ITPD990159A1 - Generatore per apparecchi di saldatura ad arco - Google Patents

Description

GENERTORE PER APPARECCHI DI SALDATURA AD

ARCO

DESCRIZIONE

Forma oggetto del presente trovato un generatore per apparecchi di saldatura ad arco dotato di uno stadio rettificatore d’ingresso in grado di assorbire una corrente '.praticamente sinusoidale dalla rete di alimentazione in corrente alternata.'

Il generatore in oggetto è di tipo “elettronico”.

Secondo lo stato della tecnica uno schema classico per un generatore per apparecchi di saldatura è quello illustrato in figura 1 che prevede la presenza di uno stadio raddrizzatore 1 , seguito da un blocco 2 con condensatori di livellamento a cui fa capo un blocco inverter a commutatori elettronici ad alta frequenza 3 che pilota un trasformatore 4 il cui secondario alimenta uno stadio retifficatore 5 che mediante un'induttanza 6 di livellamento della corrente in uscita alimenta l’arco di saldatura 7.

Un generatore di questo tipo assorbe dalla rete, durante il funzionamento, una corrente che presenta una forma d’onda ad elevato contenuto armonico, del tipo di quella riportata in figura 2.

Con una forma d’onda di questo tipo si ha un basso fattore di potenza, ovvero se si richiede una elevata potenza utile in uscita risulta necessario assorbire dalla rete un elevato valore efficace di corrente.

Questo comporta notevoli problemi sulla rete di alimentazione perché l’elevato contenuto di armoniche nella corrente assorbita limita la potenza erogabile dal generatore e questo costituisce un grave handicap in particolare quando l’utilizzazione viene fatta in ambienti con bassa potenza a disposizione come quelli serviti da utenze domestiche.

Questo deriva dal fatto che l’elevata intensità di corrente efficace assorbita dal generatore provoca l’azionamento delia protezione termica dell'impianto anche se la potenza utile in uscita risulta inferiore a quella di un carico resistivo equivalente.

Per ovviare a queste problematiche sono stati messi a punto dei generatori per saldatura che presentano degli stadi elettronici ausiliari che permettono un assorbimento sinusoidale di corrente, lato rete, così da rendere il generatore in questione equivalente ad un carico resistivo.

In questo modo si può assorbire tutta la potenza attiva disponibile.

Un tipico schema di un generatore secondo questa configurazione è riportato in figura 3 ove si può notare, rispetto allo schema di figura 1 , l'aggiunta di uno stadio indicato con 7, interposto fra il blocco di raddrizzamento ed il blocco di livellamento.

Tale stadio denominato PFC di tipo BOOST, comprende un’induttanza 71 , un commutatore elettronico 72 ed un diodo 73 disposti come in figura.

L’interruttore 72 è controllato mediante un opportuno blocco 74 che consente di rendere l'assorbimento del generatore sinusoidale con l’andamento illustrato in figura 4.

E' chiaro però come l'introduzione di questo blocco determina un aumento notevole della componentistica e quindi dei costi del generatore.

Oltre a questo l'aumento dei componenti determina una riduzione del rendimento per aumento delle perdite nei dispositivi a semiconduttore.

Scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un generatore per apparecchi di saldatura ad arco che superi i problemi sopra elencati particolarmente per quanto riguarda l'ottimizzazione del funzionamento e del rendimento.

Ulteriore primario scopo è quello di mettere a punto un circuito per il generatore, che riduca il numero dei componenti elettronici allo scopo sia di ridurre i costi sia di migliorare il rendimento.

Gli scopi proposti ed altri ancora che più chiaramente appariranno in seguito sono raggiunti da un generatore per saldatura del tipo comprendente un trasformatore di corrente alimentante al secondario l'arco di saldatura il cui primario è alimentato da un blocco inverter a commutatori elettronici ad alta frequenza preceduto da un blocco di condensatori di livellamento, questi ultimi venendo alimentato da uno stadio rettificatore di ingresso, caratterizzato dal fatto che detto stadio rettificatore di ingresso è a fattore di potenza unitario e si compone di un’induttanza, iato rete, e da due diodi e da due interruttori elettronici, uno per diodo comandati da un dispositivo di controllo che rende l’assorbimento dello stadio rettificatore di ingresso praticamente sinusoidale.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla dettagliata descrizione di una preferita forma esecutiva data a titolo indicativo ma non limitativo ed illustrato con l'ausilio delle allegate tavole di disegni in cui:

la fig. 1 mostra uno schema tipico di un generatore per saldatrici, con assorbimento, lato rete, caratterizzato dalla presenza di forti armoniche;

la fig. 2 mostra l'andamento della corrente assorbita da) generatore di fig. 1 ;

la fig. 3 mostra uno schema tipico di un generatore secondo lo stato della tecnica, con stadio di controllo per assorbire, lato rete, corrente con andamento sinusoidale;

la fig. 4 mostra l'andamento della corrente assorbita dal generatore di fig. 3;

la fig. 5 mostra uno schema a blocchi del nuovo generatore secondo il trovato;

la fig. 6 mostra uno schema semplificato dello stadio rettificatore di ingresso del generatore di cui alla figura 5 nel caso di alimentazione monofase;

la fig. 7 mostra uno schema semplificato dello stadio rettificatore di ingresso del generatore del tipo di fig. 5 nel caso di alimentazione trifase;

la fig. 8 mostra uno schema dettagliato dello stadio di fig. 6 evidenziarne il percorso deila corrente;

la fig. 9 mostra uno schema dettagliato dello stadio raddrizzatore e dello stadio di controllo di un generatore noto, del tipo di quello illustrato in fig. 3, con evidenziato il percorso della corrente per effettuare un confronto con quanto illustrato in fig. 8.

Con riferimento agli allegati il trovato viene illustrato nelle figure da 5 a 8.

Il generatore si compone di un insieme di blocchi che in fig. 5 sono indicati come stadio rettificatore di ingresso 101 , stadio di livellamento a condensatori 102, stadio inverter con interruttori elettronici veloci 103, trasformatore di corrente 104 e stadio di alimentazione 105 dell'arco di saldatura 106.

La parte caratterizzante il generatore è localizzata nello stadio rettificatore di ingresso 101 che viene dettagliato nelle figure 6, 7 ed 8.

In fig. 6 lo stadio di ingresso 101 viene dato in un primo dettaglio ed è relativo ad un generatore ad alimentazione monofase.

In questa conformazione circuitale è prevista una induttanza 107, direttamente connessa ad ingresso di rete 108.

Questa induttanza è seguita da due diodi 109 e 110 tra loro connessi in opposizione essendo ciascuno servito da un interruttore elettronico rispettivamente 111 e 112.

Le uscite 113 e 114 alimentano lo stadio dei condensatori di livellamento 102.

Nel caso di una alimentazione trifase, come illustrato in fig. 7, vi sono tre induttanze, una per ciascuna fase, indicate con 115, 116 e 117, direttamente connesse alla rete 118.

Ciascuna dì dette induttanze è seguita da un rispettivo diodo 119, 120 e 121 ciascuno servito da un interruttore elettronico rispettivamente 122, 123 e 124.

In fig. 8 è maggiormente evidenziata la struttura dello stadio rettificatore di ingresso ove è indicato anche il dispositivo di controllo e comando 125 che agisce sugli interruttori 111 e 112.

Come si può vedere dal tracciato tratteggiato, la corrente (in una delle fasi di funzionamento) fluisce attraverso l'induttanza 107, il diodo 109, j condensatori 102 e l'interruttore 112 che è in conduzione.

Un analogo percorso si ha quando si chiude l'interruttore 111 e conduce il diodo 110.

La fig. 9 mostra il circuito corrispondente ai generatore di fig. 3 che comprende un ponte di raddrizzamento a quattro diodi 201 , 202, 203 e 203, una induttanza 205 a valle del ponte, rispetto all'ingresso di rete 206, un ulteriore diodo 207, il condensatore di livellamento 208 e l'interruttore 209 comandato dal dispositivo di controllo e comando 210.

Nella fase di conduzione illustrata, la corrente fluisce attraverso il diodo 201 il diodo 207, i condensatori 208 ed il diodo 204.

Come si può vedere, confrontando il percorso della corrente nei due circuiti, in quello secondo il trovato la corrente attraversa due soli dispositivi a semiconduttore contro i tre del circuito realizzato secondo la tecnica nota.

Come componentistica, a fronte dell'aumento di un interruttore veloce, si riducono a solo due i diodi, contro i cinque previsti nel circuito realizzato secondo la tecnica nota.

La riduzione del numero del numero di dispositivi a semiconduttore da un lato riduce il costo del generatore e dall'altro aumenta il rendimento del generatore perché minori sono le perdite sui semiconduttori, essendo questi in numero minore.

Da quanto descritto ed illustrato si nota come si siano raggiunti tutti gii scopi proposti e come in particolare si sia realizzato un generatore per saldatura con assorbimento sinusoidale del lato rete, con rendimento migliorato e con costo contenuto.

Ovviamente materiali e componenti potranno essere qualsiasi a seconda del dimensionamento del generatore stesso.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1) Generatore per apparecchi di saldatura ad arco del tipo comprendente un trasformatore di corrente alimentante al secondario l’arco di saldatura il cui primario è alimentato da un blocco inverter a commutatori elettronici ad alta frequenza, preceduto da un blocco di condensatori di livellamento, questi ultimi venendo alimentati da uno stadio rettificatore di ingresso, caratterizzato dal fatto che detto stadio rettificatore di ingresso è a fattore di potenza unitario e si compone di un’induttanza, lato rete, e da due diodi e da due interruttori elettronici, uno per diodo comandati da un dispositivo di controllo che rende l’assorbimento dello stadio rettificatore di ingresso praticamente sinusoidale.
2. 2) Generatore come alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere (per un generatore monofase) una coppia di diodi ed una coppia di interruttori elettronici uno per ciascun diodo.
3. 3) Generatore come alle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che in qualsiasi fase di conduzione la corrente circola attraverso un solo diodo ed un solo interruttore elettronico.
4. 4) Generatore come alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che l'assorbimento di corrente lato rete è sinusoidale.
5. 5) Generatore per apparecchi di saldatura ad arco caratterizzato dal fatto di presentare le caratteristiche illustrate e descritte.