專利名稱：電弧焊接電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括與整流電路雙星形連接的電弧焊接電源。
在許多應(yīng)用領(lǐng)域中已使用了電氣焊接。有一個(gè)任務(wù)是如何穩(wěn)定直流電流的波形。
以下，對(duì)已有技術(shù)的電弧焊接電源進(jìn)行描述。這里提及的電弧焊接電源是用于自耗電極電弧焊接的電源。自耗電極電弧焊機(jī)需要能提供一達(dá)到幾百安培的大直流電流的電源。為了獲得這樣一個(gè)直流電源，主要使用一能對(duì)三相交流電源整流的裝置；考慮到整流器的特性，有是也使用幾個(gè)并聯(lián)的整流電路。例如，日本專利公報(bào)特開平3-253262號(hào)(日本未審查專利公開號(hào)253262/1991)描述了一種裝置，其中三相橋式整流電路的兩個(gè)輸出并聯(lián)起來，并且為了抑制波動(dòng)，將一平流電容器連到輸出端。然而在電路中，一軛流圈串接到三相交流輸入端以防止每個(gè)整流電路的電流值不平衡，這不僅使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且在直流電流的通路中包括了兩個(gè)二極管；從而在公報(bào)中描述的裝置不適用于大電流的應(yīng)用。
在使兩個(gè)整流電路并聯(lián)的結(jié)構(gòu)中，有一種與整流電路的雙星形連接。此整流電路由一對(duì)半波整流電路并聯(lián)的三相星形連接構(gòu)成，并且被廣泛用作包括自耗電極電弧焊機(jī)等的大電流電源。
在具有上述結(jié)構(gòu)的圖5中，下面將描述其工作狀態(tài)。加到焊接變壓器1的初級(jí)線圈的三相交流電流使星形連接的次級(jí)線圈1a—1c和星形連接的次級(jí)線圈1d—1f產(chǎn)生三相交流電壓。次級(jí)線圈1a—1c處的交流電壓分別由控制整流器(如硅可控整流器)2a—2c以三相半波方式整流，以在中性點(diǎn)8和控制整流器(如，硅可控整流器)2a—2c的陽極之間產(chǎn)生直流電壓。同樣，次級(jí)線圈1d—1f處的交流電壓分別由控制整流器2d—2f以三相半波方式整流，以在星形連接的中性點(diǎn)8和控制整流器2d—2f的陽極之間產(chǎn)生直流電壓。這些直流電壓輸出加到相間電感器3上，以通過直流扼流圈4把它從相間電感器3的中點(diǎn)11引到輸出端5的負(fù)端。此外，輸出端與同焊槍或低層金屬相連的輸出電纜相連。
此外，次級(jí)線圈1a—1c的交流電壓與次級(jí)線圈1d—1f的交流電壓之間的位相差一般定為π/3，以獲得一具有等效于六相的更小波動(dòng)的直流電流。因電路在每個(gè)電氣通路中只有一個(gè)控制整流器，電壓降最小，且因?yàn)閮蓚€(gè)整流電路的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以廣泛應(yīng)用于需要大電流的自耗電極電弧焊機(jī)的電源中。
在這樣一個(gè)已有技術(shù)電弧焊接電源中，問題在于為了減小焊接電流的波動(dòng)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的焊接工作，要把直流扼流圈的電感量做得很大，然而，當(dāng)電感量很大時(shí)，直流扼流圈就抑制了對(duì)獲得良好焊接都顯得很重要的焊接期間的dI/dt值和短路電流值。此外，如圖6所示，焊接電流的波形直接受到每個(gè)控制整流器的整流波形的影響，從而不能獲得穩(wěn)定的焊接電流波形，且在焊接中起重要作用的短路電流值也不穩(wěn)定；從而導(dǎo)致焊接不令人滿意。
本發(fā)明的一個(gè)目的是解決上述問題，并提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單能產(chǎn)生穩(wěn)定的焊接電流波形的電弧焊接電源，在此電弧焊接電源中使用了一種適用于低電壓大電流應(yīng)用的雙星形連接控制整流電路。
依據(jù)本發(fā)明的電弧焊接電源包括一具有一對(duì)星形連接三相次級(jí)線圈的焊接變壓器，一通過連接所述星形連接三相次級(jí)線圈對(duì)的每個(gè)中性點(diǎn)而構(gòu)成的第一焊接輸出端，一對(duì)位于每對(duì)所述星形連接三相次級(jí)線圈的公共連接點(diǎn)，用以在相對(duì)所述中性點(diǎn)的端點(diǎn)處連接所述星形連接三相次級(jí)線圈的次級(jí)線圈，連接在所述中性點(diǎn)和所述公共連接點(diǎn)之間并與每個(gè)所述次級(jí)線圈串聯(lián)的控制整流器，一連接每個(gè)所述公共連接點(diǎn)的相間電感器，一連接到所述相間電感器中點(diǎn)的直流扼流圈，一連接到直流扼流圈的第二焊接輸出端；一個(gè)其一端連接到所述相間電感器和所述直流扼流圈之間連接點(diǎn)，另一端連接到所述第一焊接輸出端的電容器，以及一對(duì)連在所述中性點(diǎn)和每個(gè)所述公共連接點(diǎn)之間的整流器，此外，依據(jù)本發(fā)明的電弧焊接電源包括一具有一對(duì)星形連接三相次級(jí)線圈的焊接變壓器，一通過連接所述一對(duì)星形連接三相次級(jí)線圈的每個(gè)中性點(diǎn)而構(gòu)成的第一焊接輸出端，一對(duì)位于每個(gè)所述星形連接三相次級(jí)線圈對(duì)的公共連接點(diǎn)，用以在相對(duì)所述中性點(diǎn)的端點(diǎn)處連接所述星形連接三相次級(jí)線圈的次級(jí)線圈，連接在所述中性點(diǎn)和所述公共連接點(diǎn)之間并與每個(gè)所述次級(jí)線圈串聯(lián)的整流器，一連接兩個(gè)所述公共連接點(diǎn)的相間電感器，一連接到所述相間電感器中點(diǎn)的直流扼流圈，一連接到直流扼流圈的第二焊接輸出端；一個(gè)其一端連接到所述相間電感器和所述直流扼流圈之間連接點(diǎn)，另一端連接到所述第一焊接輸出端的電容器，一對(duì)連在所述中性點(diǎn)和每個(gè)所述公共連接點(diǎn)之間的整流器，以及一種控制焊接輸出的裝置。
此外，此電源配有一個(gè)與電容器并聯(lián)的電阻。
此外，此電源還配有一個(gè)與電阻串聯(lián)的開關(guān)裝置。
在依據(jù)本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，一電容器減少了焊接電流中的波動(dòng)以穩(wěn)定電流的波形，且電容器的放電電流在焊接期間提供了一穩(wěn)定的焊接電流和短路電流。并且兩個(gè)旁路整流器連在焊接變壓器次級(jí)線圈上，此控制整流器用作為單向?qū)ǘO管，將扼流圈的瞬態(tài)電流送入電容器以再生能量。
圖1是依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電弧焊接電源的電路圖；圖2是實(shí)施例中焊接電流的波形曲線；圖3(a)是說明實(shí)施例中相間電感器的簡化電路圖；圖3(b)是焊接變壓器的次級(jí)線圈與相間電感器產(chǎn)生的電壓曲線；圖4是依據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電弧焊接電源的電路圖；圖5是已有技術(shù)電弧焊接電源的電路圖；圖6是已有技術(shù)電弧焊接電源的焊接電流波形曲線。
以下參考


依據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的電弧焊接電源。雖然實(shí)施例描述的是自耗電極電弧焊接電源，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于自耗電極型電弧焊接電源。
圖1是電弧焊接電源的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。與在圖5中所示的已有技術(shù)中起相同作用的組成部分以相同標(biāo)號(hào)給出，并省去對(duì)它們的詳細(xì)描述。實(shí)施例的電弧焊接電源與圖5中所示已有技術(shù)的不同之處在于，在星形連接的中性點(diǎn)8(在此實(shí)施例中，中性點(diǎn)8與正向輸出端相同)和相間電感器3的中點(diǎn)輸出端11之間有一電容器7；位于星形連接的中性點(diǎn)8和控制整流器2a—2c的公共連接點(diǎn)9(整流輸出端)之間的次級(jí)線圈1a—1c配有一二極管6a，位于星形連接的中性點(diǎn)8和控制整流器2d—2f的公共連接點(diǎn)10(整流輸出端)之間的次級(jí)線圈1d—1f配有一個(gè)二極管6b。
現(xiàn)在依據(jù)上述結(jié)構(gòu)描述工作狀態(tài)。每個(gè)控制整流器對(duì)相應(yīng)的次級(jí)線圈的交流電壓進(jìn)行整流，由電容器7減少對(duì)每一整流電波形的影響，在每個(gè)控制整流器的轉(zhuǎn)變期間從相間電感器3和直流扼流圈4來的再生電流通過二極管6a和二極管6b的單向?qū)ㄗ饔贸淙腚娙萜?；于是每個(gè)控制整流器的電流變化進(jìn)入穩(wěn)定形式。在焊接期間，電容器7的電荷也對(duì)提供短路電流有貢獻(xiàn)。圖2示出具有依據(jù)本實(shí)施例中電源的自耗電極電弧焊接機(jī)的焊接電流波形。
當(dāng)將本實(shí)施例的焊接電源波形與如圖6中示出的已有技術(shù)電弧焊接電源的焊接電流波形相比，顯然，本實(shí)施例的焊接電流波形穩(wěn)定，不受每個(gè)整流器1a—1f整流波形的影響(參考圖2)，而已有技術(shù)的焊接電流的波形不穩(wěn)定，原因是每個(gè)控制整流器整流的不規(guī)則。前者保證了穩(wěn)定和良好的焊接。電容器7不僅對(duì)消除焊接電流的波動(dòng)有貢獻(xiàn)，而且在焊接期間對(duì)提供大的脈沖焊接電流和短路電流也有貢獻(xiàn)。當(dāng)電容器7需要大電容時(shí)，可使用電解電容器。
下面描述相間電感器的工作狀況。圖3(a)說明了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電弧焊接電源中的相間電感器，圖3(b)是它的電壓。從兩個(gè)星形連接整流電路中挑一個(gè)出來作說明。假定控制整流器2a處于“開”狀態(tài)，如果相間電感器3不存在，那么當(dāng)控制整流器2d在t1時(shí)刻處于導(dǎo)通點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)A的電勢(shì)等于點(diǎn)B的電勢(shì)。當(dāng)從點(diǎn)C向點(diǎn)B和點(diǎn)D看時(shí)，它們的電勢(shì)分別是—E1、—E4，且控制整流器2d反向偏置了ΔE，從而控制整流器2d在t1時(shí)刻不能導(dǎo)通。然而，當(dāng)配上相間電感器3時(shí)，電流i在相間電感器3的A和E之間流動(dòng)，引起電壓降E/2，同時(shí)在A和F之間引入E/2的電壓。結(jié)果，兩個(gè)整流電路的輸出電壓變成相等，使控制整流器2a和2d可能同時(shí)導(dǎo)通。于是，利用相間電感器3使兩個(gè)整流電路平穩(wěn)地并行工作。
如上所述，依據(jù)本實(shí)施例，其中在相間電感器3的中點(diǎn)輸出端11和星形連接的中性點(diǎn)8之間有一電容器7，在星形連接的中性點(diǎn)8和公共連接點(diǎn)9之間以及在星形連接的中性點(diǎn)8和公共連接點(diǎn)10之間分別連接有旁路二極管6a、6b，用簡單的結(jié)構(gòu)可獲得波形穩(wěn)定的整流電源；這樣就提供了良好的焊接條件。
雖然在本發(fā)明的實(shí)施例中把星形連接的中性點(diǎn)構(gòu)成正向端，但是應(yīng)當(dāng)明白，中性點(diǎn)也可構(gòu)成負(fù)向端而獲得同樣結(jié)果。此外，雖然在本發(fā)明的實(shí)施例中控制整流器(例如硅可控整流器)連接到每個(gè)次級(jí)線圈1a—1f上，但是應(yīng)當(dāng)明白，如果在電路中配備了控制焊接輸出的裝置，也可使用如二極管等簡單整流器代替控制整流器。
如圖4所示，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了并聯(lián)于第一個(gè)實(shí)施例電路中電容器7及由電阻15和開關(guān)16構(gòu)成的串聯(lián)電路。電容器7采用電解電容器，當(dāng)焊接工作結(jié)束后，開關(guān)16自動(dòng)地導(dǎo)通，或者通過檢測(cè)焊接完成以手動(dòng)方式導(dǎo)通。
依據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)焊接結(jié)束后，由電阻15消耗掉貯存在電容器7中的電荷。因此，即使工作人員完成焊接后接觸電極或低層金屬，也不會(huì)因電容器7中貯存的電荷而觸電。于是提供了一種避免此類事件發(fā)生的更安全的電弧焊接電源。
如更詳細(xì)地說明，依據(jù)專利IEC974-1，焊接時(shí)的電弧電壓表示為V＝14＋0.05I，最大電弧電壓為44伏(焊接電流600安)。若把它轉(zhuǎn)換成等量阻值，則焊接時(shí)在電極和低層金屬之間的電弧阻值最大成為大約0.0073歐。電阻15應(yīng)使電容器7在1到2秒內(nèi)放電，而在電弧焊接期間不影響電極和低層金屬之間的電弧阻值。
例如當(dāng)電容器7的電容為90000微法時(shí)，時(shí)間常數(shù)是0.9；如果在本實(shí)施例中不使用開關(guān)16，電阻15保持連接在輸出電路之間，這意味著電阻15的額定值必須能承受焊機(jī)的開路電壓。必須選擇具有高的額定功率的電阻(例如，250瓦的電阻)。從而通過選擇一合適電阻可不需要開關(guān)16而實(shí)現(xiàn)更安全的電弧焊接電源。然而，從實(shí)用的觀點(diǎn)來看，象第二個(gè)實(shí)施例那樣裝一個(gè)開關(guān)16是有效的，以減小電弧焊接電源的尺寸。
即，如果電阻15通過僅在焊接結(jié)束后閉合的開關(guān)16連接到電容器7上，可減少放電電流流過電阻15的時(shí)間，這就可以使用額定功率更小的電阻(例如160瓦的電阻)作為放電電阻。在第二個(gè)實(shí)施例中，把三個(gè)并聯(lián)的27000微法的電容器用作81000微法電容量的電容器7，把四個(gè)并聯(lián)的39歐的電阻用作阻值大約為10歐的電阻15。
如上所述，通過使用開關(guān)16，即使焊接電源的輸出反復(fù)開關(guān)，額定功率為160瓦的電阻在實(shí)際工作中已足夠了。
權(quán)利要求
1.一種電弧焊接電源，包括具有一對(duì)星形連接三相次級(jí)線圈的焊接變壓器，通過連接所述星形連接三相次級(jí)線圈對(duì)的每個(gè)中性點(diǎn)形成的第一焊接輸出端，一對(duì)位于每對(duì)所述星形連接三相次級(jí)線圈處的公共連接點(diǎn)，用以在相對(duì)于所述中性點(diǎn)的端點(diǎn)連接所述星形連接三相次級(jí)線圈的次級(jí)線圈，接在所述中性點(diǎn)和所述公共連接點(diǎn)之間并與每個(gè)所述次級(jí)線圈串聯(lián)的控制整流器，接在所述兩個(gè)公共連接點(diǎn)之間的相間電感器，連到所述相間電感器中點(diǎn)的直流扼流圈，連到直流扼流圈的第二焊接輸出端，其特征在于還包括，其一端連到所述相間電感器和所述直流扼流圈之間，另一端連到所述第一焊接輸出端的電容器，以及一對(duì)接在所述中性點(diǎn)和所述每個(gè)公共連接點(diǎn)之間的整流器。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧焊接電源，其特征在于配備了并聯(lián)于電容器的一個(gè)電阻器。
3.如權(quán)利要求2所述的電弧焊接電源，其特征在于，配備了與電阻串聯(lián)的開關(guān)裝置。
4.一種電弧焊接電源，包括具有一對(duì)星形連接三相次級(jí)線圈的焊接變壓器，由連接所述星形連接三相次級(jí)線圈對(duì)的每個(gè)中性點(diǎn)形成的第一焊接輸出端，一對(duì)位于每對(duì)所述星形連接三相次級(jí)線圈處的公共連接點(diǎn)，在相對(duì)于所述中性點(diǎn)的一端連接所述星形連接三相次級(jí)線圈的次級(jí)線圈，接在所述中性點(diǎn)和所述公共連接點(diǎn)之間并與每個(gè)所述次級(jí)線圈串聯(lián)的整流器，接在所述兩個(gè)公共連接點(diǎn)之間的相間電感器，連到所述相間電感器中點(diǎn)的直流扼流圈，連到直流扼流圈的第二焊接輸出端，其特征在于還包括，其一端連接在所述相間電感器和所述直流扼流圈之間，另一端連接到所述第一焊接輸出端的電容器，一對(duì)接在所述中性點(diǎn)和所述每個(gè)公共連接點(diǎn)之間的整流器，以及用來控制焊接輸出的裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的電弧焊接電源，其特征在于，配備了與電容器并聯(lián)的一個(gè)電阻器。
6.如權(quán)利要求5所述的電弧焊接電源，其特征在于，配備了與電阻器串聯(lián)的開關(guān)裝置，
全文摘要
依據(jù)本發(fā)明的電弧焊接電源包括一對(duì)并聯(lián)于每個(gè)雙星形連接三相整流電路的整流器，以及并聯(lián)于整個(gè)沒有直流扼流圈的整流電路的電容器。結(jié)果，電弧焊接電源可提供具有平整波形的穩(wěn)定焊接電流和足夠大的短路電流。
文檔編號(hào)H02M7/17GK1130116SQ9510959
公開日1996年9月4日 申請(qǐng)日期1995年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月27日
發(fā)明者栩野雅充, 大崎憲和 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社