PT93015A

PT93015A - Circuito aperfeicoado de controlo de saida para um inversor

Info

Publication number: PT93015A
Application number: PT93015A
Authority: PT
Inventors: Dale L Bilczo; Larry L Church; Michael J Kurchak
Original assignee: Lincoln Electric Co
Priority date: 1989-02-06
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1991-09-30
Also published as: EP0382110A3; ATE104192T1; KR900013698A; AU4897490A; US4897522A; EP0382110A2; DK31090A; AU613261B2; US4897522B1; JPH02276477A; FI900473A7; FI900473A0; DE59005301D1; DK31090D0; NO900397L; EP0382110B1; ES2055179T3; NO900397D0; KR920004006B1

Description

Ã' % PATENTE DE INVENÇÃO d e "CIRCUITO APERFEIÇOADO DE CONTROLO DE SAÍDA PARA UH INVERSOR"

Requerente THE LINCOLN ELECTRIC COMPANY, norte-americana (es tado de Ohio), industrial, com sede em 22 801, St. Clair Avenue, Cleveland, Ohio 44117-1199, Estados Unidos da América A presente invenção refere-se ao tipo de inversores de frequência do género usado como fontes de alimentação de energia para operações de soldadura por arco e, mais particularmente, a um circuito de comando de saída aperfeiçoado para um tal inversor. A presente invenção é particularmente aplicável num inversor de frequência usado para soldadura por corrente contínua, no qual uma fonte de energia de corrente contínua é co mutada alternadamente para magnetizar e remagnetizar no senti do oposto do fluxo, o ndcleo de um transformador de saída. A operação de comutação é obtida por dois meios interruptores, tais como transistores tipo "FET", operando separada e alternadamente, sendo um dos interruptores activado para magnetizar o ndcleo de um transformador de saída e o outro meio interruptor activado para remagnetizar o ndcleo. Alternando o funciona mento dos dois meios interruptores, faz-se o acoplamento magné tico de uma corrente alternada de alta frequência com os enrolamentos secundários no mesmo ndcleo. A referida corrente secundária de alta frequência é orientada por meios rectificado-res, tais como díodos de alta velocidade, através de meios de filtragem de corrente, tais como um indutor para os terminais Φ - 2 - de saída do aparelho de soldadura de corrente contínua. O andar secundário do transformador de saída para um inversor do tipo a que se refere a presente invenção particularmente tem duas secções de enrolamento que são rectifi cadas separadamente. Quando o náeleo do transformador estiver magnetizado num sentido e depois for remagnetizado no sentido oposto, as secções do enrolamento secundário são polarizadas alternadamente para polarizar os díodos a que estão ligadas separadamente, no sentido da condução. Deste modo, impulsos de corrente eléctrica de alta frequência com a polaridade apropriada são dirigidos para o indutor da máquina de soldar, através do indutor, para os terminais de saída da máquina de soldar de corrente contínua e portanto para o posto de soldadura.

Os primeiro e um segundo meios interruptores do inversor são controlados por impulsos eléctricos disparadores com uma duração dos impulsos seleccionadas e com uma frequência de repetição igualmente seleccsbnada. Para controlar a intensidade da corrente ou a tensão da saída da máquina de soldar, pode variar-se a duração dos impulsos disparadores. Quan do for necessária mais corrente ou mais tensão para a operação de soldadura, aumenta-se, em proporção ao aumento desejado na saída, a duração dos impulsos que excitam ou actuam os meios interruptores operados alternadamente do inversor.

Esta disposição do andar inversor controlada por re-troacção consegue-se por meio de circuitos de modulação de duração dos impulsos controlados por tensão, operados a uma frequência seleccionada, tal como 20 KHz. Estes moduladores são usuais nos alimentadores inversores funcionando no modo de comutação, como os que aqui são considerados e existem disponíveis sob a forma de circuito integrado, familiar aos especialistas desta matéria. A frequência seleccionada para o funcionamento afecta o tempo de resposta da máquina de soldar aos si nais de retroacção ou de detecção da tensão, afectando assim a capacidade de a máquina de soldar responder a pequenas perturbações no arco de soldadura, t necessária uma frequência eleva da (superior a cerca de 10 KHz) para proporcionar melhorias su bstanciais de eficácia. A frequência de funcionamento afecta “ 3 - também a audibilidade do aroo e dos circuitos da máquina de sol dar, devendo por isso escolher-se, para minimizar o ruído indesejável e melhorar a comodidade do operador, uma frequência aci ma de cerca de 20 Khz. As frequências acima destes limites satisfarão as limitações atrás mencionadas mas têm o efeito indesejável de aumentar a energia consumida nos elementos de comuta ção e rectificação e aumentar as exigências postas nos circuitos de portas para os impulsos disparadores·

Como atrás se descreveu, o dispositivo de alimentação de energia do tipo inversor de alta frequência é relativamente conhecido e tem, na aplicação como alimentador de energia para a soldadura por arco, as vantagens possíveis de ser mais pequeno e mais leve e a vantagem potencial de ser uma máquina de soldar su perior, devido a um tempo de resposta do circuito de retroacção mais curto* Estes inversores podem ser utilizados numa grande va riedade de operações de soldadura por corrente contínua. Porém, a limitação de concepção de minimizar a corrente primária do inversor e portanto a corrente nos meios de interrupção, para obter as vantagens relativas as dimensões e ao peso em relação aos ali-mentadores de energia para soldadura por arco convencionais e para minimizar os custos com os meios interruptores, dita a utiliza ção de um transformador inversor com a relação mais elevada possí vel entre os ndmeros de espiras do primário para o secundário. Es, ta relação tem de ser determinada pela tensão necessária para o processo de soldadura para a corrente de saída máxima da máquina de soldar de inversor. Infelizmente, a tensão de saída máxima de tais inversores, que funcionam mesmo com corrente de saída subs-tancialmente reduzida, é de valor demasiado baixo para proporcionar o potencial de ionização do arco apropriado para o processo SMAW (soldadura com vareta) quando se mantêm comprimentos de arco muito grandes. Além disso, sendo a curva característica da tensão de saída/corrente da máquina de soldar relativamente achatada (is to é, tendo apenas uma variação de alguns volt por 100 A de varia ção de corrente), geralmente não permite um ponto de funcionamento transitório desejado para a soldadura com vareta, tal como 50 V e 50 A. Assim, quando foram usados alimentadores de energia de inversor de alta frequência do tipo atrás descrito, eram necessários eléctrodos de vareta relativamente caros para estabilizar o arco. Λ *

Este inconveniente pode ser ultrapassado por um meio de armazenamento de energia, tal como um indutor ligado aos circuitos de saída da máquina de soldar, para armazenar e depois libertar energia suficiente a um potencial suficientemente elevado para proporcionar, quer o potencial de ionização do arco, quer o ponto de funcionamento de tensio/corrente necessá rio para um funcionamento apropriado. Mas um indutor com uma capacidade para proporcionar estas características, aumenta de maneira significativa o peso e as dimensões da máquina de soldar. Um aperfeiçoamento para a estabilidade de funcionamento do eléctrodo de vareta pode ser realizado pela utilização de um eléctrodo que tenha uma quantidade substancial de revestimento de estabilização. Este revestimento é caro e é também uma limitação substancial para o uso de um alimentador de energia de in versor de alta frequência relativamente pequeno concebido para todas as operações de soldadura por corrente contínua numa ampla gama.

Em resumo, uma máquina de soldar comum de inversor de alta frequência concebido para ter dimensões e peso mínimos é ge ralmente limitada no seu funcionamento devido à característica de tensão de saída máxima baixa e resposta global à tensão mais baixa em função da corrente. Foi sugerido que este problema pode ser resolvido aumentando o número de espiras nos enrolamentos se cundários, aumentando a capacidade do indutor de saída ou, com alguma vantagem, utilizando eléctrodos de vareta com revestimento de estabilização altamente estabilizados. Mas pelas razões atrás indicadas, estas soluções não são desejáveis.

Sumário da invenção A presente invenção elimina esses inconvenientes atrás referidos e permite a criação de uma tensão de saída máxima maior e uma tensão elevada para a corrente de funcionamento des_e jada para um inversor de alta frequência do tipo que comanda um transformador de saída ou de carga, ao mesmo tempo que minimiza o aumento do fluxo de corrente no lado do primário do transforma dor de saída.

Segundo a presente invenção, proporcionam-se enrolamen tos adicionais em extremidades opostas do enrolamento secundário do transformador. Estes enrolamentos auxiliares em cada uma das extremidades do secundário criam uma outra fonte de tensão e de corrente que é rectificada por um dispositivo unidireccio nal ligado em série com cada um dos enrolamentos auxiliares.

Um componente limitador da corrente, tal como uma bobina de in dução, limita a intensidade de corrente que passa em cada enro lamento auxiliar, limitando assim a intensidade de corrente adicionada ao impulso de corrente do primário, mas criando ain da a curva característica tensão/corrente desejada para a saída da máquina de soldar. 0 inversor terá uma tensão de soldadu ra máxima substancialmente mais elevada do que a obtida sem os enrolamentos auxiliares. Esta tensão de saída máxima aumentada I desejável, juntamente com o aumento da tensão na curva earac terística. Estes parâmetros de operação realizados pelos enrolamentos auxiliares permitem uma soldadura com vareta satisfatória mesmo quando o eléctrodo de vareta está dotado com um re vestimento de estabilização reduzido ou não possui esse revestimento. Assim, a utilização da presente invenção converte um alimentador de energia com um inversor de alta frequência num alimentador de energia com uma tensão de saída máxima relativa mente elevada e uma característica de tensão mais elevada sem a corrente reflectida elevada no andar primário do transformador de saída do alimentador. Pela utilização da presente invenção, há um aumento mínimo do valor quadrático médio da corrente tratada pelos dispositivos interruptores no lado do primário do transformador de saída.

Segundo a presente invenção, os enrolamentos auxilia res no lado do secundário do transformador estão, cada um, providos de uma bobina de indução em série com um díodo rectifica-dor. Deste modo, controla-se a intensidade de corrente que se permite que passe nos enrolamentos auxiliares. 0 enrolamento adi cional aumenta os níveis de tensão para os vários níveis de corrente de saída. Deste modo, a curva característica do alimentador é deslocada para cima, no sentido da tensão mais elevada, com uma perturbação pouco importante do lado da entrada do trans formador. 0 valor quadrático médio da corrente no andar de entra da não é aumentado a um ponto tal que resulte um aquecimento indevido dos dispositivos interruptores.

De acordo com a forma de realização preferida da presen te invenção, os componentes limitadores da corrente para os en rolamentos auxiliares no andar secundário do alimentador são bobinas de indução. Devido â frequência de operação escolhida, estas bobinas de indução são relativamente pequenas e, na forma de realização preferida, tem um valor da indutãncia escolhi do para obter 50 A a 50 ¥ nos terminais de saída da máquina de soldar. Pela utilização de uma reactância indutiva, há uma que da natural de tensão para correntes elevadas que melhoram ainda mais o controlo do fluxo da corrente induzida no primário.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, o díodo rectificador nos circuitos de controlo da corrente de cada um dos enrolamentos auxiliares é substituído por um recti, ficador de silício controlado (SCR). Quando um enrolamento pri márío induz um impulso de corrente com a polaridade apropriada num dos enrolamentos auxiliares, o SCR desse elemento auxiliar particular pode ser disparado ou comandado na sua porta. Pela utilização de SCR^ como dispositivos rectificadores comutáveis, os enrolamentos auxiliares podem ser activados e desactivados co mo for necessário. De acordo com este aspecto da presente invenção, faz-se a detecção da corrente média na saída da máquina de soldar. Se a corrente média for superior a um nível pré-determi-nado, inibem-se ou desactivam-se os SCR de ambos os enrolamentos auxiliares. Assim, o inversor funciona como se não existissem os enrolamentos auxiliares, a não ser que seja necessário o funcionamento do inversor com uma corrente baixa. Os SCR ficam então operacionais e condutores em sincronismo com os impulsos de entrada para os enrolamentos primários.

Utilizando a presente invenção, há um comportamento satisfatório do eléctrodo de vareta não estabilizado, tal como os eléctrodos da classe EXX10. Esta classe geral de eléctrodos tem uma estabilização reduzida, a qual até aqui não podia ser usada num inversor de alta frequência do tipo segundo a presente invenção. E claro que a presente invenção melhora o funcionamento de outras classes de eléctrodo de vareta, alguns dos quais com revestimento de estabilização, tais como os EXX11 e EXX13.

Em resumo, a presente invenção permite o uso de eléctrodos de va reta com estabilização reduzida para a soldadura com vareta. Mas também melhora o funcionamento de alguns dos eléctrodos de solda - 7 -

dura de vareta estabilizados, elevando a característica de tensão da saída do inversor. Isto representa um aperfeiçoamento relativamente ao circuito de saída normalizado para um inversor de alta frequência, como atrás se descreveu#

De acordo com a forma de realização preferida da pre sente invenção, cada um dos enrolamentos auxiliares tem seis espiras e utiliza uma reactância indutiva em série. Esta dispo sição reforça a tensão para saídas de corrente de pequena intensidade, ao passo que não utiliza toda a tensão de saída dos enrolamentos auxiliares para níveis de corrente elevados, visto que a reactância indutiva tem uma queda de tensão elevada seleccionada. Por conseguinte, o aumento da corrente nos enrola mentos primários da fonte de energia devido à corrente nos enro lamentos auxiliares é menos evidenciado para saídas de corrente maiores, mesmo no interior da gama de correntes de saída em que os SCR estão condutores.

Segundo a presente invenção, proporciona-se um aperfei çoamento no inversor de alta frequência que fornece uma corrente contínua para uma estação de soldadura, incluindo um elemento de eléctrodo e um elemento de peça em curso de soldadura. Este inversor inclui um transformador de saída com um núcleo, enrolamen tos primários e primeiros e segundos enrolamentos secundários, ligados em série numa junção comum, para definir extremidades afastadas do enrolamento, por vezes designadas por primeiro e se gundo terminais de saída. Deste modo, as duas secções de enrolamentos secundários são ligadas â saída através de um dispositivo rectificador para permitir a passagem de corrente através de cada um dos enrolamentos secundários durante a magnetização e a re magnetização alternadas do núcleo do transformador. Os Impulsos de corrente contínua são filtrados através da bobina de reactância normal e dirigidos para a estação de soldadura quando a corrente passa nos sentidos apropriados nos enrolamentos primários do transformador de saída. 0 aperfeiçoamento segundo a presente invenção inclui um primeiro enrolamento auxiliar sobretensor ligado em série com o primeiro enrolamento secundário e um primeiro meio de circuitos de controlo de corrente para ligar o primei, ro enrolamento auxiliar a um dos elementos da estação de soldadu ra. Este primeiro meio de circuitos de controlo de corrente inclui um dispositivo unidíreccional, polarizado no mesmo sentido - 8 - que o dispositivo unidirecoional usado para rectificar o primeiro enrolamento secundário. Por conseguinte, a corrente induzida no primeiro enrolamento secundário é adicionada ao flu xo de corrente no primeiro enrolamento adicional. Como os enrolamentos estão ligados de modo que as tensões são aditivas, a tensão de saída é aumentada. 0 circuito de controlo da corrente para o enrolamento auxiliar inclui além disso um elemen to limitador de corrente de modo que a corrente é aditiva, mas de natureza limitadora. Deste modo, a corrente aumentada pelo aumento da tensão induzida é limitada na medida em que passe pelo circuito de controlo da corrente associado com o en rolamento auxiliar. Um segundo enrolamento sobretensor auxiliar está ligado em série com o segundo enrolamento secundário da mesma maneira que o primeiro enrolamento auxiliar. Assim, os dois enrolamentos auxiliares com dispositivos limitadores de corrente são espiras adicionais do secundário. Isso induz uma tensão mais elevada, para adicionar impulsos de corrente gerados pelos dois enrolamentos secundários aos impulsos de corrente normais aplicados à bobina de reactância. Na forma de realização preferida, a tensão de saída máxima é aumentada de 43 V para cerca de 110 V, com seis espiras adicionais em cada enrolamento secundário. 0 limitador de corrente permite a passagem de 50 A a 50 V no funcionamento a 20 KHz. 0 objecto primário da presente invenção consiste em proporcionar um aperfeiçoamento num circuito de controlo da saí da de um inversor que permite obter uma tensão de saída máxima mais elevada e uma tensão mais elevada na característica de ten são/corrente, sem aumentar a corrente induzida na secção do pri mário do circuito de controlo.

Outro objecto da presente Invenção consiste em proporcionar um circuito de controlo aperfeiçoado, como atrás se descreveu, o qual permite que um inversor funcione num modo de soldadura com vareta com eléctrodos de vareta com um revestimento de estabilização mínimo.

Ainda outro objecto da presente invenção consiste em proporcionar um circuito de controlo, como atrás se definiu, o qual pode ser adicionado ao circuito de saída de um inversor de alta frequência com um custo relativamente pouco importante e sem a necessidade de aumentar a capacidade de transporte de cor- rente dos dispositivos interruptores usados no inversor. Funcionamento a frequências elevadas signifiGa em geral o funcio namento a frequência na gama dos 3 aos 35 KHz, de preferência a cerca de 20 KHz·

Estes e outros objectos e vantagens serão evidencia dos na descrição seguinte, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam:

Fig. 1 - um esquema que mostra a forma de realização preferida da presente invenção;

Fig· 2 - uma curva característica de tensão/corrente do sistema de inversor de alta frequência re presentado na Fig· 1, sem utilizar a presente invenção;

Fig· 3 - uma curva característica esquemática de tensão/corrente para os enrolamentos auxiliares usados como enrolamentos sobretensores na presente invenção e funcionando a 20 KHz;

Fig, 4 - uma curva característica compósita tensão/cor rente para ilustrar a vantagem de utilizar a presente invenção no inversor de alta frequên cia do tipo que normalmente tem a curva carac terística representada na Fig. 2;

Fig. 5 - um gráfico comparativo da corrente no primário do transformador de saída, mostrando a vantagem de utilizar a presente invenção relativamente à característica de corrente de entrada do alimentador representado na Fig. 1;

Fig· 6 - um esquema que apresenta o aspecto mais lato da presente invenção;

Fig. 7 - uma curva característica compósita tensão/cor rente, que mostra outros aspectos da presente invenção; 10 -

Fíg. 8 - um circuito simplificado da Fig. 6, que mostra a utilização de um dispositivo unidirec-cional comutável nos enrolamentos auxiliares» e

Fig· 9 “ uma característica tensão/corrente obtida ut£ lizando a presente invenção e que ilustra um outro aspecto da presente invenção.

FORMA. DE REALIZAÇÃO PREFERIDA DA INVENÇÃO

Fazendo referência aos desenhos, cujas figuras se destinam a ilustrar uma forma de realização da presente invenção e de modo nenhum para limitar a mesma, a Fig. 1 representa um in-versor de alta frequência (10) do tipo que possui uma entrada trifásica e um rectifícador em ponte trifásico e uma rede de fil tragem (14), para desenvolver uma saída de corrente contínua, ilustrada por dois conjuntos separados de terminais de saída (16a, 16b) e (18a, 18b). E claro que a saída do rectificador é um terminal positivo e um terminal negativo únicos. Os dois conjuntos de terminais de saída representam uma entrada de energia para o transformador de saída (20), através do primeiro enrolamento primário (22) e do segundo enrolamento primário (24). Nes ta forma de realização, um enrolamento é usado para magnetizar o núcleo (C) e um enrolamento separado é usado para remagneti-zar o núcleo. Em alguns inversores de alta frequência faz-se pas sar corrente em sentidos opostos através de um único enrolamento que funciona como primário do transformador de saída. Utilizam--se dois conjuntos de dispositivos interruptores (Sl), (S2), (S3) e (S4), para magnetizar e remagnetizar o núcleo (C) do trans formador (20). Os dispositivos interruptoras (Sl) a (S4) estão ilustrados como sendo transístores FET. A actuação dos dispositivos (Sl) e (S2) faz com que passe corrente no sentido (A) através do primeiro enrolamento primário (22). De maneira análoga, o fecho ou actuação dos interruptores ou dispositivos interruptores (S3) e (S4) provoca a passagem da corrente no sentido (B) através do segundo enrolamento primário (24). Deste modo, o núcleo (C) do transformador (20) é alternadamente magnetizado e remagnetizado pela operação alternada dos conjuntos de dispositivos interruptores. Isso produz uma tensão induzida no andar secundário ou de saída do inversor, que compreende um enrolamento secundário (40), representado como estando dividido era secções separadas (42) e (44). Estas secções podem ser enrolamentos individuais ou secções de um enrolamento único, visto que são polarizados no mesmo sentido. Uma derivação no centro do enrolamento (40) é uma junção comum (50). As extremidades afastadas (52) e (54) do enrolamento constituíam o andar de saída do inversor, antes da incorporação da presente invenção. Os díodos rectifdoadores (60) e (62) produzem uma saída de corrente contínua entre a junção comum (50) ou derivação e um terminal de saída comum (56), para receber a corrente dos terminais (52) e (54). A cor rente contínua entre a derivação (50) e o terminal (56) passa através da estação de soldadura (¥), que compreende o eléctrodo de vareta normal (70) e a peça em curso de soldadura (72). Os impulsos de corrente entre a junção ou derivação (50) e o termi nal (56) são filtrados através de uma bobina de reactância (80) normal e são aplicados aos term-inais da estação de soldadura (¥).

Para sincronizar a actuação dos dois conjuntos de dispositivos de interrupção (Sl) a (S4), proporciona-se um circuito disparador ou circuito de portas (100) normal, controlados num modo de modulação de duração de impulsos e tendo um relógio de cadencia (102) que funciona com uma frequência de 20 KHz. 0 circuito (100) inclui saídas ou portas (1) a (6), estando as saídas (l) a (4) adaptadas para produzir sinais de actuação dos dis positivos interruptores (Sl) a (S4), respectivamente. Durante a primeira fase de operação, um sinal de comando de porta ou impul so de disparo nas saídas (1) e (2) actua nos interruptores (Sl) e (S2), em sincronismo, provocando a passagem de corrente no sen tido (A) através do enrolamento (22). Depois disso, os sinais de actuação das portas nas saídas (1) e (2) são retirados e geram--se sinais de comando das portas nas saídas (3) e (4). Estes sinais ou impulsos de disparo aetuam nos interruptores (S3) e (S4) para provocar a passagem de corrente de remagnet^-zação (B) através do enrolamento (24), como se mostra na Fig. 1. Os impulsos nas saídas (1) e (2) e depois nas saídas (3) e (4) são gerados com uma frequência de repetição de impulsos de 20 KHz. Faz-se variar a duração dos impulsos para controlar a corrente de saída na estação de soldadura. Num modo de soldadura com corrente constante, tal como 0 SMAW com vareta, isso faz-se geralmente de-

f tectanào a corrente no circuito de saida por um detector, tal como uma resistência calibrada (120)· A corrente detectada con trola o circuito (100) fazendo variar a duração dos impulsos de acordo com a tensão ilustrada esquematicamente na linha (122), à medida que a corrente diminui, a tensão na linha (122) diminui e aumenta a duração dos impulsos disparadores para os transístores FET (Sl) a (S4), deaccttâocomos conceitos da modulação de dura ção dos impulsos normal.

Na prática, o funcionamento do inversor de alta frequência (10), descrita até aqui, produz uma curva característ^ca tensão/corrente como se ilustra na Fig. 2. A tensão de saida máxima é de cerca de 43 V e a inclinação equivale a cerca de 13 V por 300 A. Esta curva característíca não permitirá um ponto de funcionamento de 50 Y a 50 A, desejado para a soldadura com vare ta. Além disso, é necessária uma tensão de saída máxima substan-cialmente maior que 43 V para estabilizar uma operação de soldadura com vareta, no caso de um comprimento de arco alongado. Ten do em vista estas deficiências dos parâmetros no inversor (10) atrás descrito, é difícil utilizar este inversor para a soldadura com vareta. Além disso, uma tal soldadura com vareta exigirá eléctrodos caros do tipo com revestimento estabilizador.

Segundo a presente invenção, a arquítectura normal do inversor de alta frequência (10) é modificada para incluir enrolamentos secundários auxiliares sobretensores (200) e (202). Estes enrolamentos estão ligados em série com as secções de enrola mento secundário (42) e (44). Na prática, cada um destes enrolamentos é constituído por um ndmero suficiente de espiras para au mentar a tensão de saída máxima de 43 V para cerca de 110 Y* Estes enrolamentos auxiliares estão em série com circuitos de controlo de corrente que incluem as bobinas de indução limitadoras de corrente (204) e (206), respectivamente. fi claro que poderia usar-se uma resistência para fins de limitação de corrente, no entanto as bobinas de reactãncía (204) e (206) sao mais eficientes do que resistências, porque geram menos calor. Dispositivos unidireccíonais (210) e (212) estão coordenados com os díodos (60) e (62) para rectíficar as correntes de saída dos enrolamen tos de corrente auxiliares (200) e (202). Os dispositivos unídi reccionais (210) e (212) estão ilustrados sob a forma de SCR, (S5) e (S6), respectivamente. Na Fig. 6, o dispositivo limitador

de corrente é um bloco (204a), para apenas mostrar a necessi^ dade geral de limitar esta corrente, estando o dispositivo unidireccional ilustrado como sendo um simples díodo (210a)· SCR proporcionam a possibilidade de utilizar selectivamente os enrolamentos auxiliares de corrente (200) e (202), como se descreverá mais adiante, relativamente às representações das Figs. 8 e 9.

Utilizando enrolamentos secundários auxiliares, a característica de corrente destes enrolamentos fica mais elevada que a curva característica normal representada na Fig. 2· Para ilustrar este conceito, a Fig. 3 mostra, esquematicamente e apenas para ilustração, uma característica geral tensão/corrente para os enrolamentos secundários auxiliares. As bobinas de indução (204) e (206) são escolhidas de modo que um ponto de funcionamento pre-seleccionado (OP) se situe na curva dos enrolamentos secundários auxiliares, como se mostra na Fig. 3. Na prática, o ponto de funcionamento é de 50 V a 50 A. As bobi nas de reactância (204) e (206) são escolhidas com base na fre quencia de funcionamento de 20 KHz, como é determinado pela en trada de relógio no circuito (100) raodulador de duração de impulsos ou circuito disparador, representado na Fig. 1. Pela utilização dos dois enrolamentos auxiliares (200) e (202), a curva característica compósita do inversor de alta frequência é agora a representada na Fig. 4. Esta curva é formada por adi_ ção da característica de corrente dos enrolamentos auxiliares, representada genericamente na Fig. 3 e da curva característica normal, representada na Fig. 2. Esta curva compósita não é puramente aditava, baseando-se na relação dos ndmeros de espiras nos enrolamentos e noutras características eléctrÍGas. 0 Gon-ceito básico da presente invenção está ilustrado na Fig. 4, na qual a tensão adicionada pelo enrolamento auxiliar e a corrente limitada que passa nos circuitos de controlo da corrente em paralelo são combinadas com a tensão e a intensidade de corren te relativamente não limitada, no enrolamento normal para produzir a curva característica (CC). Obtêm-se uma tensão de saída máxima superior a 110 V e um modo de soldadura num ponto de funcionamento de 50 V a 50 A. A curva (CC) tem uma tensão mais elevada sem um aumento proporcional da intensidade de corrente. A porção tracejada do gráfico da Fig. 4 destina-se a ilustrar a / - 14 t porção adicionada produzida pelos enrolamentos secundários ou enrolamentos secundários auxiliares (200) e (202) representados na Fig. 1·

Fazendo agora referência à Fig. 5, a intensidade de corrente no andar primário do inversor (10) está ilustrado es quematicamente sob a forma de impulsos de corrente (220) e (222). 0 impulso (220) é a intensidade de corrente quando os interruptores (Sl) e (S2) estão legados. De maneira análoga, o impulso (222) é o impulso de corrente quando os interruptores (S3) e (S4) estão ligados. Os impulsos (220) e (222) estão representados com polaridades opostas para ^lustrar a intensidade da corrente como se usasse um único enrolamento primário.

Se se juntassem enrolamentos adicionais ãs secções (42) e (44) para aumentar a tensão de saída máxima, aumentar-se-ia a amplitu de dos impulsos (220) e (222). Isso representaria um aumento proporcional do valor quadrático médio da corrente que passa no andar de entrada do inversor (10) e exigiria um dispositivo de dissipação do calor mais extenso ou dispositivos interruptores mais caros. A intensidade de corrente no andar primário resultan te da primeira forma de realização da presente invenção, na qual se utilizam díodos como elementos rectíficadores, em vez dos SCR (S5) e (S6), tem como consequência os impulsos de corrente (220a) e (222a) representados a tracejado. No início de cada impulso, a corrente induzida é um tanto reduzida devido ao maior efeito do funcionamento do limitador de corrente, λ medida que aumenta a corrente de saída num dado impulso, torna-se menos importante a função de limitação da corrente, permitindo uma corrente primária mais elevada.

Por conseguinte, no final do impulso resultam correntes mais elevadas que as que se verificam quando se usam os enrolamentos auxiliares (200) e (202), porém, não se aumenta o efeito efectivo de aquecimento tanto como seria no caso um aumen to do número de espiras do secundário (41) e (42) necessário para obter o mesmo aumento da tensão de saída máxima. Por conseguinte, provoca-se um menor aumento do efeito de aquecimento do andar primário do inversor (10) utilizando a presente invenção.

Na forma de realização preferida da presente invenção, utilizando SCR como elementos rectificadores (S5) e (S6), a forma - 15 - 15

àe onda da corrente primária pode ser a representada em (220a) e (222a) na Fig. 5 para níveis de corrente de saída abaixo de um limiar escolhido, tal como 175 A e como impulsos de corrente (220) e (222) acima desse limiar. Para o nível de corrente desse lím-íar ou próximo dele, (S5) e (S6) são desligados ou ligados de modo que os enrolamentos auxiliares vão adicionar-se aos enrolamentos secundários abaixo daquele nível e efectivamen te estão fora de circuito acima daquele nível. Para a corrente de saída máxima, as correntes do primário são tio baixas como seriam num inversor com um número de espiras do secundário cor-respondentemente baixo.

Na Fig. 6 a relação mútua entre a porção de corrente completa da corrente de saída e a porção de corrente limitada es tá ilustrada como um circuito em paralelo. A tensão e determinada pelo número total de espiras (isto é, adicionando os enrolamentos normais e os auxiliares) enquanto que a corrente é uma so ma da corrente completa dos enrolamentos normais e da corrente limitada do enrolamento auxiliar.

Fazendo agora referencia à Fig. 7, a presente invenção pode ser utilizada para proporcionar uma curva característí-ca com uma tensão de saída máxima e um ponto de funcionamento (OP) na área tracejada geral definida pelas linhas (250) e (252). Esta curva é de natureza ilustrativa e exclui curvas caracterís-ticas tais como as linhas (300), (302) e (304). A curva caracte-rístíca (300) permitiria um funcionamento estável no ponto de funcionamento (OP), mas a tensão de saída máxima ser-ia apenas li-geíramente superior a 50V. Isso não ê suficiente para estabilizar o arco de soldadura com vareta. De maneira análoga, a curva carac terística (32) mais uma vez permitiria o funcionamento estável no ponto de funcionamento (OP), mas a tensão de saída máxima não está dentro da área tracejada ilustrada esquematicamente na Fig. 7· A curva característica (304) proporciona uma tensão de saída máxima suficiente para estabilizar o arco numa máquina de soldar com vareta, mas esta curva não permite o funcionamento estável no ponto de funcionamento (0P). A Fig. 7 ilustra que há uma fami-l-ia de curvas de funcionamento nas quais se obtem a tensão de saída máxima e o ponto de funcionamento. A escolha da bobina de indução limitadora e do número de espiras nos enrolamentos auxiliares per mite a realização destes dois parâmetros. - 16 -

Um outro aspecto da presente Invenção esta ilustrado esquematicamente nas Fígs. 8 e 9· Para reduzir a tensão mecani^ ca nos circuitos ou enrolamentos primários do inversor (10), os dispositivos unid^eccionais (210) e (212) sao dispositivos comutáveis, tais como os SCR (S5) e (S6), respectivamente. Estes interruptores (S5) © (S6) sao operados por circuitos de por tas (100) (sa-idas (5) e (6) como se ilustra na Fig. 1) para os d-isparar com correntes de sa^da médias mai-s baixas. Para reduzir a tensão nos circuitos primários, os SCR (S5) e (S6) sao inibidos quando a operação de soldadura tem uma corrente de saida média superior a nível pré-seleccionado, ilustrado como sendo 175 A na Fig. 9. Este nível de corrente é detectado pela resistência calibrada (120), sendo a sua saída dirigida para o circuito (100) pela linha (122), ilustrada esquematicamente.

Na prática, o inversor (10) é um inversor de 300 A e o ponto de corte é cerca de 150 a 175 A. Acima deste ponto de corte, os SCR (S5) e (S6) são inibidos, de modo que os enrolamentos (200) e (202) (S5,S6) ficam inoperativos. Abaixo deste ponto de corte, os enrolamentos (200) e (202) estão operativos, de acordo com a discussão anterior.

Claims

IJLLl-LU-LíLê-OJLs is. - Circuito aperfeiçoado de controlo de saída para um in versor, para um alimentador de alta frequência para fornecer uma corrente continua através de uma bobina de reatância a um posto de soldadura que inclui um elemento de eléctrodo e um elemento de peça em curso de soldadura, incluindo o referido alimentador um transformador que possui um núcleo, enrolamentos primários e um primeiro e um segundo enrolamentos secundá rios ligados em série numa junção comum para definir extremidades afastadas dos enrolamentos que definem um primeiro e um segundo terminais de saída, meios para ligar a referida junção a um dos referidos elementos do posto de soldadura e meios para ligar os referidos primeiro e segundo terminais ao outro dos referidos elementos do referido posto de soldadura, meios para fazer passar alternadamente impulsos de corrente através do referido enrolamento primário para induzir a passagem de cor rente através dos referidos enrolamentos secundários em impulsos de sentidos opostos e um dispositivo unidireccional ligado entre cada um dos terminais de saída e o referido outro elemento, de modo que se dirigem impulsos de corrente contínua para o referido posto de soldadura filtrados através da referida bobina de reactância, sendo caracterizado este aperfeiçoamento por um primeiro enrolamento sobretensor de corrente auxiliar ligado ao referido enrolamento secundário e em série com ele e um primeiro circuito de controlo da corrente para ligar o referido primeiro enrolamento auxiliar a um dos referidos elementos do posto de soldadura, incluindo o referido primeiro circuito de controlo de corrente um dispositivo unidireccional com a mesma polaridade que o referido dispositivo unidireccional entre o re ferido primeiro terminal de saída e o outro dos referidos elementos do posto de soldadura e um elemento limitador de corrente em série e um segundo enrolamento sobretensor de corrente auxiliar ligado ao referido segundo enrolamento secundário e em série com o mesmo e um segundo circuito de controlo da corrente para ligar o referido segundo enrolamento auxiliar ao referido primeiro dos elementos do posto de soldadura, incluindo o referido segundo circuito de controlo de corrente um dispositivo * - 18 / unidireccionai com a mesma polaridade que o referido dispositi vo unidireccionai entre o referido segundo terminal e o referi do outro dos elementos do posto de soldadura e um elemento limitador de corrente.
23. Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os meios limitadores de corrente dos referidos primeiro e segundo circuitos de controlo de corrente serem bobinas de indução. 3S* - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os referidos dispositivos unidireccionais nos referidos primeiro e segundo circuitos de controlo de corrente serem suseeptíveis de ser comutados selectivamente entre um esta do condutor e um estado não condutor. 4S. - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por incluir meios para detectar a passagem de cor rente através do referido posto de soldadura e meios para manter os referidos dispositivos unidireccionais dos referidos circuitos de controlo de corrente não condutores quando o referido valor detectado da corrente for superior a um valor pré-seleccionado. 5-· - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os referidos meios de passagem de corrente alternada do referido enrolamento primário incluirem um primeiro meio comutador para fazer passar um impulso de corrente através dos enrolamentos primários para magnetizar o referido núcleo e um segundo meio comutador para fazer passar um impulso de corren te através dos referidos enrolamentos primários para remagneti-zar o referido núcleo e um circuito disparador para actuar alter nadamente os referidos primeiro e segundo conjuntos de comutadores. $s, - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos dispositivos unidireccionais nos referidos primeiro e segundo circuitos de controlo da corrente serem suseeptíveis de ser comutados selectivamente entre um esta do condutor e um estado não condutor. * «I - 19 -

7~· - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por incluirem meios para detectar a passagem de corrente através do referido posto de soldadura e meios para re ter os referidos meios unidireccionais dos referidos circuitos de controlo da corrente não condutores quando a referida corren te detectada for superior a um valor pré-seleccionado.
89. - Circuito Aperfeiçoado de Controlo de Saída de um Inver sor de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por os referi dos meios para fazer passar a corrente alternada dos referidos enrolamentos primários incluirem um primeiro meio comutador para fazer passar um impulso de corrente através dos referidos enrola mentos primários para magnetizar o referido núcleo e um segundo meio comutador para fazer passar um impulso de corrente através dos referidos enrolamentos primários para remagnetizar o referido núcleo e um circuito disparador para actuar alternadamente os referidos primeiro e segundo conjuntos de comutadores.
93· - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos meios para fazer passar a corrente alternada pelos referidos enrolamentos primários incluirem um primeiro meio comutador para fazer passar um impulso de corrente através dos referidos enrolamentos primários para magnetizar o re ferido núcleo e um segundo meio comutador para fazer passar um im pulso de corrente através dos referidos enrolamentos primários pa ra remagnetizar o referido núcleo e um dispositivo disparador para actuar alternadamente nos referidos primeiro e segundo conjuntos de comutadores. 10ô. - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos meios para fazer passar impulsos de corrente incluirem meios para criar os referidos impulsos de corrente que passam através dos referidos enrolamentos primários com uma frequência entre 3 e 35 KHz.
119. - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por os referidos meios para fazer passar impulsos de corrente incluirem meios para criar os referidos impulsos que passam através dos referidos enrolamentos primários a uma frequên cia entre 3 e 35 KHz
122. - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido enrolamento primário estar dividido em primeira e segunda secções e os meios para fazer passar impul sos incluirem meios para fazer passar alternadamente um primeiro impulso através da referida primeira secção e um segundo impulso de corrente através da referida segunda secção para desse modo magnetizar e remagnetizar alternadamente o referido núcleo.
132· - Circuito Aperfeiçoado de acordo com a reivindicação 9» caracterizado por os referidos primeiros meios comutadores incluirem um primeiro conjunto de comutadores actuados simultaneamente e os segundos meios comutadores incluirem um segundo conjunto de interruptores actuados simultaneamente.
149· - Circuito Aperfeiçoado de Controlo de Saída para um In-versor que compreende um processo para fornecer corrente contínua através de uma bobina de reactância a um posto de soldadura que inclui um elemento de eléctrodo e um elemento de peça em cur so de soldadura, caracterizado por compreender as fases de: a) proporcionar um transformador de saída com um ndcleo, enrolamentos primários e primeiro e segundo enrolamentos s_e cundários ligados em série numa junção comum para definir um primeiro e um segundo terminais de saída; b) ligar a referida junção comum a um dos referidos elementos do posto de soldadura; c) ligar os referidos primeiro e segundo terminais de saída ao outro dos referidos elementos do posto de soldadura; d) fazer passar alternadamente impulsos de corrente através do referido enrolamento primário para induzir a passagem de corrente através dos referidos enrolamentos secundários em impulsos de sentidos opostos; e) proporcionar dispositivos unidireccionais ligados entre os referidos terminais de saída e o referido outro elemento de modo que se dirigem impulsos de corrente contínua para o referido posto de soldadura através da referida bobina de indutância; e ft - 21 - ft - 21 - * f) proporcionar uma secção de espiras adicionais nos referi dos primeiro e segundo enrolamentos secundários enquanto se limita a intensidade e o sentido da corrente através das referidas espiras adicionais.
152· - Circuito Aperfeiçoado de Controlo de Saída de um In-versor de alta frequência do tipo que possui um transformador de saída com um núcleo, enrolamentos primários e um enrolamento secundário com duas secções, meios para criar um primeiro impulso de corrente eléctrica numa secção do referido enrolamento secundário quando os referidos enrolamentos primários magnetizam o referido núcleo e um segundo impulso de corrente eléctrica na ou tra das referidas secções quando os referidos enrolamentos prima rios remagnetizam o referido núcleo e meios comutadores alternados para magnetizar e remagnetizar o referido núcleo com uma fre quência pré-determinada, caracterizado por o referido circuito de controlo compreender: um primeiro enrolamento auxiliar ligado a uma das referidas secções do secundário para criar um primeiro impulso de corrente auxiliar quando o referido núcleo é magnetizado, meios para limitar a intensidade do referido primeiro impul so auxiliar e meios para adicionar o referido primeiro impulso au xiliar ao referido segundo impulso auxiliar e um segundo enrolamento auxiliar ligado á outra das secções do secundário para criar um segundo impulso de corrente auxiliar quando o referido núcleo é remagnetizado, meios para limitar a amplitude do referido segundo impulso auxiliar e meios para adicionar o referido segundo impulso auxiliar ao referido segundo impulso secundário de modo que se aumenta substancialmente a tensão de saída máxima do referido inversor e se desloca para cima a curva característica tensão/corrente do referido inversor. Lisboa, 50 de Janeiro de 1990