专利名称：电弧设备的电源设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于像电弧焊接机和电弧切割机等电弧设备的电源设备。
背景技术：
用户有时候要求用电弧设备制造商提供用于具有各种输出容量的用电弧设备的电源设备。在1996年1月9日公开公布的日本专利申请公布JP08-001350A中公开解决这些问题的一种实施例。
根据本公布中所公开的本发明，使用一种具有标准容量的逆变器类型电阻焊接机。标准容量电阻焊接机使用通过在变频器电路中变换工业用AC电源而获得的DC电源。然后，所变换的DC电源在逆变器中变换到高频电源，高频电源再耦接到在二次绕组侧具有整流电路的焊接机变压器中的一次绕组。并且提供有控制逆变器的逆变器控制单元，产生来自工业用AC电源的同步信号的同步信号发生电路和通信装置。逆变器控制单元把逆变器控制成与来自同步信号发生电路的同步信号同步。
提供多个所设置的输出容量与用户所要求的输出容量一致这样的标准容量逆变器类型电阻焊接机，而各台焊接机中的焊接机变压器的二次绕组侧输出端是并行连接的。通信装置通过通信线路与别的逆变器类型电阻焊接机中的通信装置连接。
其中一台逆变器类型电阻焊接机用作主焊接机，而其他逆变器类型电阻焊接机用作从动焊接机。主焊接机通过通信装置发送与从动焊接机同步的信号。把主焊接机和从动焊接机两者的逆变器控制成与主逆变器类型电阻焊接机的同步信号同步。
由于用电弧设备中电弧放电而产生电磁噪声。因此，如果在JP08-001350中所公开的技术应用于用电弧设备，则电磁噪声可能引起通信装置的错误操作，所以必须提供防止这种错误操作的装置，这需要一些费用。
本发明的目的是提供一种用于用电弧设备的电源设备，这种电源设备采用成单元形式的标准容量电源组以便满足用户所要求的各种输出容量，但是为了获得这种效果，不包含像以上所述的通信装置那样的通信装置。
发明内容
根据本发明的一种实施方式，用于用电弧设备的电源设备包含多个具有相同容量的电源组(power blocks)。电源组具有相同的结构，每个电源组包含用于把工业用AC电源变换到DC电源的AC到DC变换装置，用于把所得到的DC电源变换到高频电源的DC到高频变换装置，用于使所得到的高频电源改变电压的变压器和用于使改变了电压的高频电源变换到DC电源的高频到DC变换装置。控制装置以流过DC到高频变换装置的电流或者流过高频到DC变换装置的电流能够与基准信号发生装置输送的基准信号相匹配的这样方式控制DC到高频变换装置。为了提供所希望的输出容量，多个像这样的电源组是在高频到DC变换装置的输出端互相并联连接的情况下使用的。各个电源组的基准信号发生装置在等值保持装置起作用期间使各个基准信号保持等值。
对在各个其基准电位和输出侧面上各有一个端子的基准信号发生装置来说，等值保持装置可以包含用于连接各个基准信号发生器的基准电位侧面端子的第一线路和用于连接基准信号发生器输出侧面端子的第二线路。
多个电源组可以是至少一对电源组。电源组对具有一对选择施加第一AC电压和第二AC电压的电源端子。第二AC电压可以具有第一AC电压数值大约二倍的数值。配置切换(switching)装置，切换装置在第一AC电压施加在电源端子之间时操纵电源组中的AC到DC变换装置的输入端并联连接在电源端子之间，而在第二AC电压施加在电源端子之间时AC到DC变换装置的输入端串联连接在电源端子之间而动作的切换装置。
用一种替换实施方式，切换装置在第一电压施加于其中那个AC到DC变换装置时可以操纵电源组中的DC到高频变换装置的输入端并联连接在电源组中的那个AC到DC变换装置的输出端上，而在第二电压施加于那个AC到DC变换装置时可以操纵DC到高频变换装置的输入端串联连接在电源组中的那个AC到DC变换装置的输出端上。
图1是根据本发明第一实施方式的用于用电弧设备的电源设备的框图。
图2是图1电源设备中的基准信号发生部件的框图。
图3是根据本发明第二实施方式的用于用电弧设备的电源设备的框图。
具体实施例方式
如图1所示，根据本发明第一实施方式与用电弧设备同时使用的一种电源设备包含多个，例如二个，电源组2a和2b。这二个电源组2a和2b有相同的输出容量并且具有相同的结构。因此，在下面的描述中只详细描述其中一个电源组，即电源组2a，而对另一个电源组2b不给予详细描述。
应该注意，字母“a”和“b”分别添加到用于电源组2a和2b组成部分的标记数字。因而，带有附在标记数字后面a的标记数字的组成部分是一个电源组2a的组成部分，而带有附在标记数字后面b的标记数字的组成部分是一个电源2b的组成部分。
电源组2a包含AC到DC变换装置，例如输入侧整流电路。输入侧整流电路4a全波或者半波整流在其输入端子5a和6a之间所施加的工业用AC电压。在输入侧整流电路4a输出端子之间连接的电容器8a中把最后所得的整流电压整平滑。把所得到的平滑电压施加于DC到高频变换装置，例如逆变器10a，所得到的平滑电压在逆变器10a中变换到高频电压。逆变器10a包含多个半导体开关器件，例如IGBTs，双极晶体管或者FETs。
逆变器10a输出的高频电压施加在变压器，例如高频变压器12a的一次绕组14a两端上。高频到DC变换装置，例如输出侧整流电路18a，与高频变压器12a的二次绕组16a连接。具体来说，输出侧整流电路18a中的整流二极管20a的负极与二次绕组16a的一个末端连接，而整流二极管22a的负极与二次绕组16a的另一个末端连接。二极管20a和22a的正极一起与负载，例如电弧放电灯24的第一末端连接。二次绕组16a在其上面有一中间抽头26a，中间抽头26a连接到另一末端，电弧放电灯24的第二末端。
用电流检测器28a检测流过高频变压器12a中的一次绕组14a的高频电流。把表示电流检测器28a所检测的电流的代表电流信号传送给控制装置，例如控制电路30a，而更准确地说，传送给控制电路30a中的误差放大器32a，并且也把来自控制电路30a中的基准数值发生电路34a的基准数值信号输送给误差放大器32a。误差放大器32a产生表示在代表电流信号和基准数值信号之间差异的误差信号，把这个误差信号输送到控制电路30a中的PWM控制信号发生电路36a。PWM控制信号发生电路36a产生基于误差信号的PWM控制信号。把PWM控制信号输送给驱动信号发生器38a，从驱动信号发生器38a把驱动信号输送给逆变器10a中的各个半导体开关器件，以使高频电流的数值与基准数值信号相对应的方式控制各个半导体开关器件的导通周期。
电源组2b中的整流二极管20b和22b的正极与负载第一末端或者电弧放电灯24连接，在高频变压器12b中的二次绕组16b上的中间抽头26b与电弧放电灯24的第二末端连接。要注意，将如下面所述的那样也把与施加于电源组2a中的输入侧整流电路4a一样的工业用AC电压供给电源组2b中的输入侧整流电路4b。
如上所述，二个电源组，即具有相同的结构和容量的电源组2a和2b为向负载24供应电力而与负载24并联连接。
如上所述，为了满足用户所提出的功率容量要求，多个具有同样容量的电源组是在其输出端并联连接的情况下使用的。在这样的接线法中，必须均衡各个电源组所产生的功率幅度。通常，检测每个电源组所输出的功率幅度并且控制那个电源组的逆变器以使所检测的功率幅度等于预先确定那个电源组将要产生的功率幅度。然而，在目前的情况中，由于具有相同结构的电源组2a和2b的电特性可以认为基本上是一致的，因此准备检测逆变器10a和10b所输出的电流数值，并且控制逆变器10a和10b以使所检测的电流数值等于预定的基准值，预定的基准值对电源组2a和2b两者来说是相同的。
所以在这样的接线法中，在电源组2a和2b之间不需要为控制逆变器10a和10b而发送和接收信号。进一步，如果电源组2a和2b其中一个电源组发生故障，那么通过用新的替换有故障的电源组就能够恢复电源设备运行。
在这样的情况中，如果来自电源组2a和2b中的基准数值发生电路34a和34b的基准值信号会有不同的数值，那末电源组2a和2b的输出功率幅度就会各不相同了。为了防止这种情况，根据本实施方式，把等值保持装置连接在基准数值发生电路34a和34b之间。等值保持装置可以包含第一和第二线路，例如等电位线路40和42。
具体来说，如图2所示，基准数值发生电路34at和34b分别包含齐纳二极管56a和56b，其负极供有一个+VccDC电压而其正极耦接基准电位，例如接地电位。负极-正极电压作为基准值信号施加于误差放大器32a和32b。齐纳二极管56a和56b的负极经由等电位线路40耦接在一起，而正极经由等电位线路42耦接在一起。
由于这样的接线法，齐纳二极管56a的负极-正极电压和齐纳二极管56b的负极-正极电压彼此完全相等。因此，电源组2a和2b输出相同的功率幅率。
在所描述的实施方式中，检测逆变器10a和10b的高频电流的数值。我们可以考虑检测来自输出侧整流电路18a和18b的DC电流，但是这样的DC电流有很大幅度，所以为了检测这样的电流必须用大电流检测器。相反，来自各个逆变器10a和10b的高频电流是比较小的，所以AC电流检测器28a和28b可以是较小容量的。
施加于输入侧整流电路4a和4b的工业用AC电压可以是第一工业用AC电压和为第一工业用AC电压约二倍的第二工业用AC电压中的任一种工业用AC电压。在使用这种电源设备的一些地区，第一工业用AC电压例如可以是100V的，而第二工业用AC电压可以是200V的。对于电源设备来说，为了能够处理对其施加的两种电压中的任一种电压而根据本发明把电压开关电路44连接在输入端子5a、6a和输入端子5b、6b之间(图1)。
具体来说，输入端子5a经由电压开关电路44中一串组合的常打开的开关46，常闭合的开关48和常打开的开关50而连接到输入端子6b。常闭合的开关48和常打开的开关50的接点与输入端子6a连接，而常闭合的开关48和常打开的开关46的接点与输入端子5b连接。使开关46、48和50以打开常打开的开关46和50时闭合常闭合的开关48，而闭合常打开的开关46和50时打开常闭合的开关48这样的方式一起动作。
输入端子5a与电源端子52连接，而输入端子6b与电源端子54连接。使工业用AC电压施加在这些电源端子52和54之间。常打开的开关46和50以及常闭合的开关48可以是机械式开关，或者它们可以是用半导体开关器件来制作的。可以手动地打开和闭合这些开关。用另一种替换方法，可以配置成用电压检测器检测在电源端子52和54之间电压，而根据所检测的电压数值可以自动地打开和闭合这些开关。
在电源端子52和54之间施加200V的工业用AC电压时，打开常打开的开关46和50而闭合常闭合的开关46。这样就造成输入侧整流电路4a和4b串联连接在电源端子52和54之间，因此对输入侧整流电路4a和4b中的每个电路施加100V电压。在电源端子52和54之间施加的电压是100V时，闭合常打开的开关46和50，并且打开常闭合的开关48。这样就造成输入侧整流电路4a和4b并联连接在电源端子52和54之间，因此对输入侧整流电路4a和4b施加的两个电压都是100V。
在使用电压开关电路44的情况下，或是在使用100V幅度工业用AC电压的地区，或是在使用200V幅度工业用AC电压的地区都能够使用这种电源设备。
图3表示根据第二实施方式的电源设备。图3的电源设备与电弧焊接机同时使用。这种电源设备具有和根据第一实施方式的电源设备基本上一样的结构。因此，对于与第一实施方式中的元件和功能相同或类似的元件或功能采用相同的标记数字和下标，并且对它们不予以详细描述。
电源设备是为了与电弧焊接机同时使用的，所以在高频变压器12a和12b中的二次绕组16a和16b上的中间抽头26a和26b分别连接到加工件24W。输出侧整流电路18a中的整流二极管20a和22a的接点以及输出侧整流电路18b中的整流二极管20b和22b的接点一起连接到焊接机的焊枪24t。在渐波器电路62中使整流二极管20a和20b接点上的电压增高，并且把所增高的电压施加到围绕焊接机焊枪24t的管嘴24n而使引导电弧能够在焊枪24t和管嘴24n之间产生，因此能够顺利地开始电弧放电。
应当注意，在每个电源组中的输出侧整流电路两个整流二极管的正极接合处上可以设置用于连接渐波器电路和连接焊枪的一些端子，因此斩波器电路62能够与任何一个电源组连接。
DC电流检测器280a和280b分别配置在中间抽头26a和加工件24W之间以及中间抽头26b和加工件24W之间，并且把表示DC电流检测器280a和280b所检测的DC电流的DC电流代表信号分别传送到误差放大器32a和32b。
电压开关电路440连接在输入侧整流电路4a的输出端与平滑电容器8a和8b之间。任何种开关都可以用作常打开的开关460和500以及常闭合的开关480，只要它们能够接通和关断DC电压就行，所以估计它们的成本能够比第一实施方式中的必须接通和关断AC电压的常打开的开关46和50以及常闭合的开关48低。在本实施方式中，不使用电源组2b中的输入侧整流电路4b。
在工业用AC电压为100V时，逆变器10a和10b并联连接在输入侧整流电路4a的输出端子之间，而在工业用AC电压为200V的时，逆变器10a和10b串联连接在输入侧整流电路4a的输出端子之间。因而，能够把输入侧整流电路4a配置成整流或是100V或是200V的电压。
在施加100V的工业用AC电压时，因为逆变器10a和10b是并联连接的，所以逆变器10a和10b的输入电压是相等的。因此，通过检测逆变器10a和10b的电压并且根据所检测的电压控制逆变器10a和10b来使电源组2a和2b所提供的输出功率幅度相等是不可能的。在这样的情况中，充分发挥用电流检测器280a和280b检测流过高频变压器12a和12b中的二次绕组16a和16b的电流与根据所检测的电流控制逆变器10a和10b的配合。
根据以上所述的本发明两种实施方式，使用了二个电源组，但是可以使用二个以上的电源组，视用户所要求的功率容量而定。在这样的情况下，以用二个上述电源组形成像以上所述的实施方式中的电源单元一样的电源单元来配制偶数个电源组，能够根据二种不同的工业用AC电压中的任何一种工业用AC电压通过电压开关电路44和440的作用而运行的电源组，然后把这些电源单元并联连接在电源端子之间。
权利要求
1.一种与用电弧设备同时使用的电源设备，包括具有相同容量的多个电源组，每个上述电源组包括用于把工业用AC电源变换到DC电源的AC到DC变换装置；用于把所得到的DC电源变换到高频电源的DC到高频变换装置；用于使所得到的高频电源改变电压的变压器；用于使得到变压的高频电源变换到DC电源的高频到DC变换装置；和用于以使电流与来自基准信号发生装置的基准信号一致的这样方式控制流过上述DC到高频变换装置的电流或者流过上述高频到DC变换装置的电流的控制装置；上述各个电源组中的上述高频到DC变换装置装有它们的并联连接的输出端；通过等值保持装置使上述各个电源组中的基准信号发生装置所提供的上述基准信号保持互相相等。
2.根据权利要求1的电源设备，其中每个上述基准信号发生装置装有基准电位侧端子和输出侧端子，并且上述等值保持装置包括把上述基准电位侧端子连接在一起的第一线路和把上述输出侧端子连接在一起的第二线路。
3.根据权利要求1的电源设备，其中使用至少一对上述电源组，上述至少一对电源组装有施加或是第一AC电压或是幅度大约为上述第一AC电压幅度二倍的第二AC电压的一对电源端子；上述电源设备进一步包括用于在上述第一AC电压施加在上述电源端子对之间时，使上述至少一对电源组中的上述AC到DC变换装置的输入侧并联连接在上述电源端子对之间，而在上述第二AC电压施加在上述电源端子对之间时，使上述至少一对电源组中的上述AC到DC变换装置的输入侧串联连接在上述电源端子对之间的切换装置。
4.根据权利要求1的电源设备，其中使用至少一对电源组；上述电源设备进一步包括用于在第一电压施加于上述电源组中之一的上述AC到DC变换装置时，使上述至少一对电源组中的上述DC到高频变换装置的输入侧并联连接在上述电源组中上述一个的上述AC到DC变换装置的输出端上，而在大约为上述第一电压二倍的第二电压施加于上述电源组中上述一个的上述AC到DC变换装置时，使上述至少一对电源组中的上述DC到高频变换装置的输入侧串联连接在上述电源组中上述一个电源组的上述AC到DC变换装置输出端上的切换装置。
全文摘要
与用电弧设备同时使用的一种电源设备包含多个相同容量的电源组(2a、2b)。每个电源组(2a、2b)包含输入侧整流电路(4a、4b)、逆变器(10a、10b)、变压器(12a、12b)和输出侧整流电路(18a、18b)。控制电路(30a、30b)以流过逆变器(10a、10b)的高频电流或者流过输出侧整流电路(18a、18b)的电流能够与基准信号发生器(34a、34b)所提供的基准信号相吻合的这样方式控制逆变器(10a、10b)。电源组中的输出侧整流电路(18a、18b)的输出端互相并联连接。通过等电位线路(40、42)的作用使基准信号发生器(34a、34b)所产生的基准信号的数值始终相等。
文档编号H05B41/282GK101056062SQ200610075358
公开日2007年10月17日 申请日期2006年4月10日 优先权日2006年4月10日
发明者石井秀雄, 池田哲朗, 壇上谦三, 池尻裕司 申请人:株式会社三社电机制作所