发明名称 用于高电流焊接之电源
摘要 本发明揭示一种用于电弧焊之以逆变器为主之电源,其中该电源包括一切换速度用以驱动一输出变压器之初级端的高切换速度逆变器,该输出变压器具有:一初级电路,其电流大于250安培电流;一次级电路,其电流工作范围之最大电流大于700安培;以及一输出整流器,用以将该次级电源整流成适于焊接的一直流电流。
申请公布号 TWI271256 申请公布日期 2007.01.21
申请号 TW093137110 申请日期 2004.12.01
申请人 林肯环球公司 发明人 劳伯特L 道奇;陶德E 库肯
分类号 B23K9/09(2006.01) 主分类号 B23K9/09(2006.01)
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 1.一种用于电弧焊之电源,该电源包括一用于驱动 一输出变压器初级端之高切换速度反向器,该输出 变压器具有:一初级电路,其电流大于250安培;一次 级电路,其具有工作范围之最大电流大于700安培的 一电流;以及一输出整流器,用以将该次级电流整 流成适于焊接的一直流电流。 2.如请求项1之电源,其中该次级电路包括许多分开 的绕线模组,其每一绕线模组具一特定的电流容量 ,且与该等分开绕线模组电流总和的总输出焊接电 流并联。 3.如请求项2之电源,其中该等模组之每一者包含: 具第一与第二端的一第一导管;具第一与第二端的 一通常平行紧密相邻第二导管,该导管具有一中央 延伸的通道,用以容纳该初级电路的一个或多个初 级线圈;围绕在该等导管之每一者的一磁核心;连 接该等导管的该等第一端端之一跨接夹片;及在该 等导管的该等第二端上形成连接器之一电路。 4.如请求项3之电源,其中该等磁核心之每一者包含 在该等导管之一周围的复数个圆形环。 5.如请求项4之电源,其包括在该跨接夹片上的一套 盖,其中该跨接夹片具在该等平行管的中央通道之 间的一引导面。 6.如请求项3之电源,其包括在该跨接夹片上的一套 盖,其中该跨接夹片具在该等平行管的中央通道之 间的一引导面。 7.如请求项6之电源,其包括一传导组件,该传导组 件包含:一第三导管,其具第一与第二端;一第四导 管,其具第一与第二端;以及一第二跨接夹片,其将 该等第三与第四导管的该等第一端以彼此平行关 系连接到该等第一与第二导管;该等第三与第四平 行管是分别套叠该等第一与第二导管的该等通道, 并具有延伸通道,其能容纳具从彼此隔开的该等第 一与第二跨接夹片的该初级电路之该初级线圈或 一些线圈;一第一管状绝缘体,位于该等第一与第 三导管之间;一第二导管状绝缘体,位于该第二与 第四导管之间;及一中间分接头连接器,以将该传 导组件连接到该等第一与第二导管之一者的第二 端,以将该等导管形成一串联电路。 8.如请求项7之电源,其中该等第一与第二导管之一 者的该第二端、与该等第三与第四导管之一者的 一端连接到一整流器。 9.如请求项7之电源,其包括在该等跨接夹片之间的 绝缘体。 10.如请求项4之电源,其包括一传导组件,该传导组 件包含:一第三导管,其具第一与第二端;一第四导 管,其具第一与第二端;及一第二跨接夹片,其将该 等第三与第四导管的该等第一端以彼此并联关系 连接到该等第一与第二导管;该第三与第四平行管 是分别套叠该等第一与第二导管的该等通道,并具 有延伸通道,其能容纳具从彼此隔开的该等第一与 第二跨接夹片的该初级电路之该初级线圈或一些 线圈;一第一管状绝缘体,位于该等第一与第三导 管之间;一第二导管状绝缘体,位于该第二与第四 导管之间;与一中间分接头连接器,其是将该传导 组件连接到该等第一与第二导管之一者的一第二 端,以将该等导管形成一串联电路。 11.如请求项10之电源,其中该等第一与第二导管之 一者的该第二端、与该等第三与第四导管之一者 的一端连接到一整流器。 12.如请求项10之电源,其包括在该跨接夹片之间的 一绝缘体。 13.如请求项3之电源,其包括一传导组件,该传导组 件包含:一第三导管,其具第一与第二端;一第四导 管,其具第一与第二端;与一第二跨接夹片,其将该 等第三与第四导管的该等第一端以彼此并联关系 连接到该等第一与第二导管;该第三与第四平行管 是分别套叠该等第一与第二导管的该等通道,并具 有延伸通道,其能容纳具从彼此隔开的该等第一与 第二跨接夹片的该初级电路之该初级线圈或一些 线圈;一第一管状绝缘体,位于该等第一与第三导 管之间;一第二导管状绝缘体,位于该第二与第四 导管之间;与一中间分接头连接器,其是将该传导 组件连接到该等第一与第二导管之一者的一第二 端,以将该等导管形成一串联电路。 14.如请求项13之电源,其中该等第一与第二导管之 一者的该第二端、与该等第三与第四导管之一者 的一端连接到一整流器。 15.如请求项13之电源,其包括在该跨接夹片之间的 一绝缘体。 16.如请求项6之电源,其中该跨接夹片是一中间分 接头。 17.如请求项5之电源,其中该跨接夹片是一中间分 接头。 18.如请求项4之电源,其中该跨接夹片是一中间分 接头。 19.如请求项3之电源,其中该跨接夹片是一中间分 接头。 20.如请求项2之电源,其中该等模组之每一者包含: 一第一同轴组的同心套叠导管,其经由一管状绝缘 体隔开;一第二同轴组的同心套叠导管,其经由一 管状绝缘体隔开;一磁核心,其是位在该等组之每 一者的周围,且该等组之每一者具有一延伸的中间 通道,其能容纳该初级电路的至少一初级线圈;以 及导线,其将该等组的该等导管连接到一串联电路 。 21.如请求项2之电源,其中该高切换速度反向器是 在超过20仟赫的频率上工作。 22.如请求项1之电源,其中该高切换速度反向器是 在超过20仟赫的频率上工作。 23.如请求项2之电源,其包括电压超过大约400 VAC的 三相输入电源供应器。 24.如请求项1之电源,其包括具超过大约400 VAC电压 的三相输入电源供应器。 25.如请求项24之电源,其包括在该输入电源供应器 与该反向器之间的一功率因数修正电路。 26.如请求项25之电源,其中该功率因数修正电路是 一被动电路。 27.如请求项23之电源,其包括在该输入电源供应器 与该反向器之间的一功率因数修正电路。 28.如请求项27之电源,其中该功率因数修正电路是 一被动电路。 29.如请求项28之电源,其中该反向器受控于一脉冲 宽度调变器。 30.如请求项29之电源,其中该脉冲宽度调变器控制 该反向器的相移。 31.如请求项30之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 32.如请求项29之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 33.如请求项27之电源,其中该反向器受控于一藉由 一波形产生器所驱动的脉冲宽度调变器。 34.如请求项33之电源,其中该脉冲宽度调变器可控 制该反向器的相移。 35.如请求项34之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 36.如请求项33之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 37.如请求项26之电源,其中该反向器受控于一脉冲 宽度调变器。 38.如请求项37之电源,其中该脉冲宽度调变器可控 制该反向器的相移。 39.如请求项38之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 40.如请求项37之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 41.如请求项25之电源,其中该反向器受控于一脉冲 宽度调变器。 42.如请求项41之电源,其中该脉冲宽度调变器可控 制该反向器的相移。 43.如请求项42之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 44.如请求项41之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 45.如请求项24之电源,其中该反向器受控于一脉冲 宽度调变器。 46.如请求项45之电源,其中该脉冲宽度调变器可控 制该反向器的相移。 47.如请求项46之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 48.如请求项45之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 49.如请求项23之电源,其中该反向器受控于一脉冲 宽度调变器。 50.如请求项49之电源,其中该脉冲宽度调变器可控 制该反向器的相移。 51.如请求项50之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 52.如请求项49之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 53.如请求项22之电源,其中该反向器受控于一脉冲 宽度调变器。 54.如请求项53之电源,其中该脉冲宽度调变器可控 制该反向器的相移。 55.如请求项54之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 56.如请求项53之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 57.如请求项21之电源,其中该反向器受控于一脉冲 宽度调变器。 58.如请求项57之电源,其中该脉冲宽度调变器可控 制该反向器的相移。 59.如请求项58之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 60.如请求项57之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 61.如请求项2之电源,其中该反向器受控于一脉冲 宽度调变器。 62.如请求项61之电源,其中该脉冲宽度调变器控制 该反向器的相移。 63.如请求项62之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 64.如请求项61之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 65.如请求项1之电源,其中该反向器受控于一脉冲 宽度调变器。 66.如请求项65之电源,其中该脉冲宽度调变器可控 制该反向器的相移。 67.如请求项66之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 68.如请求项65之电源,其中该脉冲宽度调变器系藉 由一波形产生器予以驱动。 69.如请求项65之电源,其中该电源连接到一潜弧电 极与一移动装置,以随着待焊接的工作件而移动该 电极。 70.如请求项61之电源,其中该电源连接到一潜弧电 极与一移动装置,以随着待焊接的工作件而移动该 电极。 71.如请求项24之电源,其中该电源连接到一潜弧电 极与一移动装置,以随着待焊接的工作件而移动该 电极。 72.如请求项22之电源,其中该电源连接到一潜弧电 极与一移动装置,以随着待焊接的工作件而移动该 电极。 73.一种沿着在工作件上的一路径之潜弧焊方法,该 方法包含: (a)将具有超过400 VAC电压的三相电源供应器予以整 流,以获得一直流信号; (b)将该直流信号予以功率因数修正成具大于400 VDC 电压位准之一直流滙流排; (c)透过该直流滙流排的高速切换,将该直流滙流排 反转成具超过250安培最大电流位准的一AC信号; (d)将该AC信号转换成具大于700安培最大电流位准 的一焊接电流; (e)将该焊接电流连接到从该工作件隔开的一潜弧 电极;及 (f)随着该工作件及沿着该路径而移动该电极。 74.如请求项73之方法,其中该焊接电流可在直流与 交流电流之间选择。 75.如请求项73之方法,其中该焊接电流是该焊接电 流交互极性反转的交流电流。 76.如请求项75方法,其包括在一极性反转前,减少该 反转行为的该电流位准之动作。 77.如请求项73方法,其中该电极具有至少0.090寸直 径。 78.一种沿着一路径之焊接方法,该方法包含: (a)将具有超过400 VAC电压的三相电源供应器予以整 流,以获得一直流信号; (b)将该直流信号予以功率因数修正成具大于400 VDC 电压位准之一直流滙流排; (c)透过该直流滙流排的高速切换,将该直流滙流排 反转成具超过250安培最大电流位准的一AC信号; (d)将该AC信号转换成具大于700安培最大电流位准 的一焊接电流; (e)将该焊接电流连接到具大于0.090寸直径的一电 极;及 (f)沿着该路径移动该电极。 79.如请求项78之方法,其中该焊接电流可在直流与 交流电流之间选择。 80.如请求项78之方法,其中该焊接电流是该焊接电 流交互极性反转的交流电流。 81.如请求项80方法,其包括在一极性反转前,减少该 反转行为的该电流位准之动作。 82.如请求项78之方法,其中该电极具有至少0.090寸 直径。 83.如请求项78之方法,其中该转换是透过具至少三 个并联次级线圈的一变压器。 84.如请求项83之方法,其中该转换是透过具在一极 性中电流的一第一初级、与在相反极性中电流的 一第二初级的一变压器。 85.如请求项78之方法,其中该转换是透过具在一极 性中电流的一第一初级、与在相反极性中电流的 一第二初级的一变压器。 86.如请求项85之方法,其中在该等初级中的电流能 透过在该等初级相反端上的一对切换器的工作周 期而决定。 87.如请求项84之方法,其中在该等初级中的电流能 透过在该等初级相反端上的一对切换器的工作周 期而决定。 88.一种用于电弧焊之电源,该电源包括与一输出变 压器耦接之一高速切换反向器,该输出变压器包括 一利用该反向器驱动之一初级网路以及一包含复 数个与该初级网路磁性耦接之次级绕线之二次电 路,该次级绕线并联电气连接以便提供一次级输出 电流,其适合以大于700安培之一最大位准焊接。 89.如请求项88之电源,其中该直流电流是针对在DC 模式及/或AC模式中工作的极性切换器。 90.如请求项88之电源,其中该电源连接到一潜弧电 极与一移动装置,以随着待焊接的工作件而移动该 电极。 91.如请求项89之电源,其中该极性切换器包括一电 路,以当在AC焊接期间有一极性反转时能建立一极 性反转信号,以将该极性反转信号连接到该反向器 ;及一电路,以响应该极性反转信号而减少该变压 器的初级电流。 92.如请求项88之电源,其中该初级网路系藉由该反 向器驱动之一单一初级绕线。 93.如请求项88之电源,其中该初级网路系藉由该反 向器驱动之二个初级绕线。 94.如请求项88之电源,该次级绕线并联电气耦合以 便提供一次级输出电流,其适合以大于1,000安培之 一最大位准焊接。 95.如请求项88之电源,包括一输出整流器以便将该 次级电流整流为适于焊接之一直流电流。 96.如请求项88之电源,其中该次级电路包括一些分 开的绕线模组,每一绕线模组具一给定的电流容量 ,该绕线模组与该分开绕线模组电流总和的总输出 电流并联连接。 97.如请求项96之电源,其中该等模组个别地包括:具 第一与第二端之一第一导管;具第一与第二端的一 通常平行紧密相邻第二导管,该导管具有一中央延 伸的通道,用以容纳该初级电路的一个或多个初级 线圈;围绕在该等导管之每一者的一磁核心;连接 该等导管的该等第一端之一跨接夹片;及在该等导 管的该等第二端上形成连接器之一电路。 98.一种产生一焊接电流之方法,该方法包括: (a)整流一交流电源供给以获得一直流信号; (b)功率因数校正该直流信号为一直流滙流排; (c)藉由该直流滙流排之高速切换,反向该直流滙流 排成为一交流信号;及 (d)转换该交流信号成为一具有一最大电流位准大 于700安培之焊接电流。 99.如请求项98之方法,其中该转换系利用一单一变 压器为之,该单一变压器具有一由该交流信号驱动 之主要网路以及一具有并联耦接的复数个次级绕 线之次级电路,俾提供大于700安培之该最大电流位 准。 100.如请求项98之方法,其中该焊接电流可在直流与 交流之间选择。 101.如请求项98之方法,其中该焊接电流系具有该焊 接电流交互极性反转之交流电流。 102.如请求项101之方法,包括在一极性反转之前,减 少该反转行为的该电流位准之动作。 103.如请求项98之方法,其中该转换系藉由具有至少 三个并联连接的次级绕线之一变压器。 104.如请求项103之方法,其中该转换系藉由具在一 极性中电流的一第一初级与在相反极性中电流的 一第二初级之一变压器。 105.如请求项98之方法,其中该转换系藉由具在一极 性中电流的一第一初级与在相反极性中电流的一 第二初级之一变压器。 106.如请求项105之方法,其中在该等初级中的电流 能透过在该等初级相反端上的一对切换器的工作 周期而决定。 107.如请求项104之方法,其中在该等初级中的电流 能透过在该等初级相反端上的一对切换器的工作 周期而决定。 图式简单说明: 图1是描述本发明的一较佳具体实施例的方块图; 图1A是在本发明较佳具体实施例中使用的波形技 术控制方案的一部份逻辑图; 图1B是在本发明较佳具体实施例中使用的高切换 速度逆变器级与新输出变压器的电路配线图; 图2是描述使用本发明额外优点之用于潜弧焊的本 发明电路图; 图3-7是透过使用本发明而可获得的代表性类型电 流图案与变量曲线的电流图; 图8是使用供潜弧焊的本发明较佳具体实施例的方 法流程图; 图9是描述使用在Stava 6,111,216中所揭示与请求技术 之本发明观点的电流图; 图10是描述修改本发明较佳具体实施例以调整如 图9所示极性逆电流位准的配线图; 图11是使用在本发明较佳具体实施例的一模组剖 视图; 图12是部份显示同心管结构横截面一端的图11模组 侧面立视图; 图13是概要的配线图描述如图11所显示的模组中流 通的流程与12; 图14是在与经由平行同心管模组交错的单一初级 线圈有关的图11-13中所显示模组的一配线图; 图15是类似图13描述一修改模组的配线图,其中该 修改模组使用具一充波输出整流器的两个平行管; 图16是显示在如一电弧焊接的电源电力变压器输 出连接的图11-13中所述三个模组的配线图; 图17是用于初级线圈及/或在图16所示、在图11-13与 图18中详细显示模组中交错的一些线圈的高切换 速度逆变器配线图;及 图18是利用如图11-13所揭示复数个模组的图16所示 连接三个模组的剖视图,而且能使用在图1的电源 。
地址 美国