Soldadoras ELECTRONICAS
SOLDADORAS INVERTER
Introducción
Hace algunos meses, el MIT, Massachusetts Institute of Technology, informaba de la creciente tendencia de la industria que emplea en su producción procesos de soldadura, a reducir los costos de producción de sus manufacturas porque:
1.- Los costos de mano de obra están en aumento constante.
2.- Los costos de material base y aportes están en aumento.
3.- Se espera que el costo de la energía y combustible sufra un aumento dramático en el corto plazo.
4.- La enorme capacidad de competencia que los países asiáticos están demostrando..
Está aumentando, por otro lado, la demanda de soldadura de alta resistencia y mayor aleación, la sustitución de piezas fundidas por piezas soldadas (especialmente en maquinaria), mayor exigencia en la calidad y confiabilidad y el constante crecimiento en el uso de acero estructural.
Por otro lado, el explosivo aumento en al demanda de energía eléctrica, que tiene a todos los países ocupados en tratar de cubrirla con todos los medios que disponen.
Este complicado panorama, obliga a la industria a buscar soluciones que implican una reducción del consumo de energía en sus procesos productivos.
Una de la herramientas empleadas para esta reducción, se basa en los impresionantes avances de la industria electrónica en miniaturización, aumento de potencia y baja en los precios a raíz del aumento en los volúmenes y eficiencia en la producción.
Esto ha permitido que el uso de maquinas de soldar electrónicas tipo inversor se masifique, dejando atrás aquellas primeras máquina aparecidas en nuestro mercado hace más de treinta años y cuyo valor era prohibitivo para la industria pequeña.
En estas condiciones, las mayores áreas de crecimiento se dará en las máquinas soldadoras electrónicas de proceso Arco Manual, y electrodos con emisión de gases optimizados, proceso Mig en sustitución de arco manual en pequeños espesores y soldaduras a la vista y Tig especialmente en acero inoxidable.
Hasta el 2005, el mercado nacional fué liderado por máquinas producidas en Europa, dominando el segmento de primer precio las máquinas producidas en Italia.
Actualmente , el mercado nacional esta ofreciendo mayoritariamente, maquinas fabricadas en Asia, liderando las maquinas de origen chino. Ya no podemos hablar de ventajas tecnológicas, puesto que las principales fábricas tienen filiales en producción en esta área del mundo. A diferencia de las primeras toscas máquinas aparecidas, le sigue la última generación cuya presentación y calidad es comparable a las europeas.
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
La tecnología Inverter aplicada a una máquina soldadora, se refiere a un equipo fabricado con IGBT o MOSFET cuyas características principales son:
Generalmente una máquina monofásica consiste en:
a) En alguna máquinas un transformador de aislamiento de 220 volts, 24 volts, 220 volts.
b) Un transformador reductor, baja la tensión sinusoidal para el circuito de control a 20 volts
pasando por un puente rectificador que alimenta la compuerta de disparo de los transistores.
c) Una batería de condensadores electrolíticos, alimentada por un puente que rectifica
la tensión sinusoidal transformándola en continua pulsante , eleva de 220 volts a 310 volts.
2.- Un módulo de alta frecuencia formado por; Una batería de Transistores IGBT o MOSFET, cuyo
número varía de acuerdo a la potencia, convierte la tensión pulsante, en otra de tensión y
frecuencia variable, mediante la generación de pulsos en onda cuadrada, pero elevando la
frecuencia de 50 Hertz a 100 Khz aproximadamente.
La regulación de la potencia se logra modificando mediante un circuito resonante la alimentación a
los transistores.
3.- Un transformador de ferrita aprovecha el principio físico de transformación en alta frecuencia,
logrando bajar la tensión de 310 volts en onda cuadrada, a unos 65 a 85 volts. Este proceso reduce
la absorción de corriente, elevando el rendimiento en prácticamente un 50% con respecto a una
máquina convencional con transformador regulado por shunt móvil.
4.- Un circuito formado por diodos de alta potencia, rectifica la tensión de salida de alterna a continua
pulsante, haciéndola unidireccional para evitar daños en el transformador de potencia.
5.- Una inductancia nivela la corriente de salida de los diodos, haciéndola casi continua.
Todo este procedimiento es controlado por un sofisticado sistema electrónico que está concebido para manejar las principales variables dentro de un rango de seguridad operacional de +/ - 10% de la tensión nominal.
El tiempo de respuesta dinámica del arco es extremadamente pequeña, menos de 0,5 microsegundos, logrando de esta forma una estabilidad que garantiza excelentes resultados de soldadura con cualquier electrodo y técnica de aplicación y minimizando las perdidas por salpicadura. Este resultado favorece el rendimiento de los procesos de soldadura al reducir perdidas de tiempo por cortes de arco.
Ella ahorro energético es del orden de 50% con respecto a una máquina convencional de buena calidad, logrando un rendimiento que alcanza los 10 amperes producidos por cada 1 amper consumido (1:10).
Las máquinas de fabricación artesanal, rara vez superan el rendimiento 1:3, siendo en este caso el ahorro de una máquina inverter, mucho más notable e importante para bajar costos.
A continuación y para una mayor comprensión, detallamos una máquina inverter TELWIN en diagramas de bloques.
Bloque 1
Filtro EMC.
Evita que las interferencias provenientes de la máquina se
propaguen a la línea de alimentación y viceversa.
Bloque 2
Precarga
Evita que se formen corrientes transitorias elevadas que
podrían provocar daños en el interruptor de red, en el puente
rectificador y en los condensadores electrolíticos.
Cuando se enciende el generador, el relé de carga está desexcitado,
por lo tanto los condensadores se cargan a través una resistencia
de precarga. Cuando los condensadores están cargados el relé se
excita.
Bloque 3
Puente rectificador
Convierte la tensión alterna de red en tensión continua
pulsante.
Bloque 4
Filtro
Convierte la tensión pulsante proveniente del puente
rectificador en tensión continua.
Bloque 5
Chopper
Convierte la tensión continua proveniente del filtro en una
onda cuadrada de alta frecuencia capaz de regular el
transformador de potencia.
Efectúa la regulación de la potencia en función de la corriente /
tensión de soldadura solicitada.
Bloque 6
Transformador de corriente
El transformador amperométrico permite medir la corriente
que circula en el primario del transformador de potencia
haciendo llegar esta información al bloque 13 (detector
limitador de corriente primaria).
Bloque 7
Transformador de potencia
Adapta la tensión y la corriente a los valores necesarios para el
procedimiento de soldadura, separando además
galvánicamente el primario del secundario (circuito de
soldadura de la línea de alimentación).
Bloque 8
Diodos secundarios
Hacen unidireccional la corriente que circula en el
transformador, impidiendo la saturación del núcleo.
Hacen recircular la corriente de la inductancia
(bloque 9) en salida durante el periodo de no conducción de los
IGBT, by-paseando el transformador de potencia (bloque 7).
Bloque 9
Inductancia
Nivela la corriente de salida de los diodos del secundario
haciéndola casi continua.
Bloque 10
Filtro EMC secundario
Evita que las interferencias provenientes del generador se
propaguen a los cables de soldadura y viceversa
Bloque 11
Alimentador fly-back
A través de la técnica switching transforma y estabiliza la
tensión obtenida por el bloque 4 (filtro) y suministra tensiones
Bloque 12
Driver
Toma la señal proveniente del bloque 11 (alimentador flyback)
y bajo el control del bloque 14 (formador duty cycle) lo hace
adecuado para el disparar el bloque 5 (chopper).
Bloque 13
Detector limitador de corriente primaria
Detecta la señal proveniente del bloque 6 (transformador de
corriente) y lo redimensiona de manera que pueda ser
elaborado y comparado en los bloques 14 y 15.
Bloque 14
Formador de duty cycle
Elabora las informaciones provenientes del bloque 15
(sumador) y del bloque 13 (detector y limitador corriente
primaria) y produce una onda cuadrada con duty cycle .
variable limitando en cualquier caso la corriente primara a un
valor máximo preestablecido.
Bloque 15
Sumador
Recoge todas las informaciones que provienen del bloque 13
(detector y limitador de corriente primaria), del bloque 16
(alarmas) y del bloque 17 (potenciómetro de corriente)
produciendo una señal de tensión adecuada para ser
elaborada por el bloque 14 (formador de duty cycle)
Bloque 16
Alarmas
Cuando se detecta una alarma limita drásticamente la
corriente de salida del generador de corriente actuando
directamente en el bloque 14 (formador de duty-cycle) y
alterando directamente la señal de referencia obtenida por el
bloque 18 (potenciómetro de corriente).
Bloque 17
Led de alarma
Se enciende a través del bloque 16 (Alarmas) en caso de:
1) Intervención de la cápsula termostática en el
transformador de potencia.
2) Intervención por subtensión.
3) Intervención por sobretensión.
4) Cortocircuito en salida (pinza porta electrodo y cable de
masa conectados juntos o electrodo pegado en la pieza a
soldar).
Bloque 18
Potenciómetro de corriente
Permite fijar la referencia en tensión necesaria para regular la
corriente de salida: girando el potenciómetro la tensión en el
cursor varía y en consecuencia varía la corriente del valor
mínimo al máximo.
Bloque 19
Regulación de corriente máxima
Permite efectuar el calibrado de la corriente máxima de corte
que el generador de corriente puede distribuir.
Bloque 20
Termostato transformador de potencia
Cuando la temperatura en el transformador de potencia
alcanza un valor demasiado elevado interviene esta
protección. El restablecimiento se produce de manera
automática una vez finaliza esta condición de alarma.
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