改進的環形高效直流弧焊機的製作方法

2023-08-07 21:43:26 2

專利名稱：改進的環形高效直流弧焊機的製作方法
技術領域：
本發明涉及弧焊機技術，具體涉及一種改進的環形高效直流弧焊機。
技術背景目前弧焊機都採用交流市電作為工作電源，由於交流市電頻率為50Hz，即在一秒鐘內 交流電出現50次正半周和負半周，因此採用交流弧焊機在焊接的過程中，每秒鐘就會出現 一百次點火熄火動作，焊接性能有限。而採用直流弧焊機就不會出現頻繁的點火熄火現象， 並且直流弧焊機的電壓電流波形比較平滑，焊接性能比交流弧焊機優越。然而現有的直流弧焊機大部分為單相或三相的，採用方形鐵芯作為變壓器的鐵芯，而 且對焊接電流的調節是通過在變壓器中設置移動鐵芯來實現，只能用手動的方式來調節， 不能自動調節。方形鐵芯做成的直流弧焊機體積大，重量大，效率低，能耗高，焊接性能 較差，其核心部分——變壓器鐵芯由無數塊無取向的矽鋼片組疊而成，其縱向截面為方形。 鐵芯所產生的磁場不是集中在一個整體上，而是從這一塊矽鋼片跳到另外一塊矽鋼片上， 這期間要經過無數個矽鋼片之間的接口，從而使鐵芯呈現很大的磁阻，因此方形變壓器和方形弧焊機的Bm值特別低。此外，經本申請人對二相直流弧焊機的實踐研究發現，其中的兩個變壓器的次級輸出 端直接與整流電路、電抗器連接，在大功率焊接中，兩個變壓器的次級負半周輸出的電流存在很大的差別與順時針方向起第二根相線連接的變壓器，其次級負半周的輸出，總是比與順時針方向起第一根相線連接的變壓器的次級負半周的輸出要大，例如與B相連接的 變壓器次級負半周輸出比與A相連接的要大。次級負半周所輸出的大電流，將使相應變壓 器的初級線圈電流也很大，並產生高熱，及其容易損壞變壓器；於此同時，另外一個變壓 器的電流則過小，焊接的效果不理想。再有，現有弧焊機的鐵芯一般採用八字型腳支撐，散熱效果不夠佳，且支撐腳容易與 線圈接觸而損壞線圈，影響弧焊機的正常工作。 發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種改進的環形高效直流弧焊機，提高變壓器鐵芯Bm 值的同時，可自動調節焊接電流，繞線容易繞制，整機散熱快，不容易產生高熱。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案 一種環形高效直流弧焊機，包括環 形變壓器、整流電路及濾波電容，從環形變壓器的初級線圈引出電源輸入端，環形變壓器的輸出端與整流電路連接，其特徵在於還包括電抗器；所述環形變壓器的鐵芯為圓環形, 整流電路為橋式整流電路；環形變壓器的輸出電壓經整流電路、電抗器處理及濾波電容濾 波後，再作用在待焊接物上。採用圓環形鐵芯，大大提高了弧焊機的效率。所述的環形變壓器以及整流電路包括兩組，通過並聯連接，構成二相直流弧焊機。所述電抗器包括兩個繞向相反的線圈，該兩個線圈連接在環形變壓器的輸出端與整流 電路之間。環形變壓器的輸出電壓經電抗器後，再經整流電路整流。所述的二相直流弧焊機中，其電抗器包括兩個繞向相反的線圈，該兩個線圈串接在兩 組整流電路的並聯輸出端。二相直流弧焊機的環形變壓器輸出先整流後經電抗器，無需增 加電抗器線圈的數量，從而降低了電抗器繞線的複雜程度，也節約了生產成本。上述二相直流弧焊機進一步包括一限流電抗器；兩組變壓器的初級線圈分別與三相電 壓中的兩相一一連接，其中限流電抗器串聯在與順時針方向起第二根相線連接的變壓器的 次級負半周輸出端。採用了限流電抗器後，兩變壓器的輸出電流得到了平衡，避免出現高 熱或電流過小的現象。所述電抗器包括可以左右移動的動鐵，該動鐵與電抗器的鐵芯之間設有硬質絕緣膠板。 所述電抗器輸出端串聯一電感濾波器，該電感濾波器鐵芯為環形鐵芯。 所述環形變壓器鐵芯呈豎直狀安裝在支撐座上；所述支撐座包括三隻支撐腳、三條連 接杆，三隻支撐腳均高於鐵芯的高度，三條連接杆分別連接在相鄰支撐腳的上端之間。所述環形變壓器鐵芯呈豎直狀安裝在支撐座上；所述支撐座包括至少兩隻支撐腳，以 及與支撐腳下端連接的圓環，所述支撐腳均分於圓環上。本發明與現有技術相比，體積小，重量輕(只有同功率方形直流弧焊機重量的1/4-1/2), 效率高達96%。變壓器鐵芯採用由一條矽鋼帶巻繞而成的環形鐵芯，鐵芯所產生的磁場不 存在從這一塊矽鋼片跳躍到另外一塊矽鋼片上的現象，其Bm值是方形鐵芯的2倍以上。此 外，環形變壓器正負半周的輸出電壓經整流電路後，分別與電抗器上繞向相反的兩個線圈 連接，從而使弧焊機有很好電流自動控制功能，不會產生高熱，同時也使得整流後的脈動 電壓更平緩。經試驗測定，用65V的輸出電壓，用10條直徑3,2毫米的普通焊條焊接工件， 僅消耗電能1.2度。


圖la為本發明實施例一的結構示意圖；圖lb為本發明實施例二的結構示意圖；圖2a為圖1的A-A剖視圖；圖2b為圖2a中的絕緣部件結構示意圖； 圖3為圖la的電路結構示意圖； 圖4a為本發明實施例三的結構示意圖； 圖4b為本發明實施例四的結構示意圖； 圖5a為實施例三的電壓整流前波形圖；圖5b為實施例三的電壓整流後波形圖；圖6a為圖4a的電路結構示意圖； 圖6b為圖4b的電路結構示意圖； 圖7為變壓器鐵芯的安裝示意圖之一； 圖8為變壓器鐵芯的安裝示意圖之二； 圖9為支撐腳的側視圖。
具體實施方式
如圖la、圖2a、圖2b所示，本發明的變壓器鐵芯為採用取向型矽鋼片巻繞成的環形鐵 芯1，在鐵芯環壁外表面上設有凸臺100。如圖7、 8所示，變壓器鐵芯1豎直安裝於支撐 座2上，比以前的八字型腳更為優越，不會與設備的其他部位相接觸，避免損壞線圈。其 中支撐座2可以是可拆式的，如圖7所示，包括三隻支撐腳21、三條連接杆22，三隻支撐 腳21均高於鐵芯1的高度，三條連接杆22通過螺絲分別擰接在相鄰支撐腳21的上端之間， 從而形成一穩固的三角形；連接杆22可採用鋼材製成。支撐座2還可以是固定式的，如圖 8所示，包括至少兩隻支撐腳23，以及與支撐腳下端固定連接的圓環24，支撐腳23均分於 圓環24上。如圖9所示，支撐腳21或支撐腳23上都設有卡接位25，裝配弧焊機時，卡接 位25卡套住變壓器的鐵芯。環形鐵芯1與線圈之間設有絕緣部件200，其由上下對稱的兩 部分組成，邊角呈倒角結構，形成斜面201;絕緣部件200在鐵芯端面102上方的截面呈三 角形202，其中靠近鐵芯內環壁11的一條邊203與內環壁101成135° 。絕緣部件200的 上下兩部分套於環形鐵芯1上後，就使線圈繞制時，可平滑地從環形鐵芯1的外環壁經斜 面201過渡到鐵芯端面，再平滑地從端面經三角形的一邊203過渡到鐵芯的內環壁101。當 凸臺100的高度與凸臺到端面的距離相等時，線圈從鐵芯外環壁過渡到鐵芯上下端面的轉 角為45° ;而三角形的一邊203與鐵芯內環壁成135° ，線圈從鐵芯端面過渡到鐵芯內環 壁的轉角也為45° ,因此線圈彎轉所產生的應力大大地減小了，線圈的電阻也大大地降低 了。通過設置邊角呈倒角結構的絕緣部件，環形鐵芯外表面也可不設凸臺。以上描述了本發明所採用的變壓器結構，下面將根據直流弧焊機所含變壓器個數不同，以及變壓器與整流電路、電抗器的不同連接關係舉幾個實施例，對本發明作進一步說明 實施例一如圖la所示，本實施例為單相環形直流弧焊機，電抗器連接在環形變壓器的輸出端與 整流電路之間。從環形變壓器的初級線圈的兩端引出電源輸入端3、 3'，從次級線圈引出環 形變壓器的輸出端，其中正半周輸出端引線依次與電壓選擇開關4的四個輸入觸點連接， 從電壓選擇開關4輸出觸點引出的繞線9'(即變壓器正半軸輸出端引線)與環形變壓器負 半周輸出端引線9分別以相反的方向纏繞在電抗器鐵芯51上，從而使電抗器鐵芯上形成兩 個繞向相反的線圈511、 512，也完成了變壓器與電抗器的連接。本實施例中，正半周輸出 端引線9'以右手螺旋的方向繞於電抗器鐵芯51上，然後與整流電路的二極體VI陽極連接； 而負半周輸出端引線9則以左手螺旋的方向繞於電抗器鐵芯51上，然後與整流電路的二極 管V2陽極連接。轉動電抗器的手柄52可使電抗器動鐵53左右移動，改變電抗器的感抗， 從而調節電抗器對電流阻礙能力的強弱。電抗器動鐵53與電抗器鐵芯51之間設有硬質絕 緣膠板54,可防止電抗器產生巨大渦流，有效地避免了電抗器產生高熱。電抗器動鐵53的 一端設有可降噪的配重件55，可將動鐵33與下方的固鐵壓緊，從而不會產生較大的振動， 噪聲降低。在電抗器兩側設有兩塊對稱的硬質絕緣膠板56，將電抗器夾住。整流電路為橋式整流電路，包括二極體V1、 V2、 V3、 V4，直接螺固於水冷器底部進 行冷卻降溫，其中二極體V1、 V2與電感濾波器6串聯後連接至直流弧焊機負載輸出端7; 二極體V3、V4的陰極分別與環形變壓器的負半周輸出端、電壓選擇開關4的輸出觸點連接， 而陽極接地。其中電感濾波器6的鐵芯為環形鐵芯，通過八字型支撐腳安裝於弧焊機的底 板上。濾波電容C並聯在橋式整流電路的正負輸出端之間，用於濾除整流輸出的高頻分量， 在濾波電容C的正極還引出一個弧焊機負載輸出端7'。實際使用時，可根據需要選擇負載 輸出端7或7'，從負載輸出端7輸出的電壓由於經過了環形電感濾波器6做進一步的濾波 處理，電壓波形較平滑，飛沙很少，適合焊接合金鋼和焊接質量要求高的鋼鐵製品；而從 負載輸出端7，輸出的電壓只經過濾波電容C的濾波處理，電壓還存在較多的諧波分量，波 形不夠平滑，但效率高，適合焊接普通鋼材。圖3為圖la的電路結構示意圖，其中L1為圖la中的環形變壓器，L2為圖la中的電 抗器，L3為環形濾波器6。實施例二如圖lb所示，本實施例為單相環形直流弧焊機，電抗器鐵芯上兩個繞向相反的線圈511、 512串接在整流電路的輸出端。本實施例結構、工作原理與實施例一的基本相同，只是電抗 器改接在整流電路的輸出端，故不贅述。實施例三如圖4a所示，本實施例為雙相環形直流弧焊機，電抗器連接在環形變壓器的輸出端與 整流電路之間；在實施例一的基礎上加上了一個結構、材料及繞線均相同的II號環形變壓 器，從該環形變壓器初級線圈引出另一電源輸入端8、 8'，同樣地從其次級線圈引出變壓器 的輸出端。兩個變壓器的正半周輸出端引線與電壓選擇開關4'的輸入觸點一一連接，同一 級電壓的輸出端引線連接到同一級輸入觸點上；在電壓選擇開關4'的輸出端，將同組的輸 出觸點並聯後各引出一條繞線，分別為I號環形變壓器的正半周輸出端引線9'及II號環形 變壓器的正半周輸出端引線10'。I號環形變壓器的負半周輸出端引線9與II號環形變壓器的正半周輸出端引線10'以左 手螺旋的方向繞制於電抗器的鐵芯51上，形成2個同步線圈，然後分別連接至整流電路二 極管V4、 V3的陽極；I號環形變壓器的正半周輸出端引線9'與II號環形變壓器的負半周 輸出端引線10以右手螺旋的方向繞制於電抗器的鐵芯51上，形成2個同步線圈，然後分 別連接至二極體VI、 V2的陽極，從而使得I號環形變壓器與II號環形變壓器的正半周輸出 端繞線相反。至此，電抗器鐵芯上就形成了兩組繞向相反的線圈，每組線圈包括兩個繞向 相同的線圈；同一環形變壓器的正負半周輸出端繞線分別連接到兩組線圈上，且不同環形 變壓器的正負半周輸出端繞線接在不同的線圈上。整流電路為橋式整流電路，包括二極體V1 V8，直接螺固於水冷器底部進行冷卻降溫， 其中二極體V1 V4的陰極與弧焊機的負載輸出端7連接；二極體V5 V8的陰極分別與變 壓器輸出端引線IO、 10'、 9、 9'連接，陽極接地。濾波電容C1、 C2串接後並接在橋式整流 電路的輸出端正負極之間。圖6a為圖4a的電路結構示意圖，其中Ll為I號環形變壓器，L4為II號環形變壓器， L2為電抗器。本實施例在實際使用時，可使用一個環形變壓器與單相電源連接，此時工作原理與實 施例一相同。當同時使用兩個變壓器與雙相電源連接時，電源輸入端3、 8與零線連接，而 電源輸入端3'、 8'分別接A相線和B相線，如圖4a所示，其中A、 B相線相位差為120° ;雙相電源經變壓器輸出後，傳輸至電抗器和橋式整流電路，整流前電壓波形如圖5a所示， 整流後電壓波形如圖5b所示，其中T為整流輸出波形的周期。在0-U時間內II號變壓器輸出負半周電流14，在042時間內I號變壓器輸出正半周電 流h，故在0+時間內電流I！及14通入電抗器上的兩個同步線圈時產生由下向上的磁場。在t2-t4時間內I號變壓器輸出負半周電流l2，在trt3時間內II號變壓器輸出負半周電流l3，故在t2-t3時間內電流12及13通入電抗器上的兩個同步線圈時產生由上向下的磁場。而在trt2及t3-t4時間內，I號變壓器與II號變壓器的輸出端電流同時在正半周或同時在負半周，使電抗器鐵芯所產生的磁場方向相反，相互抵消，不產生電感。可見在一個周期內的兩個時間段(0-t!及t2-t3)，電抗器各產生一次方向相反的磁場；而在另外兩個時間段(tH2及t3-t4) 不產生磁場，電抗器無感抗，在這兩個時間段內，交流電將不受阻礙地全部通過電抗器， 從而減小了整流輸出波形的起伏，使波形更平滑。可見，本實施例雖然沒採用實施例一的二次濾波元件——環形電感濾波器6，但其整流輸出波形同樣可以很平滑；雖然有兩路電源輸入，但由於變壓器次級線圈輸出的電流通過電抗器後連接的是整流二極體，二極體的反向截止特性使得電路中不會出現平行電流；由於採用了電抗器，裝置的自動控制電流的能 力更強，再加上變壓器的空載功率很小，因此在整個焊接過程變壓器繞組不會產生高熱， 只有小小的暖感，效果非常明顯。實施例四如圖4b所示，為了使雙相直流弧焊機在大功率焊接時不易產生高熱，本實施例在實施 例三的基礎上加了個限流電抗器LIO。電抗器LIO串接在與順時針方向起第二根相線連接 的變壓器的次級負半周輸出端，在本實施例中，I號變壓器與A相連接，II號變壓器與B相 連接，順時針方向起第一個相線為A相，第二根相線為B相，電抗器L10串聯在II號變壓 器的次級負半周輸出端。除此之外，本實施例變壓器的輸出電壓經整流電路整流後，再由電抗器5處理。電抗 器5包括兩個繞向相反的線圈511、 512，該兩個線圈串接在兩組整流電路的並聯輸出端； 線圈511相當於實施例三裡的2個繞向相同的同步線圈，而線圈512相當於實施例三裡的 另外2個繞向相同的同步線圈。與實施例三相比，本實施例中的電抗器少了 2個線圈，簡 化了電抗器的繞線。圖4b的電路結構示意圖如圖6b所示。本實施例的結構及工作原理與實施例三基本相同，故不贅述。
權利要求
1.一種改進的環形高效直流弧焊機，包括環形變壓器、整流電路及濾波電容，從環形變壓器的初級線圈引出電源輸入端，環形變壓器的輸出端與整流電路連接，其特徵在於還包括電抗器；所述環形變壓器的鐵芯為圓環形，整流電路為橋式整流電路；環形變壓器的輸出信號經整流電路、電抗器處理及濾波電容濾波後，再作用在待焊接物上。
2. 根據權利要求1所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述的環形變 壓器以及整流電路包括兩組，通過並聯連接，構成二相直流弧焊機。
3. 根據權利要求1所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述電抗器包 括兩個繞向相反的線圈，該兩個線圈連接在環形變壓器的輸出端與整流電路之間。
4. 根據權利要求2所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述電抗器包 括兩組繞向相反的線圈，每組線圈包括兩個繞向相同的線圈；同一環形變壓器的正負半周 輸出端繞線分別連接到兩組線圈上，且不同環形變壓器的正負半周輸出端繞線接在不同的 線圈上。
5. 根據權利要求1所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述電抗器包 括兩個繞向相反的線圈，該兩個線圈串接在整流電路的輸出端。
6. 根據權利要求2所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述電抗器包 括兩個繞向相反的線圈，該兩個線圈串接在兩組整流電路的並聯輸出端。
7. 根據權利要求2或6所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於進一步包 括一限流電抗器；兩組變壓器的初級線圈分別與三相電壓中的兩相一一連接，其中限流電 抗器串聯在與順時針方向起第二根相線連接的變壓器的次級負半周輸出端。
8. 根據權利要求3、 5或6所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述電抗器包括可以左右移動的動鐵，該動鐵與電抗器的鐵芯之間設有硬質絕緣膠板。
9. 根據權利要求8所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述電抗器動鐵的一端設有可降噪的配重件。
10. 根據權利要求3、 5或6所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述環形變壓器的邊角呈倒角結構。
11. 根據權利要求3、 5或6所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述橋式整流電路的整流二極體螺固於水冷器的底部進行冷卻降溫。
12. 根據權利要求3、 5或6所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述電抗器輸出端串聯一電感濾波器，該電感濾波器鐵芯為環形鐵芯。
13.根據權利要求3、 5或6所述的改進的環形高效直流弧焊機，其特徵在於所述環形變壓器鐵芯呈豎直狀安裝在支撐座上；所述支撐座包括三隻支撐腳、三條連接杆，三 只支撐腳均高於鐵芯的高度，三條連接杆分別連接在相鄰支撐腳的上端之間；或者所述支 撐座包括至少兩隻支撐腳，以及與支撐腳下端固定連接的圓環，所述支撐腳均分於圓環上。
全文摘要
本發明公開了一種改進的環形高效直流弧焊機，包括環形變壓器、整流電路及濾波電容，從環形變壓器的初級線圈引出電源輸入端，環形變壓器的輸出端與整流電路連接，其特徵在於還包括電抗器；所述環形變壓器的鐵芯為圓環形，整流電路為橋式整流電路；環形變壓器的輸出信號經整流電路、電抗器處理及濾波電容濾波後，再作用在待焊接物上。與現有技術相比，本發明體積小，重量輕，效率高達96％。此外，環形變壓器正負半周的輸出電壓經整流電路後，分別與電抗器上繞向相反的兩個線圈連接，從而使弧焊機有很好電流自動控制功能，不會產生高熱，同時也使得整流後的脈動電壓更平緩。
文檔編號H01F30/06GK101234450SQ200810086728
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月11日 優先權日2007年3月13日
發明者黃汝明 申請人:黃汝明