用于电弧焊接的电源以及提供调节的焊接输出的方法技术

用于电弧焊接处理的电源，其中，该电源包括：具有ＡＣ输入和第一ＤＣ输出信号的输入级；非调节ＤＣ到ＤＣ变换器形式的第二级，该非调节ＤＣ到ＤＣ变换器具有连接于第一ＤＣ输出信号的输入，和以与第一ＤＣ输出信号电隔离的形式的、且具有与第一ＤＣ输出信号成给定比率大小的输出；以及，将第二ＤＣ输出信号转换成用于焊接处理的焊接输出的第三级。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电弧焊接的领域，更特定地，涉及用于这种焊接的电源和使用新电源实现的方法。
技术介绍
电弧焊接涉及在金属焊条和工件之间流过AC或DC电流，该金属焊条通常是带芯的或是实心的金属焊线。电源被用作在进给焊条钢丝和工件之间产生给定电流模式和/或极性，从而电弧将融化进给焊线的末端，并将融化的金属沉积在工件上。虽然多种变换器技术被用于电源，但是最有效的是基于倒相器的电源，其中开关网络包括工作在高频的开关，从而产生用于焊接处理的理想波形或电流电平。在Blankenship 5,278,390中讨论了一种倒相器类型的电源，其中根据该专利技术的优选实施例来操作倒相器。该优选的操作程序包括俄亥俄州克利夫兰的林肯电气公司领先的“波形控制技术”，在其中，实际的波形是由一系列短脉冲生成的，该系列短脉冲通常是以高于18kHz的频率生成的，并且该组短脉冲具有波形发生器控制的轮廓。这种已知的倒相器控制技术被用在该专利技术的优选实施例中，在此不再详细描述。根据标准电源技术，到电源的倒相级的输入信号是来自正弦波电源的整流电流。合适的功率因数校正变换器是很通用的，并且如Kooken 5,991,169中所示，其是倒相器开关网络本身的一部分，或如在Church 6,177,645中所示，其位于倒相级之前。实际上，多年来，具有功率因数校正倒相器或倒相级的电源在焊接技术是公知的。在Church 6,504,132中揭示有另一种使用升压变换器形式的输入功率因子校正变换器。Church的两项专利和Kooken的专利作为本专利技术涉及的背景信息和技术成为参考。在Kooken 5,991,169和Church 6,504,132中，实际的焊接电流由输出断路器或降压变换器调节，在倒相级的输出或输入升压变换器的输出中由变压器获得隔离，这些用于电源的不同拓扑在电弧焊接技术中是公知技术。在这些
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中，实际的焊接电流、电压或功率在电源的输出级或在该输出级之前得到调节，该输出级是一倒相器或一断路器。没有倒相器也没有断路器被非调节的引起如本专利技术预期的一样的用于驱动调节焊接级的固定、低电压DC母线。焊接操作的隔离是大多数用于焊接的电源的特征。术语“焊接”包含“等离子切割”。在Vogel 5,991,180中，一使用升压变换器的前置调节器是指揭示为具有输出隔离变压器、且直接驱动焊接操作的断路器的变换器，该输出隔离变压器位于焊接调节之后。在该电源中，控制断路器网络而产生想要的调节后的输出焊接电流，而且在输出级中提供隔离。以相似的方式，Thommes5,601,741揭示了一种用于驱动脉宽调制的控制的倒相器的升压变换器，该倒相器将调节后的输出信号提供给实际的焊接操作。在Vogel和Thommes中，调节第二级而将来自前置调节器的功率因数控制的电流导入焊接操作中。焊接调节是在第二级中，且通常被脉宽调制器控制电路驱动。Vogel和Thommes都被参考作为
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。在Moriguchi 6,278,080中，调节一种倒相器类型电源控制想要的焊接电流。通过在控制的第二级倒相器和揭示作DC焊接操作的焊接输出之间的变压器获得隔离。类似的电源在Moriguchi 5,926,381和Moriguchi 6,069,811中示出，其中，来自倒相级的控制电流的隔离是在倒相器的输出上，并直接驱动焊接操作。Moriguchi 5,926,381揭示了通常的布置，该布置用于使用在第一级升压变换器的输出上的电压，从而提供用于调节的倒相级或升压变换器本身的控制器电压。这里三项Moriguchi专利参考作显示现有技术电源的背景信息，其中调节的倒相器由一输入升压变换器或者一整流器的DC输出取得，从而产生控制的焊接电流，该焊接电流被导入用于隔离的输出变压器。隔离变压器的次级AC信号直接被用于焊接操作。没有如在该专利技术的新的电源中使用的第三级拓扑结构。现在转到非焊接技术，该专利技术的一个方面是在DC/DC第二级变换器的输出处的同步整流器装置的使用。同步整流器是常规装置，Boylan 6,618,274中显示了一种这样的整流器。Calkin 3,737,755揭示了一种用于低功率用途的DC/DC变换器，其中固定的调节电流被引导到非调节的倒相器，来提供一非可变输出DC信号。非调节倒相器的任何控制是在倒相器的输入端，从而输入DC信号是能够被调节去控制倒相器的固定输出DC信号的唯一参数。这是一种需要对倒相器的信号控制的拓扑结构，从而倒相器提供受控的固定输出信号。这是一种和本专利技术的使用而预期的不同的概念；然而，Boylan和Calkin中的非焊接的常规
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在这里作为参考从而显示同步整流器和非调节倒相器的一种形式，其中通过控制输入DC信号的电平在倒相器之前执行任何调节。这些专利都不涉及用于焊接的电源，且仅仅是作为常规技术概念例如同步整流器装置和非调节倒相器而在此作为参考。在Smolenski5,019,952中显示一种非焊接两级AC到DC变换器，该专利用于将到电流的最小谐波干扰传递到进入变换器的电流。负载是不可变的，且不需要如在焊接操作中要求的调节。该专利被用作参考从而显示常规技术，该常规技术与用于电弧焊接的电源的要求不关联。这些专利组成了涉及必须被焊接操作调节的电源的专利技术的背景，该焊接操作中由实际焊接操作的平均电流、平均电压和功率的反馈回路完成调节。除了作为常规技术信息以外，固定负载电源和本专利技术不相关。在过去，电源中的倒相器输出是由焊接操作中的参数例如，电流、电压或功率调节的焊接电流。该倒相器一般由脉宽调制器控制，其中操作于高频的开关的占空比由来自焊接操作的反馈所控制，从而占空比是在充分地小于100％的范围内调节。这种类型的PWM受控倒相器参照做调节单级倒相器。这样的倒相器形成了电源的输出，且是电源的最后一级。较低的占空比导致较高的初级电流和较多的损耗。倒相器的效率根据占空比的调节而改变，该占空比的调节是由调节单级倒相器的输出的需求而引起的，从而产生适合焊接的输出信号。使用末级是调节单级倒相器的电源而导致热损耗，较低的效率，高成本和增加的元件尺寸。由于这些原因，一些焊接源制造商已经出售好于倒相器电源的电源，因为他们不使用有高成本和造成其他劣势的倒相器。具有为了产生适合焊接的电流的目的而隔离输出和调节电流的双重功能的倒相级被避免。参见Hoverson 6,723,957，其作为
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而参考。
技术实现思路
本专利技术涉及用于电弧焊接(等离子切割)的电源，其中电源的倒相器是如过去一样的第二级，但是没有被调节过，从而可加入第三级来提供用于产生适合焊接的电流的实际的调节。通过使用该三级概念，倒相器可以操作在非常高频的转换，然而输出第三级可以是一操作于低频转换的断路器。因此，与脉宽调制倒相级中使用高频的需要相反的级所执行的功能优化了转换频率，该脉宽调制倒相级用于输出焊接电流的实际调节。更进一步地，到调节的第三级的被隔离且固定的DC电压可以充分地低于来自输入变换级的DC电压，且远高于实际焊接输出电压。本专利技术涉及用于电源的新的拓扑结构，其中脉宽调制的倒相器仅仅是用于形成隔离的固定的输出DC母线，该DC母线没有到第二级脉宽调制倒相器的反馈信号。该隔离的母线被用在由实际焊接参数调节的第三级中，从而产生适合焊接的电流。因此，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电弧焊接的电源，所述电源包括：输入级，其具有ＡＣ输入和第一ＤＣ输出信号；以调节ＤＣ到ＤＣ变换器、开关网络、隔离变压器和整流器形式的第二级，该调节ＤＣ到ＤＣ变换器具有连接到所述第一ＤＣ输出信号的输入，该开关网络转换于具有给定占空比的高频，从而将所述输入转换成第一内部ＡＣ信号，该隔离变压器具有由所述第一内部高频ＡＣ信号驱动的初级线圈和用于产生第二内部高频ＡＣ信号的次级线圈，且该整流器将所述第二内部ＡＣ信号转换成所述第二级的第二ＤＣ输出信号；以及，第三级，其以和所述开关的所述占空比相关联的大小，将所述第二ＤＣ输出信号转换成用于在所述焊接处理中的焊接输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫A丹尼尔，托德E库克恩，罗力风，
申请(专利权)人：林肯环球公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]