CN1794554A - 一种等离子体设备的电源 - Google Patents

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Abstract

一种包括产生AC输出信号的电源的等离子体设备，其在所述的电源和包括第一引线和第二引线的串联电路之间具有矩阵变压器。矩阵变压器包括至少两个模块，其具有由在一端相连的第一和第二导管所组成的第一主部分和由在一端相连的第三和第四导管所组成的第二主部分，所述的第三和第四导管分别安装在所述的第一和第二导管上且电隔离，其中同中心的导管确定了通过模块的，通常是平行伸长的通路。通过每个模块的伸长通路缠绕有次级线圈。

Description

一种等离子体设备的电源
技术领域
本发明涉及等离子体电弧处理设备的技术，更具体的是一种基于开关变极器的电源，其中等离子体设备能够产生迄今为止使用基于变极器的电源未曾达到的等离子体电压。
背景技术
本发明是针对一种特别为等离子体设备，比如等离子体电弧切割机，等离子体喷枪等，设计的电源。这种设备的操作需要通常超过400-1600伏特的高电压。因此，一个用于这种用途的电源通常包括基于鲁棒的变压器的输入电源供给。在最近几年，等离子体电弧切割工业逐渐的过渡到与大体积的基于变压器的电源供给相比具有更好性能和更低重量的高切换速度变极器。高切换速度变极器一般包括一系列成对的开关，其用于对通过输出变压器初级线圈的相反方向的电流进行切换。变压器的次级线圈连接到一个整流器，这样基于变极器的电源输出信号通常是一个DC电压。因此，一个到高切换速度变极器的DC输入信号通过输出变压器和输出整流器的使用转换成了一个DC输出信号。从1990年代早期开始基于变极器的电源成为焊接工业的标准技术，并且特别为用于电焊设计的变极器电源是很多专利的主题。Blankenship5,349,157；Blankenship 5,351,175；Lai 5,406,051；Thommes 5,601,741；Kooken5,991,169；Stava 6,051,810；Church 6,055,161；和Morguichi 6,278,080都是变极器的例子，其使用如目前在电弧焊接领域广泛使用的输出变极器和整流器。这些专利通过参考合成在这里作为背景技术，其显示了本发明所针对的基于高切换速度变极器的电源类型。这样的电焊电源在使用用于等离子电弧切割的电源时通常转换成高压设备。这种类型的高效率电源的原型是很多年以前开发的用于照明和其他固定负载的低功率电路，其中的输出电流相当小，例如小于10安培。经过年复一年的发展，焊接工业已经把现有的基于低电流，高速度的变极器的电源转换成输出电流大概在200-300安培范围内的焊接电源。这些焊接电源按惯例被转换成等离子体切割机用途。从低容量电源到能够产生焊接所需的输出电流以及等离子体切割所需的的输出电压的电源的转换包含了几年的代价昂贵的开发工作。该开发工作产生为电弧焊接设计的基于变极器的电源，该电源具有在最大电流500-600安培范围内的高输出电流能力。事实上，林肯电气公司(Lincoln Electric Company of Cleveland，Ohio)上市了一种用于电弧焊接的基于变极器的电源，该电源具有在通常在500-600安培范围内的输出电流能力。这一高电流电源也被用于等离子体电弧切割，但是如果不回到基于大体积的变压器的电源就不能得到用于等离子体电弧切割的高达1000-1500伏特的电压。
发明内容
Lincoln Electric Company在它的用于高容量电弧焊接的基于变极器的标准电源中做了修改，修改的电源可以用于具有远超过700安培，特定的说，至少大约1000安培的焊接电流的DC或AC焊接。这一基于变极器的标准电源的革命性的修改是通过一种新型的变压器同轴模块的开发实现的。大量的这种新型模块是如在焊机中使用的矩阵变压器的次级线圈输出而并行安装的。该焊机变压器允许通过矩阵变压器的焊接电流的大电流传输。这种新型的模块在之前尚未批准的由受让人在2003年7月11号公开的申请号S.N.10/617,236中有所揭示。电源的DC输入信号是从一个整流的三相线电流得到，且具有超过400伏特的电平。这样，到电源输入级的输入能量是一个相对高的电压并转换极其高的超过250安培的电流，较优的是300-350安培。这样，本发明中所用电源的变极器级使用具有超过250安培的电流能力的开关，从而到输出变压器的主线圈的电流是250-300安培。通过输出变压器的新模块的应用，得到了超过1000安培的次级电流。设计一个可以得到如此高电流水平的基于变极器的电源是一个新的概念。这个新的用于电弧焊机的1000安培的电源被修改来把新的高电流电源转换成一个用于等离子体电弧切割的电源，并且用来从等离子体喷枪中产生一个等离子体柱体。在这些应用中，输出电压通常在大约500-1600伏特的范围内。
依照本发明，能够用来得到至少大约1000安培的电流的矩阵变极器被修改以得到超过1000伏特的DC电压输出。为了实现这个结果，通过将模块中的线圈加以反向来修改基于变极器的高电流电源，该电源在电弧焊机中用来驱动由新模块够成的新型的矩阵输出变压器变极器。能够获得达致1000安培电流的基于变极器的电源被转换成具有用于等离子体电弧切割的高压输出的电源。本发明是一种用于等离子体设备，比如等离子体电弧切割机，等离子体喷枪等，的基于变极器的电源，该电源使用组合到矩阵变压器中的新型模块来产生高电压，这个电压的水平是迄今为止基于变极器的电源所不能达到的。该矩阵变压器采用基于变极器的电源而用于等离子体电弧切割机中。
本发明中电源和矩阵变压器的结合设计为在1000伏特和50安培下正常的工作。而且，新的拓扑结构对于名义上在比如400伏特的低电压到超过1600伏特的高电压范围内工作的等离子体电弧焊机都可以稳定的适用。这样的拓扑结构在等离子体喷枪中是可用的。这一用于基于变极器的电源的新型的输出矩阵变压器使用了，如2003年7月11号公开的申请号S.N.10/617,236中所揭示的模块化的，同轴变压器技术。该发明包括新型的步进模块用于组装到矩阵变极器中。模块同中心的，导管(conductive tube)构成两个主线圈部分，可以允许缠绕通过同心管内侧并行通路的次级线圈的更大的线圈匝数。因此，从前用于产生高焊接电流的输出矩阵变压器，现在通过在每个模块中多线圈匝数的次级线圈的使用来产生高的切割电压。提高线圈匝数比来产生电压步进功能，所以每个模块的输出电压超过大约DC200伏。组装为矩阵变压器的单个新型模块的每个次级线圈的输出电压被整流。实际上，矩阵变压器中使用三个模块，不过，为了产生需要的输出电压，可以使用任意数量的模块。整流器的输出信号串行连接以增加输出电压来进行等离子体电弧切割。这主要有两个功能。首先，具有串行连接输出的几个模块的使用减少了在每个模块的次级线圈中需要的线圈匝数的数量。更重要的是，串行连接输出电压的使用减少了每个整流器的电压和应力水平，减少的数量由模块的数量决定。当使用三个模块的时候，整流器的应力水平减少了三。这有助于具有更快开关速度的低电压整流器元件的使用。
依照本发明，提供了至少具有两个模块，最好三个模块的矩阵变压器。每个模块包括第一和第二平行导体管，每个导体管具有，第一和第二尾端以及中心伸长的通路。用跳线把两个导管的第一尾端连成串行电路，这样导管形成了矩阵变压器的主部分。该主部分在运作中具有给定的电压。用电路把串联的模块的主部分连接起来。多线圈匝数的次级线圈缠绕在每个模块的伸长的通路上，用次级线圈的线圈匝数的数量来抬高主电压，因而每个模块至少产生200伏特电压。矩阵变压器允许模块的主部分接收AC电流，其中电流的第一极性由电源的第一输出电路产生，AC电流的第二极性由电源的第二输出电路产生。依照本发明的另一种形式，用跳线连接的第二组平行导管被插入到第一组导管中，以提供同轴的主线圈部分，因而电流首先在一组串联的导管中产生，然后在第二组串联的导管中产生。在每一个情况中，同轴导管定义了伸长的通路来接收多线圈匝数的次级线圈。不管是由单独一组导管还是同轴导管组成的主线圈，都被串联以形成新型的矩阵变压器。每一新模块都包括自有的次级线圈，次级线圈具有自有的全波形整流器。这样，用一电路把每一模块的次级线圈的单独的全波形整流器连成串联电路。通过把每个模块的次级线圈的电压相加从而增加了电压。用这种方式，矩阵变压器的输出电压能够被抬升到大约1500-1600伏特DC。该高电压接着被用于等离子体电弧切割机中，其中一引线连接到切割器的内部电极，另外一引线被连接到被切割的工件上。多个模块结合在一起来形成矩阵变压器，因而每个模块具有平行的伸长通道来容纳多线圈匝数的次级线圈。平行的通路或者由单独一组平行导管确定，或者，最好由两组间隔的同轴管确定。每个同轴组中的两个导管由绝缘套分开。在导管或是同轴导管周围是高导磁率的芯体，通常具有大量的相邻的环的形式。
依照本发明的另一形式，提供了等离子体设备，其具有电极来把等离子体电弧导向到工件上。电弧可能是切割电弧或者加热电弧，比如说用来消除工业垃圾的。由于新型的矩阵变极器的提出，能够用基于变极器的电源产生本发明中的电压。根据上面所阐述的那样的新型的矩阵变极器，位于电源和具有连接到割炬的电极的第一引线和连接到被切割工件的第二个引线的串联电路之间。用至少两个单独的模块，最好三个模块，来形成该变压器。第一主部分由在一端相连的第一和第二导管形成，第二主部分由在一端相连的第三和第四导管形成。第三和第四导管安装在第一和第二导管中且电隔离。这样的模块组装提供了了同轴导管结构，该结构具有围绕着两个伸长的通路中的每一个的两个同轴装配的导管。这样，两个平行伸长的通路延伸通过模块，从而次级线圈可以缠绕通过平行通路。从电源到矩阵变压器的第一串联电路使得第一极性的AC输出信号通过每个模块的第一主部分。从电源到矩阵变压器的第二个串联电路使得第二极性的AC输出信号通过间隔的模块的第二主部分。每一个模块的次级线圈都具有整流器。第三串联电路把单独的整流器和等离子体电弧的第一和第二个引线串联。这定义了本发明优选的具体实施方式，其包含基于变极器的电源用来为等离子体设备，例如等离子体电弧切割机，等离子体喷枪等，产生极高的电压。
在优选的具体实施中，三个模块被用来产生用于等离子体切割或等离子体加热器的高电压。为了增加电流，串行地连接第二个具有优选的具体实施方式的三模块的高压系统到第一个三模块系统上。用这种方法，保持了高电压，但是可用电流增加了，例如加倍。为了得到更高的电流或功率，可以并联附加的高压系统。
为了保持多个模块之间的电压平衡，在变压器的每一个模块上加上隔离平衡线圈。模块的平衡线圈并行连接。因此，平衡线圈强迫各模块的主线圈保持平衡。实际上，串联限流电阻到每一个被平衡的线圈上以防止潜在的破坏性电流的波涌。即使平衡线圈保持平衡很有效，在单个变压器模块的磁特性上很小的差别也会引起在每个模块的主侧的电压振荡。这些振荡也会反映在次级线圈中。因此，在本发明的实际应用中，用软铁氧体饱和电抗器串联到主线圈上，以减慢电压施加到变压器模块上。这一“软”延迟允许平衡线圈更有效的进行运作，因而减少所加的电压在矩阵变压器中从一个模块到另一个模块进行振荡的趋势。使用本发明的实际的等离子体电弧切割机的另一个独特的特点是在从变压器到切割站的两个引线之间增加了共模扼流线圈。该共模扼流线圈把噪声最小化并且减少高电压电容耦合效应，特别是当被切割的负载被参考作接地的时候。本发明这些在实际应用中额外增加的装置是可选的，但是很有益处。
本发明的主要目的是提供由几个模块组成的矩阵变压器，能够把基于变极器的电源输出转换成超过500伏特的高电压，以用于较优为等离子体电弧切割机的等离子体设备。不过，等离子体设备也可以是如同废料处理中使用的那样的等离子体火焰或者加热。
本发明还有进一步的目的是提出如同上面定义的那样的矩阵变压器，该矩阵变压器使用一组导管或者两组同轴安装在一起的导管，从而这两个导管形成变压器模块的主线圈部分，并允许通过模块的多线圈匝数的次级线圈对从模块的主部分或多个主部分到次级线圈的电压进行提升
本发明还有目的是提出一种等离子体电弧切割机，其使用如同上面定义的那种矩阵变压器，这种等离子体电弧切割机可以从标准的基于变极器的电源经济的成，并且有效的产生超过大约500伏特的电压。变极器本发明的另一个目的是提供高压的模块可以串联以得到更高的电压，且并联以提高处理电流和功率。这在废弃物料的高压，高功率处理中特别有用。
这些以及其他的目标和优点会在下面的描述和对应的图图中加以说明。
附图说明
图1是说明本发明优选的具体实施例的电路图。
图2是本发明优选的具体实施例的示意图和电路图的结合。
图2A是在实际应用中的拓扑结构的简图，该结构把几个如图2所示的高压模块系统并联起来以得到如同废料处理中使用的那样的高电压高电流的电源；
图3是说明了在本发明优选的具体实施例中使用的平衡线圈的电路图。
图4是结合相关电路图说明依照本发明所构建的模块侧向横截面的正视图。以及，
图5是与图4相似的示图，其说明了用来形成本发明的一个发面的矩阵输出变压器的新的模块的另一实施例。
具体实施方式
现在参考图1和图2，根据本发明构造的显示为等离子体切割机A的等离子体设备，包括基于变极器的电源B，其使用AC输出信号驱动包括多个模块的矩阵变压器T，其中三个模块分别表示为模块M1，M2和M3。矩阵变压器T在引线10，12两端产生高压信号，来操作具有如简单图例所示的喷嘴22的等离子体喷枪20。喷枪20包括通过标准扼流线圈24连接到引线10的固定电极E。电极E把电弧导向工件WP，WP通过引线12连接到变压器T的输出。气体源30通过线路32提供等离子气体到喷嘴22中，目的是在电极E和工件WP之间形成等离子体电弧，用于依照标准的等离子体切割工艺对工件进行切割。电源B是在超过18kHz的切换频率下工作的基于变极器的电源。在图示的具体实施例中，基于变极器的电源B包括两个分开的输出电路，一个用来产生在第一个方向或极性上的电流，另用来产生在第二个方向或极性上的电流。这两个相反极性的信号构成了AC输出信号。根据标准操作，电源B可以使用具有单输出电路的电桥开关网络，该单输出电路通过AC主信号。这两种类型的电源在本发明中预期都会使用；不过，在图1和图2中图例说明了具有分开的极性信号的电源。第一极性电路包括开关31，33，其用于分别将脉冲通过与模块M1，M2和M3的主线圈部分40，42和44串联的导线34。回线46与开关33相连。这样，当开关31，33导通的时候，导线34导向的脉冲通过主线圈部分40，42和44并回到回线46。这是第一串联电路，用来在形成矩阵变压器T的模块组的主线圈侧产生第一极性的脉冲。以相似的方式，通过闭合开关50，52来通过与模块M1，M2和M3的次线圈部分60，62和64串联的导线54分别引导脉冲，从而操作第二串联电路。回线66与开关52相连，这样开关50，52引导指定极性的脉冲通过模块M1，M2和M3。在变压器T的主线圈侧的操作中，第一极性的脉冲被引导通过模块M1，M2和M3。其后，相反极性的脉冲通过模块M1，M2和M3。该脉冲产生到模块M1，M2和M3的输入或主线圈一侧的AC信号，该模块M1，M2和M3组装形成矩阵变压器T。模块的输出分别是模块M1，M2和M3中的多线圈匝数的次级线圈70，72和74。次级线圈具有连接到全桥整流器80的输出引线70a，70b，连接到全桥整流器82的输出引线72a，72b以及连接到全桥整流器84的输出引线74a，74b。这些整流器连接于输出引线10，12之间的串联电路86。如图2所示，以一对平行的圆柱体的形式的高导磁率的变压器磁芯C1，C2和C3位于模块的两个主线圈部分的周围。通过平行的通路缠绕单个主线圈，且由圆柱体磁芯所包围磁芯。在运作中，脉冲通过标志着是主开关的“A侧”的开关31，33，产生通过模块组的第一极性的脉冲。其后，开关50，52被激发从主开关的“B侧”产生相反极性的脉冲。该脉冲通过单独模块的主部分。这样AC输出信号导向到模块组的主部分，以达到在连接到全波整流器80，82和84的次级线圈70，72和74中分别感生AC电压的目的。该AC信号产生在引线10，12之间产生高电压，电压范围通常在DC500-1600伏特内。这样的高电压能够通过新型模块M1，M2和M3按照图1和图2中所展示的方式连接来得到。它们被组装形成矩阵变压器T。通过本发明的使用，达到了使用基于变极器的电源所从未得到过的高电压。
根据标准技术，测量等离子体电弧切割处理的电压和电流以在反馈控制设备中使用。可以多种单元来满足这一目的；然而，在图示的本发明的具体实施例中，电压反馈90通过间隔的输入引线92，94连接到引线10，12之间的电阻R上。这些引线之间的电压是在导线96上的信号，其具有代表了切割操作电压的电平。为了提供处理电流的反馈，电流反馈设备100和引线12串联。通常这种设备是分路器或者电流互感器来在导线102上产生信号，其具有代表了切割操作电流的幅度。等离子体电弧切割机A按照标准技术运作；然而，本发明得到了极高的电压。
为了保持模块M1，M2和M3的电压平衡，平衡线圈120，122和124被连接在与次级线圈相同的通路上，如图2中最佳显示的那样。这些平衡线圈如图3中图示所说明，且具有限流电阻120a，122a和124a与平衡线圈分别串联来防止潜在的破坏性电流的波动(surge)。当变压器如同设计中那样，被串行连接的时候，单个变压器模块的磁核并非直接相互引用。根据定义，串联电路的元件会根据相对阻抗的关系分配总电压。在这种情况下，串联元件是单独的变压器模块M1，M2和M3，每个模块的特征阻抗与很多因素相关，这些因素本质上既是静态又是动态的。由于没有两个模块是完全相同的，所施加的主电压会在一组给定的基于它们对应于该电压的特征阻抗的条件下，在它中间不相等的分配。这是不希望发生的。首先，在磁芯C1到C3中的一个或几个上的电压降落表示它们可能接近饱和。其次，也是最重要的，模块主侧的任何电压变动被直接反射到次级线圈中。由于次级线圈中明确的电压分布对于在整流器80，82和84中可以使用更低电压的元件是非常关键的，因此必须使得所加的主电压在变压器模块中平均的分配。平衡线圈120，122，124是把串行连接的变压器模块的磁芯C1，C2和C3连接起来，以保持平衡的有效手段。在变压器的每个模块上加上隔离的平衡线圈。每个模块的平衡线圈与其他模块的平衡线圈并联。这通过辅助线圈的并行网络从本质上连接了单独的变压器模块的磁芯。如果在模块组中发生了不稳定，电流会通过并联的平衡线圈从一个磁芯流到另一个磁芯来驱动相反的模块的磁芯回到平衡。由于基础的电路理论保证了电路中并联元件的端电压必定相同，平衡线圈会相互来来回回的驱动，这是保持系统中平衡所必需的。由于平衡线圈只在非平衡存在的情况下起作用，它们消耗的功率非常小，对变压器T的效率事实上没有影响。
变压器模块的磁特性上很小的差别也会引起在每个模块的主侧的电压振荡。这些振荡也会反映在次级线圈中。因此，在本发明的一种形式中，用软铁氧体饱和电抗器130串联到正极性和负极性电路的主线圈上。该饱和电抗器帮助减缓电压施加到模块上。这个“软(soft)”延迟允许平衡线圈120，122，124有效的达到它们的目的。这减少了所加电压从一个模块到另一个模块振荡的可能性。典型情况下电压初始的加到变压器集合时候在模块间将立刻发生非平衡振荡。这是由于跟电源设备的硬切换和单个变压器模块的磁特性的微小差异相关的寄生阻尼振荡(parasitic ring)。与主线圈电路串联的饱和电抗器减少了这些现象的影响。电抗器磁芯物质的切换特性比如同在开关30，32和50，52中使用IGBT那样的电子开关柔和。当切换开始的时候，磁芯模块阻碍了所加的电压，直到磁芯饱和为止。当磁芯接近饱和的时候，电流开始增加，但是在达到饱和之前流动都会受到阻碍。相比电子开关而言这一开启特性进行的缓慢和柔和。好处是电信号中更少的寄生阻尼振荡，以及所加的初始变压器电压更均衡的分布。
优选的实施方式的另一个特点是除了标准扼流线圈24之外使用共模扼流线圈140。如同图2所示，该扼流线圈用和模块相似的方式构造，引线10，12交错穿过两个导管中的纵向通路且由圆柱体磁芯包围。对于典型焊接电源来说可以认为是可忽略的寄生电容会在这一切割系统的升高的电压水平下产生严重的漏电流。外部寄生元件是很难进行控制的，并且如果足够大，会产生漏电流的通路而导致供给到负载的电流与从负载返回的电流之间的不平衡。当电流通过替代通路被反馈耦合到系统中的时候，这个不平衡会在变压器和整流器信号上产生所不期望的干扰。为了防止这一现象，共模扼流线圈22被加到输出电路上。在共模扼流线圈140中，引线10，12通过共模高导磁率磁芯，比如铁氧体磁芯，在相反方向进行馈给。只要在导体内的电流是一致的，磁芯就会保持平衡，并且对电路没有影响。然而，如果发生了非平衡，磁芯会把差异加到相反的引线上。通过这种方法，共模扼流线圈保证了供给和返回电流事实上是一致的，这样，减小了寄生元件在系统中的负面影响。
模块M1，M2和M3本质上是一样的；因此，本说明中只描述模块M1，该描述对于其他模块也适用。在图4中，模块M1的主部分40的形式为：由跳线154电学连接的平行导管150，152，且定义出平行伸长通路160，162来如同前面描述的那样容纳连接到输出整流器80上的多线圈匝数次级线圈70。在开关30，32导通的时候，来自导线34的脉冲依次通过导管150，跳线154到导管152。第一主部分40的第二个导管连接到返回导线46上以保持电路的完整性。用一种相似的方式，主部分64包括由上部的跳线184连接的平行导管180，182。来自导线54的反向极性脉冲被导向到导管180，通过跳线184和导管182到返回导线66。在电源B的极性的工作中，电流相对于通路160，162在第一方向流动。在相反极性的工作中，主电流在通路160，162中以相反的流动方向流动。这提供了以次级线圈70的变压器耦合动作，从而将次级电压信号导向到变压器80，其中次级电压信号与其他输出电压信号相加来产生引线10，12之间的高电压。根据图示的具体实施例，磁芯C1包括两个圆柱体部分，每一个由一系列圆形的环组成。在包括同轴导管150，182的通路160周围，磁芯包括环200，202和204。按相似的方式，在包括同轴导管152，180的通路162周围的是环210，212和214。当然，在形成模块M1的两个主部分的两个同中心的同轴导管之间加入了隔离套。
在某些电源中，输出AC信号由全桥网络产生并且是单个电路中的AC信号。这样的来自基于变极器的电源的AC信号可以在本发明的实际应用中使用；然而，每一模块只需要单个的主部分，如图5中所示的修改的模块M’那样。在确定相应的元件时，图5中模块M’的参考数字与图4中的参考数字相同。在图5中，模块M’只包括由平行放置的导管150，152定义的主部分，两个导管由跳线154电学相连，并且模块M’包括次级线圈通路160，162。在这个模块中，AC信号导向到导线300，302之间串联的主部分40上。主部分40上的AC信号在平行通路160，162上产生与图4中模块M1使用两个主部分40，64所产生的相同类型的通量分布。除了实际上导向到模块主部分的AC信号之外，模块M’等同于模块M1并按相同的方式运作。一系列具有图5所示类型的模块组成根据矩阵变压器的描述进行工作的矩阵变压器。
串行连接的模块M1，M2和M3构成了用于等离子体切割的高电压电源。在废弃物质的汽化中，一个或几个新模块的高电压足以提供电压，然而，使用的功率更大。为了达到高电压和更大的电流，把图2所示的模块系统按照图2A所示的组合结构那样进行使用。在这个具体实施例中，5个如图2所示的单元并联以在输出端引线10’，12’提供5倍于图2所示单元的电流。这两个引线驱动等离子体喷枪来焚烧废弃物质。并行单元的数量取决于需要用来产生等离子火焰的功率。
在不偏离预定的要旨和范围下，根据本发明优选的具体实施例可以进行各种变化。导管可以由螺旋形的带子或其他盘绕的结构构成。在不偏离使用矩阵类型的变压器生成用于等离子体电弧的特别高的电压的预定目标下，优选实施例的各种特点可以简化。

Claims (86)

1.一种构成一个高频变压器的主线圈的模块，所述模块包括具有第一和第二端的第一导管；大致平行的紧密相邻的具有第一和第二端的第二导管，每个所述导管具有中心伸长的通路来容纳次级线圈；包围每个所述导管的磁芯；连接所述导管的所述第一端的跳线；以及，在所述导管的所述第二端构成连接器的电路。
2.如权利要求1所述的模块，其中每个所述磁芯各自在一个所述导管周围包含多个圆形的环。
3.如权利要求2所述的模块，其中包括一个导电的装配，该装配包括具有第一和第二端的第三导管，具有第一和第二端的第四导管，和第二跳线，其将所述第三导管和第四导管的所述第一端连接起来，形成相互之间以及与所述第一和第二导管之间平行的关系；所述平行的第三和第四导管分别叠缩在所述第一和第二导管的所述通路中，并且具有伸长的通路来容纳所述的次级线圈，其中所述的第一和第二跳线相互间隔；在所述第一和第三导管之间的第一管状绝缘体和在所述第二和第四导管之间的第二管状绝缘体。
4.如权利要求3所述的模块，其中所述的次级线圈连接到整流器。
5.如权利要求1所述的模块，其中包括一个导电的装配，该装配包括具有第一和第二端的第三导管，具有第一和第二端的第四导管，和第二跳线，其将所述第三导管和第四导管的所述第一端连接起来，形成相互之间以及与所述第一和第二导管之间平行的关系；所述平行的第三和第四导管分别叠缩在所述第一和第二导管的所述通路中，并且具有伸长的通路来容纳所述的次级线圈，其中所述的第一和第二跳线相互间隔；在所述第一和第三导管之间的第一管状绝缘体和在所述第二和第四导管之间的第二管状绝缘体。
6.如权利要求5所述的模块，其中所述的次级线圈连接到整流器。
7.一种构成高频变压器的主线圈的模块，所述模块包括第一组同中心的，由管状绝缘体分隔的叠缩的同轴导管；第二组同中心的，由管状绝缘体分隔的叠缩的同轴导管；在每一所述组的周围的磁芯，每一所述组具有伸长的中心通路来容纳次级线圈，以及连接所述组中的所述导管成为两个串联电路的导体。
8.如权利要求7所述的模块，其中每个所述磁芯各自在一个所述导管周围包含多个圆形的环。
9.一等离子体设备，其中包括高切换频率变极器，用于驱动输出变压器的次级线圈，所述输出变压器具有构成所述变压器的主线圈的多个模块，每一所述模块包括第一组同中心的，由管状绝缘体分隔的叠缩的同轴导管，第二组同中心的，由管状绝缘体分隔的叠缩的同轴导管，每一个所述组的周围具有一磁芯，每一所述组具有伸长的中心通路来容纳次级线圈，以及连接所述组中的所述导管成为两个串联电路的导体。
10.如权利要求9所述的等离子体设备，其中所述模块的所述次级线圈的每一个都连接到整流器以产生正的和负的电流输出，并且连接到把所述输出串行连接的电路。
11.如权利要求10所述的等离子体设备，其中所述整流器是全波整流器。
12.如权利要求9所述的等离子体设备，其中所述设备是等离子体切割机。
13.一等离子体电弧切割机，其中包括用AC电流来驱动输出变压器次级的高频变极器，所述输出变压器具有构成主线圈的多个模块，所述模块组的每一个具有串行连接的平行导管，并确定了一对平行伸长的中心通路来容纳所述次级线圈。
14.如权利要求13所述的等离子体电弧切割机，其中所述的模块的所述导管的每一个都连接到整流器以产生正的和负的电流输出，并且连接到把所述输出串行连接的电路。
15.如权利要求14所述的等离子体电弧切割机，其中所述串行输出具有超过400伏特DC的电压。
16.一等离子体设备，其中包括用AC电流来驱动输出变压器次级线圈的高频变极器，所述输出变压器具有构成所述变压器的主线圈的模块，所述模块包括第一组同中心的，由管状绝缘体分隔的叠缩的同轴导管，第二组同中心的，由管状绝缘体分隔的叠缩的同轴导管，每一所述组具有伸长的中心通路来容纳次级线圈，以及将所述导管连接成两个串联电路的导体。
17.如权利要求16所述的等离子体设备，其中所述模块的所述次级线圈连接到整流器以产生正的和负的电流输出。
18.如权利要求17所述的等离子体设备，其中具有超过一个所述模块，并具有把所述输出连接成为串联输出的电路。
19.如权利要求18所述的等离子体设备，其中所述整流器是全波整流器。
20.如权利要求17所述的等离子体设备，其中所述整流器是全波整流器。
21.如权利要求19所述的等离子体设备，其中所述串联输出具有超过400伏特DC的电压。
22.如权利要求18所述的等离子体设备，其中所述串联输出具有超过DC400伏特的电压。
23.一等离子体电弧切割机，其中包括用AC电流来驱动输出变压器次级的高频变极器，所述输出变压器具有构成所述变压器的主线圈的模块，所述模块具有串联的平行导管，且确定了一对平行伸长的中心通路来容纳所述次级线圈。
24.如权利要求23所述的等离子体电弧切割机，其中所述模块的所述次级连接到整流器以产生正的和负的电流输出。
25.如权利要求24所述的等离子体电弧切割机，其中具有超过一个所述模块，并具有把所述输出连接成为串联输出的电路。
26.如权利要求25所述的等离子体电弧切割机，其中所述串联输出具有超过400伏特DC的电压。
27.一用于具有变极器电源的电弧焊机的高频变压器，所述变压器包括多个模块，每一模块包括主线圈部分，所述部分相互连接成一个矩阵，且该模块包括通过每一个所述模块的次级线圈。
28.一至少包括两个模块的矩阵变压器，每个模块包括具有第一和第二端和中心伸长的通路的第一和第二平行导管；连接所述导管的所述第一端的跳线，所述导管构成所述矩阵变压器的主部分，所述主部分具有一给定的电压；在所述模块之间串联所述主部分的电路；缠绕通过每一个所述模块的所述伸长通路的多线圈匝数的次级线圈，所述线圈匝数的数量来提升所述给定电压到至少大约200伏特。
29.如权利要求28所述的矩阵变压器，其中所述的主部分接收具有由所述电源的第一输出产生的第一极性的AC电流，以及由所述电源的第二输出产生的第二极性的AC电流。
30.如权利要求28所述的矩阵变压器，其中所述的主部分接收来自电源的输出的AC电流。
31.如权利要求29所述的矩阵变压器，其中每个模块包括具有第一和第二端的第三和第四平行导管，其中的第一端连接起来，所述的第三和第四导管与所述的第一和第二导管分别相连而且同中心的，从而所述的第一和第二导管形成第一主部分而所述的第三和第四导管形成第二主部分，所述第一和第二导管的所述通路成为所述第三和第四导管的通路并确定了所述模块的所述伸长通路。
32.如权利要求28所述的矩阵变压器，其中每个模块包括具有第一和第二端的第三和第四平行导管，其中的第一端连接起来，所述的第三和第四导管与所述的第一和第二导管分别相连而且同中心的，从而所述的第一和第二导管形成第一主部分而所述的第三和第四导管形成第二主部分，所述第一和第二导管的所述通路成为所述第三和第四导管的通路并确定了所述模块的所述伸长通路。
33.如权利要求32所述的矩阵变压器，其中包括缠绕在每个所述模块的所述伸长通路上的平衡线圈，其中所述模块的所述平衡线圈包括小电阻，并且平衡线圈是并联连接。
34.如权利要求31所述的矩阵变压器，其中包括缠绕在每个所述模块的所述伸长通路上的平衡线圈，其中所述模块的所述平衡线圈包括小电阻，并且平衡线圈是并联连接。
35.如权利要求30所述的矩阵变压器，其中包括缠绕在每个所述模块的所述伸长通路上的平衡线圈，其中所述模块的所述平衡线圈包括小电阻，并且平衡线圈是并联连接。
36.如权利要求29所述的矩阵变压器，其中包括缠绕在每个所述模块的所述伸长通路上的平衡线圈，其中所述模块的所述平衡线圈包括小电阻，并且平衡线圈是并联连接。
37.如权利要求28所述的矩阵变压器，其中包括缠绕在每个所述模块的所述伸长通路上的平衡线圈，其中所述模块的所述平衡线圈包括小电阻，并且平衡线圈是并联连接。
38.如权利要求37所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
39.如权利要求38所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
40.如权利要求36所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
41.如权利要求40所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
42.如权利要求35所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
43.如权利要求42所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
44.如权利要求34所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
45.如权利要求44所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
46.如权利要求33所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
47.如权利要求46所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
48.如权利要求32所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
49.如权利要求48所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
50.如权利要求31所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
51.如权利要求50所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
52.如权利要求30所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
53.如权利要求52所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
54.如权利要求29所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
55.如权利要求54所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
56.如权利要求28所述的矩阵变压器，其中包括附加在每个模块次级线圈输出上的整流器。
57.如权利要求56所述的矩阵变压器，其中包括串联连接所述整流器的电路。
58.一等离子体设备，包括产生AC输出信号的电源；矩阵变压器，位于所述的电源和具有第一引线和第二引线的串联电路之间，所述矩阵变压器包括至少两个模块，其具有在一端相连的第一和第二导管所组成的第一主部分和在一端相连的第三和第四导管所组成的第二主部分，所述的第三和第四导管分别安装在所述的第一和第二导管中，且电隔离，所述的同中心的导管确定了通过模块的，大致平行伸长的通路，次级线圈缠绕通过所述伸长通路；从所述电源到所述矩阵变压器的第一串联电路，用于把第一极性的所述AC输出信号传输通过所述模块的所述第一主部分；从所述电源到所述矩阵变压器的第二串联电路，用于把第二极性的所述输出信号传输通过所述模块的所述第二主部分；用于所述模块的每一所述次级线圈的整流器；以及第三串联电路，用于将所述整流器与所述第一和第二引线串联连接。
59.如权利要求58所述的等离子体设备，其中所述矩阵变压器包括缠绕在每个所述模块的所述伸长通路上的平衡线圈，其中所述模块的所述平衡线圈包括小电阻，并且平衡线圈并联连接。
60.如权利要求59所述的等离子体设备，其中每个所述次级线圈具有提升所述次级部分中的电压到至少大约200伏特的线圈匝数。
61.如权利要求58所述的等离子体设备，其中每个所述次级线圈具有提升所述次级部分中的电压到至少大约200伏特的线圈匝数。
62.如权利要求61所述的等离子体设备，其中包括包围所述导管的高导磁率芯体，该导管确定每一所述平行通路。
63.如权利要求58所述的等离子体设备，其中包括包围所述导管的高导磁率芯体，该导管确定每一所述平行通路。
64.如权利要求63所述的等离子体设备，其中在所述的第一和第二串联电路中包括饱和电抗器。
65.如权利要求61所述的等离子体设备，其中在所述的第一和第二串联电路中包括饱和电抗器。
66.如权利要求58所述的等离子体设备，其中在所述的第一和第二串联电路中包括饱和电抗器。
67.如权利要求66所述的等离子体设备，其中在所述的第一和第二引线之间包括共模扼流线圈。
68.如权利要求61所述的等离子体设备，其中在所述的第一和第二引线之间包括共模扼流线圈。
69.如权利要求58所述的等离子体设备，其中在所述的第一和第二引线之间包括共模扼流线圈。
70.如权利要求69所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
71.如权利要求68所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
72.如权利要求67所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
73.如权利要求66所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
74.如权利要求65所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
75.如权利要求64所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
76.如权利要求63所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
77.如权利要求62所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
78.如权利要求61所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
79.如权利要求60所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
80.如权利要求59所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
81.如权利要求58所述的等离子体设备，其中所述的电源是基于高速度切换的变极器，其生成AC输出信号。
82.如权利要求81所述的等离子体设备，其中包括一个或多个并联在所述第一和第二引线之间的所述电源。
83.如权利要求63所述的等离子体设备，其中包括一个或多个并联在所述第一和第二引线之间的所述电源。
84.如权利要求61所述的等离子体设备，其中包括一个或多个并联在所述第一和第二引线之间的所述电源。
85.如权利要求59所述的等离子体设备，其中包括一个或多个并联在所述第一和第二引线之间的所述电源。
86.如权利要求58所述的等离子体设备，其中包括一个或多个并联在所述第一和第二引线之间的所述电源。
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