专利名称：用于电弧焊接的电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及电弧焊接技术，更具体地说，本发明涉及一种使用交流(AC)电弧电流，用于电弧焊接的电源。
根据本发明构造的电源用来产生正负电流脉冲，这些电流脉冲的幅度通常超过1000安培。根据标准操作规程，通过脉冲宽度调制器操作开关，产生各个脉冲。因为开关在高压时必须改变极性，所以电源的构造能够从一个极性转换到电流降低的下一个相反的极性。1999年1月19日递交的233,235号在先申请中公开了用于不同类型的电流脉冲的技术，在此引入该在先申请作参考，以便描述在高电流电弧焊机内转换低电流极性的技术。在Stava的6,051,810号专利中描述了用于管道焊接的变换器电源提供交变极性的技术。结合该专利作为公开技术参考。
生产有焊缝的管道时，通常使用电流非常高如超过1000-2000安培的多个AC焊接电弧。产生上述超高焊接电流的不太昂贵的电源为具有正弦输出电流的以变压器为基础的焊机。这种电源仅需要又大又重的变压器和相关的控制电路。但是，为得到高焊接电流，与由正弦波的均方根确定的加热电流比较，正弦输出具有非常高的峰电流。相对便宜的电源可以产生所需的高电流，但产生严重影响焊接操作的峰电流。为克服正弦型电弧焊机的缺点，现在通常使用根据高频变换技术制造的电源。这些开关型电源的输入线电压经整流，以产生直流(DC)环节。该DC直流通过输出变压器的初级线圈转换为交变脉冲，以产生构成AC电弧焊接电流的输出电流。脉冲宽度调制器决定输出变压器的初级线圈的频率。所以，输出变压器的脉冲基本上为方波。因而次级电流的均平方根基本上与电源的最大输出电流相同。利用此方式，为获得加热所需的均方根电流，焊接电弧不需要高峰电流。所以，当进行缝焊连接管道需要高电流电弧焊接时，变换器型电源克服了正弦电源的缺点。正因上述原因，管道焊接已转换为变换器技术。
虽然变换器广泛用于管道焊接，但仍有一难题。标准变换器型电源的最大输出通常在500安培范围内。为提供超过1000-2000安培的高电流的变换器型电源，必须设计和构造特殊的变换器。这包括大量的成本和经过高级培训的电力工程师和焊接工程师。但是，上述高容量电源具有相对低的销售量。所以，用于管道焊接的高电流变换器在经济上不可行，而且需要长的从设计到投产的时间。为克服这些缺点，林肯电力公司已经开发了一种电源，该电源使用主变换器，同时控制和操作一个或多个副变换器。如果焊接操作需要超过1500安培的电流，那么三个变换器并联。复合变换器的额定输出电流为单个变换器的电流的三倍。为提供高电流型的焊机，增加同时操作的变换器的数目是很昂贵的，但达到了所希望的效果。
需要一种高电流电源，该电源产生均方根电流超过1000-2000安培的AC焊接电流，而不需要并联几个标准的低电流变换器。上述的用于电弧焊接管道的高电流电源没有正弦型电源所经受的峰电流问题。
本发明涉及一种改进的用于高电流进行AC电弧焊接的电源，该电源可以用于管道焊接领域及其它应用高电流的领域。变压器将AC线电压如单相或三相线电压变为低输出AC电压，如70-100伏。整流输出电压，从而驱动两个标准下断路模块，由常用的脉冲宽度调制器驱动每个标准下断路模块。在某些情况下，由检测的脉冲宽度调制器驱动每个模块。带有微处理器控制器的准标准的控制板设定脉冲宽度，从而设定构成AC焊接电流的正负电流脉冲的幅度。这种相对便宜的电源可以代替大的变换器装置，而不需要大量工程及从设计到投产的时间。本发明的唯一缺点是它的重量大，这是由于输入变压器大；但是上述重量在管道焊接或其它应用高电流的领域中并不是一个严重的问题。而且根据本发明制造的电源即耐用，又容易构造，同时可用容易获得的组件构造电源。
根据本发明，提供一种电源，该电源可与AC电弧焊接的AC线电压源连接，由电极和工件之间的间隙两端的AC电弧电流进行AC电弧焊接。该电极为推进的金属丝，可由电弧熔化，并沉积在工件上。在实际操作中，工件为两管道部分之间的间隙或接缝。线电压为单相或三相电压，电压值在200-600伏之间。正常频率为50或60赫兹。本发明的电源使用高容量、大变压器，以便将线电压转换为小于100伏的AC输出电压。整流器将AC输出电压转换为DC电压。该DC电压在第一端为正电势，在第二端为负电势。第三公共端的电压基本上为零。该零电压端优选为整流器和焊接操作的一系统接地端。但是，公共端可以为跨接在整流器的正极端和负极端之间串联的两个大体上相等的电容器之间的接合处。这个公共端或接合处与整流器的正极端和负极端接触，以提供正DC电压或负DC电压。网络包括第一开关和第二开关，其中当门信号施加到第一开关时，所述第一开关连接正极端和跨接间隙的公共端，当门信号施用到第二开关时，所述第二开关连接负极端与跨接间隙的公共端。脉冲宽度调制器产生脉冲门信号，脉冲频率至少为18kHz。第一逻辑信号门引导门信号到第一时间段的第一开关，即正电流部分，而第二逻辑信号门引导门信号到第二时间段的第二开关，即负电流部分。控制器交替地操作逻辑信号门，以产生在相反的极性电流部分之间交变的AC电弧电流。第一开关的时间即正电流部分与第二开关的时间即负电流部分不同。此外，脉冲宽度调制器的负载周期在第一时间中与在第二时间中可以不同。这就产生了不同幅度的交变正极部分或负极部分，或不同幅度的电流脉冲，而该电流脉冲用于产生焊缝两端的AC电弧电流。电弧熔化了移动线电极，从而将熔化的金属沉积在工件上，但实际上，该工件为管道接缝。根据本发明的另一方面，电源控制器包括输出端，在输出端产生一个开关启动信号，该开关启动信号具有第一时间内的第一逻辑信号，即正输出电流或负输出电流，和第二时间内的第二逻辑信号，即相反极性的电流。一种装置，该装置将来自脉冲宽度调制器的脉冲引导到第一时间内的第一开关，然后到第二时间内的第二开关。根据本发明的另一个目的，提供一种双向的，但可选择的，与焊缝平行的单程电路。该电路是并联布置电路或串联电路。在任一种设计中，二极管在第一和第二时间段内可选择性地启动。这些可选择的单向二极管位于焊机的输出电路中的电感线圈的内侧边。作为一种可替代的方案，中心分压电感线圈用于控制电感阻抗。在这种结构中，单向二极管电路位于中心分压电感线圈或电抗线圈的相对端。
本发明的主要目的是提供一种电源，该电源使用相对便宜、低工程量的组件，能够产生高电流AC焊接电流。
本发明的另一个目的是提供一种如上定义的电源，该电源具有均平方根加热量，而没有与正弦电源相联系的峰电流。
本发明的另一个目的是提供一种如上定义的电源，该电源具有并联安装的或大的额昂贵的变换器的优点，而没有体积又大成本又高的变换器的花费和复杂性。
本发明的另一个目的是提供一种如上定义的电源，该电源提供简单的下断路器同时获得AC焊接电流。
从下面的描述连同附图可以更清楚地了解本发明的这些及其它目的和优点。
图1是说明本发明的优选实施例的线路图；图1A是说明用于图1中的部分控制电路的逻辑信号图；图2是本发明的优选实施例的双向单程电路的部分改进线路图；图3是引导平衡幅度和相等宽度的相反极性电流部分的焊接操作脉冲的脉冲图；图3A是来自图3的脉冲图的电流图；图4是与图3类似的脉冲图，用于每个较低幅度的焊接部分；图4A是来自图4中的脉冲图的电流图；图5是说明AC焊接电流的正电流部分和负电流部分的不同幅度的脉冲图；图5A是电流图，该电流图5的脉冲图产生的；图6是说明用于相反极性焊接电流部分的不同幅度和脉冲宽度的电流脉冲的脉冲图；图6A是从图6所示的脉冲图获得电流的电流图；图7-9是本发明的可替代的如图1所示的实施例；图10是现有技术的电源的框图和线路图的结合；图10A是说明图10所示的电源的AC焊接电流阶段的电流图；图10B是表示图10所示的电源获得的结合输出AC焊接电流的电流图11是说明用于管道焊接的产生高电流的简单电源的线路图；图11A是图11表示的现有技术的电源的正弦波输出图，介质输出电流为500安培；图11B是图11表示的现有技术的具有高AC焊接电流的电源的正弦波输出图，其峰电流为1500安培；图12是表示在每一个焊接电流的电流部分端逐渐减少电流的本发明的进一步改进的脉冲图；图13是表示用于图12的改进方法中的宽度逐渐减少的单门脉冲示意图。
现参考这些附图，其中这些附图仅为了说明本发明的优选实施例，而不是限制本发明。图1表示高频变换器电源A，用以提供在电极E和工件W之间的焊缝两端的输出AC焊接电流，其中电流大小至少为1000-2000安培，实际上，所述焊缝为两相邻的管道部分J,K之间的接合处。根据标准操作规程，所述电感线圈C具有平滑通过电流的电感阻抗，该电流通过由电极E和工件W定义的焊接操作而流动，。电极E为来自供线轴R的可推进的金属线，该金属线被AC焊接电流产生的电弧熔化。工件W与系统接地端G连接，该工件W包括管道部分J,K。而所述接地端为零电压轨道或零电压总线，以定义正电流部分和负电流部分。焊接操作中的AC电流被检测或通过分路器S感应，以产生控制焊接电流强度的电流反馈信号。在图示的实施例中，电源A包括变压器10，该变压器10的输入端与示为三相线电压的线电压连接。线电压的频率为50赫兹或60赫兹。该低频率和高容量使变压器相对大。但其可产生至少约40-50KW的能量。变压器的输出产生小于AC100伏的输出电压。输入线电压的值在AC220-600伏之间变化。变压器10的输出电压流到整流器12，该整流器12具有正极端20、负极端22和零电压端24。优选参考零电压端为系统接地端G。正极端20与电源线30连接，但是负极端22与电源线32连接。FET或IGBT形式的正极开关40包括与减振器40b并联的反并联的二极管40a，而门40c上的给定逻辑信号控制所述的二极管40a。门40c上的逻辑信号使正极开关导通。而门40c上没有逻辑信号或电压使正极开关40关闭。同样的有一负极开关42，该负极开关42包括与减振器42b并联的反并联二极管42a，而门42c上的给定逻辑信号控制所述的二极管42a。门40c、42c上的逻辑信号或电压分别控制电源开关40、42的导通性。即按AC焊接电流所需的频率交替地操作这些开关。当开关40导通时，正电流通过电感线圈C流到间隙两端，而后流到整流器12的接地端24。负极开关42使来自接地端G的电流按反方向流过焊缝和电感线圈C。由于开关40和42之间的交替操作，所以在电极和工件之间的焊缝两端产生了AC电流。
根据本发明，启动开关40、42一段时间，在这段时间内，开关本身在导通态和非导通态之间快速地转换，以引导来自端20或22的高频脉冲通过焊接操作。开关40在第一时间打开，然后开关42在第二时间打开，即负极部分。通过定义，第一时间可以是正极操作或负极操作。由于第一时间和第二时间之间的转换，所以可以控制AC焊接电流的频率。电流的强度由允许在第一时间和第二时间内流过的电流量来决定。为控制上述操作，存在一种准标准的控制器50，该控制器50有电弧电流反馈输入52，用以接收线52上的感应电压，以测定实际的电弧焊接电流。将电流控制输出54引导到误差放大器60，该误差放大器60有第一输入62和第二输入64，其中所述第一输入62接收来自控制器50的电流指令信号，该第二输入64接受线52a上的感应实际反馈电流信号。放大器的这两个输入在输出66中产生误差信号，将该误差信号引导到脉冲宽度调制器70的电压控制输入，而由频率至少为18赫兹的震荡器驱动所述脉冲宽度调制器70。线62上的电压高低控制线66上的信号的脉冲宽度。控制器50是可程序化操作的，以改变线62上的电压，以便在焊接过程的某一时间段给出所需电流或波形。如Stava的6,051,810号专利中描述的，电流在单正极电流部分中或单负极电流部分中可以变化。
根据标准的焊接技术，脉冲宽度调制器的输出线74上产生高频脉冲门信号。此线上的脉冲的宽度取决于线66上的电压高低，从而确定构成线74上的门信号的脉冲的负载周期。图1A的逻辑信号图中已最佳地表示了线74，其中开关启动信号线80有一由控制器50上的标有E的启动输出56控制的逻辑信号。线80上的逻辑信号控制导引NAND门82、84，该门82、84通过缓冲器82a、84a与示为光学耦合件的门驱动器82b、84b连接。该耦合件是标准的并包括接收器82c，孤立电源(B)82d,84d，其中根据来自门82、84的脉冲，分别使开关40、42导通。线80表示为门82的输入90。变换器92提供线94上的相反逻辑信号，该相反逻辑信号被引导到转向控制门84。线80上的逻辑信号根据焊接电流的正极部分和负极部分的所需长度而变换。线80上的逻辑信号一启动门82。线80上的逻辑信号零通过线94启动门84。所以，如图1A最佳所示，既能启动正开关40又能启动负极开关42。在开关启动中，门信号线74上的脉冲迅速地操作启动的开关。所以在超过18KHZ的频率下操作开关。脉冲宽度调制器70的负载周期决定在AC焊接电流的正半周期或负半周期的电流的强度。电源A的操作与下断路器的操作非常相似，但是，根据开关启动线80上的逻辑信号，本发明既产生了正电流部分又产生了负电流部分。根据后面将解释的原因，光学耦合件件98根据线90上的逻辑信号启动了线96上的正极选择信号，从而提供了正极选择转向控制信号。由线94上的逻辑信号控制的光学耦合件102产生了线100上的负极选择转向控制信号。
正极选择转向控制线96和负极选择转向控制线100控制双向、单程电路110的操作，以允许电流在正极和负极第一时间及正极和负极第二时间阶段内单程流动。电路110包括旁路开关120、122，优选为FET或IGBT开关。开关120有门120a和控制开关120b，该开关由负极转向控制线11上的逻辑信号操作。同样的开关122有门122a和开关122b，由正极转向控制线96上的逻辑信号控制所述控制开关122b。串联的开关120b、12b是隔离的电源(B′)120c、122c。电源82d、84d、120c和122c可以是控制变压器的整流附件，所以它们是隔离的。当特殊的开关的转向控制线上没有信号时，电阻器120d、122d防止开关120、122打开。开关120、122的反并联的二极管130、132分别是焊接操作的单向二极管。根据标准的焊接技术，这些二极管与缓冲器140并联。在正极半周期或正极部分，线96上的逻辑信号关闭开关122b，从而开关122导通。所以，启动单向二极管130。线100上的信号使开关120导通并启动单向二极管132。所以，在AC焊接电流的正极部分，二极管130与焊接操作平行。在焊接操作的负极位置，二极管132与焊接操作平行。因而，根据转向控制线96、100上的逻辑信号，可以选择单向二极管。如图2表示了一种可以代替的、平行双向的、可选择的单程电路150。开关152、154包括门152a、154a，并分别由线96、100上的逻辑信号控制。在AC焊接电流的正极部分，线96上的逻辑信号关闭开关152。从而启动单向二极管160。同样的在焊接电流的负极部分，线100上的信号关闭开关154，从而启动单向二极管162。可以选择性地供给图1中的串联开关或图2中的并联开关能量，以便在正极部分和负极部分提供在AC焊接电流中的单向二极管。
电源A的操作如图3-6所示，其中根据端E的逻辑信号，控制器50调节电流脉冲的幅度和宽度，及正极性和负极性。此逻辑信号根据线80上的逻辑信号控制电流频率。端54控制线62上的电压高低以及线74上的门脉冲的脉冲宽度。使用公知技术将这些信号以程序的形式输入控制器，并选择这些信号，以给出所需电流大小和波形。在图3中，图3A中所示的焊接电流的正极电流部分200与负极部分202相等，给出频率f1。该频率由控制器50的端E的逻辑信号交变频率来决定。焊机在最大电流的位置。所以正极方向的脉冲210有最大宽度或负载周期。同样的负极脉冲212有最大负载周期a。给出AC焊接电流Ia的强度a，如图3A所示。因为电流脉冲210、212是矩形的，所以在焊接操作中均方根值通常等于峰值。从而实现了图10所示的变换器型电源的优点，即如图11所示的成本较低的正弦电弧焊机。利用此方法，由脉冲宽度调制器70减少各个脉冲210、212的负载周期，所以它们具有图4所示的宽度b。该低负载周期或小宽度给出图4A所示的AC焊接电流Ia的低强度b′。因为控制器50改变线62上的电压，所以如图5所示，第一负载周期a可用于正极部分200，小负载周期b可用于负极部分202的脉冲212。作为一种可替代的方法，控制器50具有分离误差放大器的第二电压输出，从而驱动用于部分200或202中之一的第二脉冲宽度调制器。端E的启动信号引导脉冲从两个脉冲宽度调制器到固定开关40、42。所以，产生了图5A所示的非平衡AC焊接电流Ia。正极部分200有高电流a′，而负极部分202有低电流b′。高电流或低电流可以是AC电流的正极部分或负极部分。如果两个输入用于AC焊接电流的正极部分和负极部分的脉冲宽度调制器，那么使用图1A所示的逻辑信号图，来选择固定脉冲宽度调制器输入。线96选择AC焊接电流的正极部分中的脉冲宽度调制器输入，线100在负极部分中进行选择。当使用独立的脉冲宽度调制器时，使用相同概念。所有这些改变在本技术领域内。通过控制由端E的逻辑信号产生的第一时间和第二时间，正极部分220可以有小宽度m，而极负部分222可以有大宽度n。通过结合脉冲230的最大负载周期的操作和脉冲232的最小负载周期的操作，可以实现图6A所示的AC焊接电流Ia。负载周期、启动开关40、42的第一时间和第二时间的各种各样的改变可使AC焊接电流满足焊接操作的需要。
图1和2所示的电源结构已用于实际操作中，但是，可以考虑改变结构。可替代的结构如图7-9所示，其中在三个独立的电源中，相同的标号表示相同的组件。在图7中，电源A′包括输入模块300，该模块300包括变压器和整流器，以产生正极端302和负极端304之间的DC电压。模块300不包括用于优选实施例中的接地端。为产生零电压端306，基本上相等的大电容器310、312使端306的电压在端302的正电压和端304的负电压之间的中间值。所以，接合处306为第三端，该端电压基本上为零，并相当于图1所示的系统接地端24。开关40、42控制AC焊接电流的正的半周期或部分和负的半周期或部分。电感线圈C减少由AC焊接电流的正极部分和负极部分中的高频脉冲引起的波动因素。图1和2所示的双向单程电路之一用作电源A′。参考图8所示的电源A″，改变结构，以使用中心分压电感线圈320，该电感线圈320具有正极部分322、负极部分324和中心抽头326。电源A″的操作与上述参考本发明的优选实施例的描述相同。但是，这个特殊的电源没有示出双向单程电路。用于图8中的电源的单程电路示例在图9中，在此图中，电源A包括输入变压器和整流器340，在端342产生正电压，在端344产生负电压。在此实施例中，第三端346的电压基本上为零，为系统接地端G。与电源A″相似，图9中的电源包括中心分压电感线圈320，这个结构说明了使用中心分压电感线圈的单程型电路。单程电路350包括控制开关352、单向二极管354和门356，以便当给定逻辑信号出现在门356的正极转向控制线96上时，控制二极管354。性转为FET或IGBT的开关352有一排电压接地端358。负极单程电路360包括根据门366上的逻辑信号控制二极管364的开关362。源接地端368使开关受到线100上的逻辑信号的控制。在正极半周期或正极电流部分，开关352导通。将单向二极管354插入电路。在负极半周期或负极电流部分，开关362导通，将单向二极管364插入电路中。图9中的单程电路可用于图8的结构中。端306可用于图9中。本发明的几个实施例中的组件和结构是可互换的，而没有偏离本发明的范围和精神。
使用多个变换器可以获得高加热电流，以产生电源，如图10所示的电源B。这个电源包括三个变换器400、402、404，每个具有500安培的小额定电量。每个变换器的输出端A引导控制电流于正电压线410、412、414，以提供正极端420所需的电流强度。用相同方式，负电压端B与线430、432、434连接，以引导所需负电流到端440。根据上述的控制逻辑信号，可选择地操作端420的正电流和端440的负电流，以产生具有端420的第一电流强度和端440的第二电流强度的AC焊接电流。控制器450比较输入454的电流指令和来自线456的分路器S的实际电流，而所述控制器450具有误差放大器452，该误差放大器452有输入454、456。将线460上的所需电流控制强度引导到同时操作的脉冲宽度调制器470、472、474的输入端。通过改变每个变换器400、402、404的分布，即以一主和两副的方式进行操作，来维持所需电流。所以三个变换器具有相等的电流量。如果每个变换器的最大输出电流为500安培，如图10A所示的电流脉冲500，那么端420、440可获得的最大电压为1500安培，如图10B所示的AC电流510。图10所示的现有装置控制几个变换器的电流输出与单控制器450一致。上述布置优于设计一个输出电流为1500安培的特殊变换器。为产生3000安培的电流，电源B需要六个独立的变换器并联操作。与特别设计一个高电容变换器相反，组合几个变换器是优于图11所示的现有技术的一个优点。在现有技术中，电源D有正弦输出，如图11A所示的波600。为给出354安培的均方根电流，需要500安培的峰电流。在图11B所示的较高电流需求下，这种差别更加明显。在电源D的输出中，为获得焊接电流为1000安培的正弦波602，需要超过1500安培的峰电流。进行管道焊接时，峰电流高是不利的。如果没有过多的监视，峰电流高不能进行均匀一致的焊接。电源D仅包括变压器610，该变压器的电流由输入线612上的电压表示的所需电流和实际电流的差来控制。图10和11所示的两个电源没有本发明的电源所具有的优点。
根据本发明的另一方面，控制器50程序化工作，以将线62上的信号供给脉冲宽度调制器，其中所述信号通常减少正极部分200和负极部分202的一端的门脉冲的宽度。控制特征结果如图12所示。脉冲700有一宽度，以引导在焊缝之间的所需高电流。在脉冲200端、控制器50使脉冲逐渐减到由a-x、a-y和a-z表示的宽度。这些宽度之间的关系如图13所示。在负极部分202端，脉冲702的宽度的减少相同。所以，当焊接电流将要改变极性时，AC焊接电流逐渐地减少。当电流流向改变时，减少焊接电路的电信号。这种控制特征可用于每个电源A,A′,A″,A中。
权利要求
1．一种电源，该电源可与AC电弧焊接电源的AC线电压源连接，该AC电弧焊接是由电极和工件之间的间隙两端通过的电弧电流进行，所述电源包括高电容量的变压器，该变压器将所述线电压转换为AC输出电压；整流器，该整流器将所述AC输出电压转换为正极端和电压基本为零的公共端以及负极端和所述公共端之间的DC电压；第一开关，当给定逻辑信号施加在所述第一开关上时，所述第一开关连接所述正极端和通过所述间隙的所述公共端；第二开关，当给定逻辑信号施加在所述第二开关上时，所述第二开关连接所述负极端和通过所述间隙的所述公共端；脉冲宽度调制器，该脉冲宽度调制器具有输入和输出，从输出处引导出频率至少为18kHZ的脉冲输出信号，所述输出信号的每个所述脉冲的宽度由所述脉冲宽度调制器的所述输入来控制；控制器，该控制器交替地产生第一时间的第一开关门信号和第二时间的第二开关门信号；第一装置，该第一装置根据所述第一时间内的所述输出信号操作所述第一开关；第二装置，该第二装置根据所述第二时间内的所述输出信号操作所述第二开关，其中所述AC电流具有所述第一时间的正电流部分和所述第二时间的负电流部分。
2．根据权利要求1所述的电源，其中所述的控制器包括输出端，在输出端产生具有在所述第一时间内的第一逻辑信号和在所述第二时间内的第二逻辑信号的开关启动信号；以及当所述开关启动信号在所述第一逻辑信号时，产生所述第一开关门信号的装置和当所述开关启动信号在所述第二逻辑信号时，产生所述第二开关门信号的装置。
3．根据权利要求2所述的电源，其中所述第一装置为逻辑信号门，该逻辑信号门根据接收的所述输出信号和所述第一门信号，将所述给定逻辑信号施加在所述第一开关。
4．根据权利要求3所述的电源，其中所述第二装置为逻辑信号门，该逻辑信号门根据接收的所述输出信号和所述第二门信号，将所述给定逻辑信号施加在所述第二开关。
5．根据权利要求4所述的电源，其中该电源包括与所述间隙并联的，双向但可选择的单程电路。
6．根据权利要求5所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
7．根据权利要求3所述的电源，该电源包括与所述间隙并联的，双向但可选择的单程电路。
8．根据权利要求7所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极，和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
9．根据权利要求2所述的电源，该电源包括与所述间隙并联的，双向但可选择的单程电路。
10．根据权利要求9所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
11．根据权利要求1所述的电源，其中该电源包括与所述间隙并联的，双向但可选择的单程电路。
12．根据权利要求11所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
13．根据权利要求5所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
14．根据权利要求7所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
15．根据权利要求9所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
16．根据权利要求11所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
17．根据权利要求13所述的电源，其中所述变压器的额定功率至少约为30千瓦。
18．根据权利要求6所述的电源，其中所述变压器的额定功率至少约为30千瓦。
19．根据权利要求5所述的电源，其中所述变压器的额定功率至少约为30千瓦。
20．根据权利要求4所述的电源，其中所述变压器的额定功率至少约为30千瓦。
21．根据权利要求3所述的电源，其中所述变压器的额定功率至少约为30千瓦。
22．根据权利要求2所述的电源，其中所述变压器的额定功率至少约为30千瓦。
23．根据权利要求1所述的电源，其中所述变压器的额定功率至少约为30千瓦。
24．根据权利要求23所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器调节脉冲，以产生至少1000安培的电弧电流。
25．根据权利要求13所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器调节脉冲，以产生至少1000安培的电弧电流。
26．根据权利要求6所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器调节脉冲，以产生至少1000安培的电弧电流。
27．根据权利要求5所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器调节脉冲，以产生至少1000安培的电弧电流。
28．根据权利要求4所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器调节脉冲，以产生至少1000安培的电弧电流。
29．根据权利要求3所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器调节脉冲，以产生至少1000安培的电弧电流。
30．根据权利要求2所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器调节脉冲，以产生至少1000安培的电弧电流。
31．根据权利要求1所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器调节脉冲，以产生至少1000安培的电弧电流。
32．根据权利要求30所述的电源，其中所述控制器包括调节至少所述第一时间的装置。
33．根据权利要求13所述的电源，其中所述控制器包括调节至少所述第一时间的装置。
34．根据权利要求6所述的电源，其中所述控制器包括调节至少所述第一时间的装置。
35．根据权利要求5所述的电源，其中所述控制器包括调节至少所述第一时间的装置。
36．根据权利要求1所述的电源，其中所述控制器包括调节至少所述第一时间的装置。
37．根据权利要求36所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器的所述输入包括根据在第一时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第一输入和根据在第二时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第二输入，其中所述电流强度是不同的。
38．根据权利要求13所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器的所述输入包括根据在第一时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第一输入和根据在第二时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第二输入，其中所述电流强度是不同的。
39．根据权利要求6所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器的所述输入包括根据在第一时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第一输入和根据在第二时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第二输入，其中所述电流强度是不同的。
40．根据权利要求5所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器的所述输入包括根据在第一时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第一输入和根据在第二时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第二输入，其中所述电流强度是不同的。
41．根据权利要求1所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器的所述输入包括根据在第一时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第一输入和根据在第二时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第二输入，其中所述电流强度是不同的。
42．根据权利要求41所述的电源，其中所述输出电压小于100伏。
43．根据权利要求31所述的电源，其中所述输出电压小于100伏。
44．根据权利要求23所述的电源，其中所述输出电压小于100伏。
45．根据权利要求11所述的电源，其中所述输出电压小于100伏。
46．根据权利要求45所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极，和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
47．根据权利要求2所述的电源，其中所述输出电压小于100伏。
48．根据权利要求1所述的电源，其中所述输出电压小于100伏。
49．根据权利要求48所述的电源，其中所述公共端为系统接地端。
50．根据权利要求42所述的电源，其中所述公共端为系统接地端。
51．根据权利要求31所述的电源，其中所述公共端为系统接地端。
52．根据权利要求23所述的电源，其中所述公共端为系统接地端。
53．根据权利要求1所述的电源，其中所述公共端为系统接地端。
54．根据权利要求53所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
55．根据权利要求2所述的电源，其中所述公共端为系统接地端。
56．根据权利要求1所述的电源，其中所述公共端为系统接地端。
57．根据权利要求1所述的电源，该电源包括一个控制器，用以减少所述第一时间和第二时间末端的所述脉冲的宽度，以便在所述电流正负部分之间变换前，减少电弧电流。
58．一种电源，该电源可与用于AC电弧焊接的AC线电压源连接，由电极和工件之间的间隙两端的电弧电流进行AC电弧焊接，所述电源包括高电容量变压器，该变压器将所述线电压转换为AC输出电压；整流器，该整流器将所述AC输出电压转换为正极端和电压基本为零的公共端及负极端和所述公共端之间的DC电压；第一开关，当门信号施加在所述第一开关上时，所述第一开关连接所述正极端和通过所述间隙的所述公共端；第二开关，当门信号施加在所述第二开关上时，所述第二开关连接所述负极端和通过所述间隙的所述公共端；脉冲宽度调制器，用以产生频率至少为18kHZ的脉冲的门信号；第一逻辑信号门信号，用以引导所述门信号到所述第一时间的所述第一开关；第二逻辑信号门信号，用以引导所述门信号到所述第二时间的所述第二开关；和控制器，该控制器交替地操作所述逻辑信号门，以产生AC电弧电流。
59．根据权利要求58所述的电源，该电源包括与所述间隙并联的，双向但可选择的单程电路。
60．根据权利要求59所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
61．根据权利要求59所述的电源，其中所述双向单程电路包括一个串联支路，该支路具有与二极管并联的第一旁路开关，其极性从所述工件到所述电极和与所述二极管并联的第二旁路开关，其极性从所述电极到所述工件，所述第一旁路开关和第二旁路开关串联；一个装置，该装置在所述时间中的一段时间内关闭所述一个旁路开关和在所述时间中的另一段时间内关闭所述另一个旁路开关。
62．根据权利要求58所述的电源，其中所述变压器的额定功率至少约为30千瓦。
63．根据权利要求58所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器调节脉冲，以产生至少1000安培的电弧电流。
64．根据权利要求58所述的电源，其中所述控制器包括调节至少所述第一时间的装置。
65．根据权利要求58所述的电源，其中所述脉冲宽度调制器的所述输入包括根据在第一时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第一输入和根据在第二时间内的所述脉冲的负载周期控制电流强度的第二输入，其中所述电流强度是不同的。
66．根据权利要求58所述的电源，其中所述公共端为系统接地端。
67．一种电源，该电源可与用于AC电弧焊接的AC线电压源连接，由电极和工件之间的间隙两端的电弧电流进行AC电弧焊接，所述电源包括高电容量变压器，该变压器将所述线电压转换为AC输出电压；整流器，该整流器将所述AC输出电压转换为正极端和电压基本为零的公共端及负极端和所述公共端之间的DC电压；第一开关，当门信号施加在所述第一开关上时，所述第一开关连接所述正极端和通过所述间隙的所述公共端；第二开关，当门信号施加在所述第二开关上时，所述第二开关连接所述负极端和通过所述间隙的所述公共端；脉冲宽度调制器，用以产生频率至少为18kHZ的脉冲的门信号；第一电路，用以引导所述脉冲到所述第一时间的所述第一开关；第二电路，用以引导所述脉冲到所述第二时间的所述第二开关；和控制器，该控制器交替地操作所述第一电路和第二电路，以产生AC电弧电流及减少在所述第一时间和第二时间的每端的所述脉冲的宽度。
全文摘要
本发明的用于电弧焊接的电源包括高电容量变压器;将所述AC输出电压转换DC电压的整流器;第一开关,当门信号施加在所述第一开关上时,所述第一开关连接所述正极端和通过所述间隙的所述公共端;第二开关,当门信号施加在所述第二开关上时,所述第二开关连接所述负极端和通过所述间隙的所述公共端;脉冲宽度调制器,用以产生频率至少为18kHz的脉冲的门信号;逻辑信号网络,具有第一电路,第二电路和控制器,用以产生AC电弧电流。
文档编号H02M9/00GK1324705SQ0111820
公开日2001年12月5日 申请日期2001年5月22日 优先权日2000年5月22日
发明者埃利奥特·K·斯特瓦 申请人:林肯环球公司