Soldadora por puntos: alta ventaja de corriente sobre alta tensión

La razón por la que hacemos esto es porque hay dos componentes resistivos en el sistema: el arco donde estamos soldando y el transformador en sí. No solo buscamos maximizar la potencia en la soldadura, sino también minimizar el desperdicio. Si la resistencia del transformador es mayor que la de la soldadora, entonces la mayor parte de la energía se disipa en el transformador y el transformador se calienta como loco. Si disminuimos el número de devanados para disminuir esa resistencia, entonces mejoramos nuestra transferencia de potencia, pero disminuimos el voltaje del transformador.

Hay un punto dulce para cada sistema. Ahí es donde intentan apuntar. En el caso de un soldador, ese punto dulce implica un paso hacia abajo a bajo voltaje y alto amperaje.

Además, si tiene algún circuito de control, controlar el amperaje es mejor que controlar el voltaje aquí. La caída de voltaje del sistema proviene de todo tipo de cables y conexiones. La resistencia del sistema, por ejemplo, puede disminuir si se conectan más superficies metálicas con buenas soldaduras sólidas. Esto significa que, si controla el voltaje, debe prestar atención a todos estos detalles, cuando todo lo que realmente le importaba era "poder en la soldadura". Si controla el amperaje en su lugar, entonces su disipación de potencia en la soldadura es siempre \ $ P = i ^ 2R_ {soldadura} \ $, e ignora todos los otros detalles. Por lo tanto, es útil pensar en términos actuales.

Cuando se trata de soldar, la impedancia del gas es alta hasta que comienza un arco HV de baja corriente, entonces la fuente de alimentación de alta corriente de baja tensión proporciona la corriente de seguimiento en la Z baja.

Z es inverso a la densidad de corriente que se necesita para aumentar el calor en la junta desde \ $ Pd = I ^ 2R \ $.

Por lo tanto, no se puede soldar con alto voltaje de corriente baja, ya que la resistencia del arco es muy baja. El HV es solo el disparador como un SCR. Ambos tienen resistencia incremental negativa.

A juzgar por nuestra conversación en los comentarios, lo que falta es que al reducir el voltaje se realizan dos funciones:

1. Hace que la corriente sea "manejable". Si pudiéramos obtener, digamos, 100 A a solo unos pocos voltios, tendríamos una corriente inmanejable a voltajes más altos.
2. Aumenta la corriente a un nivel superior al que podría proporcionar la fuente de alimentación sin un transformador.

Figura1.Elcircuitobásicodesoldaduraporarco.Fuente: Lincoln Electric .

Recuerde que la resistencia del circuito es extremadamente baja. Si R = 0.05 y conectas un suministro de 5 V, obtienes 100 A. Si conectas un suministro de 120 V, obtienes 2400 A y un arco eléctrico de 288 kW que probablemente acaben con la soldadora. Por lo general, no tiene tanta potencia disponible y no podría controlarla si la tuviera.

Puede ayudar a abordar el problema a la inversa. Comenzando a cero voltios, aumenta el voltaje hasta que la corriente aumenta a un valor suficiente para crear la soldadura. Para ello necesitas un transformador. El transformador realiza la conversión de alta a baja tensión y de baja a alta corriente. Para nuestro ejemplo de 120 V a 5 V, 100 A, la corriente primaria sería solo \ $ 100 \ frac {5} {120} = 4.2 \ \ mathrm A \ $. Esto está disponible desde un enchufe de pared.

Un soldador por puntos genera calor a través de la resistencia de la pieza de trabajo. La potencia disipada a través de una resistencia es $$ P = i ^ 2R $$, por lo que desea que la corriente sea lo más grande posible. Un factor de aumento de 10 en la corriente corresponde a un factor de aumento de 100 en la potencia disipada.

Esto es opuesto a las líneas de transmisión de energía, donde desea la menor pérdida posible en la línea, y por lo tanto, suba a un alto voltaje y baja corriente.

Los soldadores trabajan fundiendo metal. El calor producido es una función de los tiempos de resistencia al cuadrado (I ^ 2 * R). La "R" es fija (el material objetivo / electrodos de soldadura), por lo que al aumentar la corriente aumentará el calor generado.

Te estás perdiendo un punto clave con tu teoría aquí. Para alcanzar las temperaturas requeridas, necesita inyectar suficiente energía para hacerlo.

Como señala correctamente, \ $ P = IV \ $.

Sin embargo, \ $ I = V / R \ $

El punto de soldadura tiene una resistencia muy pequeña. \ $ < 10m \ Omega \ $

Dado que el punto de soldadura tiene una resistencia tan baja, no es necesario que aplique mucha tensión a través de él para que conduzca MUCHA corriente. Si utilizara un voltaje más alto, la unión conduciría proporcionalmente más corriente. Duplica el voltaje, la corriente también se duplica y la potencia que estás aumentando aumenta en cuatro.

(Bueno, en realidad, la potencia adicional que agregues cambiaría la resistencia, por lo que no es exactamente el doble de la corriente).

El punto es que debe poder suministrar la corriente que consumirá la unión, independientemente del voltaje que utilice. Aumentar el voltaje hace que la demanda de corriente sea más grande, no más pequeña.

El truco es usar un voltaje lo suficientemente bajo como para que la cantidad de corriente conducida a través de la unión produzca lo suficiente \ $ P = IV \ $ para calentar y fundir el metal en un tiempo razonable. El transformador debe diseñarse para equilibrar tanto voltaje con tanta corriente.

Si necesita \ $ 500W \ $ de potencia y la unión es \ $ 5m \ Omega \ $

Necesita \ $ V = \ surd (500 * 0.005) \ approx 1.6V \ $

Con \ $ 1.6 / 0.005 \ approx 320A \ $

O para decirlo de otra manera. La cantidad de voltaje y corriente que necesita está dictada por la resistencia de la unión. Simplemente, debido a que la física funciona, necesita un pequeño \ $ V \ $ y un gran \ $ I \ $.

Aquí hay un papel interesante sobre soldadura por puntos.

Ya que estamos hablando de soldadura por puntos y no de soldadura de arco, todo se trata de I ^ 2R (la potencia) entregada a la carga. Si conecta su soldadora por puntos (por ejemplo) a un tomacorriente normal de EE. UU. Con un disyuntor de 20 A y no baja el voltaje con un transformador, la corriente máxima que puede obtener antes de disparar el disyuntor es de 20A. (No hagas esto, no es seguro).

Al reducir el voltaje, por ejemplo, 100 puedes obtener 2kA. Eso es 10,000 veces la potencia entregada a la soldadura.

Por supuesto, hay pérdidas de bobinas y núcleos, etc., pero esa es la idea principal detrás de la soldadura por puntos de baja corriente y bajo voltaje.

La idea básica de un soldador por arco es que no solo está fundiendo (al menos la superficie de) las piezas de trabajo, sino que también está fundiendo el extremo de la varilla de soldadura y depositando ese metal fundido de la varilla de soldadura en la Trabaja las piezas para que consigas una articulación fuerte. Para que eso suceda, la varilla de soldadura obviamente tiene que estar muy cerca de la (s) pieza (s) de trabajo.

Si el voltaje es muy alto, obtendrás un arco cuando la varilla de soldadura aún está bastante alejada de las piezas de trabajo. El extremo de la varilla se derretirá (probablemente), y la pieza de trabajo puede fundirse donde el arco lo contacta, pero no estarán lo suficientemente cerca para que la varilla de soldadura fundida se deposite en la pieza de trabajo, por lo que terminará con una soldadura débil en el mejor de los casos (y posiblemente ninguno en absoluto).

Otro problema con un arco largo es que no es muy predecible: si alguna vez has visto una película de una tormenta de truenos, notarás que los relámpagos tienden a golpear la cosa más alta en la vecindad, pero no es así. no siempre A veces golpea un lugar, luego a media huelga, golpea en otro lugar.

Incluso con un arco muy corto, esto todavía ocurre en cierta medida, pero la distancia a la que se mueve el arco tenderá a ser muy pequeña, por lo que aún tendrá el calor concentrado alrededor de un área, para que pueda obtener una buena soldadura .

Conclusión: no estoy seguro de que esto tenga mucho que ver con la electrónica; es más sobre cómo funciona la soldadura por arco.

Para lo que vale, cuando era mucho más joven, me encontré con un amigo cuando decidí conectar la salida de un soldador de CA a una bobina de un automóvil. Produció chispas de aproximadamente 3 o 4 pies de largo, pero estoy bastante seguro de que nadie podría haber soldado nada con él.

El problema aquí es que, en la práctica, hay un límite a la corriente que el suministro puede entregar. También es importante distinguir entre las causas y los efectos, o, en otras palabras, identificar las variables dependientes e independientes. En primer lugar, esto debería resolver el problema planteado en su apéndice.

Suponiendo una resistencia de la pieza de trabajo fija, una fuente de alimentación de voltaje fijo ideal (hasta su corriente máxima) y un transformador perfectamente eficiente, etc., las dependencias son, por lo tanto: la tensión de alimentación \ $ Vp \ $ y la relación de vueltas del transformador \ $ N1 / N2 \ $ determina la tensión secundaria \ $ Vs = Vp.N2 / N1 \ $, que, junto con la resistencia de la pieza \ $ Rs \ $, determina la corriente secundaria \ $ Is = Vs / Rs \ $, que a su vez, junto con la relación del transformador, determina la corriente primaria \ $ Ip = Is.N2 / N1 \ $. La corriente máxima que se puede extraer de la fuente (o la corriente máxima que puede tomar el transformador primario, el que sea menor) es otra variable independiente.

Considere su declaración “Si el número de bobina secundaria aumenta, la corriente de la rama R_s aumenta. Por lo tanto, aunque la corriente se reduce, la potencia utilizada aumenta, ya que estamos "sacando" más corriente del suministro ".

Excluyendo la cláusula 'a pesar de que la corriente se reduce', lo que probablemente no sea el caso, entonces el resto de esta declaración es correcta, hasta el momento: el aumento de \ $ N2 \ $ aumenta el voltaje en la carga , y por lo tanto también tanto la corriente a través de ella como la potencia disipada en ella. Por ejemplo, si \ $ N2 \ $ se duplica, \ $ Vs \ $ se duplica, lo que hace que \ $ Is \ $ también se duplique, por lo que la disipación de potencia se cuadruplica. La consecuencia es que el consumo de corriente primario se cuadruplica, como puede verse a partir de la conservación de la energía aplicada a los circuitos primarios y secundarios, o de la relación del transformador \ $ Ip = Is.N2 / N1 \ $, donde ambos \ $ Es \ $ y \ $ N2 \ $ se han duplicado. Sin embargo, al agregar más giros secundarios, no pasa mucho tiempo antes de que la corriente primaria alcance su límite.

Por lo tanto, es correcto decir que aumentar los giros secundarios aumentará la potencia entregada a la pieza de trabajo, pero solo hasta el punto en el que comienza a sobrecargar la fuente. En la práctica, si aplica el voltaje de la fuente de 240 V directamente a la pieza de trabajo, casi seguramente sobrecargará el suministro, en cuyo caso necesitará un transformador reductor simplemente para mantenerse dentro de ese límite. Para entregar la mayor potencia de soldadura, necesita un transformador que disminuya el voltaje al mismo tiempo que mantiene la corriente primaria dentro de su límite.

Tenga en cuenta que para entender este problema lo suficientemente bien, no tiene que considerar las impedancias parásitas que se muestran en el diagrama, que son comparativamente pequeñas y simplemente complican la materia sin agregar información. Por otra parte, como han mencionado otros, también habrá disipación en los devanados secundarios, por lo que debe usar un cable de suficiente diámetro para manejar la corriente secundaria, al menos suficiente para evitar el sobrecalentamiento, y más allá de eso, menor será la resistencia. del secundario, la menor potencia se disipará allí en lugar de en la pieza de trabajo. Si la corriente máxima para el circuito primario es \ $ Iplimit \ $, la corriente secundaria correspondiente es \ $ Iplmit.N1 / N2 \ $. Si, como en el video, está modificando un transformador existente, la potencia máxima de su soldadora puede ser establecida por el límite físico en el número de vueltas de cable suficientemente grande que puede caber en la armadura del transformador. >     

Otro problema es la seguridad: es posible que pueda soldar con un voltaje más alto, pero también aumenta significativamente el riesgo de dañar el soldador.