專利名稱：電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交流弧焊機(jī)的電源裝置，更確切地說，涉及使用直流電壓轉(zhuǎn)換生成的交流電壓的電源裝置。
背景技術(shù)：
圖1表示與交流弧焊機(jī)一起使用的現(xiàn)有電源裝置的示例。圖1所示的電源裝置具有電壓輸入端2a、2b和2c，輸入端與諸如三相工業(yè)交流電(未示出)之類的交流電相連。電壓輸入端2a-2c與輸入端整流電路4相連。輸入端整流電路4相連對(duì)第一交流電壓(如，來自三相工業(yè)交流電的三相工業(yè)交流電壓)進(jìn)行整流，產(chǎn)生整流電壓。平滑電容器6對(duì)整流電壓進(jìn)行平滑處理，變?yōu)橹绷麟妷?。將合成的直流電壓?yīng)用于直流高頻轉(zhuǎn)換器，如高頻逆變器8，轉(zhuǎn)換為高頻電壓。高頻逆變器8具有許多半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備，如IGBT，雙極晶體管或FET(未示出)。逆變器控制電路9控制半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的導(dǎo)電周期。將來自逆變器8的高頻電壓應(yīng)用于具有復(fù)卷繞組10S的變壓器10的初級(jí)繞組10P，從而引起高頻增壓。輸出端整流電路12的二極管12a、12b、12c和12d對(duì)高頻增壓進(jìn)行整流。在正輸出端12P和負(fù)輸出端12N之間生成整流電壓。平滑電抗器14a和14b對(duì)整流電壓進(jìn)行平滑處理，生成主直流電壓。因此，輸入端整流電路4，平滑電容器6，逆變器8，變壓器10，輸出端整流電路12以及平滑電抗器14a和14b構(gòu)成直流電源。
將來自直流電源的主直流電壓應(yīng)用于直流交流轉(zhuǎn)換器16，后者根據(jù)主直流電壓生成第二交流電壓。經(jīng)由電源裝置的輸出端17A和17B，將第二交流電壓應(yīng)用到工件18和焊炬20之間的負(fù)載上。直流交流轉(zhuǎn)換器16具有一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備，如IGBT 22a，通過平滑電抗器14a與輸出端整流電路12的正輸出端12P相連。特別地，通過平滑電抗器14a，將IGBT 22a的集電極連接到正輸出端12P，將IGBT 22a的發(fā)射極連接到工件18。同樣，直流交流轉(zhuǎn)換器16具有一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)IGBT 22b，通過平滑電抗器14b與輸出端整流電路12的負(fù)輸出端12N相連。特別地，通過平滑電抗器14b，將IGBT 22b的發(fā)射極連接到負(fù)輸出端12N，將IGBT 22b的集電極連接到工件18。變壓器10在復(fù)卷繞組10S上有一個(gè)中間抽頭10T。將中間抽頭10T連接到焊炬20。將反并聯(lián)二極管24a和24b并聯(lián)到IGBT 22a和22b的各發(fā)射極集電極導(dǎo)電通路上。
以預(yù)定頻率(如，幾十赫茲到幾百赫茲)，從直流交流轉(zhuǎn)換控制電路26向IGBT 22a和22b的柵極施加控制信號(hào)，使IGBT 22a和22b交替導(dǎo)電。例如，當(dāng)IGBT 22a導(dǎo)電時(shí)，在圖2A所示的期限Tpe內(nèi)，正極性電流從正輸出端12P經(jīng)由平滑電抗器14a，IBGT 22a，工件18和焊炬29。到達(dá)中間抽頭10T。相反，當(dāng)IBGT 22b導(dǎo)電時(shí)，在期限Tne內(nèi)，負(fù)極性電流從中間抽頭10T經(jīng)由焊炬20，工件18，IBGT 22b和平滑電抗器14b，到達(dá)負(fù)輸出端12。這樣，在工件18和焊炬20之間產(chǎn)生用于焊接的交流電弧。
此時(shí)，如果焊接電流小于50A，則平滑電抗器14a和14b中儲(chǔ)備的能量不足，即使焊接電流的波形為圖2A所示的矩形，因此，當(dāng)焊接電流從正極性變?yōu)樨?fù)極性時(shí)，有時(shí)焊炬20和工件18之間不能再生電弧。在以上說明中，與電弧聯(lián)合使用的術(shù)語“再生”意指電弧的快速再生，在焊接電流變?yōu)樨?fù)極后，在焊接電流從正極轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)極時(shí)立即熄滅電弧。
為了幫助電弧的再生，使用用于提供疊加電弧再生電壓的另一個(gè)電源28。疊加電源28包括一個(gè)增壓變壓器30，將其初級(jí)繞組30P連接到電源輸入端2a和2b之間，以接收交流電壓，從而在變壓器30的復(fù)卷繞組30S上引起增壓交流電壓。利用整流器32對(duì)增壓交流電壓進(jìn)行整流，利用電阻34和電容36的組合進(jìn)行平滑處理，以形成直流電壓。變壓器30，整流器32，電阻34和電容36構(gòu)成輔助電源28。
在交流焊接電壓的負(fù)極性期間，來自電阻34和電容36之組合的直流電壓的峰值，大于工件18和焊炬20之間的電壓的負(fù)峰值。通過半導(dǎo)體開關(guān)電路，如雙極晶體管18，限流電阻40和IGBT 22b的串聯(lián)組合，在焊炬20和工件18之間施加直流電壓，其中工件18為正極，焊炬20為負(fù)極。更準(zhǔn)確地說，當(dāng)IGBT 22b導(dǎo)電時(shí)，施加直流電壓，從而工件18為負(fù)極，焊炬20為正極。通過使雙極晶體管38導(dǎo)電，施加直流電壓。利用疊加電壓控制電路42向雙極晶體管38的基極施加的控制信號(hào)，控制雙極晶體管38的導(dǎo)電周期，其中當(dāng)直流交流轉(zhuǎn)換控制電路26生成再現(xiàn)IGBT 22的控制信號(hào)時(shí)，疊加電壓控制電路42開始向雙極晶體管38提供控制信號(hào)。向雙極晶體管38施加控制信號(hào)的時(shí)間期限比焊接電壓為負(fù)的時(shí)間期限要短。以并聯(lián)方式連接二極管44和限流電阻40與雙極晶體管38的串聯(lián)組合。當(dāng)直流交流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，即中間抽頭10T和負(fù)輸出端12N之間的電壓，瞬間增加以使電容器36吸收瞬態(tài)電壓時(shí)，二極管44開始導(dǎo)電。
當(dāng)極性從正變?yōu)樨?fù)時(shí)，晶體管38開始導(dǎo)電，輔助電源28提供圖2B所示的直流電壓，以幫助再生電弧。此時(shí)，由于電容器36和電阻40構(gòu)成一塊集成電路，所以電容器36釋放出來的直流電壓逐漸升高。
當(dāng)工件18和焊炬20不與輸出端17A和17B相連時(shí)，上述電源裝置在輸出端17A和17B之間施加的電壓要高于200V，以便在工件18和焊炬20之間再生電弧，要獲得穩(wěn)定的電弧再生，需要250V以上的高壓。因此，如果由于電壓變動(dòng)而使得輸入端2a-2c的電壓變低時(shí)，則不能在工件18和焊炬20之間施加足以獲得穩(wěn)定電弧再生的電壓。
本發(fā)明的目的在于即使小焊接電流從正變?yōu)樨?fù)時(shí)也能提供可靠再生電弧的電源裝置。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的電源裝置包括一個(gè)直流電源，該電源通過對(duì)來自工業(yè)交流電源的第一交流電壓進(jìn)行整流和平滑處理，提供電壓。直流交流轉(zhuǎn)換器將來自直流電源的直流電壓轉(zhuǎn)換為在正極和負(fù)極之間變化的第二交流電壓，以便經(jīng)由電源裝置的輸出端應(yīng)用到負(fù)載上。疊加電壓電源準(zhǔn)備來自交流電源或直流電源的負(fù)疊加電壓，以便應(yīng)用到負(fù)載上。在第二交流電壓從正極性變?yōu)樨?fù)極性并且其時(shí)間期限小于第二交流電壓保持負(fù)極性之時(shí)限的時(shí)間期限內(nèi)，疊加電壓電源從其峰值大于第二交流電壓之負(fù)峰值的峰值快速變化。疊加電壓電源包括提供直流電壓的輔助電壓電源，其峰值大于第二交流電壓的負(fù)峰值；開關(guān)裝置，該裝置在其時(shí)限小于第二交流電壓保持負(fù)極性之時(shí)限的時(shí)限內(nèi)導(dǎo)電；以及與開關(guān)裝置串聯(lián)連接的限流電阻。當(dāng)開關(guān)裝置導(dǎo)電時(shí)，疊加電壓電源使得輔助電壓電源的電流流過開關(guān)裝置，限流電阻以及電源裝置的輸出端。以并聯(lián)方式連接微分電路和限流電阻。微分電路包括其電阻值小于限流電阻之電阻值的電阻。
借助采用上述構(gòu)造的電源裝置，當(dāng)應(yīng)用于焊接負(fù)載的第二交流電壓從正極變?yōu)樨?fù)極時(shí)，從疊加電壓電源向焊接負(fù)載施加以下負(fù)電壓，即從其峰值大于第二交流電壓之負(fù)峰值的峰值開始快速變化的負(fù)電壓，以便在第二交流電壓從正極性變?yōu)樨?fù)極性時(shí)再生電弧。當(dāng)開關(guān)裝置導(dǎo)電時(shí)，電流通過微分電路，微分電路包括其電阻值小于限流電阻之電阻值的電阻，從而向焊接負(fù)載施加大電壓。如果不使用微分電路，則電流將通過限流電阻，從而不能向焊接負(fù)載施加大電壓。與僅僅使用限流電阻相比，通過使用微分電路能夠向焊接負(fù)載施加更大的電壓，即使由于直流電源或交流電源的電壓變動(dòng)而引起輔助電壓電源的電壓下降。因此，電弧的再生是有保障的。
微分電路最好包括電容器和電阻的串聯(lián)組合。在其時(shí)限小于開關(guān)裝置保持導(dǎo)電狀態(tài)的時(shí)限內(nèi)，可以充滿電容器的電容量。當(dāng)開關(guān)裝置導(dǎo)電時(shí)，對(duì)電容器進(jìn)行充電，在完成充電后，通過限流電阻向焊接負(fù)載施加電壓。
輔助電壓電源包括一個(gè)位于輸出端的平滑電容器。對(duì)于包含平滑電容器但不包含微分電路的輔助電壓電源，平滑電容器和限流電阻構(gòu)成一塊集成電路，因此，應(yīng)用于焊接負(fù)載的電壓逐漸增加。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，使用以上微分電路，通過微分電路向焊接負(fù)載施加平滑電容器上的電荷。因此，應(yīng)用于焊接負(fù)載的電壓能夠快速上升。
直流電源可以為交直流轉(zhuǎn)換器，后者接收第一交流電壓，然后將第一交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。當(dāng)使用交直流轉(zhuǎn)換器時(shí)，輔助電壓電源的作用是將第一交流電壓轉(zhuǎn)換為其峰值大于第二交流電壓之負(fù)峰值的直流電壓。作為選擇，輔助電壓電源可以為升壓器，其作用是對(duì)直流電源提供的直流電壓進(jìn)行升壓。
輔助電壓電源包括輔助電壓電源輸入端整流和平滑電路，用于對(duì)第一交流電壓進(jìn)行整流和平滑處理，以生成直流電壓。利用輔助電壓電源高頻逆變器將生成的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻電壓。利用輔助電壓電源高頻變壓器對(duì)生成的高頻電壓進(jìn)行升壓，然后利用輔助電壓電源輸出端整流和平滑電路對(duì)經(jīng)過升壓的高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。借助上述構(gòu)造，由于輔助電壓電源采用小型、輕便、高效的高頻變壓器進(jìn)行增壓處理，所以總體上電源裝置是小型、輕便的。
直流電源包括輸入端整流和平滑電路，該電路對(duì)第一交流電壓進(jìn)行整流和平滑處理，以形成直流電壓。利用高頻逆變器將生成的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻電壓。利用高頻變壓器對(duì)生成的高頻電壓進(jìn)行升壓，利用輸出端整流和平滑電路對(duì)經(jīng)過升壓的高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。輔助電壓電源包括與輸入端整流和平滑電路相連的輔助電壓電源高頻逆變器，用于將輸入端的整流和平滑電路的直流電壓轉(zhuǎn)換為輔助電壓電源的直流電壓。然后利用輔助電壓電源高頻變壓器對(duì)高頻電壓進(jìn)行升壓，利用輔助電壓電源輸出端整流和平滑電路對(duì)經(jīng)過升壓的高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。
輔助電壓電源包括一個(gè)輔助電壓電源高頻變壓器，該變壓器與直流電源高頻逆變器相連，并且對(duì)高頻逆變器的高頻電壓進(jìn)行升壓。利用輔助電壓電源輸出端整流和平滑電路對(duì)經(jīng)過升壓的高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。
直流電源高頻變壓器包括第一和第二復(fù)卷繞組，其中通過對(duì)高頻逆變器的高頻電壓進(jìn)行升壓，分別生成第一和第二升壓高頻電壓。利用直流電源輸出端整流和平滑電路對(duì)第一復(fù)卷繞組引起的升壓高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。輔助電壓電源包括輔助電壓電源輸出端整流和平滑電路，該電路對(duì)直流電源高頻變壓器的第二復(fù)卷繞組引起的升壓高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。
圖1是現(xiàn)有弧焊機(jī)電源裝置的電路圖。
圖2A和2B表示圖1所示的電源裝置在各點(diǎn)出現(xiàn)的電壓波形。
圖3是根據(jù)本發(fā)明之第一實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖4A和4B表示圖3所示的電源裝置中的各點(diǎn)的電壓波形。
圖5是根據(jù)本發(fā)明之第二實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明之第三實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明之第四實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明之第五實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明之第六實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明之第七實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明之第八實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明之第九實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明之第十實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明之第十一實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明之第十二實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖3所示的本發(fā)明之第一實(shí)施方式的電源裝置包括微分電路46，后者以并聯(lián)方式與圖1所示的限流電阻40相連。圖3所示的電源裝置的剩余部分與圖1所示的電源電路的結(jié)構(gòu)相同，相同組件或功能使用的參考號(hào)數(shù)與圖1所用的參考號(hào)數(shù)相同，并且不再贅述。在所有附圖中，與圖1所示參考號(hào)數(shù)和符號(hào)相同的參考號(hào)數(shù)和符號(hào)，表示與圖1所示組件和功能相同的組件和功能。
微分電路46是由電阻48和電容器50的串聯(lián)組合構(gòu)成的。電阻48的電阻值小于限流電阻40的電阻值。電容器50的電容量滿足以下條件，在其時(shí)限小于晶體管38保持通電狀態(tài)的時(shí)限內(nèi)完成充電。
借助圖3所示的結(jié)構(gòu)，在工件18和焊炬20之間施加的電壓在時(shí)刻t1由正極變?yōu)樨?fù)極，正如圖4A所示，從而使晶體管38導(dǎo)電。因此，經(jīng)由晶體管38，電阻48，電容器50和IGBT 22b，將電容器36上的電荷提供給工件18和焊炬20。由于電阻48的電阻值小于限流電阻40的電阻值，所以電流流過電阻48和電容器50，此時(shí)工件18和焊炬20之間施加的電壓，高于經(jīng)由限流電阻40施加的電壓，其中限流電阻40所在的電路不包括微分電路46。因此，如果電壓輸入端2a-2c施加的電壓由于工業(yè)交流電源的電壓變動(dòng)而降低，則可以在工件18和焊炬20之間施加較高電壓，從而確保在焊接電流由正極變?yōu)樨?fù)極時(shí)再生電弧。在其時(shí)限小于晶體管38的導(dǎo)電時(shí)限內(nèi)完成對(duì)電容器50的充電，此后，焊接電流不通過微分電路46，而是通過限流電阻40。圖4B表示圖3所示的電源裝置在工件18和焊炬20之間施加的電壓的波形。電壓的峰值為300V到400V，持續(xù)時(shí)間為300μs到400μs。通過比較圖4B所示的波形與圖2B所示的波形可以看出，圖3所示的電源裝置能夠在工件18和焊炬20之間提供更高的電壓。因此，當(dāng)焊接電流從正極性變?yōu)樨?fù)極性時(shí)，本發(fā)明的電源裝置能夠可靠再生電弧。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明之第二實(shí)施方式的電源裝置，其中具有全橋結(jié)構(gòu)的逆變器16a作為圖3所示的電源裝置的直流交流轉(zhuǎn)換器16。
直流交流轉(zhuǎn)換器16a包括半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備，如IGBT 122a，122b，122c和122d。以串聯(lián)方式連接IGBT 122a和122c集電極發(fā)射極導(dǎo)電通路，以串聯(lián)方式連接IGBT 122b和122d集電極發(fā)射極導(dǎo)電通路。以并聯(lián)方式連接以上兩個(gè)串聯(lián)組合。通過電抗器14，將輸出端整流電路12的輸出電壓施加到并聯(lián)組合上。將IGBT 122b和122d之間的連接點(diǎn)連接到焊炬20，將IGBT 122a和122c之間的連接點(diǎn)連接到工件18。以反并聯(lián)方式連接飛輪二極管124a、124b、124c和124d與IGBT 122a-122d的集電極發(fā)射極導(dǎo)電通路。
當(dāng)IGBT 122a和122d導(dǎo)電時(shí)，在工件18和焊炬20之間施加電壓，其中工件18為正極而焊炬20為負(fù)極。當(dāng)IGBT 122b和122d導(dǎo)電時(shí)，在工件18和焊炬20之間施加電壓，其中工件18為負(fù)極而焊炬20為正極。這樣，IGBT對(duì)122a和122d以及IGBT對(duì)122b和122c交替導(dǎo)電，從而在工件18和焊炬20之間施加電壓。
通過晶體管38，限流電阻40和微分電路46，將電容器36兩端的直流電壓應(yīng)用到IGBT的并聯(lián)組合上。當(dāng)IGBT 122b和122c導(dǎo)電時(shí)，使得晶體管38導(dǎo)電。
圖6表示根據(jù)第三實(shí)施方式的電源裝置。圖6所示的電源裝置使用輔助電壓電源28a，如包含電抗器52和開關(guān)裝置(如雙極晶體管54)的升壓器56，代替疊加電壓電源28，其中疊加電壓電源28使用圖5所示的第二實(shí)施方式的電源裝置的升壓變壓器30。通過電抗器14a將電抗器52的一端連接到輸出整流器12的輸出端12P。將晶體管54的集電極連接到電抗器52的另一端，并通過反向阻斷二極管58連接到平滑電容器36與晶體管38之集電極之間的連接點(diǎn)。將晶體管54的發(fā)射極和平滑電容器36的另一端一并連接到輸出端整流電路12的負(fù)輸出端12N。以給定時(shí)間間隔，將驅(qū)動(dòng)電路(未示出)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng)用于晶體管54的基極。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)在基極上時(shí)，晶體管54導(dǎo)電。電源裝置的剩余部分與圖3所示的電源裝置相同。
當(dāng)升壓器56的晶體管54導(dǎo)電時(shí)，電流通過電抗器52和晶體管54，從而在電抗器52中存儲(chǔ)能量。當(dāng)晶體管54不導(dǎo)電時(shí)，將電抗器52引起的電壓疊加到輸出端12P和12N之間的電壓上，從而對(duì)輸出端12P和12N之間的電壓進(jìn)行升壓。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明之第四實(shí)施方式的電源裝置，其電路結(jié)構(gòu)與圖3所示的第一實(shí)施方式的電源裝置的結(jié)構(gòu)相同，只是該裝置使用輔助電壓電源28a，如圖6所示的電源裝置中使用的升壓器56，代替疊加電壓電源28。該電路的剩余部分與圖3所示的電源裝置相同。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明之第五實(shí)施方式的電源裝置，其電路結(jié)構(gòu)與圖3所示的電源裝置的結(jié)構(gòu)相同，只是使用輔助電壓電源281代替圖3所示的疊加電壓電源28。以下僅僅說明輔助電壓電源281的結(jié)構(gòu)和操作，而不再描述剩余部分。
利用輔助電壓電源281的平滑電容器201，在輸入端整流電路101中，對(duì)交流電源輸入端2a和2b之間的交流電壓進(jìn)行整流和平滑處理。利用高壓逆變器301將生成的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻電壓，正像高頻逆變器8一樣，逆變器301是由眾多半導(dǎo)體開關(guān)裝置(如IGBT，雙極晶體管和FET)構(gòu)成的。利用逆變器控制電路601提供的控制信號(hào)，控制半導(dǎo)體開關(guān)裝置的導(dǎo)電期限。利用高頻變壓器401對(duì)高頻逆變器301的輸出高頻電壓進(jìn)行升壓，在輸出端整流電路501中對(duì)經(jīng)過升壓的高頻電壓進(jìn)行整流處理。然后利用電阻34和電容器36對(duì)生成的電壓進(jìn)行平滑處理。
正如圖3所示的第一實(shí)施方式的電源裝置那樣，將輔助電壓電源281之正(+)輸出端和負(fù)(-)輸出端之間的直流電壓作為工件18和焊炬20之間的疊加電壓。借助于作為輔助電壓電源281之升壓變壓器的高頻變壓器401，電源裝置具有高效率，并且小型、輕便。
根據(jù)圖9所示的本發(fā)明之第六實(shí)施方式的電源裝置的輔助電壓電源282的電路結(jié)構(gòu)，與圖8所示的輔助電壓電源281的結(jié)構(gòu)相同，只是去除輔助電壓電源281的輸入端整流電路101，并將輸入端整流電路4的輸出電壓應(yīng)用于高頻逆變器301。依靠平滑電容器6的電容值，可以去除平滑電容器201。正如根據(jù)第五實(shí)施方式的電源裝置那樣，由于使用高頻變壓器401，所以根據(jù)第六實(shí)施方式的電源裝置具有高效率，并且小型、輕便。
根據(jù)圖10所示的本發(fā)明之第七實(shí)施方式的電源裝置包括輔助電壓電源283，后者與根據(jù)圖8所示的第五實(shí)施方式的電源裝置的輔助電壓電源281類似。輔助電壓電源283與輔助電壓電源281的區(qū)別在于不包括輔助電壓電源281的輸入端整流電路101，平滑電容器201或高頻逆變器301，并且將升壓高頻變壓器401的初級(jí)繞組連接到主電源的高頻逆變器8的輸出端。正如第五或第六實(shí)施方式的電源裝置那樣，由于使用高頻變壓器401，所以第七實(shí)施方式的電源裝置具有較高的運(yùn)行效率，并且小型、輕便。
圖11表示根據(jù)本發(fā)明之第八實(shí)施方式的電源裝置，該裝置使用輔助電壓電源284。輔助電壓電源284與圖8所示的輔助電壓電源281類似，與輔助電壓電源281的區(qū)別在于不包括輸入端整流電路101，平滑電容器201，高頻逆變器301或升壓高頻變壓器401。而是除第一初級(jí)繞組10S之外，還要為高頻變壓器10提供第二復(fù)卷繞組10R。在輸出端整流電路12中對(duì)第一初級(jí)繞組10S引起的高頻電壓進(jìn)行整流，而在輔助電壓電源284的輸出端整流電路501中對(duì)第二復(fù)卷繞組10R引起的高頻電壓進(jìn)行整流，然后利用電阻34和電容器36進(jìn)行平滑處理，由此生成疊加所需的疊加直流電壓。正如根據(jù)第五、第六、第七實(shí)施方式的電源裝置那樣，由于使用與輔助電壓電源284之升壓變壓器類似的高頻變壓器10，所以根據(jù)第八實(shí)施方式的電源裝置具有較高的運(yùn)行效率，并且體積小重量輕。
圖12表示根據(jù)本發(fā)明之第九實(shí)施方式的電源裝置，該裝置使用圖8所示的第五實(shí)施方式的電源裝置中使用的輔助電壓電源281。
根據(jù)本實(shí)施方式的電源裝置使用圖5所示的第二實(shí)施方式中使用的直流交流轉(zhuǎn)換器16a。正如參照?qǐng)D5所示的電源裝置說明的那樣，當(dāng)IGBT 122a和122d導(dǎo)電時(shí)，在工件18和焊炬20之間施加電壓，其中工件18為正極，而焊炬20為負(fù)極。當(dāng)IGBT 122b和122c導(dǎo)電時(shí)，在工件18和焊炬20之間施加電壓，其中工件18為負(fù)極，而焊炬20為正極。同樣，IGBT對(duì)122a和122d以及IGBT對(duì)122b和122c交替導(dǎo)電，從而在工件18和焊炬20之間施加具有圖4A所示波形的交流電壓。
在時(shí)刻t1(圖4B)，雙極晶體管38在各周期Tne(圖4A)內(nèi)導(dǎo)電，期間IGBT對(duì)122b和122c導(dǎo)電，從而在工件18上施加負(fù)電壓，而在焊炬20上施加正電壓，在工件18和焊炬20之間施加輔助電壓電源281產(chǎn)生的直流疊加電壓。疊加電壓的峰值為300V到400V，高于直流交流轉(zhuǎn)換器16a提供的電壓的負(fù)峰值，并從峰值開始快速下降。因此，確實(shí)能夠再生電弧。正如根據(jù)第五實(shí)施方式的電源裝置那樣，由于使用輔助電壓電源281，該電源裝置具有較高的運(yùn)行效率，并且小型、輕便。
圖13表示根據(jù)第十實(shí)施方式的電源裝置。該電源裝置包括根據(jù)圖9所示的第六實(shí)施方式的電源裝置中使用的輔助電壓電源281，以及圖5所示的第二實(shí)施方式和圖12所示的第九實(shí)施方式中使用的直流交流轉(zhuǎn)換器16a。
圖14表示根據(jù)第十一實(shí)施方式的另一種電源裝置，該裝置包括圖10所示的第七實(shí)施方式的電源裝置中使用的輔助電壓電源283，以及圖12所示的第九實(shí)施方式之電源裝置中使用的直流交流轉(zhuǎn)換器16a。
圖15所示的本發(fā)明之第十二實(shí)施方式的電源裝置使用圖11所示的第八實(shí)施方式的電源裝置中使用的輔助電壓電源284，以及圖12所示的第九實(shí)施方式的電源裝置中使用的輔助電壓電源16a。
根據(jù)第十至第十二實(shí)施方式的電源裝置使用高頻變壓器作為輔助電壓電源中的升壓電壓器，因此具有比較高的運(yùn)行效率，并且體積小重量輕。
盡管從弧焊機(jī)電源裝置方面描述本發(fā)明，但是也可以在等離子弧焊機(jī)、電弧切割機(jī)、等離子電弧切割機(jī)、充電器、電鍍裝置的電源裝置中體現(xiàn)本發(fā)明，并且能夠獲得相同效果。
在上述實(shí)施方式中，通過直流交流轉(zhuǎn)換器16a或16，在工件18和焊炬20之間施加來自電容器36的電壓，但是也可以直接在工件18和焊炬20之間施加電壓。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，該裝置包括一個(gè)直流電源，該電源將來自交流電源的第一交流電壓轉(zhuǎn)換為主直流電壓；一個(gè)直流交流轉(zhuǎn)換器，用于將所述主直流電壓轉(zhuǎn)換為在正極和負(fù)極之間變化的第二交流電壓，經(jīng)由所述電源裝置的第一和第二輸出端，將所述第二交流電壓應(yīng)用到負(fù)載上；一個(gè)疊加電壓電源，通過所述第一和第二輸出終端生成應(yīng)用于所述負(fù)載的負(fù)電壓，在所述第二交流電壓從正極性變?yōu)樨?fù)極性并且其時(shí)限小于所述第二交流電壓保持負(fù)極性之時(shí)限的時(shí)間期限內(nèi)，生成所述負(fù)電壓，所述負(fù)電壓的負(fù)峰值大于所述第二交流電壓的負(fù)峰值，并且從所述負(fù)峰值開始快速變化；所述疊加電壓電源包括生成直流電壓的輔助電壓電源，其中直流電壓的負(fù)峰值大于所述第二交流電壓的所述負(fù)峰值；開關(guān)裝置，該裝置在所述時(shí)限小于所述第二交流電壓保持負(fù)極性之所述時(shí)限的所述時(shí)限內(nèi)導(dǎo)電；以及與所述開關(guān)裝置串聯(lián)連接的限流電阻；當(dāng)所述開關(guān)裝置導(dǎo)電時(shí)，所述疊加電壓電源使得所述輔助電壓電源的電流通過所述開關(guān)裝置，所述限流電阻以及所述第一和第二輸出端；以及以并聯(lián)方式與所述限流電阻相連的微分電路，所述微分電路包括其電阻值小于所述限流電阻之電阻值的電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源裝置，其中所述微分電路包括所述電阻和所述電容器的串聯(lián)組合，所述電容器的電容值滿足以下條件，在其時(shí)限小于所述開關(guān)裝置保持導(dǎo)電狀態(tài)的時(shí)限內(nèi)，完成對(duì)所述電容器的充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電源裝置，其中所述輔助電壓電源包括其輸出端的平滑電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電源裝置，其中所述直流電源為一個(gè)交直流轉(zhuǎn)換器，所述第一交流電壓作為其輸入，并將所述第一交流電壓轉(zhuǎn)換為所述主直流電壓；以及所述輔助電壓電源將所述第一交流電壓轉(zhuǎn)換為所述直流電壓，所述直流電壓的負(fù)峰值大于所述第二交流電壓的所述負(fù)峰值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電源裝置，其中所述輔助電壓電源為一個(gè)升壓器，用于對(duì)所述直流電源提供的直流電壓進(jìn)行升壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電源裝置，其中所述輔助電壓電源包括輔助電壓電源輸入端整流和平滑電路，對(duì)所述第一交流電壓進(jìn)行整流和平滑處理，以生成直流電壓；輔助電壓電源高頻逆變器，將所述輔助電壓電源輸入端整流和平滑電路提供的所述直流電壓，轉(zhuǎn)換為高頻電壓；輔助電壓電源高頻變壓器，對(duì)所述高頻電壓進(jìn)行升壓；以及輔助電壓電源輸出端整流和平滑電路，對(duì)所述升壓高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電源裝置，其中所述直流電源包括輸入端整流和平滑電路，對(duì)所述第一交流電壓進(jìn)行整流和平滑處理，以生成第一直流電壓；高頻逆變器，將所述輸入端整流和平滑電路提供的所述直流電壓，轉(zhuǎn)換為高頻電壓；高頻變壓器，對(duì)所述高頻電壓進(jìn)行升壓；以及輸出端整流和平滑電路，對(duì)所述升壓高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理，以生成所述主直流電壓；并且所述輔助電壓電源包括與所述輸入端整流和平滑電路相連的輔助電壓電源高頻逆變器，將所述輸入端整流和平滑電路提供的所述直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻電壓；輔助電壓電源高頻變壓器，對(duì)所述輔助電壓電源高頻逆變器提供的所述高頻電壓進(jìn)行升壓；以及輔助電壓電源輸出端整流和平滑電路，對(duì)所述輔助電壓電源高頻變壓器提供的所述升壓高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電源裝置，其中所述直流電源包括輸入端整流和平滑電路，對(duì)所述第一交流電壓進(jìn)行整流和平滑處理，以生成第一直流電壓；高頻逆變器，將所述輸入端整流和平滑電路提供的所述直流電壓，轉(zhuǎn)換為高頻電壓；高頻變壓器，對(duì)所述高頻電壓進(jìn)行升壓；以及輸出端整流和平滑電路，對(duì)所述升壓高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理，以生成所述主直流電壓；并且所述輔助電壓電源包括與所述高頻逆變器相連的輔助電壓電源高頻變壓器，對(duì)所述高頻逆變器提供的所述高頻電壓進(jìn)行升壓；以及輔助電壓電源輸出端整流和平滑電路，對(duì)所述輔助電壓電源高頻變壓器提供的所述升壓高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電源裝置，其中所述直流電源包括輸入端整流和平滑電路，對(duì)所述第一交流電壓進(jìn)行整流和平滑處理，以生成第一直流電壓；高頻逆變器，將所述輸入端整流和平滑電路提供的所述直流電壓，轉(zhuǎn)換為高頻電壓；具有第一和第二復(fù)卷繞組的高頻變壓器，通過對(duì)所述高頻逆變器提供的所述高頻電壓分別進(jìn)行升壓，生成第一和第二升壓高頻電壓；以及輸出端整流和平滑電路，對(duì)所述第一復(fù)卷繞組引起的所述升壓高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理，以生成所述主直流電壓；并且所述輔助電壓電源包括輔助電壓電源輸出端整流和平滑電路，對(duì)所述高頻變壓器的所述第二復(fù)卷繞組引起的所述升壓高頻電壓進(jìn)行整流和平滑處理。
全文摘要
輸入端整流器(4)，平滑電容器(6)，逆變器(8)，變壓器(10)和輸出端整流器(12)共同將交流電源提供的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。通過直流交流轉(zhuǎn)換器(16)，將直流電壓連接到工件(18)和焊炬(20)上。在提供給工件(18)和焊炬(20)的交流電壓從正極性變?yōu)樨?fù)極性后，輔助電壓電源(28)向工件(18)和焊炬(20)提供負(fù)電壓。負(fù)電壓的負(fù)峰值大于在工件(18)和焊炬(20)之間提供的交流電壓的負(fù)峰值，并且從負(fù)峰值開始快速改變。借助于變壓器(30)，整流器(32)和平滑電容器(36)，輔助電壓電源(28)生成其負(fù)峰值大于在工件(18)和焊炬(20)之間提供的交流電壓之負(fù)峰值的直流電壓。通過晶體管(38)和限流電阻(40)，將平滑電容器(36)連接到工件(18)和焊炬(20)。以并聯(lián)方式連接微分電路(46)和限流電阻(40)，微分電路(46)包括其電阻值小于限流電阻(40)之電阻值的電阻(48)。
文檔編號(hào)H02M7/505GK1622442SQ20031011799
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者狩野國男, 藤吉敏一, 檀上謙三, 石井秀雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三社電機(jī)制作所