CN1043745C - 电弧焊接电源 - Google Patents

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Abstract

依据本发明的电弧焊接电源包括一对并联于每个双星形连接三相整流电路的整流器，以及并联于整个没有直流扼流圈的整流电路的电容器。结果，电弧焊接电源可提供具有平整波形的稳定焊接电流和足够大的短路电流。

Description

电弧焊接电源
本发明涉及一种包括与整流电路双星形连接的电弧焊接电源。
在许多应用领域中已使用了电气焊接。有一个任务是如何稳定直流电流的波形。
以下，对已有技术的电弧焊接电源进行描述。这里提及的电弧焊接电源是用于自耗电极电弧焊接的电源。自耗电极电弧焊机需要能提供一达到几百安培的大直流电流的电源。为了获得这样一个直流电源，主要使用一能对三相交流电源整流的装置；考虑到整流器的特性，有是也使用几个并联的整流电路。例如，日本专利公报特开平3-253262号(日本未审查专利公开号253262/1991)描述了一种装置，其中三相桥式整流电路的两个输出并联起来，并且为了抑制波动，将一平流电容器连到输出端。然而在电路中，一轭流圈串接到三相交流输入端以防止每个整流电路的电流值不平衡，这不仅使结构复杂，而且在直流电流的通路中包括了两个二极管；从而在公报中描述的装置不适用于大电流的应用。
在使两个整流电路并联的结构中，有一种与整流电路的双星形连接。此整流电路由一对半波整流电路并联的三相星形连接构成，并且被广泛用作包括自耗电极电弧焊机等的大电流电源。
在具有上述结构的图5中，下面将描述其工作状态。加到焊接变压器1的初级线圈的三相交流电流使星形连接的次级线圈1a-1c和星形连接的次级线圈1d-1f产生三相交流电压。次级线圈1a-1c处的交流电压分别由控制整流器(如硅可控整流器)2a-2c以三相半波方式整流，以在中性点8和控制整流器(如，硅可控整流器)2a-2c的阳极之间产生直流电压。同样，次级线圈1d-1f处的交流电压分别由控制整流器2d-2f以三相半波方式整流，以在星形连接的中性点8和控制整流器2d-2f的阳极之间产生直流电压。这些直流电压输出加到相间电感器3上，以通过直流扼流圈4把它从相间电感器3的中点11引到输出端5的负端。此外，输出端与同焊枪或低层金属相连的输出电缆相连。
此外，次级线圈1a-1c的交流电压与次级线圈1d-1f的交流电压之间的位相差一般定为π/3，以获得一具有等效于六相的更小波动的直流电流。因电路在每个电气通路中只有一个控制整流器，电压降最小，且因为两个整流电路的并联结构，所以广泛应用于需要大电流的自耗电极电弧焊机的电源中。
在这样一个已有技术电弧焊接电源中，问题在于为了减小焊接电流的波动而实现稳定的焊接工作，要把直流扼流圈的电感量做得很大，然而，当电感量很大时，直流扼流圈就抑制了对获得良好焊接都显得很重要的焊接期间的dI/dt值和短路电流值。此外，如图6所示，焊接电流的波形直接受到每个控制整流器的整流波形的影响，从而不能获得稳定的焊接电流波形，且在焊接中起重要作用的短路电流值也不稳定；从而导致焊接不令人满意。
本发明的一个目的是解决上述问题，并提供一种电路结构简单能产生稳定的焊接电流波形的电弧焊接电源。
依据本发明的电弧焊接电源包括：
一具有一对星形连接三相次级线圈的焊接变压器，
一通过连接所述星形连接三相次级线圈对的每个中性点而构成的第一焊接输出端，
一对位于每对所述星形连接三相次级线圈的公共连接点，用以在相对所述中性点的端点处连接所述星形连接三相次级线圈的次级线圈，
连接在所述中性点和所述公共连接点之间并与每个所述次级线圈串联的控制整流器，
一连接每个所述公共连接点的相间电感器，
一连接到所述相间电感器中点的直流扼流圈，
一连接到直流扼流圈的第二焊接输出端；
一个其一端连接到所述相间电感器和所述直流扼流圈之间连接点，另一端连接到所述第一焊接输出端的电容器，以及
一对连在所述中性点和每个所述公共连接点之间的整流器，
此外，依据本发明的电弧焊接电源包括：
一具有一对星形连接三相次级线圈的焊接变压器，
一通过连接所述一对星形连接三相次级线圈的每个中性点而构成的第一焊接输出端，
一对位于每个所述星形连接三相次级线圈对的公共连接点，用以在相对所述中性点的端点处连接所述星形连接三相次级线圈的次级线圈，
连接在所述中性点和所述公共连接点之间并与每个所述次级线圈串联的整流器，
一连接两个所述公共连接点的相间电感器，
一连接到所述相间电感器中点的直流扼流圈，
一连接到直流扼流圈的第二焊接输出端；
一个其一端连接到所述相间电感器和所述直流扼流圈之间连接点，另一端连接到所述第一焊接输出端的电容器，
一对连在所述中性点和每个所述公共连接点之间的整流器，以及
一种控制焊接输出的装置。
此外，此电源配有一个与电容器并联的电阻。
此外，此电源还配有一个与电阻串联的开关装置。
在依据本发明的上述结构中，一电容器减少了焊接电流中的波动以稳定电流的波形，且电容器的放电电流在焊接期间提供了一稳定的焊接电流和短路电流。并且两个旁路整流器连在焊接变压器次级线圈上，此控制整流器用作为单向导通二极管，将扼流圈的瞬态电流送入电容器以再生能量。此外，依据本发明的电弧焊接电源中的双星形连接控制整流电路适用于低电压大电流应用。
图1是依据本发明一个实施例的电弧焊接电源的电路图；
图2是实施例中焊接电流的波形曲线；
图3(a)是说明实施例中相间电感器的简化电路图；
图3(b)是焊接变压器的次级线圈与相间电感器产生的电压曲线；
图4是依据本发明另一个实施例的电弧焊接电源的电路图；
图5是已有技术电弧焊接电源的电路图；
图6是已有技术电弧焊接电源的焊接电流波形曲线。
以下参考附图说明依据本发明第一个实施例的电弧焊接电源。虽然实施例描述的是自耗电极电弧焊接电源，但应当理解，本发明不限于自耗电极型电弧焊接电源。
图1是电弧焊接电源的一个实施例的电路图。与在图5中所示的已有技术中起相同作用的组成部分以相同标号给出，并省去对它们的详细描述。实施例的电弧焊接电源与图5中所示已有技术的不同之处在于，在星形连接的中性点8(在此实施例中，中性点8与正向输出端相同)和相间电感器3的中点输出端11之间有一电容器7；位于星形连接的中性点8和控制整流器2a-2c的公共连接点9(整流输出端)之间的次级线圈1a-1c配有一二极管6a，位于星形连接的中性点8和控制整流器2d-2f的公共连接点10(整流输出端)之间的次级线圈1d-1f配有一个二极管6b。
现在依据上述结构描述工作状态。每个控制整流器对相应的次级线圈的交流电压进行整流，由电容器7减少对每一整流电波形的影响，在每个控制整流器的转变期间从相间电感器3和直流扼流圈4来的再生电流通过二极管6a和二极管6b的单向导通作用充入电容器7；于是每个控制整流器的电流变化进入稳定形式。在焊接期间，电容器7的电荷也对提供短路电流有贡献。图2示出具有依据本实施例中电源的自耗电极电弧焊接机的焊接电流波形。
当将本实施例的焊接电源波形与如图6中示出的已有技术电弧焊接电源的焊接电流波形相比，显然，本实施例的焊接电流波形稳定，不受每个整流器1a-1f整流波形的影响(参考图2)，而已有技术的焊接电流的波形不稳定，原因是每个控制整流器整流的不规则。前者保证了稳定和良好的焊接。电容器7不仅对消除焊接电流的波动有贡献，而且在焊接期间对提供大的脉冲焊接电流和短路电流也有贡献。当电容器7需要大电容时，可使用电解电容器。
下面描述相间电感器的工作状况。图3(a)说明了依据本发明的实施例的电弧焊接电源中的相间电感器，图3(b)是它的电压。从两个星形连接整流电路中挑一个出来作说明。假定控制整流器2a处于“开”状态，如果相间电感器3不存在，那么当控制整流器2d在t1时刻处于导通点时，点A的电势等于点B的电势。当从点C向点B和点D看时，它们的电势分别是-E1、-E4，且控制整流器2d反向偏置了△E，从而控制整流器2d在t1时刻不能导通。然而，当配上相间电感器3时，电流i在相间电感器3的A和E之间流动，引起电压降E/2，同时在A和F之间引入E/2的电压。结果，两个整流电路的输出电压变成相等，使控制整流器2a和2d可能同时导通。于是，利用相间电感器3使两个整流电路平稳地并行工作。
如上所述，依据本实施例，其中在相间电感器3的中点输出端11和星形连接的中性点8之间有一电容器7，在星形连接的中性点8和公共连接点9之间以及在星形连接的中性点8和公共连接点10之间分别连接有旁路二极管6a、6b，用简单的结构可获得波形稳定的整流电源；这样就提供了良好的焊接条件。
虽然在本发明的实施例中把星形连接的中性点构成正向端，但是应当明白，中性点也可构成负向端而获得同样结果。此外，虽然在本发明的实施例中控制整流器(例如硅可控整流器)连接到每个次级线圈1a-1f上，但是应当明白，如果在电路中配备了控制焊接输出的装置，也可使用如二极管等简单整流器代替控制整流器。
如图4所示，在本发明的另一个实施例中，提供了并联于第一个实施例电路中电容器7及由电阻15和开关16构成的串联电路。电容器7采用电解电容器，当焊接工作结束后，开关16自动地导通，或者通过检测焊接完成以手动方式导通。
依据上述结构，当焊接结束后，由电阻15消耗掉贮存在电容器7中的电荷。因此，即使工作人员完成焊接后接触电极或低层金属，也不会因电容器7中贮存的电荷而触电。于是提供了一种避免此类事件发生的更安全的电弧焊接电源。
如更详细地说明，依据IEC974-1，焊接时的电弧电压表示为
V=14+0.05I，
最大电弧电压为44伏(焊接电流600安)。若把它转换成等量阻值，则焊接时在电极和低层金属之间的电弧阻值最大成为大约0.0073欧。电阻15应使电容器7在1到2秒内放电，而在电弧焊接期间不影响电极和低层金属之间的电弧阻值。
例如当电容器7的电容为90000微法时，时间常数是0.9；如果在本实施例中不使用开关16，电阻15保持连接在输出电路之间，这意味着电阻15的额定值必须能承受焊机的开路电压。必须选择具有高的额定功率的电阻(例如，250瓦的电阻)。从而通过选择一合适电阻可不需要开关16而实现更安全的电弧焊接电源。然而，从实用的观点来看，象第二个实施例那样装一个开关16是有效的，以减小电弧焊接电源的尺寸。
即，如果电阻15通过仅在焊接结束后闭合的开关16连接到电容器7上，可减少放电电流流过电阻15的时间，这就可以使用额定功率更小的电阻(例如160瓦的电阻)作为放电电阻。在第二个实施例中，把三个并联的27000微法的电容器用作81000微法电容量的电容器7，把四个并联的39欧的电阻用作阻值大约为10欧的电阻15。
如上所述，通过使用开关16、即使焊接电源的输出反复开关，额定功率为160瓦的电阻在实际工作中已足够了。

Claims (6)

1．一种电弧焊接电源，包括：
具有一对星形连接三相次级线圈的焊接变压器，
通过连接所述星形连接三相次级线圈对的每个中性点形成的第一焊接输出端，
一对位于每对所述星形连接三相次级线圈处的公共连接点，用以在相对于所述中性点的端点连接所述星形连接三相次级线圈的次级线圈，
接在所述中性点和所述公共连接点之间并与每个所述次级线圈串联的控制整流器，
接在所述两个公共连接点之间的相间电感器，
连到所述相间电感器中点的直流扼流圈，
连到直流扼流圈的第二焊接输出端，其特征在于还包括，
其一端连到所述相间电感器和所述直流扼流圈之间，另一端连到所述第一焊接输出端的电容器，以及
一对接在所述中性点和所述每个公共连接点之间的整流器。
2．如权利要求1所述的电弧焊接电源，其特征在于配备了并联于电容器的一个电阻器。
3．如权利要求2所述的电弧焊接电源，其特征在于，配备了与电阻串联的开关装置。
4．如权利要求1所述的电弧焊接电源，其特征在于还包括：用来控制焊接输出的装置。
5．如权利要求4所述的电弧焊接电源，其特征在于，配备了与电容器并联的一个电阻器。
6．如权利要求5所述的电弧焊接电源，其特征在于，配备了与电阻器串联的开关装置。
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