专利名称：交流弧焊机节电减材技术方案的制作方法
交流弧焊机节电减材技术方案背荣技术 交流弧焊变压器是一种交流电弧焊接电源，交流弧焊变压器增加:i:条输 出焊接电线和一把焊钳就构成交流电弧焊机，习贯上也称交流弧焊变压器为交流电焊机，其 应用极为广泛。我国髙校《弧焊电源》教课书中将交流弧焊变压器分为l、 BN型串联电抗
式弧焊变压器，2、 BX型和BX2型同体式弧焊变压器。3、 BX1型动铁式弧焊变压器。4、 BX3型动豳式弧焊变压器。5、 BX6型抽头式弧焊变压器。这些弧焊变压器都是使用传统方 法来设计制造的，也就是引弧电压和弧焊电压由同一个工频变压器提供，并且对交流弧焊变 压器都要求保证弧引弧电压不会太大变化的条件下来设计弧焊电流调节范围的，而一般引弧 所要求的电压都要比电弧电压约髙一倍左右。近十年来世界各国应用新技术和专利研制的工 频弧焊变压器虽有很多种，同一发明人在电抗调节电路其应用发明专利中就有两个同体式交 流弧焊机的发明，但都未釆用附加交流引弧电源来降低弧焊变压器次级输出电压、提髙弧焊 变压器的变压比、功率因数和效率的，这也许是它存在着一定的技术实施难度，因为，要解 决焊接电流高达数百安，而引弧所霈的电流很小，两个电流之间大小相差100多倍，要考虑
统的交流弧焊机，还是现代设计和生产的专利产品中的工频交流弧机都存在着功率因数低、 效率低、消耗铜和铁多等问题。本发明是采用高频磁芯材料做离频引弧变压器的铁芯来解决 引弧和焊接两种电流之间相互影响的问题而提出的技术方案。
本发明是使用现代电力电子技术产生高频交流引弧电压，通过绕在髙频磁芯上的初级和 次级的商频变压器在次级获得的高频引弧电压和工频弧焊变压器次级输出的交流电压相叠加 的技术方案来实施的，这样工频弧焊变压器输出电流的调节就可以不要再考虑引弧电压的问 题，仅考虑弧焊电流调节的问题。因此，本发明提出采用离频引弧来提髙上述各类工频弧焊 变压器的节能减材技术方案，不但可以降低工频弧焊变压器的输出电压来提离变压比、功率 因数和效率，达到节能的目的，而且可以减少工频交流弧焊变压器的用铜量和用铁量，达到 减材的目的，而制造成本与现有工频交流弧焊变压器相近甚至更低，符合国家提出节能减排 国策，很值得在国内外广泛推广使用。
由于实施本发明可以利用制造传统交流焊机设备和工艺。因此第一步可以先实施对现有 各类交流弧焊变压器和交流电弧焊机的节能减材的改造，生产带有高频引弧电源的交流弧焊机。这是便于立即在国内外选型推广的最佳实施技术方案。它可以很快实现在国内外大面积 推广使用本发明的高频引弧交流弧焊焊机。它们都可在原传统焊机型号的名称内增加"J"字， 即节材、节电的意思。如BX1J、 BX2J、 BX3J、 BX6J型和手提式等高频引弧交流弧焊机。 由于应用本技术方案，在设计调节弧焊电流时，可以完全不考虑引弧电压高低的问题， 因此，它们都可以采用变压器初级调压、初级调节电抗来调节弧焊电流大小的方法，这有利 于降低变压器的容量、体积和重量，并且可以采用灵活方便的电子调节电流的方法來替代存 旧传统的机械调节电流的方法，从而可以设计制造出性能更好的品牌交流弧焊机。因此，第 二歩就是使用本发明研制出电子调节电流，性能更为优越的更新一代，具有世界领先水平节 电减材的高频引弧交流弧焊变压器和交流弧掉机。目甜国内外生产的交流弧辉机本來就有很 大市场，应用本发明的新一代交流弧焊机很快就可替代传统交流弧焊机，因此本发明一定能 产生很大的经济效益和很大的社会效益。发明内容本发明采用频率比工频高百倍的高频引弧电源來解决数百安的焊接电 源对引弧电源的影响问题。这是一个集成创新的重大科技创新项目，采用硅钢片做工频弧焊 变压器铁芯，采用高频软磁材料做引弧变压器铁芯，因此，高频变压器次级通过数百安，在 它的初级也不会感应出很高的电压而损坏高频变换器。
本发明的第一个目的是用高频引弧电源来改造和提高现有各种交流弧焊机的变压比、功 因数和效率，减少弧辉变压器的用铜量、用铁量、体积和重量。本发明的第二个目的是设计 制造出性能更优越釆用电子调节弧焊电流的全球品牌交流弧弧焊机。
本发明的节电减材交流弧焊机，它由高频引弧变压器(3)和高频变换器(2)组成的高 频引弧电源(4)、和工频交流弧焊变压器(1)等组成，高频变流电源(2)是使用电子元器件 将工频变换成高频的变换器，它可应用公知的任何变换方法来获取，其特征在于工频交流 弧焊变压器(1)的输出两端(15、 16)与高频引弧变压器的次级绕组(6)的两端(17、 18) 相串联，高频变换器(2)的输出两端(19、 20)与高频引弧变压器(3)的初级绕组(5)相 连接，由高频变换器(2)通过高频引弧变压器(3)的初级，就在次级获得所需的交流引弧 电压，由工频交流弧煤变压器(！)输出弧焊所需的电、流和功率，高频引弧变压器铁芯使用高 频软磁材料，工频弧焊变压器铁芯使用硅钢片。
实现本发明的第一个目的是通过降低现有各类工频交流弧煌变压器的输出次级电压约 15~40%，再在它的输出端串联本发明中的高频引弧电源(4)中的高频引弧变压器的次级绕 组(6)即可实现节电、节材、减小体积、减小重量、提髙功率因数和效率的目的。
实现本发明的第二个目的是通过改进工频交流弧辉变压器、调节弧焊电流方式和高频引 弧电源等的最佳选择和设计才能园满完成高品位的产品。例如同一发明人在发明专利ZL03108733， 7中有1个初级电子调节电抗压降的同体式交流弧煌变压器实施例。应用此发 明技术方案，在那个专利实施附图5中增加高频引弧电源，同时除去提升丌路电压的电容和 降低工频变压器的次级绕组匝数提高变压比，就是本发明的一个最佳实施例。
本发明是一个有很大经济效益和社会效益的集成技术创新技术方案的发明，它可能会改 变整个世界交流弧焊机和交流弧焊变压器结构，为世界弧焊电源教学中的交流弧焊变压器章 节改写提供原创新史料。通过
就可以进一歩了解本发明的目的，以及本发明的特征 与优点等。
附图1是本发明节电减材交流弧焊机的技术方案图。它由将市电工 频变换成高频交流的变换器(2)和高频变压器(3)共同组成高频引弧电源(4)、和经输出 次级绕组降压改造或新设计的工频交流弧辉变压器(1)组成，由高频引弧电源(4)中的高 频变压器(3)的次级(6)的两端(17、 18)提供引弧所需的引弧电压，由工频交流弧焊变压 器(1)的两端(15、 16)提俱弧焊电压和电流，其特征在于高频引弧变压器(3)的次级 绕组(6)的两端(17、 18)与工频交流弧焊变压器(！)的两个输出端(15、 16)相串联。工 频交流弧焊变压器(1)中包括《弧焊电源》 一书中的BN、 BX1、 BX2、 BX3、 BX6等各种 型号的交流弧焊变压器和现在研制、丌发和生产的所有工频交流弧焊变压器在内。高频变换 器(2)内的变换电路可使用公知的单端、半桥、全桥等各种变换电路來输出高频交流电。
现有各种类型的工频交流弧焊变压器，由于必需要同时考虑引弧电压、调节弧焊电压和 电流的多个因数，因此它们的输出丌路电压都比较高。由此产生变压比较小、输入电流和 功率较大、制造焊节变压器材料多、体积大、重量重和成本高等一系列的问题。由于本发明 的技术方案中采用附加高频交流引弧电源(4)的方法來解决电焊引弧电压的问题，因此对交 流弧焊变压器的要求只要考虑调节弧焊电压和电流大小的问题了。由于弧焊时引弧电压要比 电弧电压高得多，因此采用本方案高频引弧电源(4)就可大大降低工频弧焊变压器(1)两 端的输出电压，从而达到节电又减材的目的，它将会给整个世界交流弧焊机的革命性的大变 化，不久将來本发明的交流弧焊机在交流弧焊机的领域内将占据绝对优势，本发明的弧焊机 也可称为高频引弧交流弧焊变压器，或龚氏交流弧燁机。
具体实施方式
附图2是本发明高频引弧动铁式交流弧煌机的结构原理图。由桥 式荦流和半桥变换电路组成的高频变换器(2),它将市电变换成比市电频率至少高数十倍的 高频电压供给高频变压器(3)的初级绕(5)，在高频变压器(3)的次级绕组(6)中获得高 频引弧所需的电压，它通过工频弧焊变压器(！)的次级绕组(7)加在两个弧辉端(18、 16)， 提供引弧所需的电压。由铁芯(10)、动铁芯(9)、初级绕组(8)、次级绕组(7)共同构成 动铁式交流弧焊变压器(1)。它与通常公知的BX1型交流弧淳变压器结构相同，但次级电压要低得多，因此具有功率因数高、输入电流小、体积小、重量轻、节电节材等一系列优点。 可称为BX1J型新产品，可全面替代现有BX1型产品。
将附图2中的动铁式交流弧焊变压器(1)换成次级输出电压降低的BN、 BX2、 BX3、 BX6和手提式交流弧焊变压器等，即成为节电节材高效的BNJ、 BX1J、 BX2J、 BX3J、 BX6J 手提式等各种类型的高频引弧的交流弧焊电焊机。
同一发明人发明的电抗调节电路及其应用的发明专利ZL03108733，7的实施例中有次 级调节电抗和次级调节电抗的两种同体式交流弧焊机，同样可以使用附图1的技方案进行节 电减材设计改造。附图3所示的高频引弧电子调节同体式交流弧焊机的结构原理图，就是将 上述专利实施例中初级电子调感调压的交流弧焊变压器，增加高频引弧电源之后就是本发明 的一个最佳实施例。它由工频交流弧焊变压器(1)和高频引弧电源(4)两大部分组成，由 闩字铁芯(10)、初级绕组(8)、次级绕组(7)、电抗绕组(12)、电抗调节绕组(9)和双向 电子开关(11)及其控制电路组成本发明技术方案中的工频交流弧焊变压器(1)。由桥式整 流、半桥高频逆变组成(2)和高频引弧变压器(3)组成本发明技术方案中的高频引弧电源 (4)。由于电抗绕组(12)是和变压器初级绕组(8)相串联，因此调节电子开关的通断比例 就能调节变压器的输入电压，來调节变压器次级绕组(7)输出电压和焊接电流大小，其特 征是高频引弧变压器的次级绕组(6)的两端(17、 18)与工频弧焊变压器的次级输出绕组(7) 的两端(15、 16)相串联，工频变压器铁芯使用硅片，高频变压器铁芯使用高频软磁材料。
附图4是本发明高频引弧可控硅调节式交流弧焊机电原理图。它是将附图2中同体式交 流弧焊变压器的机械动铁芯调节电流方式，换成使用2个可控硅组成的双向电子丌关通断比 例调节变压器输出弧焊电流，它不但可减小变弧焊变压器的铁芯体积和重量，而且使用电子 调节替代传统机械调节，便于实现电路反馈提高弧焊性能。使用双可控硅调节的弧焊机曾经 有厂家生产过此类产品，可是由于它要同时满足引弧电压、弧焊电压和电流调节的需要，在 焊接时功率因数低，输入电流大等问题，现在已很小有此产品生产，本发明使用附加高频引 弧电压的技术方案，就能大大提高变压比，提高效率和功率因数，减少体节和重量，降低成 本，并且可用电子反馈提高焊接性能，因此，可使此类产品起死回生，并且也很有发展前景。 附图5是本发明手提高频引弧式交流弧煤机的电路原理图。附图中在初级引三个抽头，次 级引二个抽头就能进行六挡电流调节。如果只要二挡电禆,节，只要在变压器次级或初级中 多引一个头就可以。手提式弧焊机都要求体积小、重量轻和成本低，为尽量降低成本一般弧 焊电流的调节都釆用手工换接抽头的方法。使用本发明的节电减材的技术方案，可进一歩减 小弧焊机的体积和重量，提高功率因数和效率，减小进线电流15-40% ，因此可以使用220 伏市电电源，因此有很大市场。
权利要求
1、一种交流弧焊机，它由高频引弧变压器(3)和高频变换器(2)组成的高频引弧电源(4)、和工频交流弧焊变压器(1)等组成，其特征在于工频交流弧焊变压器(1)的输出两端(15、16)与高频引弧变压器(3)的次级绕组(17、18)相串联，高频变换器(2)的输出两端与高频引弧变压器(3)的初级绕组(19、20)相连接，由高频变换器(2)通过高频引弧变压器(3)的次级绕组(6)提供引弧所需的高频交流电压，由工频交流弧焊变压器(1)提供和调节弧焊所需的交流电流和功率，工频变压器用硅钢片做铁芯，引弧变压器用高频软磁材料做铁芯。
2, 根据权利要求1所述的交流弧焊机，其特征在于工频弧燥变压器(1)的弧焊电流 调节是采用BX1型调节方法的高频引弧交流弧焊机。
3,根据权利要求1所述的交流弧焊机，其特征在于工频弧煤变压器(1)的弧焊电流 调节是釆用BX3型调节方法的高频引弧交流弧燥机。.
4，根据权利要求1所述的交流弧焊机，其特征在于工频弧焊变压器(1)的弧焊电流 调节是采用BX6型调节方法的高频引弧交流弧焊机。
5、 根据权利要求1所述的交流弧焊机，其特征在于工频弧焊变压器(1)的弧焊电流 调节是采用BX2型调节方法的高频引弧交流弧焊机。
6、 根据权利要求1所述的交流弧焊机，其特征在于工频弧焊变压器(1)的弧焊电流 调节是采用BN型调节方法的高频引弧交流弧焊机。
7、 根据权利要求1所雄的交流弧焊机，其特征在于工频弧焊变压器(1)的弧焊电流 调节是采用BX6型调节方法的高频引弧交流弧焊机。
8、 根据权利要求1所述的交流弧焊机，其特征在于工频弧焊变压器(1)的弧焊电流调节是采用交流电子开关(11)通断比调节方法的高频引弧交流弧焊机。
9、 根据权利要求1所述的交流弧焊机，其特征在于工频弧诨变压器(1)的弧焊电流调节是采用变压器抽头调节方法的高频引弧交流弧焊机。
10、 根据权利要求1所述的交流弧焊机，它由同体式工频弧焊变压器(1)和高频引弧电 源组成，其特征在于工频弧焊变压器(1)是1个R字铁芯的同体式弧焊变压器，电抗绕组(12)和弧焊变压器初级绕组(9)相串联，通过并联在调节电抗的调节绕组(9)的两端的 双向电子开关(11)的通断比例来调节电流大小，弧焊变压器次级绕组(7)的两端(15、 16) 与高频引弧变压器次级(6)的两端(17、 18)相串联。
全文摘要
本发明属于高频引弧交流弧焊机，它是节电减材全新一代的交流弧焊机，由高频变压器和变换器组成的高频引弧电源，和交流弧焊变压器两大部分组成，其特征在交流弧焊变压器的输出两端与高频引弧变压器的次级绕组相串联，变换器的输出两端与高频引弧变压器的初级绕组相连接。变换器通过高频引弧变压器提供引弧所需的交流电压。交流弧焊变压器提供和调节弧焊电流大小。高频引弧的交流弧焊机具有成本低、节电、节材、功率因数高、输入电流小、体积小和重量轻等众多优点，具有节电减材的双重效果，是传统BX1、BX2、BX3、BX6、BN和其它的工频交流弧焊机的更新换代产品，具有很大的市场前景和很大的经济效益和社会效益。
文档编号B23K9/06GK101318249SQ200810096030
公开日2008年12月10日 申请日期2008年4月23日 优先权日2008年4月23日
发明者龚秋声 申请人:龚秋声