo, per soddisfare specifiche e contingenti esigenze, potrà apportare numerose modifiche e varianti, tra cui ad esempio la combinazione di dette forme di attuazione e varianti, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione della presente invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo generatore di corrente elettrica controllata caratterizzato dal fatto che comprendente un dispositivo convertitore DC/AC (108) e un dispositivo raddrizzatore AC/DC (H O, 210) posto a valle del dispositivo convertitore DC/AC (108) e con esso elettricamente cooperante per generare una corrente di uscita di intensità predeterminata, il dispositivo convertitore (108) e il dispositivo raddrizzatore (110, 210) essendo entrambi dispositivi comandati.
2. 2. Dispositivo generatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è parte di un dispositivo per saldatura (101) o di un dispositivo caricabatteria e il dispositivo raddrizzatore (H O, 210) comprende almeno due interruttori comandati (150a, 150b, 250a, 250b) ciascuno comprendente almeno due terminali (180a, 180b, 185a, 185b, 280a, 280b, 285), la differenza di potenziale tra detti due terminali comandando l'apertura dell'interruttore corrispondente (150a, 150b, 250a, 250b), preferibilmente almeno uno degli almeno due terminali (285) essendo in comune tra gli almeno due interruttori (250a, 250b) in maniera tale da fornire una tensione di riferimento comune per la generazione di detta differenze di potenziale di comando.
3. 3. Dispositivo generatore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che un dispositivo di isolamento galvanico (109) è interposto tra il dispositivo convertitore (108) e il dispositivo raddrizzatore (H O, 210), il dispositivo convertitore (108) e il dispositivo raddrizzatore (H O, 210) comprendendo un pluralità di interruttori comandati da una unità di controllo (115) di tipo digitale e programmabile, preferibilmente gli interruttori sono di tipo FET.
4. 4. Procedimento di generazione di corrente elettrica controllata comprendente le fasi di: - predisporre un dispositivo generatore (101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti; - comandare il dispositivo raddrizzatore (H O, 210) in maniera sincronizzata con il dispositivo convertitore (108).
5. 5. Procedimento di generazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che comprende la fase di modulare la corrente in uscita dal dispositivo generatore (101) almeno variando il guadagno del dispositivo convertitore (108).
6. 6. Procedimento di generazione secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che, quando il dispositivo generatore sta erogando corrente, il dispositivo convertitore (108) e il dispositivo raddrizzatore (110, 210) comprendono rispettive pluralità di interruttori comandati (140a, 140b, 140c, 140d, 150a, 150b, 250a, 250b), dove primi interruttori (140a, 140d) del dispositivo convertitore (108) sono comandati per trovarsi in uno stato acceso contemporaneamente ad almeno un primo interruttore (150a, 250a) del dispositivo raddrizzatore (110, 210), e secondi interruttori (140b, 140c) del dispositivo convertitore (108) sono comandati per trovarsi in uno stato acceso contemporaneamente ad almeno un secondo interruttore (150b, 250b) del dispositivo raddrizzatore (H O, 210), quando i primi interruttori (140a, 140d, 150a, 250a) sono nello stato acceso i secondi (140b, 140c, 150b, 250b) sono nello stato spento e viceversa.
7. 7. Procedimento di generazione secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che i primi interruttori (140a, 140d) del dispositivo convertitore (108) sono comandati con segnali (VGH1, VGH2) ad impulsi di durata variabile in funzione della potenza richiesta in uscita dal dispositivo generatore (101).
8. 8. Procedimento di generazione secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che ciascun impulso del segnale di comando (VGH1) dei primi interruttori (140a, 140d) del dispositivo convertitore (108) ha una durata S < (T/2 - P) dove T è il periodo di tale segnale e P è un intervallo di tempo prestabilito in cui i primi interruttori (140a, 140d) del dispositivo convertitore (108) si spengono e 1'almeno un secondo interruttore (150a, 250a) del dispositivo raddrizzatore (110, 210) non si è ancora acceso.
9. 9. Procedimento di generazione secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che tra la fine del periodo P e l'accensione dell'almeno un secondo interruttore (150b) del dispositivo raddrizzatore (110, 210) è presente un secondo periodo di tempo predeterminato 0 in cui i primi interruttori (140a, 140d) del dispositivo convertitore (108) sono mantenuti spenti, dove 0 è uguale a zero se è richiesta l'erogazione della massima potenza, inoltre preferibilmente il passaggio tra una durata minore e una durata maggiore degli impulsi di comando (VGH1) dei primi interruttori (140a, 140d) del dispositivo convertitore (108) è ottenuto attraverso una serie di incrementi predeterminati.
10. 10. Procedimento di generazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 9, caratterizzato dal fatto che i primi interruttori e i secondi interruttori (140a, 140b, 140c, 140d, 150a, 150b, 250a, 250b) si trovano nello stato acceso o nello stato spento in maniera ciclica secondo un ciclo periodico per cui è possibile individuare un primo semiperiodo di detto ciclo per almeno parte del quale i primi interruttori (140a e 140d) del dispositivo convertitore (108) sono in uno stato acceso e 1'almeno un primo interruttore (150a, 250a) del dispositivo raddrizzatore (110, 210) è in uno stato acceso se il dispositivo generatore (101) sta erogando corrente e per tutto il quale i secondi interruttori (140b, 140c) del dispositivo convertitore (108) e 1'almeno un secondo interruttore (150b, 250b) del dispositivo raddrizzatore (110, 210) sono in uno stato spento, e un semiperiodo successivo al primo per almeno parte del quale i secondi interruttori (140b, 140c) del dispositivo convertitore (108) sono in uno stato acceso e 1'almeno un secondo interruttore (150b, 250b) del dispositivo raddrizzatore (H O, 210) è in uno stato acceso se il dispositivo generatore (101) sta erogando corrente, e per tutto il quale i primi interruttori (140a, 140d) del dispositivo convertitore (108) e 1'almeno un primo interruttore (150a, 250a) del dispositivo raddrizzatore (110, 210) sono in uno stato spento. il. Dispositivo per saldatura ad arco o caricabatteria comprendente una porzione a monte (112) e una porzione a valle (113) di un dispositivo trasformatore (109), caratterizzato dal fatto che entrambe queste porzioni sono controllate da una unità di controllo (115), preferibilmente la porzione a monte ha una tensione maggiore della porzione a valle.