电弧焊和弧光等离子体切割机制造技术

一种电弧焊和弧光等离子体切割机，包括一对电极，第一直流电源、第二直流电源、单向整流器和电压箝位电路。第一直流电源经由单向整流器将直流电压加到电极和工件之间。第二直流电源接在第一直流电源两端并将直流电压叠加在第一直流电源的电源上，在电极与工件之间进行电弧放电，电压箝位电路并联到单向整流器，将加到单向整流器的高压限制在给定的电平下，保护单向整流器免遭高压而损坏。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进的电弧焊和弧光等离子体切割机以及应用于电弧焊和弧光等离子体切割机的直流高压发生器。附图说明图1表示一个传统的用于电弧焊和弧光等离子体切割机的直流高压发生器。直流高压发生器通常包括第一直流电源1、第二直流电源2、单向整流器(即二极管)3、起动开关6、输出端10a和10b以及壳体9。输出端10a和10b通过具有分布电容7的电缆线18连接到电极4和工件5。操作时，接通起动开关6使第一和第二直流电源1和2工作。第二直流电源2产生的直流电压叠加在第一直流电源1产生的电源上，然后施加到电极4和工件5两端，在两者之间产生电弧放电。如图2所示，第二直流电源2包括电压发生器200，控制电路203和降压电阻205。当起动开关6接通时，约4.5千伏的直流电压加到电极4和工件5，使分布电容7充电。当放电进行时，将经由输出端10a和10b输出脉宽约1μ、峰值约10A的电流Io。由于降压电阻205的作用，此时第一直流电源1的输出电压降至零左右，故停止电弧放电。接着，放电电容7再次通过降压电阻205充电。当放电电容7的充电电压超出电弧电压时，将使电流Io再次流出放电电容7。该周期反复产生电流Io和输出电压Vo如图3(a)和3(b)所示。1996年12月10日公布的，Hagiwara等人申请的第5,582,751号美国专利和第2-34277号日本专利公报披露了一种直流电压叠加系统，用于电弧焊机诸如TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊机，该两篇专利文献在本文中作为参考资料引用。然而，该直流电压叠加系统存在以下缺陷。当第二直流电源2提供直流电压时，单向整流器3禁止其进入第一直流电源1。然而，施加的直流电压大于单向整流器3的耐压时，可以使单向整流器3击穿。尤其当反向耐压低于第二直流电源输出电压的多个单向整流器串联连接时，由于单向整流器各自的性能变化不同，这就变得难以在单向整流器间均匀地分布反向电压。为了避免这一困难，需要用足够数量的单向整流器来补偿其各个性能变化；这将导致系统总成本的提高。单向整流器3的击穿可以使直流电压加到其上，由此造成第一直流电源1的损坏。为此，必须保护单向整流器3以防止直流电压的施加。通常，大尺寸构件的焊接需要极长的电缆线。该电缆线呈现较大的分布电容。图4表示电弧焊或弧光等离子体切割机进行电弧放电时，放电电流Io的流动。放电电流Io为流出第二直流电源2的电流Il与流出分布电容7的电流Ic之和。从图中可见，分布电容7越大，电流Ic越大。因此，如电焊工遭电击时，贮存在分布电容7内的大量电荷将流经电焊工的人体。故流出第二直流电源2的电流Il必须限于对人体是安全的水平(例如按IEC479标准规定的10mA左右)而无偏差。通过降压电阻与第二直流电源2的串联连接，可以使流出第二直流电流2的电流Il保持在安全水平以下。然而，电流Il经由电极4至工件5延伸的路径流动，并沿反向从单向整流器3泄漏。当采用市售的单向整流器时，有几百安培的电流流经它，随着安培数的变化，反向上有几个毫安的电流从单向整流器泄漏。随着单向整流器3的泄漏电流的增加，加到电极4和工件5的输出电压因降压电阻205而衰减，如图12所示。对电弧焊和弧光等离子体切割机而言，这是一种共性。如图5所示，输出电压的衰减影响到成功地进行电弧放电的百分率。因此，必须降低反向流出单向整流器3的电流。图6表示当电焊工忘记在输出端10与工件5之间连接电缆线时，错误地使用高压发生器的例子。除了电涌保护电容器110外，所示直流高压发生器基本上采用如上相同的构造，该电涌保护电容器110常用于传统的焊接和切割机，防止电涌经由另一台设备的输出端口进入焊接或切割机。当直流高压发生器其输出端10未连接到工件5就工作时，它将使电流IE经由电涌保护电容器110，从第二直流电源2流向地，而电涌保护电容器110充电。当电焊工在连接电缆线时触及输出端106时，可以使贮存在电涌保护电容器110内的电荷放电，这样，电焊工将遭到电击。图7表示另一种传统的直流高压发生器，除了并联输出阻抗71外，它基本上采用与图1所示相同的电路结构。电弧焊和弧光等离子体切割机可以用冷水冷却电极4。这种冷却水所呈现的水阻抗相当于插在输出端10a与10b之间的输出阻抗71。这是由于冷却水、电缆线18和电极4构成了一条循环通路。如前所述，第二直流电源2为安全防电击提供了降压特性(即电阻205)。例如，如果降压特性用图8中“A”所示的电压降表示，由于达1兆欧的输出阻抗71的作用，工作点将出现在AL，这样，第二直流电源2的输出电压将降至零左右，由此导致电弧放电发生故障。如果第二直流电源2的降压特性用图8中“B”所示的电压降表示，由于达1兆欧的输出阻抗71的作用，工作点将出现在BL，故电压降由4.5千伏减到一半。这种程度将允许平滑地进行电弧放电，但如果电焊工触及电极4时，也可能造成电击。尤其是，如图9所示，在降压特性A的情况下，放电电流未超出电弧放电许可范围内的安全限度，但电压降是由输出阻抗71产生的，导致电弧放电的失效。在降压特性B的情况下，即使存在小的输出阻抗，也确保了进行电弧放电的性能，但放电电流超过安全界限。本专利技术的目的在于克服现有技术的上述缺陷。根据本专利技术的一个方面，提供一种电弧焊或弧光等离子体切割机，它包括(a)一对电极；(b)将直流电压施加在与所述电极相连的第一和第二输出端之间的第一直流电源；(c)设置在第一直流电源与第一输出端之间的单向整流电路；(d)连接在第一和第二输出端之间的第二直流电源，该第二直流电源将直流电压叠加在第一直流电源产生的电源上，在所述电极之间进行电弧放电；以及(e)并联连接到单向整流器的电压箝位电路。在本专利技术的较佳实施例中，提供第一壳体和第二壳体。第一壳体中设置第一直流电源。第二壳体中设置单向整流电路、第二直流电源以及经由电缆线连接到第一直流电源的电压箝位电路。也可以另一种方式提供壳体，其中设置第一直流电源、单向整流电路、第二直流电源以及电压箝位电路。进一步可提供一种充电保护电路，将其连接在第二输出端与壳体之间。电压箝位电路设计成当单向整流电路两端施加一个反偏电压时，使单向整流电路的反向漏电流的最大量限制在1毫安以下。单向整流电路包括串联连接的多个单向整流器，电压箝位电路包括分别并联连接到单向整流器的多个电压箝位元件。充电保护电路包括一个由电阻器、电感器和电压箝位元件之一组成的电路。第二直流电源包括电压发生器、电容电路、放电检测器和控制电路。电容电路根据第一和第二输出端两端的电压电平充电和放电。放电检测器检测电容电路的放电，提供其一个信号指示。控制电路响应于放电检测器的信号，使电压发生器在一个预定时期内不工作。第二直流电源的控制电路可以包括一个定时电路，它响应于起动开关的起动信号输入，使第一直流电源和第二直流电源的电压发生器两者或两者之一工作，如果第一直流电源未能在给定的时期内进行电极之间的放电，则在起动信号输入到控制电路之后的一个给定的时期期满后，使第一直流电源和第二直流电源的电压发生器两者或两者之一不工作。第二直流电源可以包括电压发生器、第一电路和第二电路。第一电路包括电容电路、放电检测器和控制电路。第二电路包括电容电路、放电检测器和控制电路，第一和第二电路的每个电容电路根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电弧焊或弧光等离子体切割机，其特征在于包括： 一对电极； 将直流电压施加在与所述电极相连的第一和第二输出端之间的第一直流电源； 设置在第一直流电源与第一输出端之间的单向整流电路； 连接在第一和第二输出端之间的第二直流电源，所述第二直流电源将直流电压叠加在第一直流电源产生的电源上，在所述电极之间进行电弧放电；以及并联连接到单向整流器的电压箝位电路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田中义朗，萩原清吾，大崎宪和，木元一夫，河合直树，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]