用于焊接的變換器電源制造技術

一種高頻電源，用于經扼流圈向包括一個電極部件和一個工作部件的焊接臺供應焊接電流。該電流包括第一變壓器和第二變壓器。第一開關裝置動作時，第一電容器裝置施加第一電壓到第一變壓器上而使第一變壓器運行；第二開關裝置動作時，第二電容器裝置施加第二電壓第二變壓器上而使第二變壓器運行。單個整流器向第一和第二電容器裝置充電，以達到一給定的總電壓值；提供控制裝置用于維持所述第一和第二電壓基本上相等。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用來作為焊接工作電源的高頻變換器，更具體地說，涉及經扼流圈向焊接臺提供焊接電流的改進型高頻電源，該焊接臺包括電極部件和工作部件。結合Bilczo4，897，522來說明本專利技術所涉及的這種電源。該現有專利使得不必詳細為說明本專利技術的
技術介紹
而重復其中所含的背景信息。本專利技術特別用于直流焊接所用的高頻變換器，其中整流后的直流電源最終被切換以在變壓器裝置的副邊繞組中產生交變極性的輸出脈沖，其中此輸出脈沖經整流后被導引，使之流經焊接臺的電極部件和工作部件，以進行焊接操作。將參照特定變換器的這一應用對本專利技術進行說明;但是，本專利技術的應用更廣泛，可以與各種產生一系列電流脈沖的高頻變換器一起使用，其產生的電流被引導流經焊接臺的電極部件和工作部件，以進行焊接操作。按照本專利技術的最佳應用，用兩個獨立且交替操作地開關裝置例如場效應管(FET)來完成切換操作，其中一個開關裝置被觸發以磁化一個變壓器的鐵芯，在該變壓器的副邊繞組產生輸出電流脈沖。而另一開關裝置用來在該變壓器的副邊繞組產生的相反極性的輸出電流脈沖。通過交替切換兩個開關裝置的工作，高頻交變電流磁耦合到該變壓器的兩個副邊繞組中。這一脈沖式的高頻電流通過整流裝置(例如高速二極管)，流經電濾波裝置(如電抗器或扼流圈)，被導向直流焊機的輸出端。本專利技術具體所涉及的這種用于變換器的輸出變壓器的副邊側有兩個副邊繞組，其產生的電流脈沖分別被整流，當第一原邊繞組驅動變壓器的輸出時，電源中有一第一電極性的電流脈沖產生。而后由第二原邊繞組的脈沖在電源變壓器的輸出側的第二副邊繞組中產生一相反電極性的脈沖。這些相反極性的電流脈沖經高速二極管流到焊接臺。因而合適極性的高頻電流脈沖流向焊機的電抗器或扼流圈，經電抗器或扼流圈到直流焊機的輸出端。用于產生第一和第二電流脈沖的第一和第二開關裝置由具有選定脈沖時間即脈沖寬度和重復速度的電觸發或選通脈沖來控制。為控制焊機輸出電流或電壓的幅值，觸發脈沖的寬度，或間隔要變化以改變流經焊接站或設備的電極和工作部件的輸出電流。當焊接操作需要更大的電流時，用于給變壓器的原邊繞組激磁的脈沖寬度按與所要求的輸出電流增量成比例增加，該電流通常經變換器的反饋回路利用工作在一個選定頻率(例如20kHz)的電壓控制有脈沖寬度調制器電路來控制。這些調制器通常用在電氣開關式變換器電源中，并且是本領域技術人員所熟知的標準集成電路的封裝形式。所選定的工作頻率影響焊機對反饋電流信號即檢測電壓信號的響應時間，因而影響焊機對焊弧的微小變化的響應能力。要提供變換器特性的實質性改時，高頻(約高于10kHz)是必要的。工作頻率還影響電弧和焊接電路的聲音。為減小有害噪聲，改善操作的工作環境，通常選擇約高于20kHz的頻率。參照Bilczo4，897，522的專利技術，本專利技術具體所涉及的高頻變換器，通過在電源變壓器的輸出側增加一升壓繞組以提供增大變換器的工作電流范圍的附加電壓而得以改進。電源變壓器輸入或原邊繞組趨于使緊密耦合的變壓器鐵芯飽和，在這種變壓器設計中一個方向的脈沖不同于另一方向脈沖的持續時間。不同的電流流經變壓器后，鐵芯中產生的直流分量引起大的直流電流流動。這一電流流動導致大安匝分量并使變壓器中的直流磁通增加，使變壓器鐵芯飽和。因此，盡管Bilczo中的新型方案大大優于已知結構，但在合理利用變壓器鐵芯材料方面仍存在問題。進一步說，現有電源在焊接電流小時有點不穩定，且存在一些焊接操作起動方面的困難。本專利技術克服了上述類型的高頻變換器型電源中存在的缺陷。本專利技術涉及一種高頻變換器型電源，其包括一個變壓器，用于在一個第一副邊繞組中產生一個第一電流脈沖，在一個第二副邊繞組件中產生一個第二電流脈沖;還包括相連副邊繞組的裝置，以便將相反極性的脈沖傳至扼流圈并流過組成焊接臺的部件。在本專利技術中，變壓器裝置基本上包括兩個獨立的輸出變壓器。第一變壓器有一個第一鐵芯和在第一鐵芯上安放電源的第一副邊繞組的裝置。第二變壓器帶有一個單獨的有區別的第二鐵芯和在第二鐵芯上安放電源的第二副邊繞組的裝置。電源的變壓器裝置采用單獨鐵芯，使兩個單獨有別的原邊繞組繞在各自的鐵芯上，這些繞組被分開且相互間無耦合。該電源具有一個三相整流器的普通輸入級，該整流器有一個輸出電容器，當提供兩個單獨有別的變壓器用于提供單獨的電流脈沖的時，變換器的輸入級包括兩個單獨的變壓器。因而，來自整流器的總直流電壓加到串連接的兩個輸出電容器上。其中的一個電容器激勵一個變壓器產生一個方向的電流脈沖，另一個電容器激勵另一變壓器產生相反方向的電流脈沖。脈沖寬度調制器控制各個相反極性的電流脈沖的寬度。當需要較大電流時，來自脈沖寬度調制器驅動輸入開關的脈沖的輸出寬度增大。為控制在每一電流脈沖期間以相反方向流動的電流的大小，提供一電流命令信號，其表示所要求的流經焊機的電流。這一電流控制信號與表示實際電流的反饋電流信號進行比較，以調節并改變構成變換器的輸出級的兩個單獨有別的變壓器之間的各自脈沖的寬度。脈沖寬度調制器高頻運行因而脈沖相對來說仍然窄。窄脈沖為焊機提供了快速響應。通過快速改變電流命令信號，靠改變迅速產生的相反極性的電流脈沖，輸出電流的即刻改變能引起在焊接循環中的基本上同時改變。由單一的三相整流器激勵的兩個輸入電容器上的電壓的值是已知的，已經專利技術，每一輸入存貯電容器上的電壓必須相等，并且基本上等于整流器總輸出電壓的一半。兩個將電流從整流器引向每個變壓的開關裝置的輸入電容器前的不平衡會引起電源電路本身災難性的故障。因此，本專利技術涉及的原理是平衡各個單獨變壓器的兩個輸入電容器上的電壓，使該電容器上的電壓基本上相等。本專利技術的主要目的是在防止效率低和變換器的損壞的同時允許采用兩個獨立的有區別的變壓器，這些變壓器有單獨的鐵芯，以在高頻變換器的輸出端產生相反極性的電流脈沖。按照本專利技術，實現該目標方法是主動控制第一和第二輸入電容器上的電壓，使二者基本上相等。基本相等指試圖使電容器的兩個電壓相等且基本上等于整流器輸出電壓的一半。按照本專利技術，要從一個額定值中減去一級雙變壓器變換器的電容電壓。該額定值取決于整流器輸出電壓的實際值。例如，當輸出電壓大約為650伏時，用的參考電壓為325伏。第一電容器上的實際電壓與這一電壓比較，其差值表現為誤差信號。這一誤差信號用來修正被測電容器限定的變換器部分的輸入電流命令信號。如果受控電容器的電壓高于參考電壓，兩級變換器中的那一特定級產生更大的電流，當一級產生大的電流時，由第二輸出變壓器限定的第二級的電流相應地要小，這是由于輸入電容器電壓間有一個自然的相反關系。如果一個電容器上的檢測電壓太低，被監測的變換器部分產生較小電流。因此，變換器的另一部分產生較大電流，這一作用應平衡了電容器電壓，使變換器的運行維持不變。已經發現，當電流脈沖相對短時，既使兩個電容器上的總電壓恒定，激勵變換器的各個變壓器的兩個電容器的電壓趨于基本上不相同。另外，變換器的輸出基本上得到控制，使相反極性脈沖中同樣大小正向與負向電流流經變換器的輸出端。這一控制特性也使輸入電容器的電壓基本上不相同。激勵變換器的各個變壓器的電容器上的電壓差值將能量傳回變換器的原邊部分，大大降低了效率。本專利技術是通過控制用于基本上標準的高頻變換器的兩個獨立的變壓器的整流器部分的兩個電容器電壓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高頻電源，用于經一個扼流圈將焊接電流供到一個包括一個電極部件和一個工作部件的焊接臺，所述電源包括一個變壓器裝置，用于在第一副邊繞組中產生第一電流脈沖，在第二副邊繞組中產生第二電流脈沖；還包括連接所述副邊繞組以使所述電流脈沖流過所述扼流圈并穿過所述部件的裝置；所述變壓器裝置包括一個第一變壓器，其帶有一個第一鐵芯、一個第一原邊繞組、和在所述第一鐵芯上安置所述第一副邊繞組的裝置，所述第一鐵芯在由所述第一原邊繞組產生所述第一脈沖時，以第一磁通方向被激磁；還包括一個第二變壓器，其帶有一個第二鐵芯，一個第二原邊繞組、和在所述第二鐵芯上安置所述第二副邊繞組的裝置，所述第二鐵芯在由所述第二原邊繞組產生所述第二脈沖時，以第二磁通方向被激磁；還包括用于產生所述第一和第二脈沖的電源裝置，該供電裝置包括一個有輸出電壓的整流器，一個具有將整流后的電流引到所述第一原邊繞組的第一電壓的第一電容器、一個具有將整流后的電流引到所述第二原邊繞組的第二電壓的第二電容器、按照一個電流命令信號控制從所述第一電容器來的所述第一脈沖電流的第一開關裝置，按所述電流命令信號控制從所述第二電容器來的所述第二脈沖電流的第二開關裝置和維持所述第一和第二電壓基本相等的控制裝置。...

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：喬治D布蘭肯什普，
申請(專利權)人：林肯電氣公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]