CN101406981B

CN101406981B - 不漏磁系列节能多功能弧焊电源

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Publication number: CN101406981B
Application number: CN2007100501931A
Authority: CN
Inventors: 倪敏禄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2027-10-10
Also published as: CN101406981A; WO2009046583A1

Abstract

一种不漏磁系列节能多功能弧焊电源。主变压器采用环型变压器，初级用抽头式绕组，次级由独立的工作绕组和引弧绕组组成。工作绕组按焊接规范确定导线匝数及截面积。引弧绕组匝数由空载电压确定，电流由引弧所需功率的小大确定。工作绕组串联电抗器后接整流器，引弧绕组串交流电容后接另一组整流器，两组整流器的正、负极并联后作输出端。通过改变初级绕组抽头位置，来改变次级工作绕组电压，满足各种功能对电压的要求。各种功能的附件，可安装在机内，或机外的终端上。满足单机多功能、多工位要求。本弧焊电源具有：节能幅度高，铜、铁消耗少，结构简单，机械化生产，温升低，寿命长，功能多，焊接质量好等特点。适用各类焊机。

Description

不漏磁系列节能多功能弧焊电源

所属技术领域

本发明涉及电力的发生，转换与配电技术领域。国际分类号：H₀₂H₇/07。

背景技术

自从上世纪60-70年代，旋转式直流弧焊发电机，被下降特性的弧焊变压器淘汰以来，至今尚未根本改变。连近十几年来逐渐推出的逆变式弧焊电源，大多数也沿用这种增强漏磁的各种方式来满足其下降外特性。这种弧焊电源的一个次级绕组，即要提供引弧电压，又必须在焊接时将电压降到30伏左右，电压一般要降一半左右，也就是功率因数同样降一半左右。它必然存在：功率因数低(0.3-0.6之间)，效率低(50-70％)，视在功率利用率低(25％-40％之间)，除消耗大量电能外，还带来了导线用量大，因漏磁强而噪音大，发热严重使寿命缩短，体积大，重量重等缺陷。此外，因为输出电压变化大，根本不可能单机带两把焊钳同时手工焊接，而不互相影响。也不可能将两种不同的焊接方法(如手工电弧焊和气体保护焊)兼容在一台焊机中，并同时施焊。还有近些年来焊机结构越来越复杂，各种电子元件的使用越来越多。虽然这些措施能改善一些焊接性能，但同时也带来了返修率高，生产速度降低，寿命缩短等问题。所有这些问题的症结在：输出工作电流的次级绕组，通过漏磁及增强漏磁的方式来解决引弧高电压和工作低电压共存的这一传统方法。

发明内容

针对现有电焊机存在的缺陷，本发明提供一种不漏磁系列节能多功能弧焊电源。将电焊机的面貌全面改观，整体电气性能大幅度提高。

本发明解决这些问题所采用的技术方案：其宗旨是将引弧电压与工作电压分开制作，在整流后叠加，形成一组合方式的外特性曲线。弧焊变压器按平特性制作。次级的两个独立绕组中，工作绕组按焊接规范要求的输出电压、电流确定其匝数和导线截面积，即匝数少且面积大；引弧绕组的匝数由空载电压确定，电流由引弧所需的功率来确定大小，再计算导线截面积。一般手工弧焊时稍大，气体保护焊时更小，通常其电流在5安培以上，所以引弧绕组匝数多但面积小。工作绕组串联小阻抗电抗器后接入桥式整流器，引弧绕组串联一组交流电容器后接入另外一组桥式整流器，两组桥式整流器的正、负极并联后作为输出的正、负端。此时输出端显示的电压为引弧支路电压，可作到95-100VDC，或更高。当焊机起弧时，引弧支路电压迅速下降，并输出一固定电流，其电压降至工作绕组电压左右时，工作支路开始输出电流，汇同引弧电流一起将电弧点燃。此时两支路输出的功率都能引燃电弧。除冷态起弧外，通常焊条尚未接触工件时均可引燃电弧，起弧时一般不粘条。其引弧效果优于现今使用的电焊机。在电弧燃烧的过程中，引弧支路的电容不仅可以起到维持电弧的作用，且由于其电流相位超前工作电流约90度相位角，这正好弥补上工作电流过零点的低电流区间。所以它即解决了引弧问题，又使焊机输出的电压波形更平滑，纹波系数更小，电弧更稳定，而且还改善了主变压器的功率因数。通过上述改造，反映电能的三项指标：功率因数、效率、视在功率利用率大大提高。特别是视在功率利用率，可提高40％以上。

弧焊变压器的铁芯采用环形，用一根不间断的硅钢带卷绕而成，硅钢带厚度不超过0.35mm，平均磁路长尽可能缩短，机械卷绕时一次完成压毛刺边、滚筒方法刷漆工序，卷绕完成后烘干。这样漏磁及铁芯的磁损耗减到最小，而且使变压器的每匝伏数ω(以下简称ω)，同比叠片铁芯上升10％以上，即所有绕组的匝数下降10％以上。绕组分布在全部圆环上，降低了绕组层数，增大了绕组散热面积，从而使温升控制在60℃以内。完全改变了现有弧焊变压器的温升高达100℃以上的现状，大大延长了焊机寿命。如果温升控制在国标的A级绝缘65℃附近，那么所有导线的电流密度可高达6A/mm²，远高于现今电焊机导线规范的选用电流密度，这意味着，导线截面积同比减少近一半。综上所述，(1)次级工作绕组的减少；(2)ω值的提高；(3)电流密度提高后，导线面积的减少；(4)电抗器导线匝数的减少等四项措施，导线同比减少40％以上。由于初、次级绕组分绕在圆环两边，或分段绕制，初、次级绕组交界处加上厚绝缘隔离，绝缘处理更容易。

初、次级绕组采用抽头方式。初级绕组抽头分布在两端，一端的抽头接转换开关(K1)，作输出电流细调，另一端抽头按焊接规范需要的输出电压高、低，由中间向端头排列，顺序为手工弧焊220V抽头(W₂₂₀)，CO₂气保焊抽头(W_CO2)，氩弧焊抽头(W_Ar)，手工弧焊380V抽头(W₃₈₀)和按设计需要的其它小档位抽头(W_x)。其中选用220V电压时接220V抽头(W₂₂₀)(其余均不接)时，配合转换开关为电流小档的七个档位，电流经过部份的初级导线不必加大，当选用380V电压时接380V抽头(W₃₈₀)，此时为大档的七个档位。这样在380V抽头(W₃₈₀)范围内，可以解决各种功能的需要而不增加导线匝数和导线面积，而且结构简单。实现了手工弧焊、氩弧焊、CO₂气体保护焊、埋弧焊、碳弧气刨、点焊等等功能集于一身，实现真正意义的多功能。

本发明的弧焊电源，可做成单相或三相抽头式的。作气体保护焊的高频高压引弧部份可安装于同一机壳内。如果要制作多工位的焊接站，将三相主变压器安装在主电源站内，每个工位配上有：引弧桥式整流器(D2)，工作电流桥式整流器(D1)，电抗器(L)，交流电容器等元件组成的终端(Z)，便实现互不干扰的多工位手工弧焊(如图3所示)。如果在终端上再加入高频高压发生器(GF)，即可实现多功能、多工位焊接站。

本发明的效果是，使电焊机达到：(1)功率因数0.9-0.97；(2)效率80％以上；(3)视在功率利用率70-80％；(4)导线同比减少40％以上；(5)空载功率在5％以内；(6)温升小于60℃；(7)体积小，重量轻50％以上；(8)噪音和电磁污染很小；(9)结构简单；(10)焊缝质量高；(11)适合于机械化大规模生产；(12)功能多，使用寿命长等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的弧焊变压器电原理图。

图2是弧焊电源的第一实施例电路原理图。

图3是弧焊电源的第二实施例电路原理图。

图4是图3在用于气体保护焊功能终端的电路原理图。

图中：L₁、L₂、L₃电源相线；N零线，K₁两层或多层分度转换开关，K₁₁、K₁₂为K₁各层的公共端子，W₁初级绕组，W₂₂₀是220伏电源连接抽头，W_CO2二氧化碳气体保护焊连接抽头，W_Ar氩弧焊连接抽头，W₃₈₀是380伏电源连接抽头，W_x预留的小档位连接抽头，W₂₁次级工作绕组，W₂₂次级引弧绕组，T₁弧焊变压器，T₂高频高压藕合变压器，T₃控制变压器，K₂三刀双掷开关，C交流电容器，D₁工作电流桥式整流器，D₂引弧电流桥式整流器，L交流电抗器，U+输出电压正极，U-输出电压负极，T_A、T_B、T_C三相弧焊变压器各相，A→A_x，A相次级各抽头，B→B_x，B相次极各抽头，C→C_x，C相次极各抽头，DD-1500、1500A多功能、多工位主电源站，Z₁ 1号站焊接终端，Z_x其余各种功能、规格的焊接终端，U_MiG，CO₂手工焊端子，(TiG)氩弧焊，K₃控制变压器开关，K₄气体保护焊手柄开关，M冷却风机，QF电磁气阀，GF高频高压发生器。

具体实施方式

在图1中，初级绕组(W₁)的各个功能性抽头位置，应根据焊接规范所要求的电压，结合变压器实际情况确定。次级引弧绕组(W₂₂)的抽头用来保证转换开关(K₁)切换的过程中，其输出电压基本不变，维持各档位时引弧电流的一致性。

图2是本发明的第一实施例，用于直流手工电弧焊。大、小档开关(K₂)供电流大、小档选择外，还控制在其切换时次级引弧绕组的输出电压一致。交流电容(C)的大小视功能和焊接需要具体确定，可以用开关调整其大小，也可以用电抗器代替。电抗器(L)因为整流输出波形较平滑，可做到较小，具体视焊接时对外特性的要求确定。

图3是本发明的第二实施例，用于六工位，六功能焊接站。主变压器(T_A、T_B、T_C)的初级转换开关(K₁)，可以各相单独调节，达到不同的终端可以同时使用。在用于电流大的埋弧焊等方式时也可同步调节，保证三相更平衡。次级各相的抽头(A→A_x、B→B_x、C→C_x)供不同功能、电流的选择。本实施例选1500A电流输出，即手工弧焊6×250A，氩弧焊6×250A，CO₂气体保护焊6×250A，碳弧气刨3×500A，等离子切割3×100A，埋弧焊2×750A等六种功能。

图4是图3实施气体保护焊等需要高频高压引弧的终端电路原理图。选用主电源站上次级的抽头位置来保证焊接规范实施。

Claims

1.一种不漏磁节能多功能弧焊电源，由环形铁芯的主变压器，交流电容器，电抗器，整流器和高频高压发生器顺序电连接，其特征为：初级为多抽头式顺向绕组，次级由独立的工作绕组和引弧绕组组成，工作绕组串联一个小感抗的所述电抗器后接入桥式整流器，引弧绕组串联交流电容器后接入另一个桥式整流器，两整流桥正、负极分别并联，经耦合入高频高压分量后输出；主变压器的铁芯由一根不间断的厚度不超过0.35mm的硅钢带卷绕而成；主变压器的初、次级绕组分开绕在圆环两边，或分段绕制，两绕组接合处加厚绝缘隔离；主变压器初级绕组当零线(N)接220伏抽头(W₂₂₀)时，输出为小电流的七个档，当相线(L₂)接其380伏抽头(W₃₈₀)时，输出为大电流的七个档。

2.根据权利要求1所述的不漏磁节能多功能弧焊电源，其特征是：主变压器初级绕组抽头分布在绕组两端，一端的抽头接转换开关(K₁)，另一端抽头按焊接规范要求的电压高低，由中间向端头排列。

3.根据权利要求1所述的不漏磁节能多功能弧焊电源，其特征是：引弧绕组上串联的交流电容器为固定数值电容或为能够通过开关调整大小的电容。

4.根据权利要求1所述的不漏磁节能多功能弧焊电源，其特征是：桥式整流器(D₁、D₂)，交流电容器(C)，电抗器(L)，高频高压发生器(GF)，安装于机内或者组合成终端，接于机外。