MXPA02000836A - Generardor con soldadura con arco electrico con tapa reguladora de adaptacion de voltaje de entrada. - Google Patents

Abstract

Un generador con soldadura que comprende una etapa rectificadora de entrada, un banco de capacitores niveladores, un bloque del inversor, un transformador, una etapa rectificadora y un inductor corriente abajo del cual se forma el arco y una etapa reguladora de adaptacion de voltaje de entrada que tiene, en serie en la salida del rectificador de entrada, un primer conmutador electronico controlado hacia la salida de un primer diodo tambien conectado a la linea comun, un inductor, un segundo conmutador electronico controlado y un segundo diodo conectado en serie corriente abajo del primer conmutador electronico controlado, la salida del inductor conectada a la linea comun, el segundo diodo conectado al banco de los capacitores niveladores; el voltaje Vin que se midio en la salida de la etapa rectificadora tiene la misma orientacion que el voltaje V0 que se midio a traves del banco de los capacitores niveladores.

Description

GENERADOR CON SOLDADURA CON ARCO ELÉCTRICO CON ETAPA REGULADORA DE ADAPTACIÓN DE VOLTAJE DE ENTRADA CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a un generador con soldadura con arco eléctrico con etapa reguladora de adaptación de voltaje de entrada.

TÉCNICA ANTECEDENTE Un diagrama típico de una soldadura con arco, de conformidad con la técnica conocida, se muestra en la figura 1 y está constituida por medio de una etapa rectificadora 1 seguida por un banco de capacitores niveladores 2, seguido por un bloque de inversor 3 con conmutadores electrónicos de alta frecuencia que impulsan un transformador 4. El devanado secundario del transformador 4 es seguido por una etapa rectificadora 5 y tiene un inductor 6 para nivelar la corriente de salida. El arco se forma entre el inductor 6 y la línea común de la etapa rectificadora. El voltaje aplicado al bloque del inversor 3 es el voltaje que está presente a través del banco de los capacitores niveladores 2, que se suministra mediante la etapa rectificadora de entrada 1.

Esto significa que el valor de voltaje máximo que está presente a través del banco de capacitores 2 coincide con el valor pico del voltaje rectificado que está presente en la salida a la etapa rectificadora 1. En estas condiciones, los conmutadores electrónicos de la etapa del inversor 3 deben medirse para ser capaces de soportar dicho valor pico de voltaje. Obviamente, para asegurar la operación del generador para suministrar voltajes que sean superiores al voltaje de suministro nominal, es necesario sobremedir, en términos de voltaje, los conmutadores electrónicos del inversor, con una pérdida de eficiencia total consecuente del generador. Es necesario ya que debe tomarse en cuenta que la soldadora puede operar con suministros de energía en los cuales el voltaje puede variar debido a las razones vinculadas con el hecho de que la línea no se controla, que es una línea de grada de construcción, que en ciertos momentos del día pueden existir variaciones debido a la desconexión de cargas o debido a que la energía se extrae de un generador independiente impulsado por un motor. Los mismos problemas pueden ocurrir en líneas muy largas, en donde la resonancia con los inductores y los capacitores de la máquina pueden ocurrir. Claramente, el uso de conmutadores electrónicos capaces de soportar altos voltajes ocasiona una disminución en eficiencia, ya que sus dispositivos electrónicos sufren pérdidas que se incrementan a medida que incrementa su voltaje de operación máximo.

Si se desea asegurar la operación del generador para suministrar voltajes inferiores al voltaje nominal sin pérdidas de rendimiento, es decir con un nivel de energía de suministro igual, es necesario sobremedir los conmutadores electrónicos del inversor en términos de corriente. Esto ocurre, por ejemplo, cuando ocurren caídas de voltaje considerables en los sistemas de distribución que son insuficientes con relación a las cargas conectadas. Esta sobremedida en términos de corriente ocasiona un incremento en la energía nominal de los conmutadores y una vez más una pérdida de la eficiencia total de la etapa del inversor que se mide la misma. Lo anterior a conducido al desarrollo de estructuras para generadores con soldadura con arco eléctrico que adoptan etapas reguladoras intermedias que permiten obtener un voltaje de entrada para la etapa del inversor 3, presente a través del banco del capacitor 2, que es estable mientras que el voltaje del suministro de energía de dicho generador varía. Un ejemplo de lo anterior se muestra en la figura 2, que ilustra una etapa intermedia entre el bloque rectificador 1 y el banco del capacitor 2; dicha etapa intermedia es conocida como la etapa de "amplificación" y se obtiene por medio de un inductor 71 , un conmutador electrónico 72, y un diodo 73. Esta etapa es capaz de estabilizar un voltaje constante a través de los capacitores 2 por medio de un dispositivo de control apropiado.

Sin embargo, esta etapa puede operar si los voltajes de suministro que están presentes en la entrada al bloque 1 tienen un valor pico que es inferior al valor del voltaje estabilizado a través del capacitor 2, pero la operación para valores de voltajes superiores no se permiten. Esto provoca que, para asegurar una operación con altos voltajes de suministro, el voltaje que debe estabilizarse a través del bloque 2 sea superior, y asimismo es aún necesario sobremedir los conmutadores electrónicos de la etapa del inversor, en términos de voltaje, aún en presencia de una etapa reguladora, con las consecuencias antes notadas en términos de pérdida de eficiencia. Otra solución conocida se muestra en la figura 3, en donde el elemento fundamental del sistema es una etapa de adaptación de voltaje 101 que se interpone entre el bloque rectificador 102 y el banco del capacitor 103. Corriente abajo de los capacitores 103, que tienen una función niveladora, existe un bloque del inversor convencional 104, el transformador del adaptador 105, la etapa rectificadora 106 y el inductor 107 en la salida de la cual se forma el arco 108. La etapa de adaptación de voltaje 101 se constituye por medio de un conmutador electrónico 109, por medio de un inductor 110 y por medio de un diodo 111 , que se conectan como se muestra en la figura 3. Un dispositivo de control, que no se muestra, permite mantener constante el voltaje V0 medido a través del bloque de capacitores 103 a medida que el voltaje Vin medido en la salida de la etapa rectificadora 102 varía, tanto en el caso V¡n>Vo como en el caso de V¡n<Vo. Sustancialmente, el dispositivo de control actúa en la apertura y cierre del conmutador 109, manteniendo las condiciones indicadas. En este diagrama de circuito, sin embargo, el voltaje V0 es negativo con relación al voltaje Vin y la tensión de corte del conmutador 109 y del diodo 111 es V¡n<Vo, que es superior para los voltajes V¡n de entrada superiores. Esto provoca el uso de componentes que tienen tensiones de corte superiores, que pueden provocar pérdidas en la conducción y una eficiencia no óptima de la etapa de adaptación. Además, el valor Vin+Vo para amplias gamas de voltaje de entrada puede alcanzar valores superiores que la capacidad de corte de los dispositivos normalmente utilizados en estas máquinas, con la necesidad consecuente de utilizar componentes conectados en serie; esto puede provocar complicaciones vinculadas con la dificultad de asegurar una distribución simétrica de los voltajes a través de dichos componentes.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La intensión de la presente invención es proveer un generador para soldadura que resuelva o en cualquier caso reduzca en gran medida los problemas que se han mencionado.

Un objetivo principal consecuente es proveer un generador con soldadura que sea capaz de asegurar la operación del generador sin pérdidas de rendimiento a medida que el voltaje de suministro varía, siendo un voltaje de tres fases o una sola fase, sobre una amplia variedad de valores. Otro objeto es proveer un generador con soldadura que sea capaz de operar tanto con valores que son inferiores al voltaje nominal como con valores que son superiores al voltaje nominal mientras se mantiene un valor de voltaje estable a través del banco del capacitor. Otro objeto es proveer un generador con soldadura que se estructure para permitir una medición óptima de los conmutadores electrónicos de la etapa del inversor con el objetivo de mejorar la eficiencia de esta etapa y por lo tanto de todo el generador. Otro objeto es proveer un generador con soldadura en el que sea posible optimizar la medición de los dispositivos semiconductores que se contienen en el mismo y en particular en la etapa de adaptación, para lograr una eficiencia total superior del generador. Este objetivo y otros objetivos que serán evidentes de aquí en adelante se logran mediante una etapa reguladora de adaptación de voltaje de entrada del tipo que comprende una etapa rectificadora de entrada, un banco de capacitores niveladores, un bloque del inversor, un transformador, una etapa rectificadora y un inductor corriente abajo en el cual se forma el arco, caracterizado porque dicha etapa reguladora tiene, en series en la salida de dicha etapa de rectificadora de salida, un primer conmutador electrónico controlado, hacia la salida del cual se conecta un primer diodo, dicho primer diodo se conecta además a la línea común, un inductor, un segundo conmutador electrónico controlado y un segundo diodo presente en series corriente debajo de dicho primer conmutador electrónico controlado, la salida de dicho inductor se conecta entre dicho inductor y la línea común, dicho segundo diodo se conecta al banco de los capacitores niveladores, dicha disposición provocando que el voltaje V?n medido en la salida de la etapa rectificadora de entrada tenga la misma orientación que el voltaje V0 medido a través del banco de los capacitores niveladores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Características adicionales y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la técnica anterior antes definida en la introducción y de algunas modalidades preferidas pero no exclusivas de la invención, ilustradas en los dibujos anexos, en donde: La figura 1 es como se mencionó, un diagrama de un generador con soldadura de conformidad con la técnica anterior; la figura 2 es una vista de un segundo tipo de soldadora electrónica de conformidad con la técnica anterior, con una etapa prerreguladora tipo amplificación; la figura 3 es una vista de tercer tipo del generador con soldadura de conformidad con la técnica anterior, con una etapa prerreguladora de un solo conmutador con el voltaje invertido a través del banco de capacitores; la figura 4 es un diagrama de un generador con soldadura de conformidad con la invención con una etapa prerreguladora del conmutador 5 doble; la figura 5 es una vista de una modalidad adicional de la etapa prerreguladora del conmutador doble; las figuras 6, 7, 8 y 9 muestran comportamientos típicos de la corriente en línea en máquinas de tres fases y de una sola base provistas de 10 conformidad con la técnica anterior y de conformidad con la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Con relación a las figuras, se ha mencionado ya que las figuras 15 1 , 2, y 3 son diagramas de soldadoras de conformidad con la técnica anterior. La invención en su forma básica se muestra en la figura 4. En este diagrama, la etapa de adaptación, ahora designada por el número de referencia 201 , tiene dos conmutadores electrónicos, designados mediante los números de referencia 202 y 203 respectivamente, y 20 dos diodos, designados mediante los números de referencia 204 y 205 respectivamente, y un inductor 206, todos dispuestos como se muestra en la figura 4. Sustancialmente, el diodo 204 se conecta entre la salida del ! ^H^ > ¿*£ui«¿ primer conmutador 202 y la línea común 207, el inductor 206 se dispone en serie hacia la salida del primer conmutador 202, el segundo conmutador 203 se conecta entre la salida del inductor 206 y la línea común 207, mientras el diodo 205 se encuentra en serie entre la salida del inductor 206 y el bloque de 5 capacitores 208. Como puede notarse, en esta disposición, el voltaje Vo medido a través del bloque de capacitores 208 tiene la misma orientación que el voltaje V?n medido en la salida del bloque rectificador, ahora designado por el número de referencia 209. 10 Los conmutadores 202 y 203, al igual que los diodos 204 y 205, tienen un voltaje invertido a través de.los mismos; respectivamente V?n y V0. Esto permite el uso de componentes con características de voltaje óptimas, con una recuperación consecuente en términos de eficiencia de la etapa de adaptación 201. 15 La figura 5 ilustra una modalidad adicional de la etapa de adaptación, generalmente ahora designada con el número de referencia 301. En este caso existen de nueva cuenta dos conmutadores electrónicos, designados por el número de referencia 302 y 303 respectivamente, y dos diodos 304 y 305, pero existen dos inductores 20 interpuestos en la línea común 309 y en la línea de salida 310 de la etapa rectificadora, respectivamente, dichos inductores designados ahora mediante los números de referencia 306 y 307. En este caso también, el voltaje V,n medido en una salida desde la etapa rectificadora, que no se muestra, tiene la misma orientación que el voltaje V0 a través del bloque de capacitores, ahora designados por el número de referencia 308. Las figuras 6 y 8 muestran los comportamientos típicos de la 5 absorción de la corriente en línea de un generador de una sola fase y tres fases, que muestra cómo ocurre la absorción típica con un valor altamente efectivo debido a los picos de corriente y a su contenido armónico. Esta absorción puede presentarse sustancialmente sinusoidal al utilizar el regulador de conformidad con la invención, apropiadamente 10 controlado, haciendo así al generador equivalente a una carga resistiva. Los comportamientos típicos obtenidos al utilizar el prerregulador se grafican en la figura 7 para una carga de una sola fase y en la figura 9 para una carga de tres fases. Esto permite no únicamente obtener la absorción en línea con un 15 contenido bajo armónico, sino también optimizar el tamaño del puente rectificador en la salida, ya que los picos de corriente se reducen en gran medida. A partir de lo que se ha descrito e ilustrado, es evidente que el objetivo y objetos propuestos se han logrado y que en particular un generador 20 con soldadura con arco eléctrico se ha provisto con una etapa de adaptación de voltaje que permite la operación de una sola fase y tres fases del generador a medida que el voltaje de suministro varía sobre una amplia gama con relación al voltaje nominal.

De esta forma, la optimización del circuito permite el uso de componentes con características de voltaje óptimas, con una recuperación consecuente en la eficiencia de la etapa per se y de toda la máquina. El concepto de la invención expresado e ¡lustrado en la descripción y en los dibujos puede proveerse de diferentes formas mientras se mantiene la misma lógica de operación. Las descripciones en la solicitud de patente italiana No. PD2000A000136 de las cuales se incorporan las prioridades de las reivindicaciones de la solicitud en la presente por referencia.

Claims (2)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un generador con soldadura con una etapa reguladora de adaptación de voltaje de entrada del tipo que comprende una etapa rectificadora de entrada (209), un banco de capacitores niveladores (208), un bloque del inversor (210), un transformador (211 ), una etapa rectificadora (212) y un inductor (213) corriente abajo del cual se forma el arco, caracterizado porque dicha etapa reguladora (201 ) tiene, en serie en la salida de dicha etapa rectificadora de entrada (209), un primer conmutador electrónico controlado (202) hacia la salida del cual un primer diodo (204) se conecta, dicho primer diodo (204) se conecta además a la línea común (207), un inductor (206), un segundo conmutador electrónico controlado (203) y un segundo diodo (205) conectados en serie corriente abajo de dicho primer conmutador electrónico controlado (202), la salida de dicho inductor (206) se conecta a la línea común, dicho segundo diodo (205) se conecta al banco de los capacitores niveladores (203) dicha disposición provocando que el voltaje V?n medido en la salida de la etapa rectificadora de entrada (209) tenga la misma orientación que el voltaje Vo medido a través del banco de capacitores niveladores (208).

2.- El generador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha etapa reguladora (301) tiene un primer «> ^ . . . . - , , r f ^^^^^M conmutador electrónico controlado (302) que actúa en la línea común (309), un primer diodo (304) que se interpone corriente abajo del primer conmutador (302) y la salida de la etapa rectificadora, dos inductores (306, 307), el primero (307) del cual se interpone en la línea común (309) y el segundo (306) en la línea de salida (315) de la etapa rectificadora corriente abajo del nodo de inserción de dicho primer diodo (304), un segundo conmutador electrónico controlado (303) que se inserta entre las salidas de los dos inductores (306, 307), y un segundo diodo (305) que se inserta entre la salida del segundo inductor (306) de la línea de salida (310) de la etapa rectificadora y el banco (308) de los capacitores niveladores. **** • ' — - «• - - -*s — -. - ? i iMü¡ aa*