专利名称：直流弧焊机节电减材技术方案的制作方法
直流弧焊机节电减材技术方案 技术领域 本发明涉及直流电弧机及其电源，尤其是涉及到使用附加直流引弧电压 来提直流弧焊机的功率因数和减少体积重量的技术方案。
技术背景 直流弧焊机是由直流弧焊电源和焊钳等焊接附属设备等部分组成。通常 直流弧焊机也称直流孤焊电源。现有直流弧焊电源有直流弧焊发电机、硅弧焊整流器、晶 闸管弧焊整流器和逆变弧焊电源等四类型，其中硅弧焊整流器和晶闸管弧焊整流器都需要有 一个工频弧焊整流变'压器，它们的初级与交流市电相连接，次级与整流或可控整流器件相连 接。硅弧焊整流器输出电流的调节多采用磁放大器原理进行调节。晶闸管弧焊整流器是釆用 控制相位的方法进行调节。硅弧焊整流器和晶闸管整流器都有单相和三相两种类型，单相采 用单相全波或单相桥式整流或可控整流电路，三相采用三相桥式或带平衡电抗器的六相半波
(也称带衡电抗器双向星形)整流或可控整流电路。由于弧焊时引弧电压要比弧焊电压高得 多，为了减小整流变压器体积和重量，减少整流变压器的用铜量和用铁量、提高变压器的'变 压比和功率因数，可以采用附加直流引弧电压的方法。现有增加附加直流引弧电压的方法是 采用在整流变压器上增加一组次级引弧交流绕组，通过整流器整流获搏直流电压之后再在直 流输出端加限流电阻来限止引弧电源的最大电流数值。它存着两个缺点O要在整流变压器 上增加一组次级引弧绕组。2)要加大功率限流电阻，不但浪费电能，更会影响整流设备的散 热问题，是否可以不在整流变压器上增加次级引弧绕组和不用耗能的限流电阻来解决引弧所 需的引弧电源的限流的问题呢？同一发明人应用桥全可控整流电路和桥半可控整流电路两项 发明专利可以解决晶闸管弧焊电源的引弧电源无电阻限流和弧焊电流的调节问题。，并在北京 研发出次级主整流电路是三相全控桥的ZX5-J系列既节电又减材的晶闸管弧焊机，鉴定结论 填补国内外空白，具有世界先进水平，现己连续生产十多年，但它还是要在整流变压器中增 加3组引弧整流绕组。对次级主整流电路是带平衡电抗器六相半波的ZX5弧焊机来说还要增 加6个次级引弧绕组和6个晶间管就显得不太经济，因此，至今尚未开发这类电路的ZX5-J 产品。是否可从既不用增加引弧绕组，也不用晶闸管控制代替引弧电流大功率限流电阻，来 获得比弧焊电压更高的引弧电源呢？同一发明人在三相直流弧焊机实用新型专利.(ZL 95 2 16870.7)增设计使用6个交流电容和12个二极管，使用串联交流电容限流的六相半波整流 引弧电源，用于带平衡电抗器六相半波晶闸管的ZX5型焊机；和使用4个电容和8个二极管 的倍压引弧电源，用于三相全控桥晶闸管的ZX5型焊机。本发明就是要提供更简单、更经济 实用的电容倍压整流引弧电源。把它使用在现有的硅整流直流弧焊机和晶闸管直流弧焊机上， 使它们都能达到电路更简单、我本更低、使用更可靠论节电减材的目。 .
{三>发明内容本发明是用现有各类直流引弧机内部的工频整流变压器上现有的次级
绕组上的交流电压，通过2个电容和4个整流器件组成的倍压整流电路来获得所需的引弧直
流电压。由于电容倍压整流电流既能输出高于整流电路的电压，又能限止最大输出电流(决 定于倍压电容容量大小、倍压电路和滤波电路)，因此，能同时解决引弧电源既不需要在整流 变压器上增加次级引弧绕组，又不要限流电阻，也不用引弧晶闸管的问题，它能使现有各种 带直流引弧电源的直流弧焊机的结构大为简化，它能使现有各种不带直流^弧电源的直流弧 焊机提高功率因数和变压比，达到节电减材的目的，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原制造直流弧焊机的设备和工艺。因此，可以很方便对规有各 类直流弧焊机生产的节电减材改造，生产带有倍压引弧电源的直流弧焊机。为尽快在国内外 推广和使用本发明的电容倍压整流引弧的直流弧焊机。可在原传统型号的名称内增加"J"字，
即节电减材的意思。如ZPG1—500J、 ZXG-400J等硅整流直流弧焊机和ZX5-250J、 ZX5-400J、 ZX5-630J等晶闸管整流直流弧焊机。
目前国内外生产的各类工频硅整流直流弧焊机和晶闸管整流直流弧焊机本来就有很大 市场，应用本发明的新一代直流弧焊机很快就可替代传统的直流弧焊机，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。
本发明的直流弧焊机是由整流或可控整流电路获得直流弧焊时所需的直流弧焊电压和 功率，由电容和整流器件组成的倍压电路获得所需的所需的直流引弧电压，其特征在于直 流弧焊机中的直流引弧电压和直流弧焊电压由同一整流变压器的同一次级绕组提供交流电 压，引弧直流电压是通过2个电容和4个二极管组成的倍压电路获得的，而弧焊电压是通过 硅整流电路，或者晶闸管整流电路获得的。
本发明目的是用附加2个电容和4个二极管的倍压整流引弧电源来改造和提高现有各类 硅整流和晶闸管整流直流弧焊机内的整流变压器的变压比、功因数和效率，减少弧焊机中整 流变压器的用铜量、用铁量、体积和重量，使直流弧焊机达到节电减材的目的。
本发明的直流弧焊机，它由整流变压器(1)、硅二极整弧焊流器，或者晶闸管弧焊整流 器(2)和电容倍压引弧整流器(3)等部分组成，其特征在于引弧整流器(3)是一个由2 个电容和4个二极管组成的电容倍压整流引弧电源(3),它的交流输入电源来自弧焊整流器
(2)的交&节输入电源，弧焊整流器(2)可以是单相，也可从是多相，其整流器件可以是不 可控的硅整流二极管，也可以是可控的晶闸管等可控器件。
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。通过附图说 明就可以进一步了解本发明的目的，以及本发明的特征与优点等。
附图1是本发明一个单相晶闸管直流弧焊机的一个实施例的主电路原理
图。附图2是本发明一个三相晶闸管直流弧焊机的一个实施例的主电路原理图。附图3是 本发明另 一个三相晶闸管直流弧焊的另 一个实施例的主电路原理图。
现有各种类型的硅整流和晶闸管整流的直流弧焊机，都有一个整流变压器(1)，其次级 输出交流必须与整流或可控整流电路相配合，同时达到引弧时所必须的引弧电压、和焊接时 的弧焊电压和弧焊电流调节等多个因数，—因此，整流变压器次级输出电压都比较高。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在整流变压器(1)的次级整流绕组上再增加 一个由2个电容和4个整流二极管组成的倍压整流器就可以获得弧焊时所需的引弧电压，因 此，可以降低整流变压器的次级绕组交流电压、提高变压器的变压比、功率因数和效率，减 少变压器的输入电流和功率，从而能达到既节电又减材的目的。应用本发明的弧焊机也可称 为带有倍压引弧的直流弧焊机。都可从在原型号中增加"J"字来区分。
具体实施方式
、附图1是本发明应用于单相晶闸管直流弧焊机的一个典型实施例 的主电路原理图，它由单相整流变压器(1)、晶闸管V1、 V2和滤波电感L1组成的弧焊整流 器(2)，和由电容C1、 C2，、 二极管DK D2和电感L2组成的单相双半波倍压整流引弧电源 (3)组成。附图l中的电感Ll是弧焊滤波电感，不用此电感就成为每秒100周的脉冲直 流弧焊机。L2是引弧电源中的滤波电感，通常可使用日光灯镇流器铁芯绕制，它能使引弧更 稳定，也可省去此电感。现有的单相双半波晶闸管直流弧焊机仅有附图1中的(1)和(2) 两部分。由于引弧电压一般都要求在60-80伏之间，而直流弧焊电压要求是U=20+0， 041。 因此输出200A的直流弧焊机其弧焊电压仅28伏。要同时满足引弧和弧焊电压的两者要求就 必须将整、流变压器(1)的次级两个绕组都设计在60伏以上来同时满足引弧电压和弧焯电压 的要求，这种情况下200A 28V直流输出晶闸管的导通角就很少，因此，整流变压器的功 率因数和效率都很低。由于本实施例中增加有由电容C1、 C2，整流二极管D1、 D2,滤波 电感L2组成的倍压引弧电源(3)，因此，就可从将整流变压器的两个次级绕组的开路交流电 压降低到40V以下，此时倍压引弧电源还可获得高于70V以上的引弧所需的电压，提供弧焊 电压和电流的晶闸管导通角就可在接近全导角的大导通角状态下工作，这样原有整流变压器 (1)的功率因数和效率都将有很大的提高，整流变压器(1)的容量就可减少30%，滤波电 感L1的体积和重量就可大大减少，由于倍压整流电源所使用的元件成本很低，因此，能达到 降低成本、节电和减材的目的。
如将附图1中的晶闸管V1、 V2改用硅整二极管，采用其它调节弧焊电流和电压调节方 法的硅整 充弧焊机，都可使用有本发明的电容倍压引弧电源(3)能达到节电减材的目的。
附图1中点划线柜内的电容倍压整流弘弧电源(3)是本发明的特征部分，它由2个电
容、4个二极管等组成的双半波倍压整流电路，它有3个交流输入端(4、 5、 6)和2个直流 输出端(5、 7)，其中5端是交流输入和直流输出的公共端，倍压整流输出端7上串接有1个 稳定引弧的滤波电感L2，有时也可省略，倍压引弧电源通过滤波电感L1加在直流弧焊机输 出(8、 9)两端。
我国硅整流三相交流供电的硅整流直流弧焊机和晶闸管直流弧焊机按三相整流变压器次 级绕组连接方式；硅整流和晶闸管整流分都有两种类型， 一种是变压器次级三相绕组釆用三 角形连接的，电路采用三相桥式整流或可控整流电路。另一种是变压器次级三相绕组采用反 向双星形连接的，电路采用带平衡电抗器的六相半波整流电路。，两种类型的三相晶闸管直流 弧焊焊的型号都是ZX5型.。附图2和附图3示出本发明两个典型的三相晶阐管直流弧悍机 的实施例主电路原理图。除去附图2和附图3中的倍压引弧电源(3)，它们就是现在各生产 厂家生产的两种类型的變X5型三相晶闸管直流弧焊电源的主电路原理图。
附图2是本发明带平衡电抗器的六相半波晶闸管直流弧焊机的主电路原理图，它由三相 次级双反星形连接的整流变压器(1)、由6个晶闸管(V1 V6)、平衡电感器DK和滤波电 感L1组成的带平衡电感器的六相半波可控整流器(2)、由2个电容(Cl、 C2)、 4个二极管 (D1 D4)和滤波电感L2组成的倍压引弧电源(3)，除去附图中的倍压引弧电源(3)，它就是 目前国内各生产厂生产的ZX5型带平衡电抗器的晶闸管直流弧焊机主电路原理图。由于应用 了本发明的倍压整流引弧电源(3)，因此就可以降低三相整流变压器的6个次级绕组的交流 电压约20-30%,减少滤波电感Ll和平衡电抗器DK的体积和重量，因此可以达到节电减材 的目的。
附图2中的倍压引弧电源(3)和附图1相同，它们都是采用双半波电容倍压整流电源， .它还可以应用到其它带平电抗器的硅二极管整流弧焊机之中而达到节电减材的目的。它与同 一发明人十多年前在三相直流弧焊机实用新型专利中设计的使用6个交流电容和12个二极管 的引弧电路相比较，显然具有简单、可靠、经济实用的优点。
同一发明人曾在北京电焊机厂生产的原ZX5-400型三相全控桥晶闸管弧焊机内的整流变 压器上，增加3个次级引弧整流绕组，通过3个50安的晶闸管做附加直流引弧电源，并将原 次级弧焊整流绕组电压降到原交流电压的70-75%，结果节省了变压器和电感器的铜材每台约 16公斤，变压器输入功率减少几个千瓦，经权威专家鉴定该项成果填补国内外空白，具有 当时世界先进水平。但是由于要增加3个引弧交流绕组和3个50安晶闸管和改变触发控制板， 因此其总成本降低幅度不大，而电路和工艺都增加复杂性，它同样可以使用本发明的技术方 案来进一歩降低成本。
附图2的倍压引弧电源(3)同样可以使用于其它带平衡电抗器的硅六相整流弧焊机上达到
节电减材的目的。
附图3就是本发明三桥全控桥晶闱管直流弧焊内的主电路原理图。它由次级三角形连接 的三相整流变压器U)、由连接成三相全控桥的6个晶闸管(V1 V6)和滤波电感L1组成的 弧焊整流器(2),由电容(C1、 C2)、 二极管(D1 D4)、晶闸管(V4 V6)和滤波电感L2组成的 倍压引弧电源(3)，在这里应该指出3个晶闸管(V4、 V5、 V6)是倍压引弧电源和弧焊整流 器公用器件。除去附图3中点划线内的电容、二极管和滤波电感，它就是目前国内各生产厂 家生产的ZX5型三相全控桥晶闸管直流弧焊机的主电路原理图。由附图3可知获得引弧电 电，既不要增加3个次级引弧整流绕组，也不需要增加3个50安晶闸管及其触发控制电路， 只要增2个电容(Cl、 C2)、.4个整流二极管(D1 D4)、和滤波电感(L2)就可以达到节电 减材的目的.。附图3中的倍压引弧电源与附图1和2不同之处在于前者倍压引弧整流器交 流输入3个端(4、 5、 6)和引弧直流输出2个端(7、 8)没有公共端，而后者有。本发明的 倍压弧焊电源使所使用的电容和二极管的数量都比十多年前在三相直流弧焊机上的倍压弓I弧 电源减少一半，因此更可靠更经济实用。
应该指示附图3中的倍压引弧电源电路还可以应用于所有硅三相整流桥直流弧焊机上而 达到节电减材的目的。
从以上实施例就可清楚看到本技术方案特证在于在采用硅二极管器和晶闸管整流器的 单相或者三相直流弧焊电源和直流弧焊机上有点划线柜内所示的由2'个电容和4个二极管 组成的倍压引弧电源(3)。凡是在直流弧焊电源和直流弧焊机上有上述电容倍压引弧电源的 产品匀在本发明技术方案的保护范围之内。因此，本技术方案能为电焊行业节电减材做出贡 献、有很大市场、经济和社会效益。
权利要求
1、一种直流弧焊机，它由整流变压器(1)、弧焊整流器(2)和引弧整流器(3)等部分组成，其特征在于引弧整流器(3)是一个由2个电容和4个二极管组成的电容倍压整流引弧电源，引弧整流器(3)的交流输入电源来自弧焊整流器(2)的交流输入电源。
2, 根据权利要求1所述的直流弧焊机，其特征在于弧焊整流器(2)是一个硅二极管 整流器，引弧整流器(3)是由2个电容和4个整流二极管组成的双半波倍压整流引弧电源。
3,根据权利要求1和2所述的直流弧焊机，其特征在于弧焊变压器(2)是一个晶闸 管整流器，引弧整流(3)是由2个电容和4个整流二极管组成的双半倍压整流引弧电源。.
4、 根据权利要求1和2所述的直流弧焊机，其特征在于弧焊整流器(2)是一个单相 硅二极管整流器，引弧整流器(3)是由2个电容和4个整流二极管组成的倍压整流引弧电源。
5、 根据权利要求1和3所述的直流弧焊机，其特征在于弧焊整流器(2)是一个单相 晶闸极管整流器，引弧翁流器(3)是由电容和整流二极管组成的双半波倍压整流引弧电源。
6、 根据权利要求1和2所述的直流弧焊机，其特征在于弧焊整流器(2)是一个三相 硅二极管整流器，引弧整流器(3)是由2个电容和4个整流二极管组成的倍压整流引弧电源。
7、 根据权利要求1和3所述的直流弧焊机，其特征在于弧焊整流器(2)是一个三相 晶闸管整流器，引弧整流器(3)是由2个电容和4个整流二极管组成的倍压整流引弧电源。
8、 根据权利要求1和2所述的直流弧焊机，其特征在于弧焊整流器(2)是一个三相 砖二极管整流器，引弧整流器(3)是由2个电容和4个整流二极管组成的倍压整流引弧电源。
9、 根据权利要求1和3所述的直流弧焊机，其特征在于弧焊整流器(2)是一个三相 晶间管整流器，引弧整流器(3)是由2个电容和4个整流二极管组成的倍压整流引弧电。p>10、根据权利要求l、 3、 5、 7和9所述的直流弧焊机，其特征在于ZX5型晶闸管弧焊 机上有一个由2个电容和4个整流二极管组成的倍压整混引弧电源(3),其交流输入端与晶 闸管整流器的交流输入端相连接。
全文摘要
本发明属于带有直流引弧电源的直流弧焊机，它是节电减材全新一代的直流弧焊机，由整流变压器、整流或可控整流器和倍压整流引弧电源等组成。其特征在利用整流变压器次级供给整流或可控整流器的交流输入电压直接进行倍压整流来获得引弧所需的直流引弧电压。从而可以简化结构、降低整流变压器的次级绕组电压来提高整流变压器的变压比和功率因数，减少变压器的用铜量和用铁量，达到直流弧焊电源和直流弧焊机节电减材的目的。使用本发明的各类硅整流式和晶闸管整流式的直流弧焊机，可以取代现有各类有工频整流变压器的直流弧焊机，特别是现有ZX5型晶闸管直流弧焊电源的直流弧焊机会有很大的经济效益和社会效益。
文档编号B23K9/067GK101391332SQ20081011031
公开日2009年3月25日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者龚秋声 申请人:龚秋声