PUESTO DE SOLDDURA POR ARCO ELÉCTRICO CON UN ONDULADOR CUASI-RESONANTE DE CONMUTACION SUAVE.

Puesto de soldadura con ondulador, caracterizado porque comprende un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que comprende:

- unos medios (4, 6) de conexión a una fuente (8) de alimentación de energía eléctrica que comprende un borne (6) de alimentación de tensión continua y un borne de referencia (4), - dos celdas (30; 102) de conmutación de tipo cuasi-resonante y que comprenden un número par de interruptores (32; 104) que, conectados en serie entre dichos bornes de alimentación y de referencia (4, 6), comprenden un borne (36; 108) de salida enganchado entre los dos interruptores centrales de dicha celda (30; 102), estando cada interruptor (32; 104) conectado en paralelo a un elemento capacitivo (34; 106) y en serie a un elemento inductivo (58; 120) formando los elementos de resonancia, y - unos medios de conexión a un circuito (38; 20 110) de control de dichos interruptores (32; 104) y un transformador (40) cuyo elemento primario está unido a los bornes de salida (38; 108) de las celdas (30; 102) de conmutación y cuyo secundario está unido a un rectificador (44) que suministra una tensión continua de salida de ondulador, y - dos divisores capacitivos (50; 112) formados por un número par de elementos capacitivos (52; 114) dispuestos en serie entre dichos bornes (6) de alimentación y (4) de referencia, comprendiendo cada divisor capacitivo (50; 112) un borne que, enganchado entre los dos elementos capacitivos centrales, forma un borne intermedio (56; 118) de alimentación enganchado a un potencial que es la mitad de la diferencia de potencial presente entre dichos bornes de alimentación de tensión continua (6) y de referencia (4), estando el borne (36; 108) de salida de cada celda (30; 102) de conmutación unido a un borne intermedio (56; 118) de alimentación por mediación del elemento inductivo (58; 120) conectado en serie, y - unos diodos (54; 116) montados en paralelo con cada elemento capacitivo (52; 114) de los divisores capacitivos (50; 112)

La presente invención se refiere a un puesto de soldadura por arco eléctrico que comprende un ondulador de tipo denominado «cuasi-resonante de conmutación suave». 5

Hoy en día existen, en el campo de la electrónica denominado «electrónica de potencia», onduladores que permiten suministrar tensiones de salida continuas que funcionan según un principio denominado «de conmutación suave». 10

El esquema eléctrico de tal ondulador conocido, de tipo cuasi-resonante de conmutación suave, está representado con referencia a la figura 1 en una configuración funcional.

Este ondulador 2 está conectado entre un borne 4 de 15 referencia y un borne 6 de alimentación de una fuente 8 de tensión continua.

Unas celdas o brazos de conmutación (denominadas «legs» en inglés), designados de manera general por la referencia numérica 10 y de manera particular por las 20 referencias 101 y 102, están dispuestos en paralelo entre los bornes 4 y 6 de la fuente 8 de tensión. Cada una de estas celdas 10 comprende dos interruptores interconectados en serie entre los bornes 4 y 6. Los interruptores se designan de manera general por la 25 referencia numérica 12 y de manera particular por las referencias 121,1, 121,2, 122,1, 122,2.

Cada interruptor 12 está formado de manera convencional por uno o varios tiristores o transistores controlables, entre cuyos bornes están montados unos 30 diodos en antiparalelo.

Además, cada interruptor 12 de cada celda 10 de conmutación está montado asimismo en paralelo con un elemento capacitivo de ayuda a la conmutación, designado de manera general por la referencia numérica 14 y de 35

manera particular por las referencias numéricas 141,1, 141,2, 142,1, 142,2.

Las celdas 101 y 102 de conmutación presentan así sendos bornes 161 y 162 de salida enganchados entre los dos interruptores centrales de cada celda. 5

Por otro lado, cada interruptor 12 de cada celda 10 está unido para su gobierno a un dispositivo 18 de control exterior al ondulador 2.

El ondulador 2 comprende asimismo un transformador 20 cuyo primario estáa unido en serie entre los dos 10 bornes 161 y 162 de salida de las celdas 101 y 102 de conmutación de conmutación.

Además, un elemento inductivo 22 está unido en serie entre el primario del transformador y el borne 161 de salida de la celda 101 con el fin de formar un elemento 15 resonante.

Por su parte, el secundario del transformador 20 está unido a un rectificador 24 cuyos bornes 26 de salida forman la salida del ondulador 2.

El funcionamiento y el gobierno de un circuito de 20 este tipo son conocidos en el estado de la técnica.

El dispositivo 18 de control suministra únicamente controles de bloqueo a los distintos interruptores 12. La conmutación de un estado de corte a un estado de conducción se realiza de manera espontánea a tensión nula 25 según el principio de la conmutación suave cuasi-resonante, en el momento de la recepción de una autorización de conmutación emitida por el dispositivo 18 de control.

En efecto, la energía reactiva almacenada en los 30 elementos de resonancia, esto es, los elementos capacitivos 14 y el elemento inductivo 22, a los que se añaden eventualmente las capacidades parásitas de los interruptores 12 y la inductancia de dispersión del transformador 20, permite obtener espontáneamente a nivel 35

de los bornes 16 de salida de las celdas 20 unas condiciones que permiten la conmutación del estado de corte al estado de conducción correspondiente a una conmutación suave.

En el contexto de la cuasi-resonancia, las fases de 5 resonancia que permiten la conmutación son de muy corta duración a la escala de la frecuencia de troceo del ondulador, tales como por ejemplo del orden de 1/10 de este período.

Semejantes circuitos presentan un importante número 10 de ventajas respecto a onduladores de resonancia y/o de encendido y bloqueo controlados.

Sin embargo, estos circuitos quedan limitados en su margen de funcionamiento y en particular en las variaciones de la amplitud de la corriente de salida. 15

En efecto, por debajo de una corriente límite, los elementos capacitivos 14 de resonancia se descargan con demasiada lentitud, de modo que no se reúnen las condiciones de encendido espontáneo de las celdas 10 de conmutación. Por tanto, el ondulador no funciona por 20 debajo de esta corriente límite.

Esto puede plantear serios problemas, en particular en el contexto de aplicaciones para puestos de soldadura que requieren corrientes cuya intensidad varía en el margen de funcionamiento en su conjunto, que se extiende 25 por ejemplo de 10 a 500 amperios para una tensión de 50 voltios.

Existen onduladores provistos de circuitos auxiliares que permiten resolver este problema.

Sin embargo, estos circuitos auxiliares son 30 complejos y utilizan un gran número de interruptores, lo que precisa del desarrollo de circuitos de control suplementarios.

Además, en el contexto de una conmutación suave, semejantes circuitos se ubican en el secundario del 35

transformador del ondulador, lo que limita las utilizaciones del mismo. En particular, la utilización de circuitos auxiliares en el secundario es menos sencilla en el ámbito de los puestos de soldadura.

Por otro lado, se conoce el documento EP-A-602495, 5 que describe un ondulador del tipo de resonancia completa para puesto de soldadura, que integra un rectificador de intensidad de corriente con capacidad a la salida del rectificador. Éste comprende además un medio de control (driver) por basculamiento cuando el valor de intensidad 10 se hace nulo.

Más aún, el documento US-A-6016258 describe un convertidor CC-CC de condensadores por basculamiento en una tensión nula, en tanto que la publicación de Tanako y col., Auxiliary Resonant Commutated Soft-Switching 15 Inverter with Bidirectionnal Active switches and Voltage Clamping Diodes, IEEE 2001, p. 1441 a 1446 propone un ondulador de tipo de resonancia total para aparato de rayos X.

El problema que se plantea es pues que no existe a 20 día de hoy un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que permita suministrar una corriente de salida en el conjunto de un margen de funcionamiento, cuando se integra en un puesto o generador de corriente de soldadura. 25

La solución de la invención es por consiguiente un puesto de soldadura según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que comprende unos medios de conexión a una fuente de alimentación de 30 energía eléctrica que comprende un borne de alimentación de tensión continua y un borne de referencia, comprendiendo el ondulador dos celdas de conmutación de tipo cuasi-resonante, comprendiendo cada una de ellas un número par de interruptores que, conectados en serie 35

entre dichos bornes de alimentación y de referencia, comprenden un borne de salida enganchado entre los dos interruptores centrales de dicha celda, estando cada interruptor conectado en paralelo a un elemento capacitivo y en serie a un elemento inductivo en 5 configuración de elementos de resonancia, comprendiendo además el ondulador unos medios de conexión a un circuito de control de dichos interruptores y un transformador cuyo elemento primario está unido a dichos bornes de salida de las celdas de conmutación y cuyo secundario 10 está unido a un rectificador que suministra una tensión continua de salida de ondulador, y al menos un borne intermedio de alimentación enganchado a un potencial la mitad de la diferencia de potencial presente entre dichos bornes de alimentación de tensión continua y de 15 referencia, estando el borne de salida de cada celda de conmutación unido a un borne intermedio de alimentación por mediación de un elemento inductivo conectado en serie, y el ondulador comprende dos diodos montados en paralelo entre los bornes de alimentación y de 20 referencia.

La utilización del circuito de la invención permite así obtener un puesto con un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que, con una complejidad no mayor que la de los circuitos existentes, recibe el 25 mismo tipo y el mismo número de señales de control y permite obtener una corriente de salida cuya intensidad varía en la totalidad del margen de funcionamiento del ondulador.

Según...

1. Puesto de soldadura con ondulador, caracterizado porque comprende un ondulador de tipo cuasi-resonante de conmutación suave que comprende: 5

- unos medios (4, 6) de conexión a una fuente (8) de alimentación de energía eléctrica que comprende un borne (6) de alimentación de tensión continua y un borne de referencia (4),

- dos celdas (30; 102) de conmutación de tipo 10 cuasi-resonante y que comprenden un número par de interruptores (32; 104) que, conectados en serie entre dichos bornes de alimentación y de referencia (4, 6), comprenden un borne (36; 108) de salida enganchado entre los dos interruptores centrales de dicha celda (30; 102), 15 estando cada interruptor (32; 104) conectado en paralelo a un elemento capacitivo (34; 106) y en serie a un elemento inductivo (58; 120) formando los elementos de resonancia, y

- unos medios de conexión a un circuito (38; 20 110) de control de dichos interruptores (32; 104) y un transformador (40) cuyo elemento primario está unido a los bornes de salida (38; 108) de las celdas (30; 102) de conmutación y cuyo secundario está unido a un rectificador (44) que suministra una tensión continua de 25 salida de ondulador, y

- dos divisores capacitivos (50; 112) formados por un número par de elementos capacitivos (52; 114) dispuestos en serie entre dichos bornes (6) de alimentación y (4) de referencia, comprendiendo cada 30 divisor capacitivo (50; 112) un borne que, enganchado entre los dos elementos capacitivos centrales, forma un borne intermedio (56; 118) de alimentación enganchado a un potencial que es la mitad de la diferencia de potencial presente entre dichos bornes de alimentación de 35

tensión continua (6) y de referencia (4), estando el borne (36; 108) de salida de cada celda (30; 102) de conmutación unido a un borne intermedio (56; 118) de alimentación por mediación del elemento inductivo (58; 120) conectado en serie, y 5

- unos diodos (54; 116) montados en paralelo con cada elemento capacitivo (52; 114) de los divisores capacitivos (50; 112).

2. Puesto según la reivindicación 1, caracterizado 10 porque el ondulador comprende dos celdas (301, 302) de conmutación dispuestas en paralelo, estando el borne de salida (361, 362) de cada una de dichas dos celdas (301, 302) unido cada cual a un borne intermedio de alimentación (561, 562) por mediación de un elemento 15 inductivo distinto (581, 582) y estando dicho elemento primario de dicho transformador (40) interconectado en serie entre dichos dos bornes (361, 362) de salida de dichas dos celdas (301, 302) de conmutación.

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3. Puesto según la reivindicación 2, caracterizado porque el ondulador comprende dos bornes intermedios (561, 562) de alimentación unidos a sendos bornes de salida (361, 362) de una celda (301, 302) de conmutación mediante un elemento inductivo distinto (581, 582). 25

4. Puesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque entre cada borne intermedio (56; 118) de alimentación y cada borne (36; 108) de salida de una celda (30; 102) de conmutación, se dispone 30 en serie con dicho elemento inductivo (58; 120) un montaje en posición inversa de dos tiristores de compuerta (120), estando unido asimismo dicho ondulador (28; 100) a un dispositivo (38; 110) de control de dichos tiristores (130) de compuerta. 35

5. Puesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el ondulador comprende un elemento inductivo (42) dispuesto en serie con el primario de dicho transformador (40).

5

6. Puesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicho transformador (40) es un transformador planar acoplado que comprende dos elementos en serie con el primario y dos elementos en paralelo con el secundario. 10

7. Puesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende una fuente de tensión continua (154, 156) que lleva interconectado un ondulador (158) cuyos bornes de salida (160) forman 15 bornes de soldadura, comprendiendo asimismo dicho puesto unos medios (162) de entrada de una consigna de soldadura y unos medios (164) de control de dicho ondulador (158).