CN1397400A - 具有起动电路的机动焊接电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接电源技术，涉及一种包括起动和/或热起动输出的机动焊接电源。该机动焊接电源包括：一个焊接输出绕组，具有一个焊接输出，该焊接输出在焊接范围内和焊接范围以下均具有第一斜率的焊接V－A曲线；一个第二输出绕组，具有一个第二输出，该第二输出在焊接范围以下具有第二斜率的第二V－A曲线，其中第二斜率没有第一斜率陡；以及一个输出电路，被连接为能够接收焊接输出和第二输出，其中该输出电路把焊接输出和第二输出加在一起以便提供电源输出。本发明提供一种不通过场调整来产生起动输出和/或热起动输出的机动焊接电源系统是经济合算的，并且不需要复杂的电路就可以容易地提供。
Description
技术领域
本发明一般涉及焊接电源技术。具体来说，它涉及包括起动(dig)和/或热起动输出的机动焊接电源。
背景技术
机动焊接电源可由直流发电机或交流发电机(也称作振荡器整流器(alternator-rectifier)装置驱动。交流发电机除了振荡器(alternator)之外通常还包括电抗器，之后是整流器，以提供DC输出。交流驱动焊接电源通常是恒流型机器，而且交流驱动焊接电源的输出伏安特性曲线通常具有非常陡的负斜率(电压降低会使电流略微增加)。也就是说，在输出电压的一个变化范围内，输出电流接近常数。这种焊接电源特别适用于那些要求近似恒流输出的焊接应用(如，平板焊接)。大范围的输出电流变化一般是通过选择电抗器上的一个抽头来提供的。已有技术的这样一种机动焊接电源是Miller Big Blue 302焊接电源。
这里使用的机动焊接电源是一种可由发电机驱动的焊接电源。它可包括(但不限于)发动机和发电机。这里使用的焊接V-A曲线是在画出输出电压对输出电流的关系曲线时形成的曲线。通常，横轴为电流，竖轴为电压。输出V-A曲线的斜率是该曲线的斜率，而且不太陡的斜率意味着电弧电压的降低会使输出电流增加较多。这里使用的焊接范围指的是通常进行焊接时的输出曲线部分，例如从大约20V到大约40-50V。在恒流机焊接范围内的V-A曲线通常具有几乎垂直的斜率。这里使用的焊接范围以下指的是低于通常进行焊接时的电压的输出电压(在某些系统中是约低于20V)。这里使用的起动输出指的是在典型焊接范围以下的输出，在典型焊接范围以下，电流随着弧长(以及由此的电弧电压)的降低而增加。这里使用的热起动输出也指的是典型焊接范围以下的输出，而且允许焊接过程以大于在该过程到达其工作点之后提供的电流来起动。过电流通常在焊接范围以下由降低的输出电压提供，在焊接范围以下，V-A曲线的斜率不太陡。即使通过起动和/或热起动输出可实现焊接，提供起动输出或热起动输出的范围也在焊接范围以下。
起动输出有望为用户提供焊点(weld puddle)的热控制。利用起动输出，缩短弧长可降低输出电压，这样将增加输出电流，从而增加给予焊点的热量。同样，热启动也是所希望的，因为它允许焊接过程以附加热能来起动。
直流发电机具有的V-A输出曲线是：随着输出电压的降低，输出电流增加，即直流机在V-A曲线中提供“下垂”或固有的起动输出。因此，通过改变焊极与工件之间的距离，使用直流驱动焊接电源的焊机可控制焊点的温度。当拉回焊极时，电弧(输出)电压增加，同时输出电流下降。当焊极几乎接上工件时，电弧电压降低(短路情况)，同时输出电流增加。
交流发电机没有固有的起动输出。1998年3月31日发布的美国专利No.5,734,147中描述了一种已有技术的机动焊接电源系统，题目为“电控发电机驱动焊接电源的输出的方法和设备”，它作为参考结合到本文当中，该专利用电场调整V-A曲线的形状(electronic field control shaping)来提供起动和热启动输出。电场调整允许输出V-A曲线成为所需要的形状，包括在焊接范围以下提供起动输出和热启动输出。但是，这种机动焊接电源较复杂，而且，尽管适用于诸如管焊这样的焊接应用，但它提供的多用性(和费用)超出了其它焊接应用的需要。
不具备电场调整输出曲线的电场形状的交流系统，如MillerBig Blue 302没有用于提供起动输出和热启动输出的现成装置。对于起动输出来说，该V-A曲线不提供在焊接范围内的基本垂直的斜率以及在焊接范围以下的不太陡的斜率。因此，提供一种不通过场调整来产生起动输出和/或热起动输出的机动焊接电源系统正是所希望的。这种系统最好是经济合算的，并且不需要复杂的电路就可以容易地提供。
发明内容
根据本发明的第一方案，一种机动焊接电源包括一个焊接输出绕组和一个第二输出绕组。该焊接输出绕组具有一个焊接输出，该焊接输出在焊接范围内和焊接范围以下均具有第一斜率的焊接V-A曲线。第二输出绕组具有一个第二输出，该第二输出在焊接范围以下具有第二斜率的第二V-A曲线。第二斜率没有第一斜率陡。一个输出电路被连接为能够接收和组合焊接输出和第二输出以便提供电源输出。
根据本发明的第二方案，一种机动焊接电源包括一个具有焊接输出的焊接输出绕组和一个具有第二输出的第二输出绕组。一个输出电路接收并组合焊接输出和第二输出，以便提供在焊接范围底部的阈值处具有折点的电源输出。
在各种实施例中，一个电阻位于第二输出绕组和输出电路之间，或者说第二输出绕组的耦合比焊接输出绕组的耦合要弱。
在其它实施例中，焊接输出绕组和第二输出绕组是分离发电机的一部分，或者是同一个发电机的一部分。
在各种实施例中，一个整流电路位于第二输出绕组和输出电路之间，并且/或者第二输出绕组和整流电路的组合与焊接输出绕组并联。
在其它另选实施例中，第二绕组是起动绕组，第二输出是起动输出，并且/或者第二绕组是热起动绕组，第二输出是热起动输出。
根据本发明的第三方案，一种用于提供焊接功率输出的方法包括由焊接绕组产生焊接功率。焊接功率在焊接范围之内和焊接范围以下具有第一斜率的V-A曲线。附加功率由第二绕组产生。附加功率在焊接范围以下具有第二斜率的V-A曲线，并且第二斜率没有第一斜率陡。焊接功率和附加功率加在一起用来提供焊接功率输出。
根据本发明的第四方案，一种用于提供焊接功率输出的方法包括：产生焊接功率；产生附加功率；并把附加功率和焊接功率加在一起以提供一个焊接输出，该焊接输出在焊接范围底部的阈值处具有一个折点。
在另选的实施例中，附加功率通过一个阻抗提供，并且/或者产生附加功率的方法包括产生阻抗限制的功率。
在其它另选的实施例中，产生焊接功率的方法包括旋转一个或两个发电机。
在各种另选实施例中，附加功率被整流，它是起动功率，并且/或者是热起动功率。
通过理解下面的附图、详细描述以及所附的权利要求，本专业技术人员可以理解本发明的其它主要特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明构建的机动焊接电源系统的框图；
图2是根据优选实施例构建的机动焊接电源系统的电路图；以及
图3表示基于本发明的V-A曲线图。
具体实施方式
在详细解释本发明的至少一个实施例之前应当了解，本发明并不将其应用限制在附图中示出或在以下描述中陈述的元件布置和构造细节中。本发明允许其它的实施例，或者以各种方式来实施或执行。还应当理解，在此使用的措辞和术语是为了方便描述，而不能被认为是限制本发明。相同的标记号码用以表示相同的元件。
尽管本发明将参照一个特定的机动焊接电源系统来描述，但一开始就应当理解，本发明也可使用其它电路、系统、发电机等来实现。
通常，本发明包括一个机动焊接电源系统，它提供典型的焊接输出，如恒流输出和起动输出。这些输出被组合并且V-A输出曲线在焊接范围底部的阈值处有一个折点(斜率变化)。这样，在焊接范围内，如在约20-40V之间，输出通常是恒流的，但在低输出电压时，如低于大约20V时，电流随着输出电压的下降而增加。图3示出了表示输出实例的曲线。起动输出也可用作热起动输出，以便当焊接过程被起动时提供热起动。
根据本发明构建的机动焊接电源系统的框图在图1中示出，它包括一个发动机或原动机101、发电机103、焊接输出105、起动输出107和输出电路108。它们共同工作以提供机器输出109(或电源输出)，如图3所示的曲线。
发动机101旋转使发电机103旋转的轴。焊接输出绕组提供焊接输出105，起动输出绕组提供起动输出107。输出电路108把这些输出加在一起以使机器输出109成为输出107和105的组合。从起动输出107到输出电路108的连接最好是单向的，这样，在输出电压增加时，起动输出107不会被反向偏压。因此，在高于约20V的电压时，起动输出对机器输出109没有影响。但是，在低于约20V的输出电压时，起动输出107向机器输出109提供一个斜率，该斜率没有高于约20V时的斜率陡。
体现本发明的焊接电源的示意图在图2中示出，它包括起动定子201、起动变压器203、起动整流电路205、焊接定子207、焊接电抗器209和焊接整流器210，它们向输出端211提供机器的输出。优选实施例使用Miller Big Blue 302机动焊接电源系统来实现，它包括用于焊接输出的控制器。通常，焊接输出通过增加励磁电流来增加输出电流以及减小励磁电流来减小输出电流来控制。励磁电流根据与用户所选电流设定值相比较的电流反馈来增加或减小。在另一个实施例中采用美国专利No.5,734,147的电源系统，至少电场调整的一部分来控制焊接输出。
在该优选实施例中，起动定子201包括起动绕组213、214和215，它们还提供辅助功率输出(如110或220V交流)。起动绕组213-215不与焊接输出绕组共享定子，这样，焊接输出的场调整就不会影响起动输出。相反，辅助场调整可提供希望的恒压辅助输出。起动绕组213和214(也称作第二绕组213和214)是弱耦合的(耦合系数低于焊接输出绕组和/或辅助输出绕组的耦合系数)，从而提供下垂的输出一随着起动输出电压的降低，起动电流增加(即使是在辅助输出为恒压时)。在一个另选的实施例中，下垂输出通过诸如电阻218这样的阻抗在绕组213和214输出端上获得。在图中位于起动绕组和输出电路之间的电阻218并不包含在该优选实施例中。这样，无论是该优选实施例还是另选的实施例均可提供阻抗限制的起动输出(即下垂的输出)。
起动绕组213和214的输出被提供给变压器217，它降低电压以使没有电流时的整流起动电压约为20V(在该优选实施例中为19V)。变压器217的次级输出由全波整流器220和221(整流电路)整流，并被组合作为整流的起动输出。整流的起动输出在20V以上时没有电流，并且随着输出电压的降低而提供不断增加的电流(在该优选实施例中高达约85-90A)。输出端211被连接为能够接收整流的起动输出。整流器还阻止焊接输出向包括变压器和起动绕组的起动电路中提供电流。
起动输出也是接触起动的热起动输出。当焊接过程以接触起动(短路)来起动时，附加电流被提供，从而可提供热起动。
焊接定子207包括一个三相焊接绕组，它的输出被提供给多个抽头电抗器232、234和236。抽头电抗器232-236是用于焊接输出范围选择的传统抽头电抗器。抽头电抗器232-236的输出由整流电路210整流。整流电路210的输出是焊接输出，在该优选实施例中最大约为100A，并被提供给终端211，因而与起动输出组合或者说加到起动输出中，从而提供约190A的最大机器输出(短路)。起动输出和焊接输出并联在包括输出端211的输出电路两端。焊接输出是典型的恒流型焊接输出。
在该优选实施例中，焊接绕组和起动绕组是具有独立转子、定子(输出绕组)和励磁绕组(field winding)的单个发电机(一个旋转轴)的一部分。但是，在另选的实施例中，可以有两个发电机(两个轴)，或者一个转子和两个励磁绕组，具有两个输出绕组。
在本发明的范围内可对本发明进行大量改进。因而应当了解，根据本发明已经提供了一种能够完全满足上述目的和优点的用于机动焊接电源系统的方法和设备。尽管本发明是结合其特定实施例描述的，但是显然，本专业技术人员将会了解许多另选方案、改进和变化。因此，它包括了在所附权利要求的宗旨和大范围之内的所有这些另选方案、改进和变化。
Claims (26)
1.一种机动焊接电源包括：
一个焊接输出绕组，具有一个焊接输出，该焊接输出在焊接范围内和焊接范围以下均具有第一斜率的焊接V-A曲线；
一个第二输出绕组，具有一个第二输出，该第二输出在焊接范围以下具有第二斜率的第二V-A曲线，其中第二斜率没有第一斜率陡；以及
一个输出电路，被连接为能够接收焊接输出和第二输出，其中该输出电路把焊接输出和第二输出加在一起以便提供电源输出。
2.如权利要求1所述的电源，还包括一个位于第二输出绕组和该输出电路之间的电阻。
3.如权利要求1所述的电源，其中所述第二输出绕组的耦合比焊接输出绕组的耦合要弱。
4.如权利要求3所述的电源，其中所述焊接输出绕组是第一发电机的一部分，而第二输出绕组是第二发电机的一部分。
5.如权利要求4的电源，还包括一个位于第二输出绕组和该输出电路之间的整流电路。
6.如权利要求5所述的电源，其中所述第二输出绕组和整流电路的组合与焊接输出绕组并联。
7.如权利要求1所述的电源，其中所述焊接输出绕组是第一发电机的一部分，并且第二输出绕组是第一发电机的一部分。
8.如权利要求1所述的电源，其中所述第二绕组是起动绕组，第二输出是起动输出。
9.如权利要求1所述的电源，其中所述第二输出是热起动输出。
10.一种机动焊接电源包括：
一个焊接输出绕组，具有一个焊接输出；
一个第二输出绕组，具有一个第二输出；以及
一个输出电路，被连接为能够接收焊接输出和第二输出，其中该输出电路把焊接输出和第二输出加在一起以便提供电源输出，其中该电源输出在焊接范围底部的阈值处具有一个折点。
11.如权利要求10所述的电源，还包括一个位于第二输出绕组和该输出电路之间的整流电路，其中：
第二输出绕组的耦合比焊接输出绕组的耦合要弱；
焊接输出绕组是第一发电机的一部分，而第二输出绕组是第二发电机的一部分；并且
其中第二输出绕组和整流电路的组合与焊接输出绕组并联。
12.一种机动焊接电源包括：
焊接输出绕组装置，用于提供一个焊接输出，该焊接输出在焊接范围内和焊接范围以下均具有第一斜率的焊接V-A曲线；
第二输出绕组装置，用于提供一个第二输出，该第二输出在焊接范围以下具有第二斜率的第二V-A曲线，其中第二斜率没有第一斜率陡；以及
输出装置，被连接为能够接收并将焊接输出和第二输出加在一起，并把它们作为电源输出提供。
13.如权利要求12所述的电源，其中所述焊接输出绕组装置是用于产生焊接功率的第一发电机装置的一部分，而第二输出绕组是用于产生功率的第二发电机装置的一部分。
14.如权利要求13所述的电源，还包括一个对第二输出整流的整流装置，它位于第二输出绕组装置和输出装置之间。
15.如权利要求14所述的电源，其中所述第二输出绕组装置和整流装置的组合与焊接输出绕组装置并联。
16.一种机动焊接电源包括：
焊接输出绕组装置，用于提供一个焊接输出；
第二输出绕组装置，用于提供一个第二输出；以及
输出装置，用于接收并将焊接输出和第二输出加在一起以提供一个电源输出，该电源输出在焊接范围底部的阈值处具有一个折点。
17.如权利要求16所述的电源，还包括一个用于对第二输出整流的整流装置，它位于第二输出绕组装置和输出装置之间，其中：
焊接输出绕组装置是用于提供焊接功率的第一发电装置的一部分，而第二输出绕组装置是用于提供起动功率的第二发电装置的一部分；并且
其中第二输出绕组装置和整流装置的组合与焊接输出绕组装置并联。
18.一种用于提供焊接功率输出的方法包括：
通过焊接绕组产生焊接功率，其中焊接功率在焊接范围之内和焊接范围以下具有第一斜率的V-A曲线；
通过第二绕组产生附加功率，其中附加功率在焊接范围以下具有第二斜率的V-A曲线，另外，其中第二斜率没有第一斜率陡；以及
把焊接功率和附加功率加在一起以提供焊接功率输出。
19.如权利要求18所述的方法，还包括通过一个阻抗提供附加功率。
20.如权利要求18所述的方法，其中产生附加功率包括产生阻抗限制的功率。
21.如权利要求20所述的方法，其中产生焊接功率包括旋转第一发电机并且产生附加功率包括旋转第二发电机。
22.如权利要求21所述的方法，还包括对附加功率整流。
23.如权利要求18所述的方法，其中产生附加功率包括产生起动功率。
24.如权利要求18所述的方法，其中产生附加功率包括产生热起动功率。
25.一种提供焊接功率的方法包括：
产生焊接功率；
产生附加功率；以及
把附加功率和焊接功率加在一起以提供一个焊接输出，该焊接输出在焊接范围底部的阈值处具有一个折点。
26.如权利要求25所述的方法，还包括对附加功率整流。
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