大电流焊接电源制造技术

一种用来以具有一个最大电流值和一个减弱状态的连续电流脉冲产生焊接电流的焊接电源，包括：一个传感器，用来测量焊接电流的瞬时值；一个比较器，用来当瞬时电流处于显著低于最大电流值的选择值时，产生小电流信号；及一个电路或程序，用来当在产生断开信号之后产生低电流信号时，产生第二逻辑信号，由此当焊接电流一般达到选择值时，基于晶体管的开关从导通状态切换到非导通状态。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电弧焊接，更具体地说，涉及一种用来以连续电流脉冲产生大焊接电流的改进焊接电源。本专利技术利用晶体管切换类型的逆变器，来把三相输入电源转换成一个负载耦合变压器，由该变压器能整流逆变器的交流输出，以在焊接操作的电极与工件之间产生电流。这种逆变器采用以高于18kHz操作的脉冲宽度调制器，以便控制流经焊接操作装置的焊接电流的大小。这些逆变器在先有技术中是熟知的，并且一般表示在Blankenship 5,349,157和Blankenship 5,351,175中。这些专利包括在这里供参考，用作说明三相逆变器的背景信息，电流由把电流脉冲引导到逆变器的输出变压器的一个高频脉冲宽度调制器控制。这些专利表明使用一个脉冲宽度调制器的三相逆变器的概念，该脉冲宽度调制器带有一个用来控制在逆变器输出处的电流的误差放大器，该电流在焊接操作中使用。为了提供交流焊接操作，特别是用于交流MIG焊接的操作，已经建议，对于在输出变压器上带有一个次级绕组的晶体管切换网络类型逆变器的输出级，使用一个输出耦合变压器，以建立一个一般为正的终端和一个一般为负的终端。通过使用一个电感器和两个基于晶体管的开关，如IGBT，能通过焊接操作引导正电流脉冲，随后是负电流脉冲。通过闭合一个把逆变器输出处的正终端经电极和工件耦合到负或接地终端上的第一开关，产生正电流脉冲。为了使电流反向和引起负电流脉冲，由一个基于晶体管的第二开关把焊接操作装置连接到在逆变器输出处的负终端上。把每个基于晶体管的开关与电极和工件以及一个电流持续电感器的一部分串联。通过交替地当第二开关断开时闭合第一开关而当第二开关闭合时断开第一开关，建立交流焊接过程。该过程包括连续的正和负电流脉冲。用来产生交流焊接过程的这种结构已经证明十分成功；然而，当焊接电流大时，即超过约200安培时，与基于晶体管的第一和第二开关相并联的缓冲器非常昂贵和十分大。当断开一个脉冲且接通下一个脉冲时，这些缓冲器必须保持开关两端的高电压。只要适当处理在从一种极性到相反极性的切换操作期间的电压，这种用于大焊接电流的逆变器电源在交流电弧焊接中就是成功的。这是把基于逆变器的电源用于大焊接电流的一个明显缺点。人们发现，切换通过由脉冲宽度调制器操作的切换型逆变器产生的大焊接电流，会由于焊接操作中的感抗和必须在极性之间切换电流的速度而引起高电压。在以上定义类型的交流焊机中在正极性与负极性之间的变换期间的感应电压，等于感抗乘以衍生电流。因而电压可能非常难以抑制。为此，当在正极性与负极性之间切换大焊接电流时，一直使用各种结构的能量吸收缓冲器电路来减小或控制感应电压。在这方面的大电流一般是指高于约200安培和超过1,000-1,200安培。处理这些高电压必需的缓冲器电路都涉及高损耗和/或高成本。该高电压等于焊接电路的电感乘以在切换操作期间每单位时间瞬时电流的变化。由于在逆变器的输出处在焊接操作中使用的晶体管具有切断开关以停止导通所需要的固定时间，所以由缓冲器处理的感应电压，与开关开始切断时的电流大小和通与断之间的过渡成比例。为此，在过去，在大电流切换用途中使用的电路，如电弧焊机，通常包括上述精巧的缓冲器结构，以抑制当切断开关时出现的高电压峰值。在由脉冲宽度调制器操作的切换逆变器驱动的类型的交流焊机中，特别是由三相电源驱动的一种中，通过本专利技术可急剧减小当在逆变器输出处切换大电流时的瞬态电压。已经对1200安培的基于交流逆变器的电源试验了本专利技术，其中在每个电流脉冲后沿处切断开关以使焊接电流的极性反转之前，把输出电流减小到150安培。当一个开关切断时，另一个开关接通以产生相反极性的电流脉冲，该电流立刻变换到相反极性的150安培，并且然后迅速变换到以相反方向通过焊接电路中的电感器的最大电流。通过在切断大电流脉冲之前切断逆变器，使在除去脉冲中的电流迅速衰减到低电流值。因此，以低电流值完成在极性之间的切换，该低值在例子中设置在150安培。在该例子中，显著减小了当切断开关时在他们两端的感应电压。的确，在1200安培下，当电流的开关值设置得较低时，能除去缓冲器。减小缓冲器电压力，以便允许较高的交流切换频率，而不增加缓冲器的功率处理要求。按照本专利技术，提供一种用来产生连续电流脉冲的焊接电流的焊接电源的改进，由此脉冲具有一个最大电流值和一个减弱(trailingoff)状态。因而，在最佳实施例中涉及连续的正和负电流脉冲的电流脉冲的每一个，变换到一般高于约200安培的最大电流值。电源带有一个逆变器级，该逆变器级带有一个连接到最好是三相的电源上的输入端、一个当逆变器接通时处于第一电极性的第一终端、一个当逆变器接通时处于第二电极性的第二终端、及一个接地终端。在本专利技术中，一个控制器产生一个切断逆变器级，并因而从终端除去大电流的断开信号。逆变器级的这种释放把电流向断开状态变换。当断开逆变器级时，脉冲电流向零电流衰减。在电源的正常使用中，逆变器级保持接通，而输出开关用来从负变换到正极性。这就产生了在本专利技术的背景中讨论的问题。按照本专利技术，即使当把输出开关用来使极性反转时，也切断产生用于交流电弧焊机的电流的逆变器级，从而当有极性反转时允许电流向零电流衰减。当达到低值时，使开关反向，终止现有的电流脉冲并且立刻产生相反极性的下一个电流脉冲。开关处于包括两个基于晶体管的开关的功率切换网络中，每个具有当产生第一逻辑信号时电流从终端之一通过的导通状态、和当产生第二逻辑信号时中断电流的非导通状态。本专利技术能与仅产生单个极性的脉冲的单个输出功率开关一起使用。因而，广义地说，本专利技术涉及切断逆变器级，允许电流脉冲衰减到选择的电流级，并且然后切断输出功率开关以终止电流脉冲。然而，本专利技术的最佳实施例用于交流电弧焊接。有两种电流脉冲。当接通一个输出开关时，另一个输出功率开关断开，反之亦然，从而连续产生相反极性的电流脉冲。电流脉冲的每一个带有一个尾沿，通过在减小脉冲电流必需的短时间期间切断逆变器，产生该尾沿。然后通过把第二逻辑信号施加到开关上终止电流脉冲，由此把开关变换到非导通状态。在实际中，用于每个功率开关，不管是单个开关直流单元还是两个开关交流单元，的第一逻辑信号，是接通开关的逻辑1。逻辑0是把该开关或诸开关切断的第二逻辑信号。按照本专利技术，使用一个传感器来测量焊接电流的瞬时值，当瞬时电流处于明显低于电流脉冲的最大电流值的一个选择值时，使用一个比较器来产生低电流信号，并且在产生切断逆变器级的信号之后产生低电流信号时，一个电路或程序产生用来切断一个开关的第二逻辑信号。如果把两个开关用于交流焊接，则当一个电流脉冲由其功率开关切断时，接通下一个电流脉冲，所以当以后再接通逆变器级时，电流直接向最大电流前进。仅在极性反转之前的短时间段内切断逆变器。因为逆变器类型电弧焊机的输出阻抗一般是小的值，所以输出电流能迅速改变。下一个电流脉冲前进到最大电流，并且然后保持最大电流，直到下一个电流反转序列。首先切断逆变器级，并且然后诸开关使极性反转。在电流响应切断的逆变器而衰减到选择值之后，实现两种极性之间的实际切换。由于在开关两端的感应电压是切换时的电流乘以固定电感的函数，所以在开关反向操作期间电流变化的急剧减小也急剧地减小感应电压。已经发现，能几乎不用或不用缓冲器来切换1000-1200安培。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来以具有一个最大电流值和一个减弱状态的连续电流脉冲产生焊接电流的焊接电源，所述电流脉冲流过一个包括与工件有焊接关系的电感器和电极的串联电路，所述电源带有：一个逆变器级，带有一个连接到一个电源上的输入端、一个当所述逆变器接通时处于第一电极性的第一终端、一个当所述逆变器接通时处于第二电极性的第二终端、及一个控制器，用于产生一个切断所述逆变器的断开信号，并从所述终端除去电流，以把所述电流脉冲向断开状态变换；和一个功率切换级，包括一个基于晶体管的开关，该开关具有一个当产生一个第一逻辑信号时使电流从所述第一终端流过的导通状态、和一个当产生一个第二逻辑信号时堵塞电流的非导通状态，其特征在于，包括：一个传感器，用来测量所述焊接电流的瞬时值；一个比较器，用来当所述瞬时电流处于显著低于所述最大电流值的选择值时，产生小电流信号；及一个电路或程序，用来当在产生断开信号之后产生低电流信号时，产生所述第二逻辑信号，由此当所述焊接电流一般达到所述选择值时，所述基于晶体管的开关从所述导通状态切换到所述非导通状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊利奥特K斯达瓦，
申请(专利权)人：林肯环球有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]