Transformador de electricidad

Una máquina convencional puede convertir la potencia de soldadura de CA en CC, La respuesta está en la siguiente relación básica que se aplica a un  transformador: V = NAfK

La magnitud de la tensión que se va a transformar (V) es proporcional al número de vueltas de alambre de la bobina del transformador (N), al área de la sección transversal del núcleo del transformador (A), a la frecuencia de la tensión de CA que se va a transformar (f) y a varias constantes de diseño (K).

¿Qué significa todo esto? si se duplica el número de espiras de la bobina primaria, el área de la sección transversal del núcleo podría reducirse a la mitad y el funcionamiento global sería el mismo. Del mismo modo, si el área del núcleo se duplicara, las espiras podrían reducirse a la mitad.

Soldadura con inversor

Además, si la frecuencia de funcionamiento se duplicara, las espiras o el área del núcleo podrían reducirse a la mitad. ¿Y si la frecuencia se multiplicara por 10, por 100 o incluso por 400 ó 500? Imagina cómo se podría reducir el número de espiras y/o la superficie del núcleo.

Un inversor para soldar hace precisamente eso. Funciona a frecuencias que van desde unos pocos kilohercios hasta 100 kHz. Los inversores crean su propia frecuencia de funcionamiento para aprovechar la drástica reducción del tamaño de los transformadores que es posible cuando se opera tan por encima de los 60 Hz.

Aunque algunos inversores funcionan en la región de 2 a 10 kHz, operar por encima de los 20 kHz tiene claras ventajas. Una de las ventajas es la eliminación del ruido audible. Otra es la mayor rapidez de respuesta. Por lo tanto, es posible obtener un mejor rendimiento a frecuencias de funcionamiento más altas.

Tipos de inversores

Soldadura eficiente

Existen numerosas formas de construir un inversor, y hay varios tipos de semiconductores de potencia que pueden utilizarse como interruptores de estado sólido necesarios para la implementación del inversor. La topología se refiere al tipo de diseño del inversor y a cómo se interconectan los distintos componentes.

Las topologías de inversor para soldar que mejor se adapta a los requisitos de alta potencia de las fuentes de energía de soldadura son los diseños hacia adelante, de puente completo o medio puente, y los resonantes en serie. Normalmente, los inversores de avance utilizan transistores como componentes de conmutación de potencia, y el inversor resonante en serie utiliza tiristores.

Los transistores pueden ser bipolares o MOSFET de potencia, y los tiristores pueden ser SCR de conmutación rápida, ASCR (SCR asíncronos que bloquean la tensión de una polaridad) o GTO (SCR de cierre de puerta).

¿Cómo funcionan los inversores?

Transformador de energía

Los inversores transforman una tensión continua en una tensión alterna. Lo hacen mediante la acción de encendido y apagado de interruptores de estado sólido de alta potencia. Esta acción de encendido y apagado conecta y desconecta alternativamente el primario del transformador de una fuente de energía y tiene el mismo efecto básico en el transformador que la aplicación de una forma de onda sinusoidal regular.

Los métodos de producción de esta CA y los medios de control de la tensión de salida de la fuente de energía son significativamente diferentes en las distintas topologías. El objetivo de este artículo no es discutir los intrincados detalles de cada topología, sino explicar el funcionamiento general del inversor. Por lo tanto, limitaré la discusión al Miller Arc Pak 350 como ejemplo de una fuente de potencia de soldadura de tipo inversor de alto rendimiento.

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