專利名稱：電弧設備的電源設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于像電弧焊接機和電弧切割機等電弧設備的電源設備。
背景技術：
用戶有時候要求用電弧設備制造商提供用于具有各種輸出容量的用電弧設備的電源設備。在1996年1月9日公開公布的日本專利申請公布JP08-001350A中公開解決這些問題的一種實施例。
根據本公布中所公開的本發明，使用一種具有標準容量的逆變器類型電阻焊接機。標準容量電阻焊接機使用通過在變頻器電路中變換工業用AC電源而獲得的DC電源。然后，所變換的DC電源在逆變器中變換到高頻電源，高頻電源再耦接到在二次繞組側具有整流電路的焊接機變壓器中的一次繞組。并且提供有控制逆變器的逆變器控制單元，產生來自工業用AC電源的同步信號的同步信號發生電路和通信裝置。逆變器控制單元把逆變器控制成與來自同步信號發生電路的同步信號同步。
提供多個所設置的輸出容量與用戶所要求的輸出容量一致這樣的標準容量逆變器類型電阻焊接機，而各臺焊接機中的焊接機變壓器的二次繞組側輸出端是并行連接的。通信裝置通過通信線路與別的逆變器類型電阻焊接機中的通信裝置連接。
其中一臺逆變器類型電阻焊接機用作主焊接機，而其他逆變器類型電阻焊接機用作從動焊接機。主焊接機通過通信裝置發送與從動焊接機同步的信號。把主焊接機和從動焊接機兩者的逆變器控制成與主逆變器類型電阻焊接機的同步信號同步。
由于用電弧設備中電弧放電而產生電磁噪聲。因此，如果在JP08-001350中所公開的技術應用于用電弧設備，則電磁噪聲可能引起通信裝置的錯誤操作，所以必須提供防止這種錯誤操作的裝置，這需要一些費用。
本發明的目的是提供一種用于用電弧設備的電源設備，這種電源設備采用成單元形式的標準容量電源組以便滿足用戶所要求的各種輸出容量，但是為了獲得這種效果，不包含像以上所述的通信裝置那樣的通信裝置。
發明內容
根據本發明的一種實施方式，用于用電弧設備的電源設備包含多個具有相同容量的電源組(power blocks)。電源組具有相同的結構，每個電源組包含用于把工業用AC電源變換到DC電源的AC到DC變換裝置，用于把所得到的DC電源變換到高頻電源的DC到高頻變換裝置，用于使所得到的高頻電源改變電壓的變壓器和用于使改變了電壓的高頻電源變換到DC電源的高頻到DC變換裝置。控制裝置以流過DC到高頻變換裝置的電流或者流過高頻到DC變換裝置的電流能夠與基準信號發生裝置輸送的基準信號相匹配的這樣方式控制DC到高頻變換裝置。為了提供所希望的輸出容量，多個像這樣的電源組是在高頻到DC變換裝置的輸出端互相并聯連接的情況下使用的。各個電源組的基準信號發生裝置在等值保持裝置起作用期間使各個基準信號保持等值。
對在各個其基準電位和輸出側面上各有一個端子的基準信號發生裝置來說，等值保持裝置可以包含用于連接各個基準信號發生器的基準電位側面端子的第一線路和用于連接基準信號發生器輸出側面端子的第二線路。
多個電源組可以是至少一對電源組。電源組對具有一對選擇施加第一AC電壓和第二AC電壓的電源端子。第二AC電壓可以具有第一AC電壓數值大約二倍的數值。配置切換(switching)裝置，切換裝置在第一AC電壓施加在電源端子之間時操縱電源組中的AC到DC變換裝置的輸入端并聯連接在電源端子之間，而在第二AC電壓施加在電源端子之間時AC到DC變換裝置的輸入端串聯連接在電源端子之間而動作的切換裝置。
用一種替換實施方式，切換裝置在第一電壓施加于其中那個AC到DC變換裝置時可以操縱電源組中的DC到高頻變換裝置的輸入端并聯連接在電源組中的那個AC到DC變換裝置的輸出端上，而在第二電壓施加于那個AC到DC變換裝置時可以操縱DC到高頻變換裝置的輸入端串聯連接在電源組中的那個AC到DC變換裝置的輸出端上。
圖1是根據本發明第一實施方式的用于用電弧設備的電源設備的框圖。
圖2是圖1電源設備中的基準信號發生部件的框圖。
圖3是根據本發明第二實施方式的用于用電弧設備的電源設備的框圖。
具體實施例方式
如圖1所示，根據本發明第一實施方式與用電弧設備同時使用的一種電源設備包含多個，例如二個，電源組2a和2b。這二個電源組2a和2b有相同的輸出容量并且具有相同的結構。因此，在下面的描述中只詳細描述其中一個電源組，即電源組2a，而對另一個電源組2b不給予詳細描述。
應該注意，字母“a”和“b”分別添加到用于電源組2a和2b組成部分的標記數字。因而，帶有附在標記數字后面a的標記數字的組成部分是一個電源組2a的組成部分，而帶有附在標記數字后面b的標記數字的組成部分是一個電源2b的組成部分。
電源組2a包含AC到DC變換裝置，例如輸入側整流電路。輸入側整流電路4a全波或者半波整流在其輸入端子5a和6a之間所施加的工業用AC電壓。在輸入側整流電路4a輸出端子之間連接的電容器8a中把最后所得的整流電壓整平滑。把所得到的平滑電壓施加于DC到高頻變換裝置，例如逆變器10a，所得到的平滑電壓在逆變器10a中變換到高頻電壓。逆變器10a包含多個半導體開關器件，例如IGBTs，雙極晶體管或者FETs。
逆變器10a輸出的高頻電壓施加在變壓器，例如高頻變壓器12a的一次繞組14a兩端上。高頻到DC變換裝置，例如輸出側整流電路18a，與高頻變壓器12a的二次繞組16a連接。具體來說，輸出側整流電路18a中的整流二極管20a的負極與二次繞組16a的一個末端連接，而整流二極管22a的負極與二次繞組16a的另一個末端連接。二極管20a和22a的正極一起與負載，例如電弧放電燈24的第一末端連接。二次繞組16a在其上面有一中間抽頭26a，中間抽頭26a連接到另一末端，電弧放電燈24的第二末端。
用電流檢測器28a檢測流過高頻變壓器12a中的一次繞組14a的高頻電流。把表示電流檢測器28a所檢測的電流的代表電流信號傳送給控制裝置，例如控制電路30a，而更準確地說，傳送給控制電路30a中的誤差放大器32a，并且也把來自控制電路30a中的基準數值發生電路34a的基準數值信號輸送給誤差放大器32a。誤差放大器32a產生表示在代表電流信號和基準數值信號之間差異的誤差信號，把這個誤差信號輸送到控制電路30a中的PWM控制信號發生電路36a。PWM控制信號發生電路36a產生基于誤差信號的PWM控制信號。把PWM控制信號輸送給驅動信號發生器38a，從驅動信號發生器38a把驅動信號輸送給逆變器10a中的各個半導體開關器件，以使高頻電流的數值與基準數值信號相對應的方式控制各個半導體開關器件的導通周期。
電源組2b中的整流二極管20b和22b的正極與負載第一末端或者電弧放電燈24連接，在高頻變壓器12b中的二次繞組16b上的中間抽頭26b與電弧放電燈24的第二末端連接。要注意，將如下面所述的那樣也把與施加于電源組2a中的輸入側整流電路4a一樣的工業用AC電壓供給電源組2b中的輸入側整流電路4b。
如上所述，二個電源組，即具有相同的結構和容量的電源組2a和2b為向負載24供應電力而與負載24并聯連接。
如上所述，為了滿足用戶所提出的功率容量要求，多個具有同樣容量的電源組是在其輸出端并聯連接的情況下使用的。在這樣的接線法中，必須均衡各個電源組所產生的功率幅度。通常，檢測每個電源組所輸出的功率幅度并且控制那個電源組的逆變器以使所檢測的功率幅度等于預先確定那個電源組將要產生的功率幅度。然而，在目前的情況中，由于具有相同結構的電源組2a和2b的電特性可以認為基本上是一致的，因此準備檢測逆變器10a和10b所輸出的電流數值，并且控制逆變器10a和10b以使所檢測的電流數值等于預定的基準值，預定的基準值對電源組2a和2b兩者來說是相同的。
所以在這樣的接線法中，在電源組2a和2b之間不需要為控制逆變器10a和10b而發送和接收信號。進一步，如果電源組2a和2b其中一個電源組發生故障，那么通過用新的替換有故障的電源組就能夠恢復電源設備運行。
在這樣的情況中，如果來自電源組2a和2b中的基準數值發生電路34a和34b的基準值信號會有不同的數值，那末電源組2a和2b的輸出功率幅度就會各不相同了。為了防止這種情況，根據本實施方式，把等值保持裝置連接在基準數值發生電路34a和34b之間。等值保持裝置可以包含第一和第二線路，例如等電位線路40和42。
具體來說，如圖2所示，基準數值發生電路34at和34b分別包含齊納二極管56a和56b，其負極供有一個+VccDC電壓而其正極耦接基準電位，例如接地電位。負極-正極電壓作為基準值信號施加于誤差放大器32a和32b。齊納二極管56a和56b的負極經由等電位線路40耦接在一起，而正極經由等電位線路42耦接在一起。
由于這樣的接線法，齊納二極管56a的負極-正極電壓和齊納二極管56b的負極-正極電壓彼此完全相等。因此，電源組2a和2b輸出相同的功率幅率。
在所描述的實施方式中，檢測逆變器10a和10b的高頻電流的數值。我們可以考慮檢測來自輸出側整流電路18a和18b的DC電流，但是這樣的DC電流有很大幅度，所以為了檢測這樣的電流必須用大電流檢測器。相反，來自各個逆變器10a和10b的高頻電流是比較小的，所以AC電流檢測器28a和28b可以是較小容量的。
施加于輸入側整流電路4a和4b的工業用AC電壓可以是第一工業用AC電壓和為第一工業用AC電壓約二倍的第二工業用AC電壓中的任一種工業用AC電壓。在使用這種電源設備的一些地區，第一工業用AC電壓例如可以是100V的，而第二工業用AC電壓可以是200V的。對于電源設備來說，為了能夠處理對其施加的兩種電壓中的任一種電壓而根據本發明把電壓開關電路44連接在輸入端子5a、6a和輸入端子5b、6b之間(圖1)。
具體來說，輸入端子5a經由電壓開關電路44中一串組合的常打開的開關46，常閉合的開關48和常打開的開關50而連接到輸入端子6b。常閉合的開關48和常打開的開關50的接點與輸入端子6a連接，而常閉合的開關48和常打開的開關46的接點與輸入端子5b連接。使開關46、48和50以打開常打開的開關46和50時閉合常閉合的開關48，而閉合常打開的開關46和50時打開常閉合的開關48這樣的方式一起動作。
輸入端子5a與電源端子52連接，而輸入端子6b與電源端子54連接。使工業用AC電壓施加在這些電源端子52和54之間。常打開的開關46和50以及常閉合的開關48可以是機械式開關，或者它們可以是用半導體開關器件來制作的。可以手動地打開和閉合這些開關。用另一種替換方法，可以配置成用電壓檢測器檢測在電源端子52和54之間電壓，而根據所檢測的電壓數值可以自動地打開和閉合這些開關。
在電源端子52和54之間施加200V的工業用AC電壓時，打開常打開的開關46和50而閉合常閉合的開關46。這樣就造成輸入側整流電路4a和4b串聯連接在電源端子52和54之間，因此對輸入側整流電路4a和4b中的每個電路施加100V電壓。在電源端子52和54之間施加的電壓是100V時，閉合常打開的開關46和50，并且打開常閉合的開關48。這樣就造成輸入側整流電路4a和4b并聯連接在電源端子52和54之間，因此對輸入側整流電路4a和4b施加的兩個電壓都是100V。
在使用電壓開關電路44的情況下，或是在使用100V幅度工業用AC電壓的地區，或是在使用200V幅度工業用AC電壓的地區都能夠使用這種電源設備。
圖3表示根據第二實施方式的電源設備。圖3的電源設備與電弧焊接機同時使用。這種電源設備具有和根據第一實施方式的電源設備基本上一樣的結構。因此，對于與第一實施方式中的元件和功能相同或類似的元件或功能采用相同的標記數字和下標，并且對它們不予以詳細描述。
電源設備是為了與電弧焊接機同時使用的，所以在高頻變壓器12a和12b中的二次繞組16a和16b上的中間抽頭26a和26b分別連接到加工件24W。輸出側整流電路18a中的整流二極管20a和22a的接點以及輸出側整流電路18b中的整流二極管20b和22b的接點一起連接到焊接機的焊槍24t。在漸波器電路62中使整流二極管20a和20b接點上的電壓增高，并且把所增高的電壓施加到圍繞焊接機焊槍24t的管嘴24n而使引導電弧能夠在焊槍24t和管嘴24n之間產生，因此能夠順利地開始電弧放電。
應當注意，在每個電源組中的輸出側整流電路兩個整流二極管的正極接合處上可以設置用于連接漸波器電路和連接焊槍的一些端子，因此斬波器電路62能夠與任何一個電源組連接。
DC電流檢測器280a和280b分別配置在中間抽頭26a和加工件24W之間以及中間抽頭26b和加工件24W之間，并且把表示DC電流檢測器280a和280b所檢測的DC電流的DC電流代表信號分別傳送到誤差放大器32a和32b。
電壓開關電路440連接在輸入側整流電路4a的輸出端與平滑電容器8a和8b之間。任何種開關都可以用作常打開的開關460和500以及常閉合的開關480，只要它們能夠接通和關斷DC電壓就行，所以估計它們的成本能夠比第一實施方式中的必須接通和關斷AC電壓的常打開的開關46和50以及常閉合的開關48低。在本實施方式中，不使用電源組2b中的輸入側整流電路4b。
在工業用AC電壓為100V時，逆變器10a和10b并聯連接在輸入側整流電路4a的輸出端子之間，而在工業用AC電壓為200V的時，逆變器10a和10b串聯連接在輸入側整流電路4a的輸出端子之間。因而，能夠把輸入側整流電路4a配置成整流或是100V或是200V的電壓。
在施加100V的工業用AC電壓時，因為逆變器10a和10b是并聯連接的，所以逆變器10a和10b的輸入電壓是相等的。因此，通過檢測逆變器10a和10b的電壓并且根據所檢測的電壓控制逆變器10a和10b來使電源組2a和2b所提供的輸出功率幅度相等是不可能的。在這樣的情況中，充分發揮用電流檢測器280a和280b檢測流過高頻變壓器12a和12b中的二次繞組16a和16b的電流與根據所檢測的電流控制逆變器10a和10b的配合。
根據以上所述的本發明兩種實施方式，使用了二個電源組，但是可以使用二個以上的電源組，視用戶所要求的功率容量而定。在這樣的情況下，以用二個上述電源組形成像以上所述的實施方式中的電源單元一樣的電源單元來配制偶數個電源組，能夠根據二種不同的工業用AC電壓中的任何一種工業用AC電壓通過電壓開關電路44和440的作用而運行的電源組，然后把這些電源單元并聯連接在電源端子之間。
權利要求
1.一種與用電弧設備同時使用的電源設備，包括具有相同容量的多個電源組，每個上述電源組包括用于把工業用AC電源變換到DC電源的AC到DC變換裝置；用于把所得到的DC電源變換到高頻電源的DC到高頻變換裝置；用于使所得到的高頻電源改變電壓的變壓器；用于使得到變壓的高頻電源變換到DC電源的高頻到DC變換裝置；和用于以使電流與來自基準信號發生裝置的基準信號一致的這樣方式控制流過上述DC到高頻變換裝置的電流或者流過上述高頻到DC變換裝置的電流的控制裝置；上述各個電源組中的上述高頻到DC變換裝置裝有它們的并聯連接的輸出端；通過等值保持裝置使上述各個電源組中的基準信號發生裝置所提供的上述基準信號保持互相相等。
2.根據權利要求1的電源設備，其中每個上述基準信號發生裝置裝有基準電位側端子和輸出側端子，并且上述等值保持裝置包括把上述基準電位側端子連接在一起的第一線路和把上述輸出側端子連接在一起的第二線路。
3.根據權利要求1的電源設備，其中使用至少一對上述電源組，上述至少一對電源組裝有施加或是第一AC電壓或是幅度大約為上述第一AC電壓幅度二倍的第二AC電壓的一對電源端子；上述電源設備進一步包括用于在上述第一AC電壓施加在上述電源端子對之間時，使上述至少一對電源組中的上述AC到DC變換裝置的輸入側并聯連接在上述電源端子對之間，而在上述第二AC電壓施加在上述電源端子對之間時，使上述至少一對電源組中的上述AC到DC變換裝置的輸入側串聯連接在上述電源端子對之間的切換裝置。
4.根據權利要求1的電源設備，其中使用至少一對電源組；上述電源設備進一步包括用于在第一電壓施加于上述電源組中之一的上述AC到DC變換裝置時，使上述至少一對電源組中的上述DC到高頻變換裝置的輸入側并聯連接在上述電源組中上述一個的上述AC到DC變換裝置的輸出端上，而在大約為上述第一電壓二倍的第二電壓施加于上述電源組中上述一個的上述AC到DC變換裝置時，使上述至少一對電源組中的上述DC到高頻變換裝置的輸入側串聯連接在上述電源組中上述一個電源組的上述AC到DC變換裝置輸出端上的切換裝置。
全文摘要
與用電弧設備同時使用的一種電源設備包含多個相同容量的電源組(2a、2b)。每個電源組(2a、2b)包含輸入側整流電路(4a、4b)、逆變器(10a、10b)、變壓器(12a、12b)和輸出側整流電路(18a、18b)。控制電路(30a、30b)以流過逆變器(10a、10b)的高頻電流或者流過輸出側整流電路(18a、18b)的電流能夠與基準信號發生器(34a、34b)所提供的基準信號相吻合的這樣方式控制逆變器(10a、10b)。電源組中的輸出側整流電路(18a、18b)的輸出端互相并聯連接。通過等電位線路(40、42)的作用使基準信號發生器(34a、34b)所產生的基準信號的數值始終相等。
文檔編號H05B41/282GK101056062SQ200610075358
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月10日 優先權日2006年4月10日
發明者石井秀雄, 池田哲朗, 壇上謙三, 池尻裕司 申請人:株式會社三社電機制作所