專利名稱：直流弧焊機節(jié)電減材技術(shù)方案的制作方法
直流弧焊機節(jié)電減材技術(shù)方案 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及直流電弧機及其電源，尤其是涉及到使用附加直流引弧電壓 來提直流弧焊機的功率因數(shù)和減少體積重量的技術(shù)方案。
技術(shù)背景 直流弧焊機是由直流弧焊電源和焊鉗等焊接附屬設(shè)備等部分組成。通常 直流弧焊機也稱直流孤焊電源?，F(xiàn)有直流弧焊電源有直流弧焊發(fā)電機、硅弧焊整流器、晶 閘管弧焊整流器和逆變弧焊電源等四類型，其中硅弧焊整流器和晶閘管弧焊整流器都需要有 一個工頻弧焊整流變'壓器，它們的初級與交流市電相連接，次級與整流或可控整流器件相連 接。硅弧焊整流器輸出電流的調(diào)節(jié)多采用磁放大器原理進行調(diào)節(jié)。晶閘管弧焊整流器是釆用 控制相位的方法進行調(diào)節(jié)。硅弧焊整流器和晶閘管整流器都有單相和三相兩種類型，單相采 用單相全波或單相橋式整流或可控整流電路，三相采用三相橋式或帶平衡電抗器的六相半波
(也稱帶衡電抗器雙向星形)整流或可控整流電路。由于弧焊時引弧電壓要比弧焊電壓高得 多，為了減小整流變壓器體積和重量，減少整流變壓器的用銅量和用鐵量、提高變壓器的'變 壓比和功率因數(shù)，可以采用附加直流引弧電壓的方法。現(xiàn)有增加附加直流引弧電壓的方法是 采用在整流變壓器上增加一組次級引弧交流繞組，通過整流器整流獲搏直流電壓之后再在直 流輸出端加限流電阻來限止引弧電源的最大電流數(shù)值。它存著兩個缺點O要在整流變壓器 上增加一組次級引弧繞組。2)要加大功率限流電阻，不但浪費電能，更會影響整流設(shè)備的散 熱問題，是否可以不在整流變壓器上增加次級引弧繞組和不用耗能的限流電阻來解決引弧所 需的引弧電源的限流的問題呢？同一發(fā)明人應(yīng)用橋全可控整流電路和橋半可控整流電路兩項 發(fā)明專利可以解決晶閘管弧焊電源的引弧電源無電阻限流和弧焊電流的調(diào)節(jié)問題。，并在北京 研發(fā)出次級主整流電路是三相全控橋的ZX5-J系列既節(jié)電又減材的晶閘管弧焊機，鑒定結(jié)論 填補國內(nèi)外空白，具有世界先進水平，現(xiàn)己連續(xù)生產(chǎn)十多年，但它還是要在整流變壓器中增 加3組引弧整流繞組。對次級主整流電路是帶平衡電抗器六相半波的ZX5弧焊機來說還要增 加6個次級引弧繞組和6個晶間管就顯得不太經(jīng)濟，因此，至今尚未開發(fā)這類電路的ZX5-J 產(chǎn)品。是否可從既不用增加引弧繞組，也不用晶閘管控制代替引弧電流大功率限流電阻，來 獲得比弧焊電壓更高的引弧電源呢？同一發(fā)明人在三相直流弧焊機實用新型專利.(ZL 95 2 16870.7)增設(shè)計使用6個交流電容和12個二極管，使用串聯(lián)交流電容限流的六相半波整流 引弧電源，用于帶平衡電抗器六相半波晶閘管的ZX5型焊機；和使用4個電容和8個二極管 的倍壓引弧電源，用于三相全控橋晶閘管的ZX5型焊機。本發(fā)明就是要提供更簡單、更經(jīng)濟 實用的電容倍壓整流引弧電源。把它使用在現(xiàn)有的硅整流直流弧焊機和晶閘管直流弧焊機上， 使它們都能達到電路更簡單、我本更低、使用更可靠論節(jié)電減材的目。 .
{三>發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是用現(xiàn)有各類直流引弧機內(nèi)部的工頻整流變壓器上現(xiàn)有的次級
繞組上的交流電壓，通過2個電容和4個整流器件組成的倍壓整流電路來獲得所需的引弧直
流電壓。由于電容倍壓整流電流既能輸出高于整流電路的電壓，又能限止最大輸出電流(決 定于倍壓電容容量大小、倍壓電路和濾波電路)，因此，能同時解決引弧電源既不需要在整流 變壓器上增加次級引弧繞組，又不要限流電阻，也不用引弧晶閘管的問題，它能使現(xiàn)有各種 帶直流引弧電源的直流弧焊機的結(jié)構(gòu)大為簡化，它能使現(xiàn)有各種不帶直流^弧電源的直流弧 焊機提高功率因數(shù)和變壓比，達到節(jié)電減材的目的，符合國家提出節(jié)能減排國策，很值得在 國內(nèi)外廣泛推廣使用。
由于實施本發(fā)明可以利用原制造直流弧焊機的設(shè)備和工藝。因此，可以很方便對規(guī)有各 類直流弧焊機生產(chǎn)的節(jié)電減材改造，生產(chǎn)帶有倍壓引弧電源的直流弧焊機。為盡快在國內(nèi)外 推廣和使用本發(fā)明的電容倍壓整流引弧的直流弧焊機。可在原傳統(tǒng)型號的名稱內(nèi)增加"J"字，
即節(jié)電減材的意思。如ZPG1—500J、 ZXG-400J等硅整流直流弧焊機和ZX5-250J、 ZX5-400J、 ZX5-630J等晶閘管整流直流弧焊機。
目前國內(nèi)外生產(chǎn)的各類工頻硅整流直流弧焊機和晶閘管整流直流弧焊機本來就有很大 市場，應(yīng)用本發(fā)明的新一代直流弧焊機很快就可替代傳統(tǒng)的直流弧焊機，因此本發(fā)明一定能 產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益和很大的社會效益。
本發(fā)明的直流弧焊機是由整流或可控整流電路獲得直流弧焊時所需的直流弧焊電壓和 功率，由電容和整流器件組成的倍壓電路獲得所需的所需的直流引弧電壓，其特征在于直 流弧焊機中的直流引弧電壓和直流弧焊電壓由同一整流變壓器的同一次級繞組提供交流電 壓，引弧直流電壓是通過2個電容和4個二極管組成的倍壓電路獲得的，而弧焊電壓是通過 硅整流電路，或者晶閘管整流電路獲得的。
本發(fā)明目的是用附加2個電容和4個二極管的倍壓整流引弧電源來改造和提高現(xiàn)有各類 硅整流和晶閘管整流直流弧焊機內(nèi)的整流變壓器的變壓比、功因數(shù)和效率，減少弧焊機中整 流變壓器的用銅量、用鐵量、體積和重量，使直流弧焊機達到節(jié)電減材的目的。
本發(fā)明的直流弧焊機，它由整流變壓器(1)、硅二極整弧焊流器，或者晶閘管弧焊整流 器(2)和電容倍壓引弧整流器(3)等部分組成，其特征在于引弧整流器(3)是一個由2 個電容和4個二極管組成的電容倍壓整流引弧電源(3),它的交流輸入電源來自弧焊整流器
(2)的交&節(jié)輸入電源，弧焊整流器(2)可以是單相，也可從是多相，其整流器件可以是不 可控的硅整流二極管，也可以是可控的晶閘管等可控器件。
本發(fā)明是一個有很大經(jīng)濟效益和社會效益的集成技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)方案的發(fā)明。通過附圖說 明就可以進一步了解本發(fā)明的目的，以及本發(fā)明的特征與優(yōu)點等。


附圖1是本發(fā)明一個單相晶閘管直流弧焊機的一個實施例的主電路原理
圖。附圖2是本發(fā)明一個三相晶閘管直流弧焊機的一個實施例的主電路原理圖。附圖3是 本發(fā)明另 一個三相晶閘管直流弧焊的另 一個實施例的主電路原理圖。
現(xiàn)有各種類型的硅整流和晶閘管整流的直流弧焊機，都有一個整流變壓器(1)，其次級 輸出交流必須與整流或可控整流電路相配合，同時達到引弧時所必須的引弧電壓、和焊接時 的弧焊電壓和弧焊電流調(diào)節(jié)等多個因數(shù)，—因此，整流變壓器次級輸出電壓都比較高。由此產(chǎn) 生變壓比較小、輸入電流和功率較大、制造焊節(jié)變壓器材料多、體積大、重量重和成本高 等一系列的問題。由于本發(fā)明的技術(shù)方案中采用在整流變壓器(1)的次級整流繞組上再增加 一個由2個電容和4個整流二極管組成的倍壓整流器就可以獲得弧焊時所需的引弧電壓，因 此，可以降低整流變壓器的次級繞組交流電壓、提高變壓器的變壓比、功率因數(shù)和效率，減 少變壓器的輸入電流和功率，從而能達到既節(jié)電又減材的目的。應(yīng)用本發(fā)明的弧焊機也可稱 為帶有倍壓引弧的直流弧焊機。都可從在原型號中增加"J"字來區(qū)分。
具體實施方式
、附圖1是本發(fā)明應(yīng)用于單相晶閘管直流弧焊機的一個典型實施例 的主電路原理圖，它由單相整流變壓器(1)、晶閘管V1、 V2和濾波電感L1組成的弧焊整流 器(2)，和由電容C1、 C2，、 二極管DK D2和電感L2組成的單相雙半波倍壓整流引弧電源 (3)組成。附圖l中的電感Ll是弧焊濾波電感，不用此電感就成為每秒100周的脈沖直 流弧焊機。L2是引弧電源中的濾波電感，通常可使用日光燈鎮(zhèn)流器鐵芯繞制，它能使引弧更 穩(wěn)定，也可省去此電感。現(xiàn)有的單相雙半波晶閘管直流弧焊機僅有附圖1中的(1)和(2) 兩部分。由于引弧電壓一般都要求在60-80伏之間，而直流弧焊電壓要求是U=20+0， 041。 因此輸出200A的直流弧焊機其弧焊電壓僅28伏。要同時滿足引弧和弧焊電壓的兩者要求就 必須將整、流變壓器(1)的次級兩個繞組都設(shè)計在60伏以上來同時滿足引弧電壓和弧焯電壓 的要求，這種情況下200A 28V直流輸出晶閘管的導(dǎo)通角就很少，因此，整流變壓器的功 率因數(shù)和效率都很低。由于本實施例中增加有由電容C1、 C2，整流二極管D1、 D2,濾波 電感L2組成的倍壓引弧電源(3)，因此，就可從將整流變壓器的兩個次級繞組的開路交流電 壓降低到40V以下，此時倍壓引弧電源還可獲得高于70V以上的引弧所需的電壓，提供弧焊 電壓和電流的晶閘管導(dǎo)通角就可在接近全導(dǎo)角的大導(dǎo)通角狀態(tài)下工作，這樣原有整流變壓器 (1)的功率因數(shù)和效率都將有很大的提高，整流變壓器(1)的容量就可減少30%，濾波電 感L1的體積和重量就可大大減少，由于倍壓整流電源所使用的元件成本很低，因此，能達到 降低成本、節(jié)電和減材的目的。
如將附圖1中的晶閘管V1、 V2改用硅整二極管，采用其它調(diào)節(jié)弧焊電流和電壓調(diào)節(jié)方 法的硅整 充弧焊機，都可使用有本發(fā)明的電容倍壓引弧電源(3)能達到節(jié)電減材的目的。
附圖1中點劃線柜內(nèi)的電容倍壓整流弘弧電源(3)是本發(fā)明的特征部分，它由2個電
容、4個二極管等組成的雙半波倍壓整流電路，它有3個交流輸入端(4、 5、 6)和2個直流 輸出端(5、 7)，其中5端是交流輸入和直流輸出的公共端，倍壓整流輸出端7上串接有1個 穩(wěn)定引弧的濾波電感L2，有時也可省略，倍壓引弧電源通過濾波電感L1加在直流弧焊機輸 出(8、 9)兩端。
我國硅整流三相交流供電的硅整流直流弧焊機和晶閘管直流弧焊機按三相整流變壓器次 級繞組連接方式；硅整流和晶閘管整流分都有兩種類型， 一種是變壓器次級三相繞組釆用三 角形連接的，電路采用三相橋式整流或可控整流電路。另一種是變壓器次級三相繞組采用反 向雙星形連接的，電路采用帶平衡電抗器的六相半波整流電路。，兩種類型的三相晶閘管直流 弧焊焊的型號都是ZX5型.。附圖2和附圖3示出本發(fā)明兩個典型的三相晶闡管直流弧悍機 的實施例主電路原理圖。除去附圖2和附圖3中的倍壓引弧電源(3)，它們就是現(xiàn)在各生產(chǎn) 廠家生產(chǎn)的兩種類型的變X5型三相晶閘管直流弧焊電源的主電路原理圖。
附圖2是本發(fā)明帶平衡電抗器的六相半波晶閘管直流弧焊機的主電路原理圖，它由三相 次級雙反星形連接的整流變壓器(1)、由6個晶閘管(V1 V6)、平衡電感器DK和濾波電 感L1組成的帶平衡電感器的六相半波可控整流器(2)、由2個電容(Cl、 C2)、 4個二極管 (D1 D4)和濾波電感L2組成的倍壓引弧電源(3)，除去附圖中的倍壓引弧電源(3)，它就是 目前國內(nèi)各生產(chǎn)廠生產(chǎn)的ZX5型帶平衡電抗器的晶閘管直流弧焊機主電路原理圖。由于應(yīng)用 了本發(fā)明的倍壓整流引弧電源(3)，因此就可以降低三相整流變壓器的6個次級繞組的交流 電壓約20-30%,減少濾波電感Ll和平衡電抗器DK的體積和重量，因此可以達到節(jié)電減材 的目的。
附圖2中的倍壓引弧電源(3)和附圖1相同，它們都是采用雙半波電容倍壓整流電源， .它還可以應(yīng)用到其它帶平電抗器的硅二極管整流弧焊機之中而達到節(jié)電減材的目的。它與同 一發(fā)明人十多年前在三相直流弧焊機實用新型專利中設(shè)計的使用6個交流電容和12個二極管 的引弧電路相比較，顯然具有簡單、可靠、經(jīng)濟實用的優(yōu)點。
同一發(fā)明人曾在北京電焊機廠生產(chǎn)的原ZX5-400型三相全控橋晶閘管弧焊機內(nèi)的整流變 壓器上，增加3個次級引弧整流繞組，通過3個50安的晶閘管做附加直流引弧電源，并將原 次級弧焊整流繞組電壓降到原交流電壓的70-75%，結(jié)果節(jié)省了變壓器和電感器的銅材每臺約 16公斤，變壓器輸入功率減少幾個千瓦，經(jīng)權(quán)威專家鑒定該項成果填補國內(nèi)外空白，具有 當時世界先進水平。但是由于要增加3個引弧交流繞組和3個50安晶閘管和改變觸發(fā)控制板， 因此其總成本降低幅度不大，而電路和工藝都增加復(fù)雜性，它同樣可以使用本發(fā)明的技術(shù)方 案來進一歩降低成本。
附圖2的倍壓引弧電源(3)同樣可以使用于其它帶平衡電抗器的硅六相整流弧焊機上達到
節(jié)電減材的目的。
附圖3就是本發(fā)明三橋全控橋晶闈管直流弧焊內(nèi)的主電路原理圖。它由次級三角形連接 的三相整流變壓器U)、由連接成三相全控橋的6個晶閘管(V1 V6)和濾波電感L1組成的 弧焊整流器(2),由電容(C1、 C2)、 二極管(D1 D4)、晶閘管(V4 V6)和濾波電感L2組成的 倍壓引弧電源(3)，在這里應(yīng)該指出3個晶閘管(V4、 V5、 V6)是倍壓引弧電源和弧焊整流 器公用器件。除去附圖3中點劃線內(nèi)的電容、二極管和濾波電感，它就是目前國內(nèi)各生產(chǎn)廠 家生產(chǎn)的ZX5型三相全控橋晶閘管直流弧焊機的主電路原理圖。由附圖3可知獲得引弧電 電，既不要增加3個次級引弧整流繞組，也不需要增加3個50安晶閘管及其觸發(fā)控制電路， 只要增2個電容(Cl、 C2)、.4個整流二極管(D1 D4)、和濾波電感(L2)就可以達到節(jié)電 減材的目的.。附圖3中的倍壓引弧電源與附圖1和2不同之處在于前者倍壓引弧整流器交 流輸入3個端(4、 5、 6)和引弧直流輸出2個端(7、 8)沒有公共端，而后者有。本發(fā)明的 倍壓弧焊電源使所使用的電容和二極管的數(shù)量都比十多年前在三相直流弧焊機上的倍壓弓I弧 電源減少一半，因此更可靠更經(jīng)濟實用。
應(yīng)該指示附圖3中的倍壓引弧電源電路還可以應(yīng)用于所有硅三相整流橋直流弧焊機上而 達到節(jié)電減材的目的。
從以上實施例就可清楚看到本技術(shù)方案特證在于在采用硅二極管器和晶閘管整流器的 單相或者三相直流弧焊電源和直流弧焊機上有點劃線柜內(nèi)所示的由2'個電容和4個二極管 組成的倍壓引弧電源(3)。凡是在直流弧焊電源和直流弧焊機上有上述電容倍壓引弧電源的 產(chǎn)品勻在本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。因此，本技術(shù)方案能為電焊行業(yè)節(jié)電減材做出貢 獻、有很大市場、經(jīng)濟和社會效益。
權(quán)利要求
1、一種直流弧焊機，它由整流變壓器(1)、弧焊整流器(2)和引弧整流器(3)等部分組成，其特征在于引弧整流器(3)是一個由2個電容和4個二極管組成的電容倍壓整流引弧電源，引弧整流器(3)的交流輸入電源來自弧焊整流器(2)的交流輸入電源。
2, 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流弧焊機，其特征在于弧焊整流器(2)是一個硅二極管 整流器，引弧整流器(3)是由2個電容和4個整流二極管組成的雙半波倍壓整流引弧電源。
3,根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的直流弧焊機，其特征在于弧焊變壓器(2)是一個晶閘 管整流器，引弧整流(3)是由2個電容和4個整流二極管組成的雙半倍壓整流引弧電源。.
4、 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的直流弧焊機，其特征在于弧焊整流器(2)是一個單相 硅二極管整流器，引弧整流器(3)是由2個電容和4個整流二極管組成的倍壓整流引弧電源。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的直流弧焊機，其特征在于弧焊整流器(2)是一個單相 晶閘極管整流器，引弧翁流器(3)是由電容和整流二極管組成的雙半波倍壓整流引弧電源。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的直流弧焊機，其特征在于弧焊整流器(2)是一個三相 硅二極管整流器，引弧整流器(3)是由2個電容和4個整流二極管組成的倍壓整流引弧電源。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的直流弧焊機，其特征在于弧焊整流器(2)是一個三相 晶閘管整流器，引弧整流器(3)是由2個電容和4個整流二極管組成的倍壓整流引弧電源。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的直流弧焊機，其特征在于弧焊整流器(2)是一個三相 磚二極管整流器，引弧整流器(3)是由2個電容和4個整流二極管組成的倍壓整流引弧電源。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的直流弧焊機，其特征在于弧焊整流器(2)是一個三相 晶間管整流器，引弧整流器(3)是由2個電容和4個整流二極管組成的倍壓整流引弧電。p>10、根據(jù)權(quán)利要求l、 3、 5、 7和9所述的直流弧焊機，其特征在于ZX5型晶閘管弧焊 機上有一個由2個電容和4個整流二極管組成的倍壓整混引弧電源(3),其交流輸入端與晶 閘管整流器的交流輸入端相連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于帶有直流引弧電源的直流弧焊機，它是節(jié)電減材全新一代的直流弧焊機，由整流變壓器、整流或可控整流器和倍壓整流引弧電源等組成。其特征在利用整流變壓器次級供給整流或可控整流器的交流輸入電壓直接進行倍壓整流來獲得引弧所需的直流引弧電壓。從而可以簡化結(jié)構(gòu)、降低整流變壓器的次級繞組電壓來提高整流變壓器的變壓比和功率因數(shù)，減少變壓器的用銅量和用鐵量，達到直流弧焊電源和直流弧焊機節(jié)電減材的目的。使用本發(fā)明的各類硅整流式和晶閘管整流式的直流弧焊機，可以取代現(xiàn)有各類有工頻整流變壓器的直流弧焊機，特別是現(xiàn)有ZX5型晶閘管直流弧焊電源的直流弧焊機會有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號B23K9/067GK101391332SQ20081011031
公開日2009年3月25日 申請日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者龔秋聲 申請人:龔秋聲