專利名稱：一種節能的輕便的電容放電焊機的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及ー種電容放電焊機(或稱為電容儲能焊機)。
背景技術：
現代化工廠的建設和維護均離不開焊接。例如核電站,有人形象地說“整座電站是鋼材和其它金屬器材堆積起來的。堆積的手段是焊接”。同樣，核電站的維護也離不開焊接。例如，電站反應堆的構件是一直處在高溫、高壓、高輻射下，承受冷卻劑的高速沖刷，維修工作在所難免。眾所皆知，2011年3月11日，日本福島核電站在地震、海嘯后，多臺機組發生氫爆炸和核泄漏，釀成災難。災后，日本平民雖然“反核電之聲”不絕，但其政界、經濟界顯然不會因噎廢食，終將予以修理和重建。請注意，使用電弧切割/置換設備部件吋，必將受到施工場地的限制，且不同設備焊接時所需能量也有大有小，因此，該類工程的進行顯然需要有一臺能“大小由之”的電焊機。眾所皆知，焊機存儲的電能W :
I .W ニ—CU(J)(I)式中C-電容器的電容值(F) U-充電電壓值(V)根據(I)式可知，改變W有兩個途徑(a)改變C的電容量——但增大C值，會使電焊機的體積和重量變大，有時竟是無法實現的。例如，〈電焊機〉雜志2010年4期(第1-6頁)有題為“電弧螺柱焊電源的發展方向探索——超級電容器在螺柱焊機中的應用” 一文中指出“對于直徑大于16mm的螺柱，如果采用電容儲能焊接時，需要單體電解電容器二十萬只并聯，每只電解電容器的電容值為三萬微法，每只重量按2kg計算，總重量為四十萬kg，它需要十噸大卡車一萬輛才能裝得下。”顯然這是不可能實現的。(b)另一途徑是提高電壓U—我國弧焊機的輸入電壓為交流220/380V，其空載電壓為40-90V。眾所皆知，提高空載電壓若不采取有效措施，恐將危及操作者的安全。
發明內容
本專利目的是提供一種電容放電焊機，其焊接能量能“大小由之”，而其放電回環中的電壓對操作者保證是安全的。為了達到上述目的，本專利的技術方案是將ー種“雙電容佯謬電路”(TwoCapacitor Paradox Circuit)引入焊機的放電回環中。具體地講，將對比文件圖I中的電容器C(13) —分為ニ，如圖2(a)中的C1 (6)和C2⑶。其中C1 (6)置于晶閘管SCR(7)的陽極端；CJ8)置于晶閘管SCR(7)的陰極端。這樣，Y1-SCR-C2 ”形成的“ 形結構”被稱為“雙電容佯謬電路。”
下面結合圖2(a)的主電路作進ー步詳細地說明。圖I是現有技術(對比文件)的電容放電焊機的主電路圖。圖2是本專利的電容放電焊機的主電路圖。鑒于各圖中所含的元器件較多，茲列表說明之。表I兀器件一覽表
序號I名稱I 充電控制単元
2整流模塊 I 充電限流電阻 ~ 充電電容器C1的殘留能量釋放電阻
5充電電容器C1的釋放開關
6充電電容器C1
~ 本專利電路(圖2(a))中的晶閘管 8 放電電容器C2 ~~9 焊接エ件電阻 "Io 放電電容器C2的剩余電荷釋放電阻 剰余電荷釋放開關 "12 交流電源
~T3 対比文件中的充電電容器(見圖I)
"14焊把與エ件形成的“等效開關”
15対比文件中的晶閘管(見圖I)
~^6 金屬氧化物非線性電阻M0V(或稱金屬氧化物無間隙避雷器Metal Oxide Varisterノ
具體實施例方式
本專利焊機的主電路如圖2(a)所示，其中充電控制単元(I)、晶閘管整流模塊(2)和C1 (6)等組成充電回環(charging loop);晶閘管SCR(7),電容器C2 (8)與焊接終端的焊把焊件(9)組成放電回環(discharging loop)。其工作特點如下I、焊接前( 設t < 0):晶閘管SCR(7)未觸發。此時，電容器C1 (6)可由充電控制單元⑴接通電源(12)，使其充電到預定的初值電壓VclOU。隨后即關斷控制単元(I)，讓電容器C1 (6) —直保持Vca (0_)電壓初值不變，蓄能待用。同時，電容器CJ8)上也可能有初值電壓Ve2 (0_)，例如，若上一次焊接完畢后C2 (8)上留有剩余能量。2、焊接之頃(設t = 0):此時觸發SCR(7)，使晶閘管導通。SCR(7) 一旦導通，兩電容器C1 (6)和C2 (8)被直接連接起來，變成同一電位。其值為VV0 =し1'1ツで'2(り(2 )式中=C1Vcl (0_)為電容器C1在t < 0之前儲存的電荷量；C2Vc2 (0J為電容器C2在t < 0之前儲存的電荷量；(2)式是根據SCR(7)導通前、后兩電容器上總的電荷量不變的“電荷守恒法則”推得的。若晶閘管SCR(7)在觸發前，電容器C2 (8)上并未充電，則Ve2 (0_) =0，于是⑵式變為；K = c vCi(°-)(3)其中，顯然フ^ぐ1，故V0恒小于Vcl (0J。請注意(3)式啟發我們ー個十分可貴的性能"C1-SCR-C2”這個形結構可當作“降壓變壓器”來用。因為它能將C1 (6)上原來充有的高電壓ん(0_)，在SCR導通的一瞬間降為低電壓Vtlt5因此，我們可以把Vel (0_)選的高ー些，使電容器C1 (6)多儲存ー些電能，而此時因為SCR (7)未導通，電焊機操作者不可能接觸到高電壓Vca (0_)，操作者的人身安全是有保障的；再同時，我們選擇合適的電容器C2 的電容值，讓SCR(7)觸發導通后的Vtl值處在安全電壓的范圍內，保證操作者的人身安全。下面舉兩個實施例，并與對比文件相比較，以觀實效表2兩種焊機的特點比較[2。I]。本專利焊機的輸入電壓取交流380V時對比文件(圖I的主電路)本專利(圖2(a)的電路)
項目數據項目數據
Vfl(0 )=380V (交流)，
電容器上初值Vd (0 )=50V電容器上初值
____v,2(0J-0V
—電容器上放電初值__F0=50V__電容器上放電初值__F0=50V _
__電容器上儲能__IV =40J電容器上儲能_妒=40J
所需電容器的電容量—C=32000yF—所需電容器的電容量-C1=SOpF，C2=I500(注I)對比文件的數據摘自<電焊機>,2008. 38(8). 58-60.
楊景衛，曹彪.“ー種新型電容儲能式電焊機的研制”。
(注2)本專利的數據是根據(I)、(2)兩式計算的。O本專利焊機的輸入電壓取交流500V時_
對比文件(圖I的主電路)本專利〔圖2(a)的電路)
_項—目—數據項目數據
—電容器上初值vd(0) =50V電容器上初值 ル(0—)=500V，Vf，(0_)=0V
—電容器卜.放電初值_ ア0=50V電容器上放電初值K=50V
—電容器上儲能__W =403電容器上儲能W=40J
所需電容器的電容量l_C=32000"F I所需電容器的電容量|_ C1=O-S ^ F，C2=H^F(注I)對比文件的數據摘自<電焊機>，2008. 38(8). 58-60.
楊景衛，曹彪.“ー種新型電容儲能式電焊機的研制”。_
(注2)本專利的數據是根據(I)、(2)兩式計算的。_ _根據表2。。2所示，對比文件所需的電容器的電容量為32000ii F，而本專利所需電容器的電容量僅為C1 = 0.8 u FjC2 = 13 ii F，兩者相差約兩千五百倍。顯而易見，兩者的體積和重量相去甚遠。3、晶閘管 SCR(7)導通之初(0_ < t < 0+)在此時(0_<セ<0+)，兩電容ー旦接觸，電容器(1(6)便立即給電容器C2 (8)突擊充電，使CJ8)瞬間變成放電回環中的第二電源。注意，此時在C1-SCR-C2結構中流的是脈沖電流(稱為S⑴函數)，其值瞬息即逝。由于它在流過ら出)，SCR(7)和CJ8)等器件時來不及升溫，故在選擇各該器件時，無需考慮該脈沖電流的熱效應。4、在脈沖電流消失后(t > 0+)
放電回環中C1 (6)和C2⑶同時向焊接終端(9)放電。但只有C1 (6)的放電電流才通過晶閘管SCR(7)，而C2(8)的放電電流并不通過SCR(7)。因此，本專利的晶閘管SCR(7)的電流定額比對比文件中的SCR(15)要小，其必須配置的散熱器也相應縮小。顯然這也有于改善本焊機的重量、體積和造價。5、根據數學分析，本專利焊機的晶閘管SCR(7)導通后，焊接終端(9)上的焊接電壓v(t)和焊接電流i(t)均為同一波形的指數函數，即
權利要求
1.一種電容放電焊機，其主電路包括充電回環和放電回環，而其特征在于其放電回環是由“雙電容佯謬電路”和“焊接終端的焊把和焊件(9)”等組成；其中雙電容佯謬電路是指由“電容器C1 (6)，晶閘管SCR (7)，電容器C2⑶”三者連接成的“ 形結構”；該結構有類似干“降壓變壓器”的降壓功能；而無通常鐵磁材料變壓器的一切缺點。
全文摘要
本發明涉及一種節能的輕便的電容放電焊機，本焊機的主電路如附圖所示，焊接前，交流電通過控制單元(1)，整流模塊(2)將電容C1充電到預定電壓值后，斷開單元(1)使電容C1(6)處在帶電備用狀態。焊接時，C1(6)槍先經晶閘管SCR(7)向C2(8)突擊充電。然后電容C1(6)和C2(8)同時向焊件電弧放電，完成焊接工藝。由于C2(8)的放電電流并不經過SCR(7)，故SCR(7)的電流定額可以減小；而且焊接電流和焊接電壓波形相同，相位相同，故負載側(放電回環中)沒有無功損耗和畸變損耗，使電容所儲全部能量均為焊接所需的有功功率，達到節能。而且“C1-SCR-C2”π形結構，擁有“降壓功能”，而無鐵磁變壓器的一切弊端。通過合理選配C1、C2的電容量，可使本焊機的焊接能量可“大小由之”，并能有效地縮小體積、重量和成本。
文檔編號B23K9/10GK102615388SQ20121010043
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者陳寄炎 申請人:陳寄炎