Soldador por puntos: alta ventaja de corriente sobre el alto voltaje

He visto varios de estos videos de "soldador de puntos de bricolaje" en Youtube, como este:

https://www.youtube.com/watch?v=hTaGa93lOGU .

Tenemos un número mucho mayor de vueltas en la primaria que en la secundaria. Luego conectamos el primario a un voltaje de CA, digamos 240V y una pequeña carga de resistencia en el secundario (o lo cortocircuitamos).

He encontrado varias explicaciones de lo que sucede y todos dicen que a medida que el voltaje se reduce en el secundario, la corriente se incrementa en consecuencia. El voltaje en el secundario ahora es de solo unos pocos voltios, pero la corriente puede ser de hasta kiloamperios. Esta alta corriente genera un alto calor que derrite el metal (la carga secundaria).

¿Pero no debería ser el mismo poder? El poder es el producto de la corriente y el voltaje. Debido a la conservación de la energía, a medida que aumenta la corriente, el voltaje disminuye a medida que el producto permanece igual.

En el caso opuesto donde aumentamos el voltaje, puedo entender lo que está sucediendo mirando el modelo del transformador:

Si el número de bobina secundaria aumenta, la corriente a la rama R_s aumenta. Entonces, aunque la corriente se reduce, la potencia utilizada se vuelve más alta a medida que "extraemos" más corriente del suministro.

Pero, ¿qué sucede cuando se intensifica la corriente? Si el primario tiene más vueltas, parecería que la relación N_p / N_s es más alta y la corriente a la rama R_s es más baja.

¿Podría alguien explicarme qué es lo que estoy malentendido? ¿Por qué es mejor aumentar el amperaje, en lugar de solo usar el voltaje de CA de entrada o aumentar el voltaje en lugar de la corriente?

EDITAR: Muchas de las respuestas establecen la relación entre corriente, resistencia y potencia:

Pero también sabemos que el voltaje a través de una carga también es una función de la corriente, según la ley de Ohm:

Entonces, si tenemos una corriente alta, también deberíamos tener un voltaje alto. ¡Ahora la ley y el transformador de Ohm parecen estar en desacuerdo!

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. Estamos buscando no solo maximizar la potencia en la soldadura, sino también minimizar el desperdicio. Si la resistencia del transformador es mayor que la del soldador, entonces la mayor parte de la energía se disipa en el transformador, y el transformador se calienta como loco. Si disminuimos el número de bobinados para disminuir esa resistencia, entonces mejoramos nuestra transferencia de potencia, pero disminuimos el voltaje del transformador.

Hay un punto ideal para cada sistema. Ahí es donde están tratando de apuntar. En el caso de un soldador, ese punto dulce implica un paso hacia un voltaje bajo y un 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 controlas el amperaje, entonces tu disipación de potencia en la soldadura es siempre$P=i^2R_{weld}$, e ignora todos esos otros detalles. Por lo tanto, es útil pensar en términos actuales.

Cuando se trata de soldar, la impedancia de gas es alta hasta que comienza un arco de HV de baja corriente, luego la fuente de energía de alta corriente de bajo voltaje 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 puede soldar con baja corriente y alto voltaje, ya que la resistencia del arco se vuelve muy baja. El HV es solo el disparador como un SCR. Ambos tienen una resistencia incremental negativa.

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

1. Hace el actual "manejable". Si podemos obtener, digamos, 100 A a solo unos pocos voltios, entonces 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.

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 potencia disponible y no podría controlarla si la tuviera.

Puede ser útil 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 hacer esto necesitas un transformador. El transformador realiza la conversión de alto a bajo voltaje 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 crea calor a través de la resistencia de la pieza de trabajo. El poder disipado a través de una resistencia es

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

Los soldadores trabajan fundiendo metal. El calor producido es una función de la resistencia multiplicada 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.

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

Como señalas 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 necesita aplicar mucho voltaje para que conduzca MUCHA corriente. Si usara un voltaje más alto, la unión conduciría proporcionalmente más corriente. Duplique el voltaje, la corriente también se duplica y la potencia que está 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 la unión consumirá sin importar el voltaje que use. Aumentar el voltaje hace que la demanda de corriente sea mayor, no menor.

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 $P = IV$calentar y derretir el metal en un tiempo razonable. El transformador debe diseñarse para equilibrar tanto voltaje con tanta 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 funciona necesita un pequeño$V$ y largo $I$.

Aquí hay un interesante artículo sobre soldadura por puntos.

Como 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 soldadora por puntos (por ejemplo) a un tomacorriente regular 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 de bobinado y núcleo, etc., pero esa es la idea principal detrás de la soldadura por puntos de alta corriente y bajo voltaje.

La idea básica de un soldador 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 el metal fundido de la varilla de soldadura en las piezas de trabajo. obtienes una articulación fuerte. Para que eso suceda, la varilla de soldadura obviamente debe 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 lejos de las piezas de trabajo. El extremo de la varilla (probablemente) se derretirá, y la pieza de trabajo puede derretirse donde el arco hace contacto con ella, pero no estarán lo suficientemente juntas como 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 muy posiblemente ninguna).

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 un rayo tiende a golpear la cosa más alta en las cercanías, pero no siempre . A veces golpea un lugar, luego a mitad del golpe, golpea en otro lugar.

Incluso con un arco realmente corto, esto sucede hasta cierto punto, pero la distancia que se mueve el arco tenderá a ser muy pequeña, por lo que aún concentrará 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 cerca cuando un amigo decidió conectar la salida de un soldador de CA a una bobina de un automóvil. Produjo chispas de 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 suministrar el suministro. También es importante distinguir entre las causas y los efectos, o, en otras palabras, identificar las variables dependientes e independientes; por un lado, esto debería aclarar el problema planteado en su anexo.

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

Considere su afirmación "Si el número de bobina secundaria aumenta, la corriente a la rama R_s aumenta. Entonces, aunque la corriente se reduce, la potencia utilizada se vuelve más alta a medida que 'extraemos' más corriente del suministro ”.

Excluyendo la cláusula 'aunque la corriente se reduzca', lo cual probablemente no sea el caso, entonces el resto de esta afirmación es correcta, en lo que respecta: $N2$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, lo que lleva 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 se puede ver 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 turnos secundarios, no pasa mucho tiempo antes de que la corriente primaria alcance su límite.

Entonces, tiene razón al decir que aumentar los giros secundarios 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 240V directamente a la pieza de trabajo, 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 reduzca el voltaje al mínimo 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 tener en cuenta las impedancias parásitas que se muestran en el diagrama, que son relativamente pequeñas y simplemente complican el asunto sin agregar ninguna idea. Por otro lado, como otros han mencionado, también habrá disipación en los devanados secundarios, por lo que debe usar un cable de diámetro suficiente 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 establecerse mediante el límite físico en el número 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 dañar al soldador.