專利名稱：大電流焊接電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電弧焊接，更具體地說(shuō)，涉及一種用來(lái)以連續(xù)電流脈沖產(chǎn)生大焊接電流的改進(jìn)焊接電源。
本發(fā)明利用晶體管切換類型的逆變器，來(lái)把三相輸入電源轉(zhuǎn)換成一個(gè)負(fù)載耦合變壓器，由該變壓器能整流逆變器的交流輸出，以在焊接操作的電極與工件之間產(chǎn)生電流。這種逆變器采用以高于18kHz操作的脈沖寬度調(diào)制器，以便控制流經(jīng)焊接操作裝置的焊接電流的大小。這些逆變器在先有技術(shù)中是熟知的，并且一般表示在Blankenship 5,349,157和Blankenship 5,351,175中。這些專利包括在這里供參考，用作說(shuō)明三相逆變器的背景信息，電流由把電流脈沖引導(dǎo)到逆變器的輸出變壓器的一個(gè)高頻脈沖寬度調(diào)制器控制。這些專利表明使用一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器的三相逆變器的概念，該脈沖寬度調(diào)制器帶有一個(gè)用來(lái)控制在逆變器輸出處的電流的誤差放大器，該電流在焊接操作中使用。
為了提供交流焊接操作，特別是用于交流MIG焊接的操作，已經(jīng)建議，對(duì)于在輸出變壓器上帶有一個(gè)次級(jí)繞組的晶體管切換網(wǎng)絡(luò)類型逆變器的輸出級(jí)，使用一個(gè)輸出耦合變壓器，以建立一個(gè)一般為正的終端和一個(gè)一般為負(fù)的終端。通過(guò)使用一個(gè)電感器和兩個(gè)基于晶體管的開(kāi)關(guān)，如IGBT，能通過(guò)焊接操作引導(dǎo)正電流脈沖，隨后是負(fù)電流脈沖。通過(guò)閉合一個(gè)把逆變器輸出處的正終端經(jīng)電極和工件耦合到負(fù)或接地終端上的第一開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生正電流脈沖。為了使電流反向和引起負(fù)電流脈沖，由一個(gè)基于晶體管的第二開(kāi)關(guān)把焊接操作裝置連接到在逆變器輸出處的負(fù)終端上。把每個(gè)基于晶體管的開(kāi)關(guān)與電極和工件以及一個(gè)電流持續(xù)電感器的一部分串聯(lián)。通過(guò)交替地當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)閉合第一開(kāi)關(guān)而當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)閉合時(shí)斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)，建立交流焊接過(guò)程。該過(guò)程包括連續(xù)的正和負(fù)電流脈沖。用來(lái)產(chǎn)生交流焊接過(guò)程的這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)證明十分成功；然而，當(dāng)焊接電流大時(shí)，即超過(guò)約200安培時(shí)，與基于晶體管的第一和第二開(kāi)關(guān)相并聯(lián)的緩沖器非常昂貴和十分大。當(dāng)斷開(kāi)一個(gè)脈沖且接通下一個(gè)脈沖時(shí)，這些緩沖器必須保持開(kāi)關(guān)兩端的高電壓。只要適當(dāng)處理在從一種極性到相反極性的切換操作期間的電壓，這種用于大焊接電流的逆變器電源在交流電弧焊接中就是成功的。這是把基于逆變器的電源用于大焊接電流的一個(gè)明顯缺點(diǎn)。
人們發(fā)現(xiàn)，切換通過(guò)由脈沖寬度調(diào)制器操作的切換型逆變器產(chǎn)生的大焊接電流，會(huì)由于焊接操作中的感抗和必須在極性之間切換電流的速度而引起高電壓。在以上定義類型的交流焊機(jī)中在正極性與負(fù)極性之間的變換期間的感應(yīng)電壓，等于感抗乘以衍生電流。因而電壓可能非常難以抑制。為此，當(dāng)在正極性與負(fù)極性之間切換大焊接電流時(shí)，一直使用各種結(jié)構(gòu)的能量吸收緩沖器電路來(lái)減小或控制感應(yīng)電壓。在這方面的大電流一般是指高于約200安培和超過(guò)1,000-1,200安培。處理這些高電壓必需的緩沖器電路都涉及高損耗和/或高成本。該高電壓等于焊接電路的電感乘以在切換操作期間每單位時(shí)間瞬時(shí)電流的變化。由于在逆變器的輸出處在焊接操作中使用的晶體管具有切斷開(kāi)關(guān)以停止導(dǎo)通所需要的固定時(shí)間，所以由緩沖器處理的感應(yīng)電壓，與開(kāi)關(guān)開(kāi)始切斷時(shí)的電流大小和通與斷之間的過(guò)渡成比例。為此，在過(guò)去，在大電流切換用途中使用的電路，如電弧焊機(jī)，通常包括上述精巧的緩沖器結(jié)構(gòu)，以抑制當(dāng)切斷開(kāi)關(guān)時(shí)出現(xiàn)的高電壓峰值。
在由脈沖寬度調(diào)制器操作的切換逆變器驅(qū)動(dòng)的類型的交流焊機(jī)中，特別是由三相電源驅(qū)動(dòng)的一種中，通過(guò)本發(fā)明可急劇減小當(dāng)在逆變器輸出處切換大電流時(shí)的瞬態(tài)電壓。已經(jīng)對(duì)1200安培的基于交流逆變器的電源試驗(yàn)了本發(fā)明，其中在每個(gè)電流脈沖后沿處切斷開(kāi)關(guān)以使焊接電流的極性反轉(zhuǎn)之前，把輸出電流減小到150安培。當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)切斷時(shí)，另一個(gè)開(kāi)關(guān)接通以產(chǎn)生相反極性的電流脈沖，該電流立刻變換到相反極性的150安培，并且然后迅速變換到以相反方向通過(guò)焊接電路中的電感器的最大電流。通過(guò)在切斷大電流脈沖之前切斷逆變器，使在除去脈沖中的電流迅速衰減到低電流值。因此，以低電流值完成在極性之間的切換，該低值在例子中設(shè)置在150安培。在該例子中，顯著減小了當(dāng)切斷開(kāi)關(guān)時(shí)在他們兩端的感應(yīng)電壓。的確，在1200安培下，當(dāng)電流的開(kāi)關(guān)值設(shè)置得較低時(shí)，能除去緩沖器。減小緩沖器電壓力，以便允許較高的交流切換頻率，而不增加緩沖器的功率處理要求。
按照本發(fā)明，提供一種用來(lái)產(chǎn)生連續(xù)電流脈沖的焊接電流的焊接電源的改進(jìn)，由此脈沖具有一個(gè)最大電流值和一個(gè)減弱(trailingoff)狀態(tài)。因而，在最佳實(shí)施例中涉及連續(xù)的正和負(fù)電流脈沖的電流脈沖的每一個(gè)，變換到一般高于約200安培的最大電流值。電源帶有一個(gè)逆變器級(jí)，該逆變器級(jí)帶有一個(gè)連接到最好是三相的電源上的輸入端、一個(gè)當(dāng)逆變器接通時(shí)處于第一電極性的第一終端、一個(gè)當(dāng)逆變器接通時(shí)處于第二電極性的第二終端、及一個(gè)接地終端。在本發(fā)明中，一個(gè)控制器產(chǎn)生一個(gè)切斷逆變器級(jí)，并因而從終端除去大電流的斷開(kāi)信號(hào)。逆變器級(jí)的這種釋放把電流向斷開(kāi)狀態(tài)變換。當(dāng)斷開(kāi)逆變器級(jí)時(shí)，脈沖電流向零電流衰減。在電源的正常使用中，逆變器級(jí)保持接通，而輸出開(kāi)關(guān)用來(lái)從負(fù)變換到正極性。這就產(chǎn)生了在本發(fā)明的背景中討論的問(wèn)題。
按照本發(fā)明，即使當(dāng)把輸出開(kāi)關(guān)用來(lái)使極性反轉(zhuǎn)時(shí)，也切斷產(chǎn)生用于交流電弧焊機(jī)的電流的逆變器級(jí)，從而當(dāng)有極性反轉(zhuǎn)時(shí)允許電流向零電流衰減。當(dāng)達(dá)到低值時(shí)，使開(kāi)關(guān)反向，終止現(xiàn)有的電流脈沖并且立刻產(chǎn)生相反極性的下一個(gè)電流脈沖。開(kāi)關(guān)處于包括兩個(gè)基于晶體管的開(kāi)關(guān)的功率切換網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)具有當(dāng)產(chǎn)生第一邏輯信號(hào)時(shí)電流從終端之一通過(guò)的導(dǎo)通狀態(tài)、和當(dāng)產(chǎn)生第二邏輯信號(hào)時(shí)中斷電流的非導(dǎo)通狀態(tài)。本發(fā)明能與僅產(chǎn)生單個(gè)極性的脈沖的單個(gè)輸出功率開(kāi)關(guān)一起使用。因而，廣義地說(shuō)，本發(fā)明涉及切斷逆變器級(jí)，允許電流脈沖衰減到選擇的電流級(jí)，并且然后切斷輸出功率開(kāi)關(guān)以終止電流脈沖。然而，本發(fā)明的最佳實(shí)施例用于交流電弧焊接。有兩種電流脈沖。當(dāng)接通一個(gè)輸出開(kāi)關(guān)時(shí)，另一個(gè)輸出功率開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，反之亦然，從而連續(xù)產(chǎn)生相反極性的電流脈沖。電流脈沖的每一個(gè)帶有一個(gè)尾沿，通過(guò)在減小脈沖電流必需的短時(shí)間期間切斷逆變器，產(chǎn)生該尾沿。然后通過(guò)把第二邏輯信號(hào)施加到開(kāi)關(guān)上終止電流脈沖，由此把開(kāi)關(guān)變換到非導(dǎo)通狀態(tài)。在實(shí)際中，用于每個(gè)功率開(kāi)關(guān)，不管是單個(gè)開(kāi)關(guān)直流單元還是兩個(gè)開(kāi)關(guān)交流單元，的第一邏輯信號(hào)，是接通開(kāi)關(guān)的邏輯1。邏輯0是把該開(kāi)關(guān)或諸開(kāi)關(guān)切斷的第二邏輯信號(hào)。
按照本發(fā)明，使用一個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量焊接電流的瞬時(shí)值，當(dāng)瞬時(shí)電流處于明顯低于電流脈沖的最大電流值的一個(gè)選擇值時(shí)，使用一個(gè)比較器來(lái)產(chǎn)生低電流信號(hào)，并且在產(chǎn)生切斷逆變器級(jí)的信號(hào)之后產(chǎn)生低電流信號(hào)時(shí)，一個(gè)電路或程序產(chǎn)生用來(lái)切斷一個(gè)開(kāi)關(guān)的第二邏輯信號(hào)。如果把兩個(gè)開(kāi)關(guān)用于交流焊接，則當(dāng)一個(gè)電流脈沖由其功率開(kāi)關(guān)切斷時(shí)，接通下一個(gè)電流脈沖，所以當(dāng)以后再接通逆變器級(jí)時(shí)，電流直接向最大電流前進(jìn)。僅在極性反轉(zhuǎn)之前的短時(shí)間段內(nèi)切斷逆變器。因?yàn)槟孀兤黝愋碗娀『笝C(jī)的輸出阻抗一般是小的值，所以輸出電流能迅速改變。下一個(gè)電流脈沖前進(jìn)到最大電流，并且然后保持最大電流，直到下一個(gè)電流反轉(zhuǎn)序列。
首先切斷逆變器級(jí)，并且然后諸開(kāi)關(guān)使極性反轉(zhuǎn)。在電流響應(yīng)切斷的逆變器而衰減到選擇值之后，實(shí)現(xiàn)兩種極性之間的實(shí)際切換。由于在開(kāi)關(guān)兩端的感應(yīng)電壓是切換時(shí)的電流乘以固定電感的函數(shù)，所以在開(kāi)關(guān)反向操作期間電流變化的急劇減小也急劇地減小感應(yīng)電壓。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，能幾乎不用或不用緩沖器來(lái)切換1000-1200安培。這是使用高頻逆變器切換網(wǎng)絡(luò)和輸出開(kāi)關(guān)來(lái)產(chǎn)生相反極性電流脈沖的類型的交流焊機(jī)的改進(jìn)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明的逆變器級(jí)由一個(gè)單或多相輸入供電。由于本發(fā)明能與三相輸入一起使用，所以容易平衡焊接操作，而用于大電流焊接的該類型的先有技術(shù)切換單元是具有生成不平衡功率的單相電源。這種不平衡在本發(fā)明中使用的大電流值下是更成問(wèn)題的。
按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，逆變器級(jí)涉及由以高于約18kHz的頻率操作的脈沖寬度調(diào)制器控制的切換網(wǎng)絡(luò)。該脈沖寬度調(diào)制器以高速率操作逆變器級(jí)中的開(kāi)關(guān)。交流焊機(jī)的平均焊接電流傳送到一個(gè)誤差放大器，以便通過(guò)按照標(biāo)準(zhǔn)逆變器實(shí)踐改變脈沖調(diào)制器的工作循環(huán)，來(lái)控制焊接操作的平均電流。在使用本發(fā)明的電源輸出處產(chǎn)生的電流脈沖頻率相當(dāng)?shù)?，即小于約400Hz。的確，交流焊接操作實(shí)際上在40Hz-200Hz的一般范圍內(nèi)，這與逆變器級(jí)的高頻操作大不相同。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，改進(jìn)的電源能用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)單極性脈沖、或交變極性脈沖。因而，焊機(jī)具有直流負(fù)模式、直流正模式或交流模式。在所有模式中，切斷逆變器級(jí)，允許最大電流衰減到較低的選擇電流值，這時(shí)通過(guò)斷開(kāi)產(chǎn)生電流脈沖的開(kāi)關(guān)終止電流脈沖。由于在交流操作模式中反轉(zhuǎn)極性的速率確定交流焊接操作的頻率，所以電壓控制振蕩器或類似軟件編程用來(lái)改變焊接脈沖頻率；但是，相同的頻率用于操作逆變器級(jí)的脈沖寬度調(diào)制器。因而，僅通過(guò)改變控制極性切換網(wǎng)絡(luò)的振蕩器、其他電路或程序的速率，就能容易地調(diào)節(jié)交流焊接頻率。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明能把電流脈沖終止時(shí)的脈沖電流減小到小于約200安培的值，并且最好減小到在100-150安培一般范圍內(nèi)的值。即使當(dāng)脈沖的最大電流是1000-1200安培時(shí)，也能使用終止電流脈沖后沿的這種低電流切換。至此，在這種大電流交流電源中需要極大、昂貴的緩沖器。
按照本發(fā)明，通過(guò)在第一與第二命令信號(hào)之間的切換產(chǎn)生相反極性的電流脈沖。一個(gè)命令信號(hào)接通一個(gè)開(kāi)關(guān)，而另一個(gè)命令信號(hào)斷開(kāi)另一個(gè)開(kāi)關(guān)。這反轉(zhuǎn)電流脈沖的極性。在切換命令信號(hào)以使輸出焊接操作的極性反轉(zhuǎn)之前，采用一個(gè)時(shí)間延遲電路來(lái)切斷逆變器級(jí)。
在本發(fā)明的描述中，第一和第二邏輯信號(hào)與一個(gè)信號(hào)開(kāi)關(guān)有關(guān)。邏輯1(第一邏輯信號(hào))接通開(kāi)關(guān)，而邏輯0(第二邏輯信號(hào))斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。當(dāng)然，能顛倒邏輯信號(hào)的數(shù)字值。在交流操作模式中，有第一和第二命令信號(hào)。這兩個(gè)命令信號(hào)是用來(lái)接通一個(gè)開(kāi)關(guān)和斷開(kāi)另一個(gè)開(kāi)關(guān)的信號(hào)。這些命令信號(hào)永遠(yuǎn)不會(huì)是相同的邏輯，并且按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例由觸發(fā)器的Q和Q終端產(chǎn)生。當(dāng)接通一個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)，另一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。這是命令信號(hào)的操作。當(dāng)邏輯1接通開(kāi)關(guān)時(shí)和邏輯0斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，邏輯信號(hào)與單個(gè)開(kāi)關(guān)有關(guān)。因而，每個(gè)命令信號(hào)帶有兩個(gè)指示由命令信號(hào)控制的各個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)的邏輯信號(hào)。當(dāng)需要命令信號(hào)時(shí)，這一般意味著開(kāi)關(guān)接通一個(gè)邏輯信號(hào)。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種焊接電源，該焊接電源產(chǎn)生具有約200安培的大電流值的連續(xù)電流脈沖，并且通過(guò)切斷一個(gè)功率開(kāi)關(guān)終止脈沖，改進(jìn)該電源，由此在明顯低于終止脈沖的最大電流的低電流值處，出現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)的切斷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種如以上定義的用于電弧焊接的獨(dú)特交流電源，該電源具有有很大最大電流的交替電流脈沖。當(dāng)斷開(kāi)的功率開(kāi)關(guān)載有大大低于電源的大電流的電流時(shí)，通過(guò)斷開(kāi)一個(gè)功率開(kāi)關(guān)和閉合另一個(gè)功率開(kāi)關(guān)反轉(zhuǎn)脈沖。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種如以上定義的電源，該電源由一個(gè)逆變器級(jí)驅(qū)動(dòng)，該逆變器級(jí)連接到三相電源上，并且在高頻下由一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器操作，由此高頻逆變器級(jí)提供用于低頻交流焊接操作的電流。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種如以上定義的用來(lái)產(chǎn)生連續(xù)電流脈沖的電源，該電源利用基于晶體管的開(kāi)關(guān)，如IGBT，當(dāng)切斷極性反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)時(shí)，該電源幾乎不需要或不需要緩沖。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種如以上定義的用來(lái)產(chǎn)生連續(xù)電流脈沖序列的電源，該電源能操作由在比約20kHz高的頻率下和以超過(guò)約200安培的最大電流下操作的逆變器級(jí)驅(qū)動(dòng)的低達(dá)40-60kHz的輸出頻率。這是一種用于電弧焊接的獨(dú)特交流電源，該電源由于有大輸出電流值下的低頻輸出電流的能力，而具有高頻逆變器轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)。
由與附圖一起進(jìn)行的如下描述，將明白這些和其他目的與優(yōu)點(diǎn)。


圖1是在實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施例時(shí)使用的逆變器級(jí)和輸出切換網(wǎng)絡(luò)的示意線路圖；圖1A是圖1中所示電源簡(jiǎn)化線路圖，表明在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中使用的反轉(zhuǎn)切換網(wǎng)絡(luò)；圖2是線路圖，表示在用來(lái)產(chǎn)生逆變器斷開(kāi)信號(hào)及第一和第二命令信號(hào)的最佳實(shí)施例中使用的控制裝置的邏輯網(wǎng)絡(luò)；圖3是曲線圖，表示通過(guò)實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施例產(chǎn)生的各種波形；圖4是曲線圖，示意地表明在描述本發(fā)明的基本方面中有用的交流焊接電流波形；圖5-7是曲線圖，表示用于使用圖2中所示本發(fā)明最佳實(shí)施例的交流焊接的電流波形；圖8是示意線路圖，表明本發(fā)明最佳實(shí)施例的改進(jìn)；及圖9是曲線圖，表明通過(guò)圖8中所示最佳實(shí)施例的改進(jìn)產(chǎn)生的的電流波形。
現(xiàn)在參照附圖，其中的表示僅是為了表明最佳實(shí)施例的目的而不是為了限制最佳實(shí)施例的目的，圖1和1A表示一個(gè)用來(lái)使交變電流通過(guò)電極E和接地工件W的交流焊接電源10。電源10利用帶有一個(gè)整流器輸入14和適于把大值直流提供給輸出切換網(wǎng)絡(luò)16的標(biāo)準(zhǔn)逆變器級(jí)12，該輸出網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生電源10的電流脈沖，以便在工件W處進(jìn)行焊接操作。為了提供形成網(wǎng)絡(luò)16的輸入的直流輸出終端，把一個(gè)全波整流器18連接到逆變器級(jí)上，從而把至整流器14的多相輸入電壓轉(zhuǎn)換成具有超過(guò)200安培最好高達(dá)1000-1200安培的最大電流值的直流電源。
逆變器級(jí)12在結(jié)構(gòu)方面是頗為標(biāo)準(zhǔn)的，并且包括一個(gè)表示為形成至整流器14的一個(gè)輸入的多相電源的交流輸入20，整流器14把直流鏈路22引導(dǎo)到晶體管切換網(wǎng)絡(luò)30，以便經(jīng)負(fù)載變壓器32的初級(jí)繞組34提供交變電流脈沖。一個(gè)帶有中心零點(diǎn)38的次級(jí)繞組36接地，并且連接到焊接操作的工件W上。晶體管切換網(wǎng)絡(luò)包括MOSFET開(kāi)關(guān)或其他類似晶體管型開(kāi)關(guān)，以便在初級(jí)繞組34中產(chǎn)生交變電流脈沖。輸出變壓器32具有非常低的電感，從而能十分迅速地切斷網(wǎng)絡(luò)30。開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的這種快速通和斷廣泛用在焊接電源中，例如由The Lincoln Elecrtric Company of Cleveland，Ohio銷售的標(biāo)準(zhǔn)STT焊機(jī)中，該焊機(jī)一般表示在通過(guò)參考包括在這里的Stave5,001,326中。具有低電感且能夠十分迅速切斷的逆變器級(jí)的概念是熟知的。如在該先有專利中、和通過(guò)參考包括在這里的其他專利中表示的那樣，切換網(wǎng)絡(luò)30由在先有Stava專利中表示的以超過(guò)18kHz且最好在20-40kHz之間操作的一個(gè)頗為標(biāo)準(zhǔn)的脈沖寬度調(diào)制器40操作。形成轉(zhuǎn)換器或逆變器的晶體管切換網(wǎng)絡(luò)的脈沖寬度調(diào)制器控制是標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，并且逆變器級(jí)的輸出電流由來(lái)自誤差放大器50的線42上的電壓控制，該放大器可以響應(yīng)在具有代表電源10的希望輸出電流的電壓或數(shù)目字的輸入線52上的電壓值，用軟件方法實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，把希望電流值設(shè)置到一個(gè)超過(guò)約200安培的值。由放大器50把輸入線52上的代表性信號(hào)與輸入線54上電壓信號(hào)或數(shù)目字形式的電源平均輸出電流相比較。來(lái)自電流測(cè)量分路60的電壓具有代表線62中瞬時(shí)電流值的一個(gè)值。一個(gè)電流平均電路64平均線62中的瞬時(shí)電流值，該值可以是模擬或數(shù)字值。電路64在放大器50的輸入線54中產(chǎn)生一個(gè)平均電流代表性電壓信號(hào)或字。如至今描述的那樣，逆變器級(jí)涉及標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，可以是計(jì)算機(jī)中的軟件、或模擬電路的控制器70，按照標(biāo)準(zhǔn)控制概念在線52上產(chǎn)生代表性電壓；然而，除線52中的電壓或字之外，控制器70也在線72中提供逆變器斷開(kāi)信號(hào)。在線72中的邏輯1立刻釋放脈沖寬度調(diào)制器以切斷逆變器級(jí)12，從而它不再向整流器18供給電流?？刂破?0也在線80、82中產(chǎn)生開(kāi)關(guān)命令信號(hào)，其中第一邏輯，即邏輯1立刻把相應(yīng)輸出功率開(kāi)關(guān)接通，而第二邏輯，即邏輯0，立刻斷開(kāi)相應(yīng)輸出功率開(kāi)關(guān)。全波整流器18包括二極管D1-D4，以產(chǎn)生一個(gè)正電流終端90、一個(gè)負(fù)電流終端92、及一個(gè)連接到中心抽頭或零點(diǎn)38上及連接到工件W上的接地或公共終端94。電源10利用輸出切換網(wǎng)絡(luò)16，以便在電極E與工件W之間產(chǎn)生大電流脈沖。如表明的那樣，一個(gè)IGBT形式的基于晶體管的第一開(kāi)關(guān)SW1，當(dāng)在線80中接收到命令信號(hào)時(shí)閉合。開(kāi)關(guān)SW1的閉合產(chǎn)生從正終端90經(jīng)輸出電感器110的正段112且然后跨過(guò)焊接過(guò)程的電弧的電流脈沖。一個(gè)IGBT形式的基于晶體管的第二開(kāi)關(guān)SW2，當(dāng)在線82中接收到邏輯1時(shí)閉合，以便產(chǎn)生經(jīng)電感器110的負(fù)段114、且到形成逆變器級(jí)12的輸出的整流器18的負(fù)終端52的負(fù)電流脈沖。緩沖器100、102分別并聯(lián)地在開(kāi)關(guān)SW1、SW2兩端連接。如果不實(shí)施本發(fā)明的基本方面，則這些緩沖器必須十分大，并且必須處理極高的電壓，因?yàn)楦袘?yīng)電壓等于電感器段112或114的值和電流的微分或瞬時(shí)變化。如果電流在1000-1200安培的范圍內(nèi)，則短切斷時(shí)間給出大的di/dt。感應(yīng)電壓極高，并且必須由緩沖器100、102調(diào)節(jié)。至此描述的用在大電流交流焊接操作中的電源是新的，并且能處理超過(guò)200安培的大電流和甚至超過(guò)1000安培的大電流。這是用于MIG焊接的AC焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明的主要方面減小了緩沖器100、102的尺寸和/或需要。
按照本發(fā)明，如圖2和3中所示，在反轉(zhuǎn)線80、82中的邏輯或命令信號(hào)之前的短時(shí)間內(nèi)，由線72中的信號(hào)切斷逆變器級(jí)12的網(wǎng)絡(luò)30。因而，在反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)SW1、SW2的導(dǎo)通狀態(tài)之前，切斷電流供給。能使用多種結(jié)構(gòu)來(lái)完成該控制操作。這樣的結(jié)構(gòu)可能是硬件、軟件或其組合。為了說(shuō)明起見(jiàn)，一個(gè)硬件控制電路或裝置150包括圖2中所示的邏輯網(wǎng)絡(luò)。來(lái)自控制裝置或邏輯網(wǎng)絡(luò)的輸出脈沖表示在圖3的時(shí)間坐標(biāo)曲線中，以及電流曲線的生成交變電流脈沖P1、P2表示在圖3的頂部。在表明的控制電路或裝置150中，邏輯網(wǎng)絡(luò)包括帶有其連接到線80上的Q終端和其連接到線82上的Q終端的觸發(fā)器160。該觸發(fā)器可能是軟件或由另一種非符合裝置代替。在這些終端上的邏輯表示在圖3中曲線200、202中。當(dāng)一個(gè)命令信號(hào)處于邏輯1時(shí)，另一個(gè)命令信號(hào)處于邏輯0。因此，當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)SW1、SW2切斷時(shí)，另一個(gè)開(kāi)關(guān)立刻接通。該切換動(dòng)作反轉(zhuǎn)脈沖的極性，以產(chǎn)生一個(gè)包括用在電弧焊接中的脈沖P1、P2的交流輸出。觸發(fā)器160的數(shù)據(jù)終端D連接到能用軟件方法實(shí)現(xiàn)的振蕩器170的輸出線172上。觸發(fā)器160的數(shù)據(jù)終端D上的二進(jìn)制邏輯表示在曲線206中，曲線206構(gòu)成出現(xiàn)在線172中振蕩器170的輸出。為了把邏輯從D終端傳送到Q終端，必須在時(shí)鐘終端CK處接收時(shí)鐘脈沖，時(shí)鐘終端CK表明為連接到電壓值比較器180的輸出182上。這些邏輯裝置以模擬術(shù)語(yǔ)和符號(hào)表示；然而，也使用數(shù)字電路。觸發(fā)器160按照在觸發(fā)器160的輸出處和在線80、82上提供表示在曲線200、202上的邏輯的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐而操作。在這些線上的邏輯分別控制開(kāi)關(guān)SW1、SW2。在圖3中，當(dāng)表示在曲線206中的數(shù)據(jù)D是邏輯0時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)時(shí)鐘脈沖204a。該時(shí)鐘動(dòng)作引起邏輯0出現(xiàn)在命令信號(hào)線80上，和邏輯1出現(xiàn)在命令信號(hào)線82上，如曲線200、202中所示。因而，在點(diǎn)200a處，有開(kāi)關(guān)SW1、SW2的導(dǎo)通狀態(tài)的反轉(zhuǎn)。這把電流從脈沖P1變換到脈沖P2，以在正極性電流脈沖P1與負(fù)極性電流脈沖P2之間提供極性反轉(zhuǎn)。當(dāng)曲線206處于邏輯1時(shí)，在接收到時(shí)鐘脈沖204b時(shí)在點(diǎn)200b處再次反轉(zhuǎn)在線80、82上的命令信號(hào)。因而，電流脈沖的極性再次從負(fù)極性脈沖P2反轉(zhuǎn)到正極性脈沖P1。對(duì)于下一個(gè)時(shí)鐘脈沖204c，實(shí)現(xiàn)另一種電流極性反轉(zhuǎn)。因而，觸發(fā)器160在電源10的輸出處產(chǎn)生交流焊接電流。產(chǎn)生在圖3中表示為曲線206的信號(hào)的振蕩器170，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓控制振蕩器，其中在線174上的電壓輸入改變輸出172中的脈沖頻率。振蕩器速率的這種變化，改變用于圖3的上部曲線中所示的脈沖極性的反轉(zhuǎn)頻率。以類似的方式，通過(guò)改變線176上的電壓，能改變振蕩器170的工作循環(huán)。工作循環(huán)在圖3中表示為50％。通過(guò)改變線176中的電壓，按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，能改變振蕩的工作循環(huán)，以改變?cè)陔娫?0的交流輸出中的電流脈沖的工作循環(huán)。
在圖3中由曲線204表示的在線182中的時(shí)鐘脈沖通過(guò)比較輸入線184、186上的電壓產(chǎn)生。輸入線184是在焊接操作中由分路60檢測(cè)的瞬時(shí)電弧電流。在輸入端186上的電壓是對(duì)應(yīng)于線184上的電壓設(shè)置的變阻器188的輸出，線184處于最好在100-150安培范圍內(nèi)且一般小于約200安培的選擇值。當(dāng)瞬時(shí)電流低于由變阻器188設(shè)置的表明為100安培的選擇值時(shí)，邏輯1出現(xiàn)在線182中。再參照?qǐng)D3中的曲線204，脈沖204a-204c表示在其期間比較器180輸出指示比在輸入186處的選擇值小的電流的邏輯1的時(shí)間。通過(guò)讀線62中的瞬時(shí)值、和把該值用來(lái)計(jì)時(shí)觸發(fā)器160，保證極性變化僅出現(xiàn)在低于100安培的值下。該特征只是本發(fā)明的一個(gè)方面。還必須通過(guò)線72中的邏輯1切斷逆變器級(jí)12，作為開(kāi)關(guān)SW1、SW2的極性反轉(zhuǎn)的準(zhǔn)備。本發(fā)明的該方面由各種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中之一作為邏輯網(wǎng)絡(luò)210表明在圖2中。該網(wǎng)絡(luò)利用逆變器212變換線172上的邏輯，這時(shí)它出現(xiàn)在線172a上?！芭c非”門(mén)230帶有一個(gè)具有線82上的邏輯的輸入232，該邏輯表示在圖3的曲線202中。至門(mén)230的另一輸入是作為圖3中曲線206的線172。當(dāng)曲線202和206的邏輯都是邏輯1時(shí)，邏輯0出現(xiàn)在線234中。這在線72中產(chǎn)生邏輯1，這是“與非”門(mén)250的輸出。以類似方式，“與非”門(mén)240具有連接到線80上的輸入242，并且表示為圖3中的曲線200。在線172a上的振蕩器變換邏輯表示在圖3的曲線202中。當(dāng)邏輯1出現(xiàn)在曲線200和220上時(shí)，邏輯0出現(xiàn)在門(mén)240的輸出244處以在線72中產(chǎn)生邏輯1。在線72中的邏輯是表示在圖3的曲線222中的逆變器斷開(kāi)信號(hào)。振蕩器曲線206一改變邏輯，該逆變器斷開(kāi)信號(hào)就出現(xiàn)。逆變器212用在邏輯網(wǎng)絡(luò)210中，以便完成切斷逆變器級(jí)12的信號(hào)的適當(dāng)產(chǎn)生。如圖3中所示，斷開(kāi)信號(hào)222a-222c出現(xiàn)在時(shí)鐘脈沖204a-204c即將引起開(kāi)關(guān)SW1和SW2反轉(zhuǎn)之前。因而，在脈沖222a-222c期間，切斷逆變器并且保持?jǐn)嚅_(kāi)。在觸發(fā)器160輸出上的邏輯直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖出現(xiàn)時(shí)才改變。在上部曲線中所示的電流沿線300衰減，直到在曲線的點(diǎn)302處達(dá)到反轉(zhuǎn)點(diǎn)200a。此后，通過(guò)改變曲線200、202中所示的線80、82上的邏輯，有極性的立刻反轉(zhuǎn)。這要求在IGBT中固有的一定過(guò)渡時(shí)間，指示為出現(xiàn)在點(diǎn)302與點(diǎn)304之間。逆變器級(jí)12再次接通，并且電流沿線306增大到最大值。在圖3中所示的電流脈沖P1、P2的極性的每次反轉(zhuǎn)期間，發(fā)生這種相同的操作。在點(diǎn)302與點(diǎn)304之間有由開(kāi)關(guān)SW1、SW2的固有切換時(shí)間引起的非常短的延遲。這些開(kāi)關(guān)是指示他們沒(méi)有轉(zhuǎn)換的晶體管基極。實(shí)際上，這些開(kāi)關(guān)是IGBT。當(dāng)使用基于晶體管的開(kāi)關(guān)時(shí)，在切換操作期間沒(méi)有切換能量損失。當(dāng)然，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，能采用按照一個(gè)終端上的邏輯改變導(dǎo)通的其他快速切換裝置，只要他們具有處理能超過(guò)1000安培的大電流的能力。
以作為交變脈沖P1、P2表示在圖4中的交流電流，示意地說(shuō)明本發(fā)明。在該說(shuō)明中，一個(gè)逆變器斷開(kāi)信號(hào)出現(xiàn)在脈沖P3中的點(diǎn)320處。電流經(jīng)輸出電感器沿線322衰減，直到它達(dá)到由表示為100安培的選擇低電流值確定的低值。對(duì)于脈沖P3該電流顯著低于1200安培的最大電流。在開(kāi)關(guān)反轉(zhuǎn)點(diǎn)324處，根據(jù)線80、82上的邏輯，反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)SW1和SW2。當(dāng)這出現(xiàn)時(shí)，立刻產(chǎn)生脈沖P4，如一般沿豎直線330指示的那樣，豎直線330是對(duì)于在該處把電流驅(qū)動(dòng)到負(fù)最大值的點(diǎn)332的理論條件。開(kāi)關(guān)一閉合，電流就由緊密耦合的中心抽頭電感器變換到相反極性的相同值。在點(diǎn)334與336之間也完成經(jīng)過(guò)零的過(guò)渡。在正或負(fù)輸出電路中的標(biāo)準(zhǔn)系列電感器能使用本發(fā)明，結(jié)果是在選擇值之間電流不會(huì)這樣快地變換。圖4中所示的交流電流本質(zhì)上是代表性的，并且表示涉及切斷逆變器級(jí)的本發(fā)明的基本概念，等待電流衰減到選擇值，并且然后反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)以顛倒大電流脈沖的極性。如以前指示的那樣，通過(guò)改變示意表示為圖2中振蕩器170的軟件，能改變輸出脈沖的頻率和工作循環(huán)。該特征示意地表明在圖5和6中。在圖5中，在脈沖P5與P6之間的工作循環(huán)是50％。如下部曲線中所示，在脈沖P7與P8之間的工作循環(huán)是20％，同時(shí)保持相同的頻率。在圖6中，如此增大頻率，從而在脈沖P9與P10之間的50％工作循環(huán)由于增大的頻率而產(chǎn)生較小的單個(gè)脈沖。這種增大的頻率能有如圖所示的工作循環(huán)改變，其中脈沖P11相對(duì)于脈沖P12具有20％的工作循環(huán)。術(shù)語(yǔ)“工作循環(huán)”在這里用來(lái)指示在正脈沖與負(fù)脈沖之間的相對(duì)時(shí)間。這種不平衡條件在一定的焊接操作中可能是便利的，其中在一個(gè)方向上的導(dǎo)通顯著不同于在相反方向上的導(dǎo)通。按照另一個(gè)方面，有可能改變正和負(fù)電流脈沖的振幅，如圖7中所示，其中用于脈沖P13的振幅a顯著小于用于脈沖P14的振幅b。這種概念允許電流在一個(gè)方向比另一個(gè)方向大。當(dāng)然，脈沖P5-P14利用本發(fā)明，其中通過(guò)首先切斷逆變器級(jí)并然后反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)SW1、SW2，實(shí)現(xiàn)脈沖的終止。能實(shí)現(xiàn)交變脈沖相對(duì)形狀的其他變化。
最佳實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)表明在圖8和9中，其中焊接電源400產(chǎn)生如圖9中所示的一系列單極性脈沖P20。在本發(fā)明的這種改進(jìn)中，只采用單個(gè)開(kāi)關(guān)SW3來(lái)引導(dǎo)脈沖經(jīng)過(guò)在電極E與接地工件W之間的電弧。通過(guò)這種改進(jìn)，清楚地表明切斷逆變器以允許大電流衰減到低選擇值且然后切斷諸如IGBT之類的功率開(kāi)關(guān)的基本概念。新穎的、發(fā)明性概念是在由高頻逆變器驅(qū)動(dòng)的類型的焊接電源中，切斷大電流脈沖且然后切斷功率開(kāi)關(guān)。在這種改進(jìn)中，逆變器402具有由單個(gè)開(kāi)關(guān)SW3控制的輸出，以便使電流脈沖P20經(jīng)過(guò)電感器404和跨過(guò)電極E和接地工件W。線410中的命令信號(hào)當(dāng)開(kāi)關(guān)SW3接通時(shí)具有邏輯1，而當(dāng)該開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)具有邏輯0。線410上的邏輯由邏輯網(wǎng)絡(luò)412控制，邏輯網(wǎng)絡(luò)412帶有用來(lái)接通開(kāi)關(guān)的輸入414和一個(gè)用來(lái)切斷開(kāi)關(guān)的線416中的邏輯?？梢允擒浖目刂凭W(wǎng)絡(luò)表示成一個(gè)硬件振蕩器420，振蕩器420帶有一個(gè)用來(lái)接通或切斷逆變器402的輸出422，如線424中的邏輯指示的那樣。如果開(kāi)關(guān)SW3在所有時(shí)間都接通，則在電極E處出現(xiàn)方波脈沖。當(dāng)接通逆變器時(shí)，開(kāi)關(guān)SW3由線414上的邏輯接通。然而，當(dāng)切斷逆變器時(shí)，不立刻切斷開(kāi)關(guān)SW3。為了切斷開(kāi)關(guān)SW3需要線416中的邏輯信號(hào)。該邏輯信號(hào)是具有用來(lái)變換來(lái)自振蕩器420的邏輯的一個(gè)逆變器432的“與”門(mén)430的輸出。該變換邏輯出現(xiàn)在門(mén)430輸入處的線432a上。至門(mén)430的另一輸入是比較器440的輸出440a，比較器440具有來(lái)自由分路446所測(cè)量的瞬時(shí)焊接電流控制的電流傳感器440的在線442中的第一電壓輸入。至比較器440的第二輸入是線450上的電壓，線450具有代表選擇電流值，如100安培，的電壓或字。因而，當(dāng)切斷逆變器402時(shí)，邏輯1出現(xiàn)在線432a中。電流一減小到由線450上的電壓確定的值，邏輯1就出現(xiàn)在門(mén)430的第二輸入440a中。這引起邏輯1出現(xiàn)在線416中，以斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW3并且終止電流脈沖。因而，當(dāng)接通振蕩器時(shí)，接通開(kāi)關(guān)SW3。這表示在圖9中脈沖P20的前沿處。本發(fā)明涉及切斷逆變器402，如在點(diǎn)460處所示。通過(guò)開(kāi)關(guān)SW3的電流沿線462衰減。當(dāng)衰減的瞬時(shí)電弧電流達(dá)到指示為100安培的選擇值時(shí)，門(mén)430產(chǎn)生斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW3的邏輯1。呈現(xiàn)本發(fā)明的這種改進(jìn)，以在單脈沖電源的上下文中表示本發(fā)明的主要方面。脈沖P20以由振蕩器420的頻率確定的頻率出現(xiàn)，并且具有該振蕩器的工作循環(huán)，該振蕩器按照?qǐng)D2中振蕩器170的討論操作。因而，使用本發(fā)明能產(chǎn)生單個(gè)脈沖串，或者能產(chǎn)生交變焊接電流。
在表明的本發(fā)明的實(shí)施例中能進(jìn)行各種變更，除在電流脈沖終止之前允許大電流脈沖向選擇值衰減外，這些實(shí)施例一般包括標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。該概念，當(dāng)用在大電流焊接電源中時(shí)，是極為有益的，并且降低圖1中所示緩沖器100、102的成本，并因而降低大電流焊接電源的成本。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)以具有一個(gè)最大電流值和一個(gè)減弱狀態(tài)的連續(xù)電流脈沖產(chǎn)生焊接電流的焊接電源，所述電流脈沖流過(guò)一個(gè)包括與工件有焊接關(guān)系的電感器和電極的串聯(lián)電路，所述電源帶有一個(gè)逆變器級(jí)，帶有一個(gè)連接到一個(gè)電源上的輸入端、一個(gè)當(dāng)所述逆變器接通時(shí)處于第一電極性的第一終端、一個(gè)當(dāng)所述逆變器接通時(shí)處于第二電極性的第二終端、及一個(gè)控制器，用于產(chǎn)生一個(gè)切斷所述逆變器的斷開(kāi)信號(hào)，并從所述終端除去電流，以把所述電流脈沖向斷開(kāi)狀態(tài)變換；和一個(gè)功率切換級(jí)，包括一個(gè)基于晶體管的開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)具有一個(gè)當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)第一邏輯信號(hào)時(shí)使電流從所述第一終端流過(guò)的導(dǎo)通狀態(tài)、和一個(gè)當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)第二邏輯信號(hào)時(shí)堵塞電流的非導(dǎo)通狀態(tài)，其特征在于，包括一個(gè)傳感器，用來(lái)測(cè)量所述焊接電流的瞬時(shí)值；一個(gè)比較器，用來(lái)當(dāng)所述瞬時(shí)電流處于顯著低于所述最大電流值的選擇值時(shí)，產(chǎn)生小電流信號(hào)；及一個(gè)電路或程序，用來(lái)當(dāng)在產(chǎn)生斷開(kāi)信號(hào)之后產(chǎn)生低電流信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生所述第二邏輯信號(hào)，由此當(dāng)所述焊接電流一般達(dá)到所述選擇值時(shí)，所述基于晶體管的開(kāi)關(guān)從所述導(dǎo)通狀態(tài)切換到所述非導(dǎo)通狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電源，其中所述電源是一個(gè)三相電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)由在高于約18 kHz的頻率下操作的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器控制的切換網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)由在高于約18kHz的頻率下操作的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器控制的切換網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電源，其中所述逆變器級(jí)包括一個(gè)輸出變壓器，該變壓器帶有一個(gè)接收高頻電流脈沖的初級(jí)繞組和一個(gè)把電流脈沖提供到所述終端的次級(jí)繞組。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電源，其中電流脈沖都具有給定的電極性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電源，其中所述連續(xù)脈沖包括在正電流脈沖與負(fù)電流脈沖之間交變的脈沖。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊接電源，其中所述電源是一個(gè)三相電源。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)由在高于約18kHz的頻率下操作的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器控制的切換網(wǎng)絡(luò)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊接電源，包括用來(lái)產(chǎn)生所述正和負(fù)脈沖的裝置及用來(lái)調(diào)節(jié)所述脈沖的頻率的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)在所述正與負(fù)電流脈沖之間的相對(duì)時(shí)間的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的焊接電源，包括用來(lái)產(chǎn)生所述正和負(fù)脈沖的裝置及用來(lái)調(diào)節(jié)所述脈沖的頻率的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)所述正和負(fù)電流脈沖的相對(duì)振幅的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)在所述正與負(fù)電流脈沖之間的相對(duì)時(shí)間的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電源，其中所述選擇電流值小于約200安培。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的焊接電源，其中所述選擇電流值在100-150安培的一般范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的焊接電源，其中所述電源是一個(gè)三相電源。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)由在高于約18kHz的頻率下操作的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器控制的切換網(wǎng)絡(luò)。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的焊接電源，其中所述連續(xù)脈沖包括在正電流脈沖與負(fù)電流脈沖之間交變的脈沖。
31.一種用來(lái)通過(guò)一個(gè)逆變器產(chǎn)生連續(xù)正和負(fù)電流脈沖的焊接電源，當(dāng)接收到一個(gè)第一命令信號(hào)時(shí)，通過(guò)閉合一個(gè)基于晶體管的第一開(kāi)關(guān)，使所述正電流脈沖流過(guò)與工件串聯(lián)的一個(gè)電感器第一段和一個(gè)電極；及當(dāng)接收到一個(gè)第二命令信號(hào)時(shí)，通過(guò)閉合一個(gè)基于晶體管的第二開(kāi)關(guān)，使所述負(fù)電流脈沖流過(guò)一個(gè)電感器第二段和所述電極，其特征在于包括一個(gè)控制裝置，帶有用來(lái)在所述第一與第二命令信號(hào)之間切換以反轉(zhuǎn)所述電流脈沖的極性的反轉(zhuǎn)裝置；和延遲裝置，用來(lái)在反轉(zhuǎn)所述命令信號(hào)之前切斷所述逆變器。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的焊接電源，其中所述延遲裝置包括用來(lái)確定所述電流脈沖何時(shí)下降到選擇值的電流的裝置、和用來(lái)當(dāng)所述電流下降到所述選擇值時(shí)致動(dòng)所述反轉(zhuǎn)裝置的裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)要連接到一個(gè)多相電源上的輸入端。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的焊接電源，其中所述電感器段是單個(gè)電感器的一部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)由在高于約18kHz的頻率下操作的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器控制的切換網(wǎng)絡(luò)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
38.根據(jù)權(quán)利要求32所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)由在高于約18kHz的頻率下操作的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器控制的切換網(wǎng)絡(luò)。
39.根據(jù)權(quán)利要求32所述的焊接電源，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
40.根據(jù)權(quán)利要求31所述的焊接電源，其中所述選擇電流值小于約200安培。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的焊接電源，其中所述選擇電流值在100-150安培的一般范圍內(nèi)。
42.根據(jù)權(quán)利要求32所述的焊接電源，其中所述選擇電流值小于約200安培。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的焊接電源，其中所述選擇電流值在100-150安培的一般范圍內(nèi)。
44.根據(jù)權(quán)利要求31所述的焊接電源，其中所述反轉(zhuǎn)裝置是一個(gè)邏輯觸發(fā)器，其中Q邏輯是所述第一信號(hào)，而所述Q邏輯是所述第二命令信號(hào)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的焊接電源，其中所述延遲裝置包括一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，其中振蕩器輸出與所述邏輯信號(hào)之一相結(jié)合以切斷所述逆變器，作為啟動(dòng)另一所述邏輯信號(hào)的準(zhǔn)備。
46.根據(jù)權(quán)利要求31所述的焊接電源，其中所述延遲裝置包括一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，其中振蕩器輸出與所述命令信號(hào)之一相結(jié)合以切斷所述逆變器，作為啟動(dòng)另一所述命令信號(hào)的準(zhǔn)備。
47.根據(jù)權(quán)利要求31所述的焊接電源，其中所述延遲裝置包括用來(lái)檢測(cè)瞬時(shí)焊接電流的裝置、和用來(lái)當(dāng)所述瞬時(shí)電流處于一個(gè)選擇值時(shí)致動(dòng)所述反轉(zhuǎn)裝置的裝置。
48.一種以具有一個(gè)最大電流值和一個(gè)減弱狀態(tài)的連續(xù)電流脈沖產(chǎn)生焊接電流的方法，所述電流脈沖流過(guò)一個(gè)包括與工件有焊接關(guān)系的電感器和電極的串聯(lián)電路，所述電源帶有一個(gè)逆變器級(jí)，帶有一個(gè)連接到一個(gè)電源上的輸入端、一個(gè)當(dāng)所述逆變器接通時(shí)處于第一電極性的第一終端、一個(gè)當(dāng)所述逆變器接通時(shí)處于第二電極性的第二終端、及一個(gè)控制器，用于產(chǎn)生一個(gè)切斷所述逆變器的斷開(kāi)信號(hào)，并從所述終端除去電流，以把所述電流脈沖向斷開(kāi)狀態(tài)變換；和一個(gè)功率切換級(jí)，包括一個(gè)基于晶體管的開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)具有一個(gè)當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)第一邏輯信號(hào)時(shí)使電流從所述第一終端流過(guò)的導(dǎo)通狀態(tài)、和一個(gè)當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)第二邏輯信號(hào)時(shí)堵塞電流的非導(dǎo)通狀態(tài)，該方法包括(a)測(cè)量所述焊接電流的瞬時(shí)值；(b)當(dāng)所述瞬時(shí)電流處于顯著低于所述最大電流值的選擇值時(shí)，產(chǎn)生小電流信號(hào)；及(c)當(dāng)在產(chǎn)生斷開(kāi)信號(hào)之后產(chǎn)生低電流信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生所述第二邏輯信號(hào)，由此當(dāng)所述焊接電流一般達(dá)到所述選擇值時(shí)，所述基于晶體管的開(kāi)關(guān)從所述導(dǎo)通狀態(tài)切換到所述非導(dǎo)通狀態(tài)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述電源是一個(gè)三相電源。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述逆變器包括一個(gè)由在高于約18kHz的頻率下操作的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器控制的切換網(wǎng)絡(luò)。
51.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
52.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述連續(xù)脈沖包括在正電流脈沖與負(fù)電流脈沖之間交變的脈沖。
53.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，包括(d)產(chǎn)生所述正和負(fù)脈沖及調(diào)節(jié)所述脈沖的頻率。
54.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述選擇電流值小于約200安培。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述選擇電流值在100-150安培的一般范圍內(nèi)。
56.一種用來(lái)通過(guò)一個(gè)逆變器產(chǎn)生連續(xù)正和負(fù)電流脈沖的方法，當(dāng)接收到一個(gè)第一命令信號(hào)時(shí)，通過(guò)閉合一個(gè)基于晶體管的第一開(kāi)關(guān)，使所述正電流脈沖流過(guò)與工件串聯(lián)的一個(gè)電感器第一段和一個(gè)電極；及當(dāng)接收到一個(gè)第二命令信號(hào)時(shí)，通過(guò)閉合一個(gè)基于晶體管的第二開(kāi)關(guān)，使所述負(fù)電流脈沖流過(guò)一個(gè)電感器第二段和所述電極，該方法包括(a)在所述第一與第二命令信號(hào)之間切換以反轉(zhuǎn)所述電流脈沖的極性；和(b)在切換所述命令信號(hào)之前切斷所述逆變器。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，進(jìn)一步包括(c)確定何時(shí)所述電流脈沖下降到選擇值的電流；及(d)當(dāng)所述電流下降到所述選擇值時(shí)致動(dòng)所述反轉(zhuǎn)動(dòng)作。
58.一種用于在一個(gè)電極和一個(gè)接地工件處焊接的交流大電流電弧的焊接電源，所述電源包括一個(gè)逆變器，用來(lái)把交流電壓轉(zhuǎn)換成具有至少200安培的最大電流的直流電流源，該逆變器帶有一個(gè)正終端、一個(gè)負(fù)終端、一個(gè)接地終端、及一個(gè)輸出切換網(wǎng)絡(luò)，該輸出切換網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)與所述正終端、一個(gè)電感器第一段、所述電極和所述接地工件串聯(lián)的基于晶體管的第一開(kāi)關(guān)；一個(gè)與所述負(fù)終端、一個(gè)電感器第二段、所述電極和所述接地工件串聯(lián)的基于晶體管的第二開(kāi)關(guān)；及控制裝置，用來(lái)交替地在一個(gè)第一開(kāi)關(guān)反轉(zhuǎn)點(diǎn)處接通所述第一開(kāi)關(guān)和切斷所述第二開(kāi)關(guān)、及在一個(gè)第二開(kāi)關(guān)反轉(zhuǎn)點(diǎn)處接通所述第二開(kāi)關(guān)和切斷所述第一開(kāi)關(guān)，以產(chǎn)生具有用于電弧焊接的交替正和負(fù)電流脈沖的交流大焊接電流。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的焊接電源，其中所述逆變器具有低電感、和在接收到逆變器斷開(kāi)信號(hào)時(shí)用來(lái)切斷所述逆變器的裝置、及用來(lái)在所述反轉(zhuǎn)點(diǎn)之前產(chǎn)生所述逆變器切斷信號(hào)的控制裝置。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的焊接電源，包括用來(lái)把所述反轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)置在一般低于約200安培的選擇電流值處的裝置。
61.根據(jù)權(quán)利要求58所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)由在一般大于約18kHz的高頻下操作的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制切換網(wǎng)絡(luò)。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的焊接電源，其中所述正和負(fù)電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
63.根據(jù)權(quán)利要求58所述的焊接電源，其中所述正和負(fù)電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
64.根據(jù)權(quán)利要求59所述的焊接電源，其中所述正和負(fù)電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
65.根據(jù)權(quán)利要求63所述的焊接電源，其中所述逆變器最大電流一般大于1000安培。
66.根據(jù)權(quán)利要求64所述的焊接電源，其中所述逆變器最大電流一般大于1000安培。
67.根據(jù)權(quán)利要求62所述的焊接電源，其中所述逆變器最大電流一般大于1000安培。
68.根據(jù)權(quán)利要求61所述的焊接電源，其中所述正和負(fù)電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
69.根據(jù)權(quán)利要求60所述的焊接電源，其中所述正和負(fù)電流脈沖具有小于約400Hz的頻率。
70.根據(jù)權(quán)利要求58所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)所述脈沖的頻率的裝置。
71.根據(jù)權(quán)利要求63所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)所述脈沖的頻率的裝置。
72.根據(jù)權(quán)利要求64所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)所述脈沖的頻率的裝置。
73.根據(jù)權(quán)利要求58所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)在所述正與負(fù)電流脈沖之間的相對(duì)時(shí)間的裝置。
74.根據(jù)權(quán)利要求59所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)在所述正與負(fù)電流脈沖之間的相對(duì)時(shí)間的裝置。
75.根據(jù)權(quán)利要求58所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)在所述正與負(fù)電流脈沖的相對(duì)振幅的裝置。
76.根據(jù)權(quán)利要求59所述的焊接電源，包括用來(lái)調(diào)節(jié)在所述正與負(fù)電流脈沖的相對(duì)振幅的裝置。
77.根據(jù)權(quán)利要求58所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)連接到一個(gè)多相電源上的輸入端。
78.根據(jù)權(quán)利要求59所述的焊接電源，其中所述逆變器包括一個(gè)連接到一個(gè)多相電源上的輸入端。
79.根據(jù)權(quán)利要求58所述的焊接電源，其中所述電感器段是單個(gè)電感器的一部分。
80.根據(jù)權(quán)利要求59所述的焊接電源，其中所述電感器段是單個(gè)電感器的一部分。
全文摘要
一種用來(lái)以具有一個(gè)最大電流值和一個(gè)減弱狀態(tài)的連續(xù)電流脈沖產(chǎn)生焊接電流的焊接電源,包括:一個(gè)傳感器,用來(lái)測(cè)量焊接電流的瞬時(shí)值;一個(gè)比較器,用來(lái)當(dāng)瞬時(shí)電流處于顯著低于最大電流值的選擇值時(shí),產(chǎn)生小電流信號(hào);及一個(gè)電路或程序,用來(lái)當(dāng)在產(chǎn)生斷開(kāi)信號(hào)之后產(chǎn)生低電流信號(hào)時(shí),產(chǎn)生第二邏輯信號(hào),由此當(dāng)焊接電流一般達(dá)到選擇值時(shí),基于晶體管的開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)切換到非導(dǎo)通狀態(tài)。
文檔編號(hào)B23K9/073GK1261016SQ00101100
公開(kāi)日2000年7月26日 申請(qǐng)日期2000年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月19日
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