CN102528263A - 一种用于固态高频焊机的自动负载匹配系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，包括两组上下层设置的且结构相同的负载匹配单元。每组负载匹配单元分别由单独的串联可调电感和单独的并联可调电感组成，每组负载匹配单元的串联可调电感和并联可调电感以并排设置；所述两组负载匹配单元分别与输出线圈串联，当负载变化引起输出线圈的电流和频率变化时，通过调整两组负载匹配单元中的串联电感来调整输出线圈的电流，通过调整两组负载匹配单元中的并联电感来调整频率，从而达到输出线圈的电压电流与负载匹配以及频率的稳定。本发明的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统能减小设备体积，并能减少高频大功率传输损耗，从而满足高质量的焊接要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于固态高频焊机的自动负载匹配系统。
背景技术
焊接是一种十分重要的加工工艺，其方法和种类繁多，而且新技术也在不断地涌出。目前适宜于焊管生产的焊接方法主要有高频焊、埋弧焊等方法。其中高频焊接的方法的飞速发展，得益于高频焊管技术独有的特性和其突出的优点。主要表现在焊管的高质量和极大地节约焊管的加热能源。固态高频焊机是专为各类管材焊接进行专业设计的，其可焊接的材料非常广泛，有碳钢管、铝、铜、不锈钢管，能满足各行业对高频焊接的不同需求。然而，目前的固态高频焊机最高功率达到1800KW时，频率无法达到150KHz，且采用的负载匹配基本是电子式，无法真正达到负载的匹配，仅仅只能使负载变化时设备自身的谐振频率与之适应，而无法达到将频率调整到合适点，将影响焊接质量；现有的负载匹配系统最高功率达到1200KW时，频率只能达到150KHz；现有的负载匹配采用单回路设计，无法满足高功率高频率要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，它能减小设备体积，并能减少高频大功率传输损耗，从而满足高质量的焊接要求。
实现上述目的的技术方案是：一种用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，包括两组上下层设置的且结构相同的负载匹配单元。每组负载匹配单元分别由单独的串联可调电感和单独的并联可调电感组成，每组负载匹配单元的串联可调电感和并联可调电感以并排设置；所述两组负载匹配单元分别与输出线圈串联，当负载变化引起输出线圈的电流和频率变化时，通过调整两组负载匹配单元中的串联电感来调整输出线圈的电流，通过调整两组负载匹配单元中的并联电感来调整频率，从而达到输出线圈的电压电流与负载匹配以及频率的稳定。
上述的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，其中，
所述每组负载匹配单元中的串联可调电感包括串联侧正、负极铜排、一对前、后副翼板、一前、后侧翼板、上、下水冷块及前、后可导元件，
所述上、下水冷块上下平行并间隔地设置；
所述串联侧正极铜排与所述一对后副翼板的一端及所述上水冷块的一端连接，所述上水冷块的另一端分别与所述一对后副翼板的另一端及所述后侧翼板连接；
所述串联侧负极铜排与所述一对前副翼板的一端及所述下水冷块的一端连接，所述下水冷块的另一端分别与所述一对前副翼板的另一端及所述前侧翼板连接；
所述前、后可导元件的结构相同并分别并均由一块铜板弯折成U形，所述前可导元件嵌置在由所述一对前副翼板及所述下水冷块构成的U形空间内，所述后可导元件嵌置在由所述一对后副翼板及所述上水冷块构成的U形空间内，所述前、后可导元件可相背或相对地可移动并且在所述前可导元件移动过程中其一对侧板始终与所述一对前副翼板平行，在所述后可导元件移动过程中其一对侧板始终与所述一对后副翼板平行；
所述每组负载匹配单元中的并联可调电感包括并联侧正、负极铜排、两个电感线圈及两个磁芯，
所述并联侧正、负极铜排分别与所述串联侧正、负极铜排连接；
所述两个电感线圈分别通过支架安装在并联侧正极铜排的表面上和所述并联侧负极铜排的表面上，并且该两个电感线圈的两端分别连接在所述并联侧正极铜排的表面上部和所述并联侧负极铜排的表面下部；
所述两个磁芯各自可上下移动地插装在所述两个电感线圈的内腔。
上述的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，其中，所述上、下水冷块分别是由若干进水管和出水管平行连接而成，横截面呈矩形；这些进水管和出水管与外部的水冷支路构成冷却回路，每组回路都设有单独的温度控制系统。
上述的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，其中，所述前、后可导元件的中间板的上端分别连接串联侧驱动装置；所述两个磁芯上分别通过一传动装置连接并联侧驱动装置。
本发明的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统的技术方案，采用双回路结构并与负载形成了串联结构，因此具有以下优点：
1)可以提高整个系统的工作电压，从而降低了匹配系统上的电流，降低了系统自身的损耗，提高了设备效率；
2)使可变电感量可以倍增，从而具有更大的匹配范围；
3)降低了负载上的电流，从而可以减小匹配系统的截面积，达到输出高频率的要求；
4)精确合理的铁氧体可变电感设计，保证了设备在负载变化时频率达到匹配的要求；
5)巧妙的串联可调电感的设计，能最大幅度满足电流变化的匹配要求；
6)无接触式的负载匹配系统，可以在任何输出情况下，在线连续进行调整。
附图说明
图1为本发明的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统的结构示意图；
图2为本发明的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统中一组负载匹配单元的结构示意图；
图3为本发明的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统中串联电感的结构示意图；
图4为本发明的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统中并联电感的结构示意图；
图5为本发明的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统的原理图；
图6为本发明的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统的使用状态图。
具体实施方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体实施例并结合附图进行详细说明：
请参阅图1至图4，本发明的一种用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，包括两组上下层设置的且结构相同的负载匹配单元1、2(见图1)。每组负载匹配单元1、2分别由单独的串联可调电感4和单独的并联可调电感3组成。两组负载匹配单元1、2分别与输出线圈25串联，当负载(钢管)变化引起输出线圈25的电流和频率变化时，通过调整两组负载匹配单元1、2中的串联电感4来调整输出线圈25的电流，通过调整两组负载匹配单元1、2中的并联电感3来调整频率，从而达到输出线圈25的电压电流与负载匹配以及频率的稳定。
每组负载匹配单元的串联可调电感4和并联可调电感3以并排设置(见图2)。
每组负载匹配单元中的串联可调电感4包括串联侧正、负极铜排5、6、一对前副翼板14、15、一对后副翼板16、17、一前侧翼板8、一对后副翼板7、上、下水冷块9、10、前、后可导元件11及两个串联侧驱动装置12(见图3)，其中：
上、下水冷块9、10上下平行并间隔地设置，使上、下水冷块9、10之间具有一空间12；上、下水冷块9、10是由若干进水管和出水管平行连接而成，横截面呈矩形；这些进水管和出水管与外部的水冷支路构成冷却回路，每组回路都设有单独的温度控制系统；
串联侧正极铜排5与一对后副翼板的一端17及上水冷块9的一端连接，上水冷块9的另一端分别与一对后副翼板的另一端16及后侧翼板7连接；
串联侧负极铜排6与一对前副翼板的一端14及下水冷块10的一端连接，下水冷块10的另一端分别与一对前副翼板的另一端15及前侧翼板8连接；
前、后可导元件11的结构相同并均由一块铜板弯折成U形，前可导元件11嵌置在一对前副翼板14、15及下水冷块10构成的U形空间内，后可导元件(图中未示)嵌置在一对后副翼板16、17及上水冷块9构成的U形空间内，前、后可导元件11可相背或相对地可移动，在前可导元件11移动过程中一对侧板始终与一对前副翼板14、15平行，并且不与一对前副翼板14、15和上、下水冷块9、10相接触，在后可导元件移动过程中一对侧板始终与一对后副翼板16、17平行，并且不与一对后副翼板16、17和上、下水冷块9、10相接触；
两个串联侧驱动装置13分别连接在前、后可导元件11的中间板的上端；通过串联侧驱动装置13可以带动前、后可导元件11分别沿一对前副翼板14、15和一对后副翼板16、17之间的空间移动。
通过调节前、后可导元件11的一对侧板分别与一对前副翼板14、15和一对后副翼板16、17的间隙来改变电感量，从而改变串联回路的输出电流。
串联可调电感中的一对前副翼板14、15及一对后副翼板16、17的角度是经过计算的，它们在移动过程中与前、后可导元件11的一对侧板始终保持平行，这样可以保证一对前副翼板14、15及一对后副翼板16、17的任何部位损失都可以减少，并且副翼板角度大小可以保证不增加一对前副翼板14、15及一对后副翼板16、17运动量的情况下，电抗的变化范围可以被增大。
每组负载匹配单元中的并联可调电感3包括并联侧正、负极铜排18、19、两个电感线圈2、两个磁芯21及两个并联侧驱动装置，其中：
并联侧正、负极铜排18、19各自与同一负载匹配单元的串联侧正、负极铜排5、6连接；
两个电感线圈20分别由空心铜管绕制而成，该两个电感线圈20通过支架安装在并联侧正极铜排18的表面上和并联侧负极铜排19的表面上，并且该两个电感线圈20的两端分别通过一端板201、202连接在并联侧正极铜排18的表面上部和并联侧负极铜排19的表面下部；
两个磁芯21各自可上下移动地插置在两个电感线圈20的内腔；两个磁芯21均为采用铁氧体磁芯，因而可有效提高电感量，减少损耗；
两个并联侧驱动装置分别通过传动装置22连接在两个磁芯21上；传动装置22通过同步带被连接到传动装置22驱动装置上，通过驱动装置可带动传动装置22，从而可以带动磁芯21沿电感线圈20之间的空间移动，以改变电感量。
通过调节磁芯21的移动位置来改变电感量，从而改变频率。
串联侧驱动装置13和并联侧驱动装置均为伺服电机。
本发明的并联可调电感3运用导线之间的间距变化来提供一个可变电抗器。由于两个电感线圈20并联连接在并联侧正、负极铜排18、19之间，这就类似于将并联侧正、负极铜排18、19可延伸调整距离，从理论上讲这个间距变化阻抗也随着变化，从而达到调整感抗的目的。磁芯21在电感线圈20之间移动，当磁芯21移出电感线圈20时，相当于导线间距变宽阻抗增大，而随着磁芯21移入电感线圈20时阻抗减小。因此通过磁芯21的移动位置不同，电感线圈20的电感量是改变的。
本发明的自动负载匹配系统的连接电气接线如图5所示：两组负载匹配单元1、2中的两个并联可调电感3分别并接在两个高频逆变模块28、29的输出端之间，两组负载匹配单元1、2中的两个串联可调电感4各自与一个并联可调电感3及输出线圈25串联。
图6是本发明的自动负载匹配系统完成装配后的示意图。通过图6可以明显的揭示了本发明的自动负载匹配系统工作中的基本原理。当钢管26的规格发生变化时，需要加热钢管26的输出线圈25(工作线圈或加热线圈)将随之变化，钢管26的直径小，输出线圈25的直径也随之变小。这样输出线圈25的输出电感量会发生变化，造成输出频率和电流均产生变化。通过本发明的自动负载匹配系统23，可以达到自动的匹配，以纠正负载引起的变化，从而保证输出的稳定。并且采用本发明的自动负载匹配系统的这种双匹配结构，可以利用电压提高一倍电流不变的情况下将输出功率提高一倍，却使输出母排241、242的体积减小一倍，从而大大降低了输出损耗。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (4)
1.一种用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，包括两组上下层设置的且结构相同的负载匹配单元，其特征在于，
每组负载匹配单元分别由单独的串联可调电感和单独的并联可调电感组成，每组负载匹配单元的串联可调电感和并联可调电感以并排设置；
所述两组负载匹配单元分别与输出线圈串联，当负载变化引起输出线圈的电流和频率变化时，通过调整两组负载匹配单元中的串联电感来调整输出线圈的电流，通过调整两组负载匹配单元中的并联电感来调整频率，从而达到输出线圈的电压电流与负载匹配以及频率的稳定。
2.根据权利要求1所述的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，其特征在于，所述每组负载匹配单元中的串联可调电感包括串联侧正、负极铜排、一对前、后副翼板、一前、后侧翼板、上、下水冷块及前、后可导元件，
所述上、下水冷块上下平行并间隔地设置；
所述串联侧正极铜排与所述一对后副翼板的一端及所述上水冷块的一端连接，所述上水冷块的另一端分别与所述一对后副翼板的另一端及所述后侧翼板连接；
所述串联侧负极铜排与所述一对前副翼板的一端及所述下水冷块的一端连接，所述下水冷块的另一端分别与所述一对前副翼板的另一端及所述前侧翼板连接；
所述前、后可导元件的结构相同并分别并均由一块铜板弯折成U形，所述前可导元件嵌置在由所述一对前副翼板及所述下水冷块构成的U形空间内，所述后可导元件嵌置在由所述一对后副翼板及所述上水冷块构成的U形空间内，所述前、后可导元件可相背或相对地可移动并且在所述前可导元件移动过程中其一对侧板始终与所述一对前副翼板平行，在所述后可导元件移动过程中其一对侧板始终与所述一对后副翼板平行；
所述每组负载匹配单元中的并联可调电感包括并联侧正、负极铜排、两个电感线圈及两个磁芯，
所述并联侧正、负极铜排分别与所述串联侧正、负极铜排连接；
所述两个电感线圈分别通过支架安装在并联侧正极铜排的表面上和所述并联侧负极铜排的表面上，并且该两个电感线圈的两端分别连接在所述并联侧正极铜排的表面上部和所述并联侧负极铜排的表面下部；
所述两个磁芯各自可上下移动地插装在所述两个电感线圈的内腔。
3.根据权利要求2所述的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，其特征在于，所述上、下水冷块分别是由若干进水管和出水管平行连接而成，横截面呈矩形；这些进水管和出水管与外部的水冷支路构成冷却回路，每组回路都设有单独的温度控制系统。
4.根据权利要求2所述的用于固态高频焊机的自动负载匹配系统，其特征在于，所述前、后可导元件的中间板的上端分别连接串联侧驱动装置；所述两个磁芯上分别通过一传动装置连接并联侧驱动装置。
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