熔化極直流電弧焊機制造技術

一種逆變器控制熔化極類型直流電弧焊機包括：一個用于整流輸入交流電的輸入整流器，一個用于變換整流器的輸出為高頻交流電的逆變器，一個用于降低逆變器輸出電壓的輸出變壓器，以及一個用于整流變壓器輸出電壓的整流器，提供施加于焊接負載的直流輸出電壓，檢測流過焊接負載的電流產生檢測信號的裝置，一個用于微分檢測信號的微分電路，以及用于根據微分電路輸出電壓校正預定參考電壓的校正裝置。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種熔化極直流電弧焊機，特別涉及熔化極型式的逆變器控制直流電弧焊機。一個逆變器控制直流電焊機被安排成由一個輸入整流器整流來自工業用電源的交流電，由一個半導體開關元件組成的逆變器將整流器直流輸出變換成高頻交流電，再由一個輸出變壓器適當降低高頻交流電的電壓，并再將它整流以便獲得用于焊接的直流電源。這種類型的焊機有這種優點設備可以做得尺寸小、重量輕，因為它無需笨重的輸入變壓器;輸出變壓器可以用一個提供高頻輸出的逆變器來縮小;以及焊機的輸出電壓可以通過用一個控制電壓來控制逆變器的開關工作而有效地穩定，該控制電壓可以從焊機的輸出電壓和一個預定參考電壓之差產生。熔化極類型的直流電弧焊如二氧化碳保護焊、電磁焊(MAG)及金屬焊條惰性氣體保護焊(MIG)，是通過將焊機提供的上述穩定的直流電加到由連續饋送的電焊條和被焊接的基底材料形成的焊接負載上實現的。電焊條與基底材料接觸或與之短路、而后與基底材料分離以致在它們之間形成電弧。這種短接和分離工作是重復的。然而，如果在電焊條與基底材料短路時，供給焊接負載的電流過大時會發生不希望有的飛濺。為了避免這種飛濺，通常的作法是在電焊機的輸出邊安裝一個大的直流電抗器，它能防止負載電流的快速增長。但是使用這種大的直流電抗器有礙于減少焊機的尺寸和重量。防止這種不希望有的飛濺的裝置已被包括那些在美國專利號5，306，894和美國專利5，272，314申請中的專利技術者在內的人們所提出。根據美國專利5，306，894，由焊機的輸出端之間的電壓檢測上述的短路周期和電弧周期以及在短路周期將上述的參考電壓減少一個預定量由此防止了飛濺。至少在電弧周期的初始段用預定量來升高參考電壓，因而又防止了由上述參考電壓減少而可能產生的不足焊接。根據美國專利5，272，314，反饋控制裝置用來檢測焊機的輸出電壓和預定參考電壓之差，并根據檢測到的電壓差來控制逆變器以維持焊機的平均輸出不變。同時，檢測焊機的直流輸出電流，并微分檢測到的電流信號。在檢測信號的微分型式是正的時期內，或換句話說，在短路周期，參考電壓降低一個預定量，這樣在短路周期內，其平均輸出電壓變得較低。然而，在上述參考的美國專利的任一系統中，關于參考電壓的校正量總是固定的，不能跟隨焊機負載狀況的突然變化。更詳細地說，因為校正量對焊接中的突然變化不敏感，例如，由于操作工的不正常操縱引起的電焊條移動和被焊接部分的形狀變化，因此不希望有的飛濺還會發生。特別是美國專利5，306，894的系統有這樣一種問題，它不能對基底材料的厚度變化快速反應，所以在焊薄板時容易引起燒穿和在焊厚板時容易引起不足焊接。因此，本專利技術的一個目的是要提供一種改進的熔化極直流電弧焊機，它能對負載狀態的任何突然變化快速反應，從而有效地防止飛濺也避免燒穿和足焊接。一種熔化極直流電弧焊機包括一個用于整流輸入交流電的整流器;一個用于變換整流器輸出為高頻交流電的逆變器;一個適當降低逆變器輸出電壓的輸出變壓器;一個用于整流輸出變壓器輸出的輸出整流器;以及用于根據輸出變壓器的輸出電壓和參考電壓之差來控制逆變器的反饋控制裝置。根據本專利技術，焊機還包括用于檢測流過焊機負載的電流并提供一個相應的檢測信號的裝置;一個用于微分檢測信號的微分電路;以及用于從參考電壓減去微分電路輸出電壓的校正裝置。本專利技術的上述以及其他的特性和功能在下文結合它的最佳實施例參照附圖更詳細地加以說明。在圖中附圖說明圖1表示根據本專利技術的一個實施例的熔化極直流電弧焊機的電路原理圖。圖2(a)-2(d)表示圖1所示實施例中電路各部分的信號波形。圖3是一個表示最佳焊接狀態的焊接部位截面圖。圖4是根據本專利技術的另一實施例的熔化極直流電弧焊機的部分電路原理圖。圖5是按照本專利技術的另一實施例的熔化極直流電弧焊機的電路原理圖。圖6是根據本專利技術的又一個實施例的熔化極直流電弧焊機的電路原理圖。圖7是表示圖6所示的設備中采用的絕對值放大器的電路方框圖。在全部圖中，相應的電路部件給予相同的參考標號。參照圖1，將例如從一個工業用200伏三相交流電源來的交流電加到輸入端1a、1b和1c，并由例如具有二極管橋路結構的輸入整流器2整流，由濾波電容器3濾波，然后供給逆變器4，逆變器4可由半導體開關元件橋路，如大家熟知的晶體三極管橋路組成。為了實現在高頻狀態下開關以產生高頻交流電，逆變器4受到逆變控制電路5的控制。該高頻交流電由一個輸出變壓器6適當降低電壓，并且，由一個例如具有二極管橋路結構的輸出整流器7整流。整流輸出通過一個濾波和限流直流電抗器8送出，到達正的和負的輸出端9p和9n之間。正輸出端9p通過一根包覆絕緣的電纜10p連接到焊條11，該電焊條采用饋送裝置13連續不斷地從卷12送出。負輸出端9n通過一根包覆絕緣的電纜10n連接到將被焊接的基底材料14上。電焊條11和基底材料14形成一個在其間產生電弧的焊接負載15。在焊接操作期間，輸出端9p和9n之間電壓V以及流過焊接負載15的電流I分別按圖2(a)和2(b)所示變化。在圖2中，Ta和Ts分別表示電弧周期和短路周期。輸出變壓器6有一個第二繞組6a，繞組6a兩端的輸出電壓由一個輔助整流器16整流。整流器16的輸出為一個負的輔助信號Sv，它通過一個輸出電阻17加到一個具有非反相輸入端接地的運算放大器18的反相輸入端。一個反饋電阻9連接在運算放大器18的輸出端和反相輸入端之間。應注意的是，為了校正焊機輸出電壓，盡管希望檢測輸出端9p和9n之間的電壓變化，但是短路期間的輸出電壓和電弧期間的輸出電壓兩者之間差異太大以致不能處理它成為對于要求的控制有用的形式。這就是為什么采用比輸出端之間輸出電壓有較小變化的第二繞組6a之間電壓的理由。一個正的參考電壓Sr從參考電壓源21、比如電池通過電阻20送到運算放大器18的反相輸入端。焊接負載電流I由一個電流檢測器22檢測，檢測器輸出通過由電阻23和電容24的串聯回路組成的微分器電路25微分。如圖2(c)所示，微分電路25的輸出Idif在短路周期起始后立即猛然上升，而后漸漸下降。在電弧周期的早先部分，輸出Idif猛然下降，而之后漸漸復原。微分輸出Idif由帶有反饋電阻27的運算放大器26處理，一個負的校正信號Sx產生在運算放大器26的輸出端。該負的校正信號Sx又通過一個電阻器28送到運算放大器18的反相輸入端，因此，在運算放大器18的反相輸入端的輸入信號Sei的值等于Sr-Sv-Sx，而相應的輸出作為一個誤差信號Se送到逆變器控制電路5。逆變器控制電路5控制逆變器的輸出，此后，焊機輸出又消去了信號Se，從而穩定了焊機的輸出。在運算放大器18的反相輸入端的輸入信號Sei在短路周期起始后立即發生電平突降，而后漸漸復原，如圖2(d)所示。相應地當焊機輸出電流I的增長速率增加時，微分器輸出Idif變得較高而校正信號Sx的電平變得較低，由此引起輸入信號Sei的電平減小，其結果是焊機的輸出電壓和電流減少從而抑制飛濺的發生。此外，運算放大器18的反相輸入端的輸入信號Sei在電弧周期的早先部分上升，而在之后漸漸下降，如圖示。另一方面，例如當基底材料為厚板、輸出電流的減少速率大時，微分器輸出Idif變得較小，而校正信號Sx電平上升。在這種情況下，焊機的輸出電壓和電流增加，使得供給焊接負載本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熔化極直流電弧焊機，包括： 一個用于整流輸入交流電的輸入整流器； 一個用于將上述輸入整流器的輸出變換成高頻交流電的逆變器； 一個用于降低上述逆變器輸出電壓的輸出變壓器； 一個用于整流上述變壓器的一個輸出電壓的輸出整流器，提供施加于一個焊接負載的直流輸出電壓；以及 用于根據上述變壓器的輸出電壓與一個預定參考電壓之差控制上述逆變器的反饋控制裝置； 其中上述焊機還包括： 檢測流過上述焊接負載的電流、提供一個檢測信號的裝置； 一個用于微分上述檢測信號的微分電路；以 及 用于從上述參考電壓減去上述微分電路的輸出電壓的第一校正裝置。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：狩野國男，森口晴雄，藤吉敏一，檀上謙三，木下敦史，
申請(專利權)人：株式會社三社電機制作所，
類型：發明
國別省市：JP[日本]