CN101234450B

CN101234450B - 改进的环形高效直流弧焊机

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Publication number: CN101234450B
Application number: CN2008100867285A
Authority: CN
Inventors: 黄汝明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: CN101234450A; CN101020272A

Abstract

本发明公开了一种改进的环形高效直流弧焊机，包括环形变压器、整流电路及滤波电容，从环形变压器的初级线圈引出电源输入端，环形变压器的输出端与整流电路连接，其特征在于：还包括电抗器；所述环形变压器的铁芯为圆环形，整流电路为桥式整流电路；环形变压器的输出信号经整流电路、电抗器处理及滤波电容滤波后，再作用在待焊接物上。与现有技术相比，本发明体积小，重量轻，效率高达96％。此外，环形变压器正负半周的输出电压经整流电路后，分别与电抗器上绕向相反的两个线圈连接，从而使弧焊机有很好电流自动控制功能，不会产生高热，同时也使得整流后的脉动电压更平缓。

Description

改进的环形高效直流弧焊机

技术领域

本发明涉及弧焊机技术，具体涉及一种改进的环形高效直流弧焊机。

背景技术

目前弧焊机都采用交流市电作为工作电源，由于交流市电频率为50Hz，即在一秒钟内交流电出现50次正半周和负半周，因此采用交流弧焊机在焊接的过程中，每秒钟就会出现一百次点火熄火动作，焊接性能有限。而采用直流弧焊机就不会出现频繁的点火熄火现象，并且直流弧焊机的电压电流波形比较平滑，焊接性能比交流弧焊机优越。

然而现有的直流弧焊机大部分为单相或三相的，采用方形铁芯作为变压器的铁芯，而且对焊接电流的调节是通过在变压器中设置移动铁芯来实现，只能用手动的方式来调节，不能自动调节。方形铁芯做成的直流弧焊机体积大，重量大，效率低，能耗高，焊接性能较差，其核心部分——变压器铁芯由无数块无取向的硅钢片组叠而成，其纵向截面为方形。铁芯所产生的磁场不是集中在一个整体上，而是从这一块硅钢片跳到另外一块硅钢片上，这期间要经过无数个硅钢片之间的接口，从而使铁芯呈现很大的磁阻，因此方形变压器和方形弧焊机的B_m值特别低。

此外，经本申请人对二相直流弧焊机的实践研究发现，其中的两个变压器的次级输出端直接与整流电路、电抗器连接，在大功率焊接中，两个变压器的次级负半周输出的电流存在很大的差别：与顺时针方向起第二根相线连接的变压器，其次级负半周的输出，总是比与顺时针方向起第一根相线连接的变压器的次级负半周的输出要大，例如与B相连接的变压器次级负半周输出比与A相连接的要大。次级负半周所输出的大电流，将使相应变压器的初级线圈电流也很大，并产生高热，及其容易损坏变压器；于此同时，另外一个变压器的电流则过小，焊接的效果不理想。

再有，现有弧焊机的铁芯一般采用八字型脚支撑，散热效果不够佳，且支撑脚容易与线圈接触而损坏线圈，影响弧焊机的正常工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改进的环形高效直流弧焊机，提高变压器铁芯B_m值的同时，可自动调节焊接电流，绕线容易绕制，整机散热快，不容易产生高热。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种环形高效直流弧焊机，包括环形变压器、整流电路及滤波电容，从环形变压器的初级线圈引出电源输入端，环形变压器的输出端与整流电路连接，其特征在于：还包括电抗器；所述环形变压器的铁芯为圆环形，整流电路为桥式整流电路；环形变压器的输出电压经整流电路、电抗器处理及滤波电容滤波后，再作用在待焊接物上。采用圆环形铁芯，大大提高了弧焊机的效率。

所述的环形变压器以及整流电路包括两组，通过并联连接，构成二相直流弧焊机。

所述电抗器包括两个绕向相反的线圈，该两个线圈连接在环形变压器的输出端与整流电路之间。环形变压器的输出电压经电抗器后，再经整流电路整流。

所述的二相直流弧焊机中，其电抗器包括两个绕向相反的线圈，该两个线圈串接在两组整流电路的并联输出端。二相直流弧焊机的环形变压器输出先整流后经电抗器，无需增加电抗器线圈的数量，从而降低了电抗器绕线的复杂程度，也节约了生产成本。

上述二相直流弧焊机进一步包括一限流电抗器；两组变压器的初级线圈分别与三相电压中的两相一一连接，其中限流电抗器串联在与顺时针方向起第二根相线连接的变压器的次级负半周输出端。采用了限流电抗器后，两变压器的输出电流得到了平衡，避免出现高热或电流过小的现象。

所述电抗器包括可以左右移动的动铁，该动铁与电抗器的铁芯之间设有硬质绝缘胶板。

所述电抗器输出端串联一电感滤波器，该电感滤波器铁芯为环形铁芯。

所述环形变压器铁芯呈竖直状安装在支撑座上；所述支撑座包括三只支撑脚、三条连接杆，三只支撑脚均高于铁芯的高度，三条连接杆分别连接在相邻支撑脚的上端之间。

所述环形变压器铁芯呈竖直状安装在支撑座上；所述支撑座包括至少两只支撑脚，以及与支撑脚下端连接的圆环，所述支撑脚均分于圆环上。

本发明与现有技术相比，体积小，重量轻(只有同功率方形直流弧焊机重量的1/4-1/2)，效率高达96％。变压器铁芯采用由一条硅钢带卷绕而成的环形铁芯，铁芯所产生的磁场不存在从这一块硅钢片跳跃到另外一块硅钢片上的现象，其B_m值是方形铁芯的2倍以上。此外，环形变压器正负半周的输出电压经整流电路后，分别与电抗器上绕向相反的两个线圈连接，从而使弧焊机有很好电流自动控制功能，不会产生高热，同时也使得整流后的脉动电压更平缓。经试验测定，用65V的输出电压，用10条直径3.2毫米的普通焊条焊接工件，仅消耗电能1.2度。

附图说明

图1a为本发明实施例一的结构示意图；

图1b为本发明实施例二的结构示意图；

图2a为图1的A-A剖视图；

图2b为图2a中的绝缘部件结构示意图；

图3为图1a的电路结构示意图；

图4a为本发明实施例三的结构示意图；

图4b为本发明实施例四的结构示意图；

图5a为实施例三的电压整流前波形图；

图5b为实施例三的电压整流后波形图；

图6a为图4a的电路结构示意图；

图6b为图4b的电路结构示意图；

图7为变压器铁芯的安装示意图之一；

图8为变压器铁芯的安装示意图之二；

图9为支撑脚的侧视图。

具体实施方式

如图1a、图2a、图2b所示，本发明的变压器铁芯为采用取向型硅钢片卷绕成的环形铁芯1，在铁芯环壁外表面上设有凸台100。如图7、8所示，变压器铁芯1竖直安装于支撑座2上，比以前的八字型脚更为优越，不会与设备的其他部位相接触，避免损坏线圈。其中支撑座2可以是可拆式的，如图7所示，包括三只支撑脚21、三条连接杆22，三只支撑脚21均高于铁芯1的高度，三条连接杆22通过螺丝分别拧接在相邻支撑脚21的上端之间，从而形成一稳固的三角形；连接杆22可采用钢材制成。支撑座2还可以是固定式的，如图8所示，包括至少两只支撑脚23，以及与支撑脚下端固定连接的圆环24，支撑脚23均分于圆环24上。如图9所示，支撑脚21或支撑脚23上都设有卡接位25，装配弧焊机时，卡接位25卡套住变压器的铁芯。环形铁芯1与线圈之间设有绝缘部件200，其由上下对称的两部分组成，边角呈倒角结构，形成斜面201；绝缘部件200在铁芯端面102上方的截面呈三角形202，其中靠近铁芯内环壁11的一条边203与内环壁101成135°。绝缘部件200的上下两部分套于环形铁芯1上后，就使线圈绕制时，可平滑地从环形铁芯1的外环壁经斜面201过渡到铁芯端面，再平滑地从端面经三角形的一边203过渡到铁芯的内环壁101。当凸台100的高度与凸台到端面的距离相等时，线圈从铁芯外环壁过渡到铁芯上下端面的转角为45°；而三角形的一边203与铁芯内环壁成135°，线圈从铁芯端面过渡到铁芯内环壁的转角也为45°，因此线圈弯转所产生的应力大大地减小了，线圈的电阻也大大地降低了。通过设置边角呈倒角结构的绝缘部件，环形铁芯外表面也可不设凸台。

以上描述了本发明所采用的变压器结构，下面将根据直流弧焊机所含变压器个数不同，以及变压器与整流电路、电抗器的不同连接关系举几个实施例，对本发明作进一步说明：

实施例一：

如图1a所示，本实施例为单相环形直流弧焊机，电抗器连接在环形变压器的输出端与整流电路之间。从环形变压器的初级线圈的两端引出电源输入端3、3’，从次级线圈引出环形变压器的输出端，其中正半周输出端引线依次与电压选择开关4的四个输入触点连接，从电压选择开关4输出触点引出的绕线9’(即变压器正半轴输出端引线)与环形变压器负半周输出端引线9分别以相反的方向缠绕在电抗器铁芯51上，从而使电抗器铁芯上形成两个绕向相反的线圈511、512，也完成了变压器与电抗器的连接。本实施例中，正半周输出端引线9’以右手螺旋的方向绕于电抗器铁芯51上，然后与整流电路的二极管V1阳极连接；而负半周输出端引线9则以左手螺旋的方向绕于电抗器铁芯51上，然后与整流电路的二极管V2阳极连接。转动电抗器的手柄52可使电抗器动铁53左右移动，改变电抗器的感抗，从而调节电抗器对电流阻碍能力的强弱。电抗器动铁53与电抗器铁芯51之间设有硬质绝缘胶板54，可防止电抗器产生巨大涡流，有效地避免了电抗器产生高热。电抗器动铁53的一端设有可降噪的配重件55，可将动铁33与下方的固铁压紧，从而不会产生较大的振动，噪声降低。在电抗器两侧设有两块对称的硬质绝缘胶板56，将电抗器夹住。

整流电路为桥式整流电路，包括二极管V1、V2、V3、V4，直接螺固于水冷器底部进行冷却降温，其中二极管V1、V2与电感滤波器6串联后连接至直流弧焊机负载输出端7；二极管V3、V4的阴极分别与环形变压器的负半周输出端、电压选择开关4的输出触点连接，而阳极接地。其中电感滤波器6的铁芯为环形铁芯，通过八字型支撑脚安装于弧焊机的底板上。

滤波电容C并联在桥式整流电路的正负输出端之间，用于滤除整流输出的高频分量，在滤波电容C的正极还引出一个弧焊机负载输出端7’。实际使用时，可根据需要选择负载输出端7或7’，从负载输出端7输出的电压由于经过了环形电感滤波器6做进一步的滤波处理，电压波形较平滑，飞沙很少，适合焊接合金钢和焊接质量要求高的钢铁制品；而从负载输出端7’输出的电压只经过滤波电容C的滤波处理，电压还存在较多的谐波分量，波形不够平滑，但效率高，适合焊接普通钢材。

图3为图1a的电路结构示意图，其中L1为图1a中的环形变压器，L2为图1a中的电抗器，L3为环形滤波器6。

实施例二：

如图1b所示，本实施例为单相环形直流弧焊机，电抗器铁芯上两个绕向相反的线圈511、512串接在整流电路的输出端。本实施例结构、工作原理与实施例一的基本相同，只是电抗器改接在整流电路的输出端，故不赘述。

实施例三：

如图4a所示，本实施例为双相环形直流弧焊机，电抗器连接在环形变压器的输出端与整流电路之间；在实施例一的基础上加上了一个结构、材料及绕线均相同的II号环形变压器，从该环形变压器初级线圈引出另一电源输入端8、8’，同样地从其次级线圈引出变压器的输出端。两个变压器的正半周输出端引线与电压选择开关4’的输入触点一一连接，同一级电压的输出端引线连接到同一级输入触点上；在电压选择开关4’的输出端，将同组的输出触点并联后各引出一条绕线，分别为I号环形变压器的正半周输出端引线9’及II号环形变压器的正半周输出端引线10’。

I号环形变压器的负半周输出端引线9与II号环形变压器的正半周输出端引线10’以左手螺旋的方向绕制于电抗器的铁芯51上，形成2个同步线圈，然后分别连接至整流电路二极管V4、V3的阳极；I号环形变压器的正半周输出端引线9’与II号环形变压器的负半周输出端引线10以右手螺旋的方向绕制于电抗器的铁芯51上，形成2个同步线圈，然后分别连接至二极管V1、V2的阳极，从而使得I号环形变压器与II号环形变压器的正半周输出端绕线相反。至此，电抗器铁芯上就形成了两组绕向相反的线圈，每组线圈包括两个绕向相同的线圈；同一环形变压器的正负半周输出端绕线分别连接到两组线圈上，且不同环形变压器的正负半周输出端绕线接在不同的线圈上。

整流电路为桥式整流电路，包括二极管V1～V8，直接螺固于水冷器底部进行冷却降温，其中二极管V1～V4的阴极与弧焊机的负载输出端7连接；二极管V5～V8的阴极分别与变压器输出端引线10、10’、9、9’连接，阳极接地。滤波电容C1、C2串接后并接在桥式整流电路的输出端正负极之间。

图6a为图4a的电路结构示意图，其中L1为I号环形变压器，L4为II号环形变压器，L2为电抗器。

本实施例在实际使用时，可使用一个环形变压器与单相电源连接，此时工作原理与实施例一相同。当同时使用两个变压器与双相电源连接时，电源输入端3、8与零线连接，而电源输入端3’、8’分别接A相线和B相线，如图4a所示，其中A、B相线相位差为120°；双相电源经变压器输出后，传输至电抗器和桥式整流电路，整流前电压波形如图5a所示，整流后电压波形如图5b所示，其中T为整流输出波形的周期。

在0-t₁时间内II号变压器输出负半周电流I₄，在0-t₂时间内I号变压器输出正半周电流I₁，故在0-t₁时间内电流I₁及I₄通入电抗器上的两个同步线圈时产生由下向上的磁场。在t₂-t₄时间内I号变压器输出负半周电流I₂，在t₁-t₃时间内II号变压器输出负半周电流I₃，故在t₂-t₃时间内电流I₂及I₃通入电抗器上的两个同步线圈时产生由上向下的磁场。而在t₁-t₂及t₃-t₄时间内，I号变压器与II号变压器的输出端电流同时在正半周或同时在负半周，使电抗器铁芯所产生的磁场方向相反，相互抵消，不产生电感。可见在一个周期内的两个时间段(0-t₁及t₂-t₃)，电抗器各产生一次方向相反的磁场；而在另外两个时间段(t₁-t₂及t₃-t₄)不产生磁场，电抗器无感抗，在这两个时间段内，交流电将不受阻碍地全部通过电抗器，从而减小了整流输出波形的起伏，使波形更平滑。可见，本实施例虽然没采用实施例一的二次滤波元件——环形电感滤波器6，但其整流输出波形同样可以很平滑；虽然有两路电源输入，但由于变压器次级线圈输出的电流通过电抗器后连接的是整流二极管，二极管的反向截止特性使得电路中不会出现平行电流；由于采用了电抗器，装置的自动控制电流的能力更强，再加上变压器的空载功率很小，因此在整个焊接过程变压器绕组不会产生高热，只有小小的暖感，效果非常明显。

实施例四

如图4b所示，为了使双相直流弧焊机在大功率焊接时不易产生高热，本实施例在实施例三的基础上加了个限流电抗器L10。电抗器L10串接在与顺时针方向起第二根相线连接的变压器的次级负半周输出端，在本实施例中，I号变压器与A相连接，II号变压器与B相连接，顺时针方向起第一个相线为A相，第二根相线为B相，电抗器L10串联在II号变压器的次级负半周输出端。

除此之外，本实施例变压器的输出电压经整流电路整流后，再由电抗器5处理。电抗器5包括两个绕向相反的线圈511、512，该两个线圈串接在两组整流电路的并联输出端；线圈511相当于实施例三里的2个绕向相同的同步线圈，而线圈512相当于实施例三里的另外2个绕向相同的同步线圈。与实施例三相比，本实施例中的电抗器少了2个线圈，简化了电抗器的绕线。图4b的电路结构示意图如图6b所示。

本实施例的结构及工作原理与实施例三基本相同，故不赘述。

Claims

1.一种改进的环形高效直流弧焊机，包括环形变压器、整流电路及滤波电容，从环形变压器的初级线圈引出电源输入端，环形变压器的输出端与整流电路连接，其特征在于：还包括电抗器；所述环形变压器的铁芯为圆环形，整流电路为桥式整流电路；环形变压器的输出信号经整流电路、电抗器处理及滤波电容滤波后，再作用在待焊接物上；所述的环形变压器以及整流电路包括两组，通过并联连接，构成二相直流弧焊机，所述的电抗器包括两组绕向相反的线圈，每组线圈包括两个绕向相同的线圈；同一环形变压器的正负半周输出端绕线分别连接到两组线圈上，且不同环形变压器的正负半周输出端绕线接在不同的线圈上。

2.根据权利要求1所述的改进的环形高效直流弧焊机，其特征在于：所述电抗器包括两个绕向相反的线圈，该两个线圈串接在两组整流电路的并联输出端。

3.根据权利要求1或2所述的改进的环形高效直流弧焊机，其特征在于：进一步包括一限流电抗器；两组变压器的初级线圈分别与三相电压中的两相一一连接，其中限流电抗器串联在与顺时针方向起第二根相线连接的变压器的次级负半周输出端。

4.根据权利要求2所述的改进的环形高效直流弧焊机，其特征在于：所述电抗器包括可以左右移动的动铁，该动铁与电抗器的铁芯之间设有硬质绝缘胶板。

5.根据权利要求4所述的改进的环形高效直流弧焊机，其特征在于：所述电抗器动铁的一端设有可降噪的配重件。

6.根据权利要求2所述的改进的环形高效直流弧焊机，其特征在于：所述环形变压器的边角呈倒角结构。

7.根据权利要求2所述的改进的环形高效直流弧焊机，其特征在于：所述桥式整流电路的整流二极管螺固于水冷器的底部进行冷却降温。

8.根据权利要求2所述的改进的环形高效直流弧焊机，其特征在于：所述电抗器输出端串联一电感滤波器，该电感滤波器铁芯为环形铁芯。

9.根据权利要求2所述的改进的环形高效直流弧焊机，其特征在于：所述环形变压器铁芯呈竖直状安装在支撑座上；所述支撑座包括三只支撑脚、三条连接杆，三只支撑脚均高于铁芯的高度，三条连接杆分别连接在相邻支撑脚的上端之间；或者所述支撑座包括至少两只支撑脚，以及与支撑脚下端固定连接的圆环，所述支撑脚均分于圆环上。