由焊接電源最小化諧波負(fù)載的方法和實(shí)施方法的焊接電源的制作方法
【專利摘要】一種由焊接電源最小化諧波負(fù)載的方法和實(shí)施方法的焊接電源，該方法通過焊接電源將單相交流電壓源的諧波負(fù)載最小化，焊接電源具有第一整流電路、無源功率因數(shù)校正電路、時(shí)鐘橋式電路、諧振轉(zhuǎn)換器及第二整流電路，諧振轉(zhuǎn)換器具有變壓器和帶第一電容器和第一電感器的振蕩回路。第二電容器和/或第二電感器并聯(lián)于變壓器，第一電容器與第二電容器之比在第二電容器布置于初級側(cè)情況下為選自1至10范圍的值，在第二電容器布置于次級側(cè)情況下為選自1至10范圍的值與變壓器變壓比平方之商，第二電感器與第一電感器之比在第二電感器布置于初級側(cè)情況下為選自0.5至10范圍的值，在第二電感器布置于次級側(cè)情況下為選自0.5至10范圍的值與變壓器變壓比平方之商。
【專利說明】由焊接電源最小化諧波負(fù)載的方法和實(shí)施方法的焊接電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過焊接電源將單相交流電壓源的諧波負(fù)載最小化的方法，所述焊接電源具有可接到交流電壓源上的第一整流電路、接到第一整流電路的輸出端上的無源功率因數(shù)校正電路、接到功率因數(shù)校正電路的輸出端上的時(shí)鐘橋式電路、接到時(shí)鐘橋式電路的輸出端上的諧振轉(zhuǎn)換器以及接到諧振轉(zhuǎn)換器的輸出端上的第二整流電路，焊接電極和待焊接的工件能接到所述第二整流器的輸出端上，其中，所述諧振轉(zhuǎn)換器具有變壓器和振蕩回路，所述振蕩回路具有第一電容器和串聯(lián)于第一電容器的第一電感器。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種用于實(shí)施該方法的焊接電源，所述焊接電源具有第一整流電路，所述第一整流電路在輸入側(cè)可接到單相交流電壓源上并且在輸出側(cè)通過無源功率因數(shù)校正電路與時(shí)鐘橋式電路相連，并且所述焊接電源具有諧振轉(zhuǎn)換器，所述諧振轉(zhuǎn)換器具有變壓器和至少一個(gè)振蕩回路，所述振蕩回路具有第一電容器和串聯(lián)于第一電容器的第一電感器，并且所述諧振轉(zhuǎn)換器在初級側(cè)與橋式電路相連并且在次級側(cè)與第二整流電路相連，焊接電極和待焊接的工件可接到所述第二整流電路的輸出端上。

【背景技術(shù)】
[0003]這種焊接電源在電弧焊接法中使用，其中，電弧在焊接電極和工件之間燃燒，以使得焊接電極的電弧側(cè)末端熔化并且材料以液滴的形式轉(zhuǎn)移到工件上。公知的焊接電源通常具有第一整流電路，該第一整流電路將輸入側(cè)提供的單相交流電壓整流成脈動直流電壓。為了降低脈動直流電壓的紋波(Welligkeit)，通常使用平滑電容器，所述平滑電容器向后置的時(shí)鐘橋式電路提供具有很小的剩余紋波(Restwelligkeit)的直流電壓。為了控制時(shí)鐘橋式電路，焊接電源通常具有控制單元。依賴于控制單元的控制信號，所提供的直流電壓由橋式電路轉(zhuǎn)換成高頻交流電壓，該高頻交流電壓被輸送至諧振轉(zhuǎn)換器，第二整流電路后置于所述諧振轉(zhuǎn)換器。諧振轉(zhuǎn)換器將高頻交流電壓變壓，所述高頻交流電壓隨后由第二整流電路整流。由第二整流電路提供的直流電壓出現(xiàn)在焊接電源的輸出端上并可以被提供給焊接電極和待焊接的工件。
[0004]為了減小由第一整流電路提供的直流電壓的紋波而使用平滑電容器，這導(dǎo)致交流電源遭受強(qiáng)烈的諧波負(fù)載。通常將公共供電網(wǎng)用作交流電壓源，而諧波負(fù)載導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的失真。為了限制該失真，由公共供電網(wǎng)的運(yùn)營商預(yù)設(shè)用戶必須遵守的諧波負(fù)載極限值。作為用于諧波負(fù)載的度量，可以使用焊接電源的功率因數(shù)。功率因數(shù)被定義為焊接電源的有效功率與其視在功率之比。在完全不存在諧波的理想情況下，功率因數(shù)剛好為I。功率因數(shù)越小，供電網(wǎng)的諧波負(fù)載越大。
[0005]為了減小諧波負(fù)載，在US 6，091，612中提出一種焊接電源，在該焊接電源中使用無源功率因數(shù)校正電路來代替平滑電容器，該無源功率因數(shù)校正電路后置于第一整流電路，并且為時(shí)鐘橋式電路提供直流電壓，該直流電壓具有雖然得到降低但是仍然可觀察到的紋波。在公知的焊接電源中，諧振轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)為串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器。它包括一個(gè)變壓器，該變壓器在初級側(cè)具有串聯(lián)振蕩回路，所述振蕩回路具有第一電容器和串聯(lián)于該第一電容器的第一電感器。由該焊接電源提供在時(shí)間上恒定的直流電壓。該直流電壓的大小可以通過對時(shí)鐘橋式電路的合適的控制進(jìn)行改變。
[0006]與使用平滑電容器的焊接電源相比，由美國專利說明書6，091，612公知的焊接電源具有如下優(yōu)點(diǎn):供電網(wǎng)的諧波負(fù)載可以保持得小。然而，它同時(shí)具有如下的缺點(diǎn):公知的焊接電源必須明顯地大規(guī)格化，以便能夠保證焊接電極和工件之間的穩(wěn)定的電弧。其原因在于，在電弧的形成過程中，由于電弧長度和/或電弧阻抗的變化，可能會瞬時(shí)發(fā)生焊接電壓和焊接電流的波動。例如，在電弧長度瞬時(shí)增大的情況下，焊接電流顯著下降并且焊接電壓明顯升高。在電弧長度瞬時(shí)減小的情況下，焊接電流升高并且焊接電壓顯著下降。因?yàn)楹附与娫幢仨毿Ｕ@些電流波動和電壓波動，所以對于由美國專利說明書6，091，612公知的焊接電源需要將焊接電源的全部元器件(特別是也包括變壓器)以瞬時(shí)出現(xiàn)的最大值來設(shè)置。與電流平均值和電壓平均值相比，同時(shí)出現(xiàn)的最大輸出電壓和最小輸入電壓的組合尤其要求焊接電源的大規(guī)格化。這伴隨著不小的費(fèi)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的任務(wù)是提供開篇所述類型的方法，在該方法中可以通過可低成本生產(chǎn)的焊接電源將交流電壓源的諧波負(fù)載保持得小。此外，本發(fā)明的任務(wù)是提供用于實(shí)施該方法的焊接電源。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)在這種類型的方法中通過以下方式解決:將第二電容器和/或第二電感器并聯(lián)連接于變壓器的初級側(cè)或并聯(lián)連接于變壓器的次級側(cè)，其中，為第一和第二電容器定規(guī)格使得第一電容器與第二電容器之比在第二電容器布置于初級側(cè)的情況下為選自I至10范圍的值，在第二電容器布置于次級側(cè)的情況下為選自I至10范圍的值與變壓器的變壓比的平方之商，并且其中，為第一和第二電感器定規(guī)格使得第二電感器與第一電感器之比在第二電感器布置于初級側(cè)的情況下為選自0.5至10范圍的值，在第二電感器布置于次級側(cè)的情況下為選自0.5至10范圍的值與變壓器的變壓比的平方之商。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于組合使用無源功率因數(shù)校正電路和諧振轉(zhuǎn)換器，在所述諧振轉(zhuǎn)換器中將第二電容器和/或第二電感器與變壓器并聯(lián)連接，其中，第二電容器和第二電感器具有特定的規(guī)格。
[0010]在使用第二電容器的情況下，為第一和第二電容器定規(guī)格使得在第二電容器布置于初級側(cè)的情況下第一電容器與第二電容器之比為選自I至10范圍的值。如果第二電容器與變壓器的初級側(cè)并聯(lián)連接，那么為第一電容器定規(guī)格使得它至少和第二電容器一樣大并且最大為第二電容器的10倍。如果第二電容器與變壓器的次級側(cè)并聯(lián)連接，那么為其定規(guī)格使得第一與第二電容器之比為選自I至10范圍的值與變壓器的變壓比的平方之商。
[0011]變壓器的變壓比指的是變壓器的初級繞組數(shù)與次級繞組數(shù)之比。
[0012]如果變壓器的變壓比例如是10，那么在第二電容器布置于次級側(cè)的情況下為第一電容器定規(guī)格使得它至少為第二電容器的百分之一并且最大為第二電容器的十分之一。
[0013]作為第二電容器的替選或補(bǔ)充，也可以使用第二電感器。在使用并聯(lián)于變壓器連接的第二電感器的情況下，為第一和第二電感器定規(guī)格使得在第二電感器布置于初級側(cè)的情況下第二電感器與第一電感器之比為選自0.5至10范圍的值，并且在第二電感器布置于次級側(cè)的的情況下第二電感器與第一電感器之比為選自0.5至10范圍的值與變壓器的變壓比的平方之商。
[0014]已經(jīng)表明，通過使用與變壓器并聯(lián)連接的第二電容器和/或通過使用與變壓器并聯(lián)連接的第二電感器，一方面可以將單相交流電壓源的諧波負(fù)載保持得小，另一方面能夠以焊接電流和焊接電壓的額定值來設(shè)置焊接電源的元器件，也就是以焊接過程在時(shí)間上的平均值。這能夠?qū)崿F(xiàn)將焊接電源的生產(chǎn)成本降低。如對于由美國專利說明書6，091，612公知的焊接電源所需的元器件的大規(guī)格化在根據(jù)本發(fā)明的方法中是不需要的。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，焊接電壓和焊接電流的瞬時(shí)出現(xiàn)的最小值和最大值通過提供與變壓器并聯(lián)連接的第二電容器和/或與變壓器并聯(lián)連接的第二電感器校正，所述第二電容器和第二電感器通過前面提到的方式定規(guī)格。
[0015]第二電容器和/或第二電感器并聯(lián)于變壓器的布置導(dǎo)致第二電容器和/或第二電感器也與電弧并聯(lián)連接。如果焊接電流瞬時(shí)下降，只要并聯(lián)連接的第二電容器和/或并聯(lián)連接的第二電感器具有前面提到的規(guī)格，那么其就可以在短時(shí)間內(nèi)引開與電流額定值相比出現(xiàn)的電流過剩。如果焊接過程在短時(shí)間內(nèi)需要焊接電壓的劇烈升高，那么該電壓可以由并聯(lián)連接的第二電容器和/或由并聯(lián)連接的第二電感器提供，因?yàn)?，由于諧振轉(zhuǎn)換器的諧振條件，在該元器件上可以比在諧振轉(zhuǎn)換器的輸入端上發(fā)生明顯更高的電壓下降。
[0016]即使如果由單相交流電壓源提供的輸入電壓具有小于最大值一半的瞬時(shí)值，那么以前面提到的方式為第一和第二電容器或者第一和第二電感器定規(guī)格也能確保可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧。在該時(shí)間段內(nèi)，也可以甚至在焊接電壓和焊接電流強(qiáng)烈波動的情況下提供足夠大的焊接電流，以使得電弧保持穩(wěn)定，而無需焊接電源大規(guī)格化。
[0017]如果定規(guī)格使得第一電容器與第二電容器之比在第二電容器布置于初級側(cè)的情況下小于1，那么這導(dǎo)致在諧振電路中無功電流的強(qiáng)烈升高。此外，由此，可用的焊接電流在輸入電壓的瞬時(shí)值小于最大值的一半的情況下將不必要地升高，并且這又導(dǎo)致交流電壓源的增強(qiáng)的諧波負(fù)載。另一方面，如果為第一和第二電容器定規(guī)格使得第一電容器與第二電容器之比在第二電容器布置于初級側(cè)的情況下具有大于10的值，那么不能在所有情況下使電弧保持穩(wěn)定。因此，根據(jù)本發(fā)明，為第一和第二電容器定規(guī)格使得第一電容器與第二電容器之比在第二電容器布置于初級側(cè)的情況下為選自I至10范圍的值。如果將第二電容器與變壓器的次級側(cè)并聯(lián)連接，那么為了給第一和第二電容器定規(guī)格，還要考慮變壓器的變壓特性，以獲得與布置于初級側(cè)的情況下相同的效果。因此，在第二電容器布置于次級側(cè)的情況下，進(jìn)行定規(guī)格以使得第一電容器與第二電容器之比為選自I至10范圍的值與變壓器的變壓比之商。
[0018]如果變壓比(即初級繞組數(shù)與次級繞組數(shù)之比)例如是2，那么在第二電容器并聯(lián)于變壓器的次級側(cè)布置的情況下，使用比在第二電容器并聯(lián)于變壓器的初級側(cè)布置的情況下大四倍的電容值。通過在考慮變壓器的變壓比的情況下以前面提到的方式對布置在次級側(cè)的第二電容器定規(guī)格，可以獲得與第二電容器并聯(lián)于變壓器的初級側(cè)連接時(shí)相同的效果O
[0019]以相應(yīng)的方式，只要第二電感器與第一電感器之比在第二電感器布置于初級側(cè)的情況下為選自0.5至10范圍的值，那么就可以在使用與變壓器并聯(lián)連接的第二電感器的情況下將交流電壓源的諧波負(fù)載保持得很小，并且仍然可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧，而不需要大規(guī)格化。如果第二電感器并聯(lián)于變壓器的次級側(cè)布置，那么為第二電感器和第一電感器定規(guī)格使得它們之比為選自0.5至10范圍的值與變壓器的變壓比的平方之商。
[0020]與第一和第二電感器一樣,第一和第二電容器也形成存儲兀件，其依賴于諧振轉(zhuǎn)換器的諧振頻率存儲能量。根據(jù)本發(fā)明的方法，在這里將具有特定規(guī)格的至少一個(gè)儲能元件與變壓器并聯(lián)連接。
[0021]因此，通過根據(jù)本發(fā)明的方法，可以在焊接電源的輸出端提供隨時(shí)間變化的直流電壓和隨時(shí)間變化的直流電流，所述直流電壓和直流電流使得穩(wěn)定的焊接過程成為可能，其中，只需以輸出電壓和輸出電流的額定值，即時(shí)間平均值來設(shè)置焊接電源(尤其是變壓器)。這使得焊接電源的低成本生產(chǎn)成為可能。此外，為輸出電流和輸出電壓提供隨時(shí)間變化的值還具有如下優(yōu)點(diǎn):可以將諧波負(fù)載保持得小。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的方法，因?yàn)樵谳敵鲭妷簭?qiáng)烈下降的情況下可以瞬時(shí)提供很高的輸出電流，所以可以實(shí)現(xiàn)用小的諧波負(fù)載在內(nèi)部保持焊接過程。這具有如下優(yōu)點(diǎn):在存在很短的電弧長度的情況下(其實(shí)際上會導(dǎo)致焊接電極和工件之間的電短路)，焊接電極的電弧側(cè)末端可以通過強(qiáng)烈的電流升高在短時(shí)間內(nèi)被熔化，從而液滴從焊接電極轉(zhuǎn)移到工件上，并由此再次擴(kuò)大電弧長度，因此短路實(shí)際上自動結(jié)束。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在諧振情況下在與變壓器并聯(lián)連接的第二電容器和/或在與變壓器并聯(lián)連接的第二電感器上出現(xiàn)的諧振電壓升高可以在焊接過程中轉(zhuǎn)移。因此，焊接電壓可以不依賴于諧振轉(zhuǎn)換器的輸入電壓地進(jìn)行調(diào)整，以使得可以在沒有大規(guī)格化或附加電路的情況下以簡單的方式低成本地保證電弧穩(wěn)定性。同時(shí)，可以將單相交流電壓源(焊接電源接到該交流電壓源上)的諧波負(fù)載保持得小。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，借助該方法可以降低所謂的偏吹作用(Blaswirkung)。在這里涉及到一種出現(xiàn)在電弧焊接過程中的磁效應(yīng)。它通過磁力線得到解釋，由電流流經(jīng)的導(dǎo)體產(chǎn)生所述磁力線，電弧、焊接電極、連接電纜和工件均屬于所述導(dǎo)體。所述力線在導(dǎo)體上施加偏轉(zhuǎn)力。例如，電弧從工件的邊緣偏離。由于磁偏吹作用焊縫的質(zhì)量可能會受損。磁偏吹作用尤其在用直流電焊接的情況下出現(xiàn)。因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的方法中焊接電源的輸出電流發(fā)生脈動，因此它具有在時(shí)間上恒定的直流分量和相疊的交流分量。交流分量在工件中通過感應(yīng)引起渦流，該渦流降低磁偏吹作用。
[0025]有利的是，為第一和第二電容器定規(guī)格使得第一電容器與第二電容器之比在第二電容器布置于初級側(cè)的情況下為選自I至5范圍的值，尤其是數(shù)值3。
[0026]如果使用至少一個(gè)第二電感器，那么以有利的方式為第一和第二電感器定規(guī)格使得第二電感器與第一電感器之比在第二電感器布置于初級側(cè)的情況下為選自0.5至5范圍的值，尤其是數(shù)值3。
[0027]以有利的方式為變壓器定規(guī)格使得變壓器的變壓比大于I。變壓器的變壓比，即初級繞組數(shù)與次級繞組數(shù)之比限定了變壓器的初級電壓與次級電壓之比。如果將變壓比選擇為大于I，那么可以將輸入電壓變換為較小的輸出電壓。
[0028]例如可以規(guī)定，為變壓器定規(guī)格使得變壓器的變壓比為10。這使得可以將具有250V的時(shí)間平均值的輸入電壓變換為具有25V的時(shí)間平均值的輸出電壓。在這種規(guī)格的情況下，具有15A的時(shí)間平均值的輸入電流被變換為具有150A的時(shí)間平均值的輸出電流。
[0029]如果將變壓器的初級繞組和次級繞組之間的漏電感作為振蕩回路的第一電感器使用，那么可以特別低成本地生產(chǎn)焊接電源。由此可以省略用于第一電感器的分立的器件。
[0030]有利的是將第二電容器與變壓器的次級側(cè)并聯(lián)連接。
[0031]可以規(guī)定將變壓器的磁化電感作為第二電感器使用。由此可以省略用于與變壓器并聯(lián)連接的第二電感器的分立的器件。
[0032]如前面提到的，本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施上述方法的焊接電源。為了焊接電源可以低成本地生產(chǎn)并且具有小的諧波負(fù)載，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，焊接電源具有與變壓器并聯(lián)連接的第二電容器和/或第二電感器，其中，第一電容器與第二電容器之比在第二電容器布置于初級側(cè)的情況下為選自I至10范圍的值并且在第二電容器布置于次級側(cè)的情況下為選自I至10范圍的值與變壓器的變壓比的平方之商，并且其中，第二電感器與第一電感器之比在第二電感器布置于初級側(cè)的情況下為選自0.5至10范圍的值并且在第二電感器布置于次級側(cè)的情況下為選自0.5至10范圍的值與變壓器的變壓比的平方之商。
[0033]如前面詳細(xì)闡述的，根據(jù)本發(fā)明的焊接電源的特征在于無源功率因數(shù)校正電路與諧振轉(zhuǎn)換器的組合使用，在所述諧振轉(zhuǎn)換器中第二電容器和/或第二電感器與變壓器并聯(lián)連接。在這里，第一和第二電容器或者第一和第二電感器以前面提到的方式定規(guī)格。由此保證了焊接電源雖然具有小的諧波負(fù)載但仍然可以提供穩(wěn)定的電弧。此外，根據(jù)本發(fā)明的焊接電源具有如下優(yōu)點(diǎn):焊接電源的元器件能夠以焊接電流和焊接電壓的額定值來設(shè)置，即以時(shí)間平均值來設(shè)置。元器件的大規(guī)格化是不需要的。對于根據(jù)本發(fā)明的焊接電源，焊接電壓和焊接電流的瞬時(shí)出現(xiàn)的最小值和最大值通過提供與變壓器并聯(lián)連接的第二電容器和/或與變壓器并聯(lián)連接的第二電感器而得到校正，所述電容器和電感器具有前面提到的規(guī)格。第二電容器和/或第二電感器與電弧并聯(lián)連接。如果焊接電流瞬時(shí)下降，那么并聯(lián)連接的電容器/電感器可以在短時(shí)間內(nèi)引開與電流額定值相比出現(xiàn)的電流過剩。當(dāng)焊接過程在短時(shí)間內(nèi)需要焊接電壓的強(qiáng)烈升高時(shí)，因?yàn)椋捎谥C振轉(zhuǎn)換器的諧振條件，在并聯(lián)連接的電容器/電感器上可以比在諧振轉(zhuǎn)換器的輸入端上發(fā)生明顯更高的電壓下降，所以可以由并聯(lián)連接的電容器/電感器提供該強(qiáng)烈升高的電壓。為此的前提條件是以前面提到的方式為第二電容器或第二電感器定規(guī)格。
[0034]振蕩回路的第一電容器和第一電感器優(yōu)選與變壓器的初級側(cè)串聯(lián)連接。
[0035]在根據(jù)本發(fā)明的焊接電源的有利實(shí)施方式中，變壓器具有大于I的變壓比。
[0036]如前面提到的，有利的是變壓器的變壓比為例如10。
[0037]在根據(jù)本發(fā)明的焊接電源的有利實(shí)施方式中，并聯(lián)于變壓器地連接有一個(gè)唯一的第二電容器。
[0038]可以規(guī)定并聯(lián)于變壓器地連接有一個(gè)唯一的第二電感器。
[0039]有利地，第二電容器與變壓器的次級側(cè)并聯(lián)連接。
[0040]有利的是，使用變壓器的初級繞組和次級繞組之間的漏電感作為根據(jù)本發(fā)明的焊接電源的振蕩回路的第一電感器。由此可以省略形成為分立的器件的第一電感器。
[0041]在根據(jù)本發(fā)明的焊接電源的有利實(shí)施方式中，使用變壓器的磁化電感作為與變壓器并聯(lián)連接的第二電感器。
[0042]無源功率因數(shù)校正電路本身是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的焊接電源中使用的無源功率因數(shù)校正電路具有兩個(gè)彼此并聯(lián)連接的電流路徑，其中，在每個(gè)電流路徑中，二極管和電容器彼此串聯(lián)連接，并且這兩個(gè)電流路徑在二極管和電容器之間的區(qū)域中通過連接線路彼此相連，其中，在連接線路中僅連接一個(gè)另外的二極管。因此，歐姆電阻的使用可以在功率因數(shù)校正電路中省略。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]對根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的焊接電源的有利實(shí)施方式的以下描述用于結(jié)合附圖進(jìn)行更詳細(xì)的闡述。其中:
[0044]圖1示出焊接電源的線路框圖；并且
[0045]圖2示出圖1的焊接電源的輸出特性曲線區(qū)域。

【具體實(shí)施方式】
[0046]圖1中示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的焊接電源的有利實(shí)施方式的簡化線路框圖，其在總體上用附圖標(biāo)記10表示。焊接電源包括兩個(gè)供電接頭11、12，所述供電接頭可以接在單相交流電壓源上，尤其是接在公共供電網(wǎng)上。這兩個(gè)供電接頭11、12構(gòu)成第一整流電路14的輸入端，該第一整流電路在所示的實(shí)施例中形成為橋式整流器。通過第一整流電路14，可以將出現(xiàn)在供電接頭11、12上的單相交流電壓整流。為了降低經(jīng)整流的電壓的剩余紋波，功率因數(shù)校正電路16接在第一整流電路14上，所述功率因數(shù)校正電路具有第一電流路徑17和與該第一電流路徑17并聯(lián)連接的第二電流路徑18，在所述電流電路中分別連接二極管19或20以及與其串聯(lián)的電容器21或22。在二極管和電容器之間的區(qū)域中通過連接線路23將這兩個(gè)電流路徑17、18彼此相連，在該連接線路中連接另外的二極管24。
[0047]時(shí)鐘橋式電路26后置于功率因數(shù)校正電路16，由功率因數(shù)校正電路16為該時(shí)鐘橋式電路供應(yīng)脈動式的直流電壓。橋式電路26形成為全橋并具有四個(gè)開關(guān)元件27、28、29、30，它們分別分配有續(xù)流二極管(Freilaufd1de) 31、32、33、34。這種橋式電路26本身是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，并因此在這里不需要更詳細(xì)的闡述。橋式電路26的控制借助控制單元36進(jìn)行，該控制單元驅(qū)控開關(guān)元件27、28、29、30以使得橋式電路26提供具有可變頻率和可變脈動寬度的高頻交流電壓。
[0048]諧振轉(zhuǎn)換器38后置于橋式電路26，該諧振轉(zhuǎn)換器具有變壓器40以及一共三個(gè)獨(dú)立的、依賴于諧振轉(zhuǎn)換器38的頻率儲能的元件。第一儲能元件以第一電感器42的形式形成，該第一電感器和形式為第一電容器44的第二儲能元件一樣都與變壓器的初級線圈46串聯(lián)連接。第三儲能元件以第二電容器48的形式形成，該第二電容器與變壓器40的次級線圈50并聯(lián)連接。初級線圈46結(jié)合第一電感器42和串聯(lián)于該電感器的第一電容器44形成串聯(lián)振蕩回路，并且次級線圈50結(jié)合與次級線圈50并聯(lián)連接的第二電容器48形成并聯(lián)振蕩回路。串聯(lián)于初級線圈46的第一電感器42可以設(shè)計(jì)為在變壓器40的初級線圈和次級線圈之間的漏電感。因此，第一電感器42不一定要設(shè)計(jì)為分立的器件。
[0049]變壓器40以焊接電源10的輸出電流和輸出電壓的額定值，即時(shí)間平均值來設(shè)置。變壓器40的變壓比(即初級繞組數(shù)與次級繞組數(shù)之比)大于1，在所示的實(shí)施例中變壓比大約為10，以使得約250V的初級側(cè)額定電壓被變換為約25V的次級側(cè)額定電壓。以相應(yīng)的方式，約15A的初級側(cè)額定電流被變換為約150A的次級側(cè)額定電流。然而，由于在諧振轉(zhuǎn)換器38中形成的諧振振蕩，在與次級線圈50并聯(lián)連接的電容器48上瞬時(shí)出現(xiàn)明顯更高的電壓。
[0050]將第一電容器44和第二電容器48定規(guī)格以使得第一電容器44與第二電容器48之比具有的值為選自I至10范圍的值與變壓器40的變壓比的平方之商。在所示的實(shí)施例中，變壓器40的變壓比為10。因此，變壓比的平方為100，并且因此選自I至10范圍的值與變壓器40的變壓比的平方之商處于0.01至0.1范圍內(nèi)。第一電容器44與第二電容器48之比因此具有0.01至0.1范圍內(nèi)的值。例如可以規(guī)定，第一電容器44與第二電容器48之比為0.03。反之，如果在焊接電源10的替選的設(shè)計(jì)方案中第二電容器48與變壓器40的初級側(cè)并聯(lián)連接，那么第一電容器44與布置于初級側(cè)的第二電容器48之比具有選自I至10范圍的值，有利的是數(shù)值3。
[0051]第二整流電路52后置于諧振轉(zhuǎn)換器38，該第二整流電路同樣設(shè)計(jì)為橋式整流器并將諧振轉(zhuǎn)換器38提供的交流電壓整流。經(jīng)整流的輸出電壓出現(xiàn)在焊接電源10的輸出端子54、55上。焊接電極56和待焊接的工件58可以以常規(guī)方式接到輸出端子54、55上，以使得在焊接電極56和工件58之間形成電弧，在該電弧的作用下材料可以從焊接電極56轉(zhuǎn)移到工件58上。
[0052]電弧的長度并且因此其阻抗經(jīng)歷隨時(shí)間的波動。這導(dǎo)致在輸出端子54、55上出現(xiàn)的輸出電壓以及向焊接電極56流動的輸出電流也經(jīng)歷波動。這些波動和變壓器40的初級電流的波動(即通過初級線圈46流動的電流的波動)一樣由控制單元36檢測。為此，控制單元36通過輸入線路68、69、70、71與初級電流傳感器60 (其檢測在串聯(lián)振蕩回路中流動的電流)、以及與輸出電流傳感器62 (其檢測焊接電源10的輸出電流)并且與輸出端子54、55相連，以使得控制單元36也可以檢測焊接電源10的輸出電壓。基于檢測的電流值和電壓值，控制單元36控制時(shí)鐘橋式電路26的開關(guān)元件27、28、29、30。為此，控制單元36通過控制線路73、74、75、76與開關(guān)元件27、28、29和30相連。
[0053]焊接電源10提供的輸出電壓和輸出電流依賴于出現(xiàn)在橋式電路26輸入端上的輸入電壓，也就是說它們依賴于無源功率因數(shù)校正電路提供的電壓。在圖2中示出焊接電源10的輸出特性曲線區(qū)域，并描述了再次在焊接電源的輸出電壓和輸出電流之間的依賴于不同的輸入電壓的關(guān)系。清晰可見的是，在恒定的輸出電壓的情況下輸入電壓可以降低。在恒定的輸出電壓的情況下輸出電流可以如此寬范圍地降低，以使得由此產(chǎn)生的較小的電弧功率相應(yīng)于諧振轉(zhuǎn)換器38的傳輸特性。根據(jù)輸入電壓，可以在近似不依賴于輸出電壓大小的情況下保持特定的輸出電流。因此，例如在100V的輸入電壓的情況下仍可以近似不依賴于輸出電壓地保證大約40A的輸出電流。因此，得到固有的恒定電流特性，這對于電弧的穩(wěn)定性是很有利的。
[0054]由根據(jù)圖2的輸出特性曲線區(qū)域還清晰可見的是，在輸出電壓降低時(shí)，輸出電流可以顯著升高。當(dāng)電弧阻抗減小時(shí)，輸出電壓降低。降低的輸出電壓導(dǎo)致輸出電流的顯著升高，并由此導(dǎo)致焊接電極的熔化，以使得隨后又形成較大的電弧阻抗并提高輸出電壓。因此，焊接電源10的特性阻礙在焊接電極和工件之間形成短路。
[0055]因此，焊接電源10將焊接電極和工件之間的電弧穩(wěn)定化，并因此對于電焊工而言將焊接過程變得容易。此外，焊接電源10具有如下優(yōu)點(diǎn):它僅具有小的諧波負(fù)載，也就是說接有焊接電源10的供電網(wǎng)僅由焊接電源10加載低程度的諧波。
[0056]在所示的實(shí)施例中，與變壓器40并聯(lián)連接的第二電容器48布置在變壓器40的次級側(cè)。然而，這不是必需的。如以上所述，第二電容器48也可以布置在變壓器40的初級偵U。此外，作為與變壓器40并聯(lián)連接的第二電容器48的替選或補(bǔ)充，也可以使用與變壓器40并聯(lián)連接的第二電感器，該第二電感器可以任選地布置在變壓器40的初級側(cè)或次級側(cè)。為了校正焊接過程的瞬時(shí)波動，無論如何除了形式為第一電感器42和第一電容器44的彼此串聯(lián)連接的第一和第二諧振元件之外還要使用具有以上所述規(guī)格的形式為第二電感器或第二電容器的與變壓器40并聯(lián)連接的第三諧振元件。該第三諧振元件并聯(lián)于變壓器的布置保證了第三諧振元件與焊接電源的負(fù)荷并聯(lián)(即與電弧并聯(lián))連接。因此，出現(xiàn)在第三諧振元件上的諧振電壓也可以提供給焊接過程，并且可以補(bǔ)償焊接電流的波動，為此，電流也流動通過并聯(lián)于焊接過程布置的第三諧振元件。
[0057]因此，焊接電源10提供了脈動式的焊接電流。與無源功率因數(shù)校正電路16的使用相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)將諧波負(fù)載保持得很小。此外，脈動式的焊接電流具有如下優(yōu)點(diǎn):可以使所謂的偏吹作用保持得小。在此涉及一種磁效應(yīng)，它發(fā)生于電弧焊接過程中并導(dǎo)致電弧例如偏轉(zhuǎn)離開工件邊緣。偏吹作用的降低是由于工件中感應(yīng)出的渦流，該渦流與焊接電流反向流動。通過渦流產(chǎn)生的磁場具有補(bǔ)償由電弧產(chǎn)生的磁場的趨勢。由焊接電源10提供的脈動式焊接電流具有與直流相疊的交流分量，該交流分量降低偏吹作用。
【權(quán)利要求】
1.通過焊接電源(10)將單相交流電壓源的諧波負(fù)載最小化的方法，所述焊接電源具有能接到所述交流電壓源上的第一整流電路(14)、接到所述第一整流電路(14)的輸出端上的功率因數(shù)校正電路(16)、接到所述功率因數(shù)校正電路(16)的輸出端上的時(shí)鐘橋式電路(26)、接到所述時(shí)鐘橋式電路(26)的輸出端上的諧振轉(zhuǎn)換器(38)以及接到所述諧振轉(zhuǎn)換器(38)的輸出端上的第二整流電路(52)，焊接電極(56)和待焊接的工件(58)能接到所述第二整流器的輸出端上，其中，所述諧振轉(zhuǎn)換器(38)具有變壓器(40)和振蕩回路，所述振蕩回路具有第一電容器(44)和串聯(lián)于第一電容器(44)的第一電感器(42)，其特征在于，將第二電容器(48)和/或第二電感器并聯(lián)連接于所述變壓器的初級側(cè)或次級側(cè)，其中，為所述第一和所述第二電容器(44、48)定規(guī)格使得所述第一電容器(44)與所述第二電容器(48)之比在第二電容器(48)布置于初級側(cè)的情況下為選自I至10范圍的值，在第二電容器(48)布置于次級側(cè)的情況下為選自I至10范圍的值與所述變壓器(40)的變壓比的平方之商，并且其中，為所述第一和所述第二電感器定規(guī)格使得所述第二電感器(42)與所述第一電感器之比在第二電感器布置于初級側(cè)的情況下為選自0.5至10范圍的值，在第二電感器布置于次級側(cè)的情況下為選自0.5至10范圍的值與所述變壓器(40)的變壓比的平方之商。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為所述第一和所述第二電容器(44、48)定規(guī)格使得所述第一電容器(44)與所述第二電容器(48)之比在第二電容器(48)布置于初級側(cè)的情況下為選自I至5范圍的值，尤其是數(shù)值3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為所述第一和所述第二電感器定規(guī)格使得所述第二電感器(42)與所述第一電感器之比在第二電感器布置于初級側(cè)的情況下為選自0.5至5范圍的值，尤其是數(shù)值3。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為所述變壓器(40)定規(guī)格使得所述變壓器(40)的變壓比大于I。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述變壓器(40)的初級繞組和次級繞組之間的漏電感作為第一電感器使用。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述變壓器(40)的磁化電感作為第二電感器使用。
7.用于實(shí)施根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法的焊接電源，所述焊接電源具有第一整流電路(14)，所述第一整流電路在輸入側(cè)能接到單相交流電壓源上并且在輸出側(cè)通過無源功率因數(shù)校正電路(16)與時(shí)鐘橋式電路(26)相連，并且所述焊接電源具有諧振轉(zhuǎn)換器(38)，所述諧振轉(zhuǎn)換器具有變壓器(40)和振蕩回路，所述振蕩回路具有第一電容器(44)和串聯(lián)于第一電容器(44)的第一電感器(42)，并且所述諧振轉(zhuǎn)換器在初級側(cè)與所述橋式電路(26)相連并且在次級側(cè)與第二整流電路(52)相連，焊接電極(56)和待焊接的工件(58)能接到所述第二整流電路的輸出端上，其特征在于，并聯(lián)于所述變壓器(40)地連接有第二電容器(48)和/或第二電感器，其中，所述第一電容器(44)與所述第二電容器(48)之比在第二電容器(48)布置于初級側(cè)的情況下為選自I至10范圍的值，在第二電容器(48)布置于次級側(cè)的情況下為選自I至10范圍的值與所述變壓器(40)的變壓比的平方之商，并且其中，所述第二電感器(42)與所述第一電感器之比在第二電感器布置于初級側(cè)的情況下為選自0.5至10范圍的值，在第二電感器布置于次級側(cè)的情況下為選自0.5至10范圍的值與所述變壓器(40)的變壓比的平方之商。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的焊接電源，其特征在于，所述變壓器具有大于I的變壓比。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的焊接電源，其特征在于，并聯(lián)于所述變壓器(40)地連接有一個(gè)唯一的第二電容器(48)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的焊接電源，其特征在于，所述第二電容器(48)與所述變壓器(40)的次級側(cè)并聯(lián)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的焊接電源，其特征在于，所述振蕩回路具有形式為所述變壓器(40)的初級繞組與次級繞組之間的漏電感的第一電感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的焊接電源，其特征在于，并聯(lián)于所述變壓器(40)地連接有一個(gè)唯一的第二電感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的焊接電源，其特征在于，所述第二電感器形成為所述變壓器(40)的磁化電感。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項(xiàng)所述的焊接電源，其特征在于，所述第一電容器(44)和所述第一電感器(42)與所述變壓器(40)的初級側(cè)串聯(lián)連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求7至14中任一項(xiàng)所述的焊接電源，其特征在于，所述無源功率因數(shù)校正電路(16)具有兩個(gè)彼此并聯(lián)連接的電流路徑(17、18)，其中，在每個(gè)電流路徑(17、18)中，二極管(19、20)和電容器(21、22)彼此串聯(lián)連接，并且這兩個(gè)電流路徑(17、18)在二極管(19、20)與電容器(21、22)之間的區(qū)域中通過連接線路(23)彼此相連，在所述連接線路中僅連接一個(gè)另外的二極管。
【文檔編號】B23K9/10GK104416266SQ201410455645
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】赫伯特·艾格納 申請人:洛爾希焊接技術(shù)有限公司