Soldador por puntos: Ventaja de alta corriente sobre alto voltaje

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

Hay un punto óptimo para cada sistema. Ahí es donde están tratando de 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 conecta más superficies metálicas con buenas soldaduras sólidas. Esto significa que, si controla el voltaje, debe prestar atención a todos estos detalles, cuando lo único que realmente le importaba era la "potencia en la soldadura". Si en cambio controla el amperaje, entonces su disipación de potencia en la soldadura siempre es$P=i^2R_{weld}$, e ignora todos esos 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, luego la fuente de alimentación de baja tensión y alta corriente proporciona la corriente de seguimiento en la baja Z.

Z es inversa a la densidad de corriente que se necesita para elevar el calor en la unión de$Pd=I^2R$.

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

A juzgar por nuestra conversación en los comentarios, lo que te falta es que reducir el voltaje realiza dos funciones:

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

Figura 1. El circuito básico de soldadura por arco. Fuente: Lincoln Electric .

Recuerde que la resistencia del circuito es extremadamente baja. Si R = 0,05 Ω y conecta un suministro de 5 V, obtiene 100 A. Si conecta un suministro de 120 V, obtiene 2400 A y un arco eléctrico de 288 kW que probablemente matará al soldador. Por lo general, no tiene tanta energía disponible y no podría controlarla si la tuviera.

Puede ser útil abordar el problema a la inversa. Comenzando en cero voltios, aumenta el voltaje hasta que la corriente aumenta a un valor suficiente para crear la soldadura. Para hacer esto 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 fácilmente 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

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

Te estás perdiendo un punto clave con tu teoría aquí. Para alcanzar las temperaturas requeridas es necesario inyectar suficiente potencia para hacerlo.

Como acertadamente señalas,$P = IV$.

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 necesita aplicar mucho voltaje para que conduzca MUCHA corriente. Si usara un voltaje más alto, la unión conduciría proporcionalmente más corriente. Duplica el voltaje, la corriente también se duplica y la potencia que estás poniendo aumenta en cuatro.

(Bueno, en realidad, la potencia adicional que agrega 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 sin importar el voltaje que use. Aumentar el voltaje hace que la demanda de corriente sea mayor, no menor.

El truco consiste en 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. Luego, el transformador debe diseñarse para equilibrar esa cantidad de voltaje con esa cantidad de corriente.

Si necesitas$500W$de poder y la unión es$5m\Omega$

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

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 sucede debido a la física que resulta que necesitas un pequeño$V$y largo$I$.

Aquí hay un artículo interesante sobre la soldadura por puntos.

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

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

Al reducir el voltaje, por ejemplo, 100, puede obtener 2kA. Eso es 10.000 veces la potencia entregada a la soldadura.

Por supuesto, hay pérdidas en el devanado y en el núcleo, etc., pero esa es la idea principal detrás de la soldadura por puntos de baja tensión y alta corriente.

La idea básica de una soldadora de arco es que no solo está derritiendo (al menos la superficie de) las piezas de trabajo, sino también derritiendo el extremo de la varilla de soldadura y depositando ese metal fundido de la varilla de soldadura sobre las piezas de trabajo para que obtienes 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, obtendrá un arco cuando la varilla de soldadura aún esté bastante alejada de las piezas de trabajo. El extremo de la varilla (probablemente) se derretirá y la pieza de trabajo se derretirá donde el arco la contacta, pero no estarán lo suficientemente cerca como para que la varilla de soldadura fundida se deposite sobre la pieza de trabajo, por lo que terminará con una soldadura débil en el mejor de los casos (y posiblemente ninguna).

Otro problema con un arco largo es que no es muy predecible; si alguna vez ha visto una película de una tormenta eléctrica, notará que los rayos tienden a caer sobre la cosa más alta en las cercanías, pero no siempre sucede. . A veces golpea un lugar, luego, a mitad del golpe, golpea en otro lugar.

Incluso con un arco muy corto, esto todavía sucede hasta cierto punto, pero la distancia que se mueve el arco tenderá a ser muy pequeña, por lo que aún se concentra el calor alrededor de un área, para que pueda obtener una buena soldadura.

En pocas palabras: no estoy del todo seguro de que esto realmente tenga mucho que ver con la electrónica; se trata más de cómo funciona la soldadura por arco.

Por lo que vale, cuando era mucho más joven, estaba presente cuando un amigo decidió conectar la salida de un soldador de CA a una bobina de un automóvil. Produjo 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 en la corriente que puede entregar el suministro. También es importante distinguir entre causas y efectos o, en otras palabras, identificar las variables dependientes e independientes; por un lado, esto debería aclarar el problema planteado en su apéndice.

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

Considere su declaración "Si el número de la bobina secundaria aumenta, la corriente a la rama R_s aumenta. Entonces, aunque se reduzca la corriente, la potencia utilizada aumenta a medida que "extraemos" más corriente del suministro".

Excluyendo la cláusula 'aunque la corriente se reduzca', que probablemente no sea el caso, entonces el resto de esta declaración es correcta, en la medida en que va: aumentando$N2$aumenta el voltaje a través de la carga y, por lo tanto, también la corriente a través de ella y la potencia disipada en ella. Por ejemplo, si$N2$se duplica,$Vs$se duplica, dando lugar a$Is$también se duplica, por lo que la disipación de potencia se cuadruplica. La consecuencia es que el consumo de corriente primaria se cuadruplica, como puede verse ya sea por la conservación de la energía aplicada a los circuitos primario y secundario, o por la relación del transformador$Ip=Is.N2/N1$, donde ambos$Is$y$N2$se han duplicado Sin embargo, al agregar más vueltas secundarias, no pasa mucho tiempo antes de que la corriente primaria alcance su límite.

Entonces, tiene razón al decir que aumentar las vueltas secundarias aumentará la potencia entregada a la pieza de trabajo, pero solo hasta el punto en que comience a sobrecargar la fuente. En la práctica, si aplica su fuente de voltaje de 240 V directamente a la pieza de trabajo, es casi seguro que sobrecargará el suministro, en cuyo caso necesitará un transformador reductor simplemente para mantenerse dentro de ese límite. Para brindar la mayor potencia de soldadura, necesita un transformador que reduzca al mínimo el voltaje y al mismo tiempo mantenga la corriente primaria dentro de su límite.

Tenga en cuenta que para comprender 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 el asunto sin agregar ninguna idea. Por otro lado, 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, cuanto menor sea la resistencia del secundario, se disipará menos potencia allí que 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 establecerse por el límite físico en la cantidad de vueltas de cable lo 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 lesionar al soldador.