CN100364709C

CN100364709C - 一种中频电阻焊逆变电源装置

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Publication number: CN100364709C
Application number: CNB2005101148558A
Authority: CN
Inventors: 李西恭; 刘嘉; 陈树君; 白韶军; 张亮; 朱燕丛
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: CN1762635A

Abstract

本发明属于焊接技术领域，它含有变压器、与变压器的初级线圈相连接的逆变器、连接变压器的次级单匝线圈的整流单元，其特征在于：整流单元由多条相同的两个整流二极管反相串联成的支路并联而成，整流二极管的同极性端共连成电源装置的一个输出端；电感为两个单匝线圈串联的一个单匝线圈组，串联公共端是电源装置的另一个输出端；次级单匝线圈、整流单元和电感并联，构成次级单元；两个输出端分别连接电阻焊机的两个电极。单个变压器的次级线圈可以有两个，且可以有多个变压器。本发明减少了电阻焊逆变电源装置的体积和重量，简化了制作工艺及成本，降低了电源装置的内阻，提高了逆变电源装置的输出能力。

Description

一种中频电阻焊逆变电源装置

技术领域

本发明涉及一种中频电阻焊逆变电源装置，适用于焊接技术领域。

背景技术

电阻焊是一种利用工件电阻热焊接的方法，主要应用于汽车及航空制造业。电阻焊机中的主要设备是电阻焊电源装置，由于逆变电源装置具有体积小、重量轻、可控性好及节能等优点，电阻焊逆变电源装置开始替代工频次级整流电源装置。如在汽车制造业，每台轿车大约4000～6000个焊点，使用逆变电源可比使用工频交流电源节能约27％。汽车制造业主要使用50～75kVA的移动式点焊机，这种点焊机要求电源的体积小、重量轻；电流输出能力不低于10kA。根据逆变电源理论，逆变电源的体积与重量与开关频率成反比，专利ZL200420072700.3公布的中频电阻焊逆变电源装置，将开关频率提升到20KHz，为降低电阻焊逆变电源的体积及重量奠定了基础。该专利中实施例中电源输出电流仅3KA，当我们欲使用该专利制作容量50～75kVA、10kA以上的逆变电源时，发现尚存在的问题是：变压器次级一个单匝线圈只连接一个整流单元，该整流单元是由一对二极管构成。变压器只能缠绕一层单匝线圈，当要求电流输出能力增加时，便要增加单匝线圈及整流单元的数量，而且，为使每个单匝线圈均衡承担负载电流，要求每个单匝线圈具有的漏感及电阻相同，这就要求变压器次级只能缠绕一层单匝线圈并且每个单匝线圈的长度相同。因此，当单匝线圈的数量增加时，便要增加变压器窗口面积，其缺点是在变压器截面相同条件下，增大变压器的体积和重量。另外，大功率电阻焊逆变电源不适合使用环形变压器，这是因为从节能角度考虑，应尽量降低单匝线圈至整流单元连线的长度，电流输出能力越大，这种要求就越严格；但从均衡单匝线圈电流考虑，要求每个单匝线圈的长度相同，由于次级单匝线圈要与排列整齐的整流单元连接，如使用环形变压器，在制作过程中，无法同时满足上述两种要求。用于逆变电源的电力变压器磁芯形状，除圆形外，还有E型(E或EI)，这种形状的变压器磁芯如使用圆形截面导线作为次级单匝线圈，占用的窗口面积会更大，如使用扁平线作次级单匝线圈，在开关频率高、输出电流大的条件下，应降低次级单匝线圈的分布电感。根据传输线理论，扁平线的分布电感与其宽度成反比，即为了降低次级单匝线圈的分布电感，应尽量加宽扁平线的宽度，这就限制了单匝线圈的个数。再者，从逆变电源制作工艺考虑，增加单匝线圈的个数将增加逆变电源的制作成本。

发明内容

本发明的目的是：在维持上述专利中的整流电路工作原理不变的条件下，通过改进逆变电源的结构设计降低电阻焊逆变电源装置的制作成本，简化制作工艺，提高逆变电源装置的出力水平，提供一种中频电阻焊逆变电源装置。

所述的一种中频电阻焊逆变电源装置，含有变压器1、与变压器1的初级线圈N1相连接的逆变器2、与变压器1的次级单匝线圈N2相连接的整流单元3，其特征在于：整流单元3由多条相同的用两个整流二极管反相串联构成的支路并联而成，所有整流二极管的同极性端共连在一起形成电源装置的第一输出端F；电感L为第一单匝线圈L11和第二单匝线圈L12串联的一个单匝线圈组，串联后的公共端为电源装置的第二输出端E；次级单匝线圈N2、整流单元3和电感L相互并联，构成次级单元；第二输出端E和第一输出端F分别连接电阻焊机的第一电极C和第二电极D。

所述的一种中频电阻焊逆变电源装置，其特征在于：所述的变压器1的初级线圈N1耦合有两个次级单匝线圈N2，每个次级单匝线圈各自并联所述的整流单元3和所述的电感L，构成两个次级单元；两个次级单元的整流单元3中的第一输出端F的共连线和电感L中的第二输出端E的共连线分别连接电阻焊机的第一电极C和第二电极D。

所述的一种中频电阻焊逆变电源装置，其特征在于：所述的逆变电源装置含有两个变压器1；两个变压器的初级线圈N1串联后与逆变器2连接；初级线圈N1分别耦合次级单匝线圈N2；次级单匝线圈N2各自并联所述的整流单元3和所述的电感L，构成两个次级单元；两个次级单元的整流单元3中的第一输出端F的共连线和电感L中的第二输出端E的共连线分别连接电阻焊机的第一电极C和第二电极D。

所述的一种中频电阻焊逆变电源装置，其特征在于：整流单元3与次级单匝线圈N2的连线采用扁平线。

所述的一种中频电阻焊逆变电源装置，其特征在于：整流单元3采用水冷散热器。

本发明的优点是，进一步减少了电阻焊逆变电源装置的体积和重量，简化了制作工艺及并降低了成本，降低了电源装置的内阻，提高了逆变电源装置的输出能力。

附图说明

图1，专利号为ZL200420072700.3的专利的线路图。

图中：1、变压器；2、逆变器；4、工件；变压器初级线圈N1；变压器次级线圈中的单匝线圈N21；二极管D1、D2；二极管D1的端点A；二极管D2的端点B；电感L；电感单匝线圈L11、L12；电阻焊机的电极C、D。

图2，专利号为ZL200420072700.3的专利的变压器次级线圈制作示意图。

图3，本发明的一种中频电阻焊逆变电源装置示意图。

图中：1、变压器；2、逆变器；3、整流单元；4、工件；5、变压器磁芯；变压器初级线圈N1；次级单匝线圈N2；整流单元3与次级单匝线圈N2连接的端点A、B；电感L；第一、第二电感单匝线圈L11、L12；电阻焊第一、第二电极C、D；逆变电源装置的第二、第一输出端E、F。

图4，本发明的一种中频电阻焊逆变电源装置示意图。逆变器带一个变压器1，其次级有两个单匝线圈N2。

图5，本发明的一种中频电阻焊逆变电源装置示意图。逆变器带两个变压器1，两个变压器1的原端线圈N1串联后与逆变器连接，每个变压器次级有一个单匝线圈N2。

图6，本发明的一种中频电阻焊逆变电源装置示意图。此图是将两个图4所示的逆变电源装置并联在一起。

图7，本发明的一种中频电阻焊逆变电源装置示意图。此图是将两个图5所示的逆变电源并联在一起。

具体实施方式

如图3～图7，本发明的一种中频电阻焊逆变电源装置含有变压器1、与变压器的初级线圈N1连接的逆变器2、与变压器1的次级单匝线圈N2连接的整流单元3、电感L，电源装置的两个输出端第二输出端E、第一输出端F分别连接电阻焊机的电极第一电极C和第二电极D。

参见图3，变压器1初级线圈N1与逆变器2连接，与变压器1的次级单匝线圈N2相连接的整流单元3，整流单元3由多条相同的用两个整流二极管反相串联构成的支路并联而成，所有整流二极管的同极性端共连在一起形成第一输出端F，第一输出端F是电源装置的一个输出端；电感L为第一单匝线圈L11和第二单匝线圈L12串联的一个单匝线圈组，串联后的公共端为E端，E端是电源装置的第二输出端；次级单匝线圈N2、整流单元3和电感L相互并联，构成次级单元；第二输出端E和第一输出端F分别连接电阻焊机的第一电极C和第二电极D。

当电阻焊逆变装置的容量增大时，所说整流单元3中并联的整流管数量就要增加，这就会导致每只整流管不能够均匀地分担总电流，即难以满足多只并联整流管的均流要求。这种情况下，我们将次级单匝线圈N2的个数增加到两个，每个次级单匝线圈N2仍与一个整流单元3连接。增加单匝线圈的方法有两种，其一是增加变压器1，每个变压器1次级有一个单匝线圈N2，这种方法的优点是可以通过合理的布线将逆变电源装置的铜重量降到最低；其二是采用一个变压器1，变压器1的次级增加一个单匝线圈N2，与前一种方法相比，该方法变压的铁芯重量轻。

图4与图3的区别在于变压器1的初级线圈N1耦合有两个次级单匝线圈N2，两个整流单元3，两个电感L。由图可知，一个次级单匝线圈N2对应一个整流单元3，一个电感L。变压器1的一个次级单匝线圈N2的两端分别与一个整流单元3的A端、B端连接，还与一个电感L上的单匝线圈组的两端连接；将两个整流单元3的第一输出端F连接在一起，是逆变电源装置的一个输出端，将两个电感L上的单匝线圈组的第二输出端E连接在一起，是逆变电源装置的另一个输出端。

图5与图3的区别在于有两个变压器1，每个变压器耦合有一个次级线圈N2，两个整流单元3，两个电感L，每个电感L上有一个单匝线圈组。由图可知，一个变压器次级单匝线圈N2对应一个整流单元3，对应一个电感L的单匝线圈组。将两个变压器1的初级线圈N1串联后与逆变器2连接，一个变压器1的次级线圈N2的两端分别与一个整流单元3的A端、B端连接，还与一个电感L上的单匝线圈组的两端连接；将两个整流单元3的第一输出端F连接在一起，是逆变电源装置的一个输出端，将两个电感L上的单匝线圈组的第二输出端E连接在一起，是逆变电源装置的另一个输出端。

当要求电阻焊逆变电源的容量进一步增大时，本发明采用多个电源并联的方法扩充容量。图6是将两个图4所示的逆变电源并联在一起。图7是将两个图5所示的逆变电源并联在一起。

综上所述，为实现目的，我们的设计思想是：1、变压器1次级只采用一个或两个次级单匝线圈N2，变压器1的数量不少于一个。这样做可以减少次级线圈的个数及总重量，简化制作工艺。2、多对整流管并联使用，这样有利于减少连接导线，降低逆变电源内阻，提高电源输出能力，同时也降低了逆变电源的制作成本。通过采用水冷散热器，可以解决多对二极管并联时的均流问题。3、采用增加变压器1个数的方案提高逆变电源装置的输出功率，这样更有利于扩充电源容量。4、变压器次级单匝线圈N2用扁平线代替原有专利的同轴线，这样可以降低变压器制作成本。

本发明的装置包括有：公知的逆变器2；变压器1，其次级由一个或两个单匝线圈N2构成；整流单元3；电感L。该装置中，变压器不少于1个，每个变压器次级单匝线圈N2不多于两个，具体数量由逆变电源的容量确定。变压器次级单匝线圈N2、整流单元3及电感L的单匝线圈组有一一对应的关系，即每一个单匝线圈N2对应一个整流管组3及电感上一个单匝线圈组。该装置的电路连接回路为：逆变器2的输出端与变压器1的初级线圈连接，电能由初级线圈N1通过电磁感应耦合至次级单匝线圈N2，N2的两端分别与整流单元3的端点A及端点B连接，整流单元3由成对二极管构成，二极管不少于2对，所有二极管的一个同名极性端(或阴极端或阳极端)共连在一起形成第一输出端F，F端是电源装置的一个输出端，所有二极管的另一个极性端平分后连接成另外两个端点A及B，A及B分别与N2的两端连接。A端及B端还与电感L上的单匝线圈组连接，该单匝线圈组由第一单匝线圈L11和第二单匝线圈L12串联构成，串联后的公共端为第二输出端E，E端是电源装置的另一个输出端，另外两端分别与A端及B端连接。变压器的每一个次级单匝线圈N2对应一个第二输出端和第一输出端F，将所有第二输出端E和第一输出端F经汇流母线分别连接，为该装置的总输出端，输出端与电阻焊机的第一电极C和第二电极D连接。

图3实施例中，逆变器带一个变压器1，变压器1次级有一个单匝线圈N2，每个单匝线圈带一个整流单元，每个整流单元有两个以上整流管。电感L有一个单匝线圈组，每个单匝线圈组有第一单匝线圈L11和第二单匝线圈L12。在一个具体方案中，逆变器2采用半桥逆变器，变压器1原端匝数N1为30，铁芯为EE型，单匝线圈N2采用10片宽40毫米、厚0.2毫米的铜箔。整流单元由6对二极管组成，6对二极管的阴极端共连，共连端是第一输出端F，有6只二极管的阳极端共连成A端，另外6只二极管的阳极端共连成B端。A端B端分别与变压器次级单匝线圈N2连接，A、B两端还分别与电感L的单匝线圈组连接。单匝线圈组由第一单匝线圈L11和第二单匝线圈L12串联构成，串联公共端是第二输出端E，另外两端与A、B连接。此电阻焊逆变电源输出能力为3kA，容量12kVA.

图4实施例中，逆变器带一个变压器1，变压器1次级有两个单匝线圈N2，变压器结构见图9。每个单匝线圈N2带一个整流单元3，共有两个整流单元3，每个整流单元3的二极管不少于2对。电感L共有两个单匝线圈组，每个单匝线圈组有第一单匝线圈L11和第二单匝线圈L12。在一个具体方案中，逆变器2采用全桥逆变器，变压器1原端匝数N1为40，铁芯为EE型，铁芯窗口长度是上实施例的一倍，每个单匝线圈N2采用10片宽40毫米、厚0.2毫米的铜箔。每个整流单元3与上例相同，每个整流单元3有一个第一输出端F，电感L上的每一个单匝线圈组亦与上例相同，每一个单匝线圈组有一个第二输出端E。变压器1的一个单匝线圈N2与一个整流单元3连接，还与电感L的一个单匝线圈组连接，线路连接与上例相同。本实施例将两个第二输出端E连接起来为电源装置的一个输出端；将两个第一输出端F连接起来为电源装置的另一个输出端。输出端分别接电阻焊机的电极C及D。此电阻焊逆变电源输出能力为6kA，容量30kVA。

图5实施例中，逆变器带两个变压器1，两个变压器的初级线圈N1串联后与逆变器连接，每一个变压器有一个次级单匝线圈N2。每个单匝线圈N2带一个整流单元3，共有两个整流单元3，每个整流单元3的二极管不少于2对。电感L共有两个单匝线圈组，每个单匝线圈组有第一单匝线圈L11和第二单匝线圈L12。在一个具体方案中，逆变器2采用全桥逆变器，变压器1原端匝数N1为20，铁芯为EE型，单匝线圈N21采用10片宽40毫米、厚0.2毫米的铜箔。每个整流单元3与图3例相同，电感L上的每一个单匝线圈组亦与图3例相同。每个变压器1的单匝线圈N2与一个整流管组连接，还与电感L的一个单匝线圈组连接，线路连接与图3例相同。本实施例将两个第二输出端E连接起来为电源装置的一个输出端；将两个第一输出端F连接起来为电源装置的另一个输出端。输出端分别接电阻焊机的第一电极C及第二电极D。此电阻焊逆变电源输出能力为6kA，容量30kVA。

本实施例的优点是，可以通过对变压器1，整流单元3及电感L合理的布局将逆变电源装置的用铜重量降到最低。图4例与本例相比，所用变压器1铁芯重量较轻。

图6实施例是将两个图4所示的逆变电源装置并联在一起。电阻焊逆变电源输出能力为10kA，容量50kVA。

图7是将两个图5所示的逆变电源装置并联在一起。电阻焊逆变电源输出能力为10kA，容量50kVA。

上述实施例中整流单元3均采用水冷散热器，以利于二极管的均流。

Claims

1.一种中频电阻焊逆变电源装置，含有变压器(1)、与变压器(1)的初级线圈(N1)相连接的逆变器(2)、与变压器(1)的次级单匝线圈(N2)相连接的整流单元(3)，其特征在于：整流单元(3)由多条相同的用两个整流二极管反相串联构成的支路并联而成，所有整流二极管的同极性端共连在一起形成电源装置的第一输出端(F)；电感(L)为第一单匝线圈(L11)和第二单匝线圈(L12)串联的一个单匝线圈组，串联后的公共端为电源装置的第二输出端(E)；次级单匝线圈(N2)、整流单元(3)和电感(L)相互并联，构成次级单元；第二输出端(E)和第一输出端(F)分别连接电阻焊机的第一电极(C)和第二电极(D)。

2.根据权利要求1所述的一种中频电阻焊逆变电源装置，其特征在于：所述的变压器(1)的初级线圈(N1)耦合有两个次级单匝线圈(N2)，每个次级单匝线圈各自并联所述的整流单元(3)和所述的电感(L)，构成两个次级单元；两个次级单元的整流单元(3)中的第一输出端(F)的共连线和电感(L)中的第二输出端(E)的共连线分别连接电阻焊机的第一电极(C)和第二电极(D)。

3.根据权利要求1所述的一种中频电阻焊逆变电源装置，其特征在于：所述的逆变电源装置含有两个变压器(1)；两个变压器的初级线圈(N1)串联后与逆变器(2)连接；初级线圈(N1)分别耦合次级单匝线圈(N2)；次级单匝线圈(N2)各自并联所述的整流单元(3)和所述的电感(L)，构成两个次级单元；两个次级单元的整流单元(3)中的第一输出端(F)的共连线和电感(L)中的第二输出端(E)的共连线分别连接电阻焊机的第一电极(C)和第二电极(D)。

4.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3中任一权利要求中所述的一种中频电阻焊逆变电源装置，其特征在于：整流单元(3)与次级单匝线圈(N2)间的连线采用扁平线。

5.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3中任一权利要求中所述的一种中频电阻焊逆变电源装置，其特征在于：电源装置中的整流单元(3)设置有水冷散热装置。