專利名稱:利用l-c諧振電路提高空載電壓節(jié)能交流弧焊機(jī)的制作方法
本實(shí)用新型是用于手工電弧焊的節(jié)能交流電弧焊機(jī)。
已知的交流電弧焊機(jī)，為提高空載電壓，并保持較高水平的功率因數(shù)，采用L－C諧振電路，電容C與一次線圈串接《電弧諧振電源》～國(guó)外焊接(1983.1)，當(dāng)輸出電流時(shí)，電容才能串接入電力電路，但需要昂貴的轉(zhuǎn)換裝置，而且所需要的電容容量也較大，適用受到限制。當(dāng)L－C電路與焊機(jī)輸入端并聯(lián)時(shí)，如文獻(xiàn)《提高空電壓的交流焊機(jī)～具有兩芯柱并接電容和附加線圈》所提供的。載自《世界專利文摘公報(bào)》W－X通訊和電力工程周次E26 1982.8.11，它是通過(guò)兩芯柱變壓器通過(guò)空間漏磁來(lái)提高空載電壓的，但漏磁條件不強(qiáng)。提高空載電壓的效果欠佳。
本實(shí)用新型是針對(duì)以上兩種焊機(jī)的不足。其特征是采用完全新型的三芯柱的結(jié)構(gòu)，在保證焊機(jī)較高的空載電壓和功率因數(shù)同時(shí)。所用電容較小(只有幾微法)，以達(dá)到較好的節(jié)能效果。
本實(shí)用新型提出一種新結(jié)構(gòu)型式的L－C諧振電路提高空載電壓的弧焊變壓器?；『缸儔浩鞯南陆低馓匦允峭ㄟ^(guò)電感產(chǎn)生的。如果在空載時(shí)使電抗器(電感)鐵芯通過(guò)適當(dāng)磁通量，使電感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓UKUK＝4.44fNKφM×10－8＝4.44fNKBMSK×10－8……(1)式中NK是電感線圈的匝數(shù)；BM是電感鐵芯通過(guò)的最高磁通密度(高斯)；SK是電感鐵芯斷面(cm2)；f是頻率、f＝50赫。
如果使感應(yīng)電壓UK與二次線圈輸出電壓U2同相位，則交流弧焊機(jī)的空載電壓U0＝U2＋UK，UK可以高達(dá)幾十伏。為了使電抗器鐵芯中產(chǎn)生較高的磁通量，必需采用L－C諧振電路，當(dāng)L和C串接時(shí)，其總阻抗按下式計(jì)算
式中R是電阻。其值較小，可以忽略。
XC是電容的阻抗值(歐姆)；XL是電感的阻抗值(歐姆)。
在L－C電路中，電容的容量不需要很大，只有幾微法就夠了，電感線圈的匝數(shù)較多，電容和電感的阻抗值都較高。但是兩者的差值(XC－XL)是一個(gè)較小的數(shù)值?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)碾娏?，可以在電抗器鐵芯中產(chǎn)生較高的磁通，從而使電感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓UK。用L－C諧振電路提高弧焊變壓器的原理如圖1所示。
在空載時(shí)L－C諧振電路能提高交流弧焊機(jī)的空載電壓，如果設(shè)計(jì)適當(dāng)，焊機(jī)空載電壓較高，而焊機(jī)的功率因數(shù)也較高。當(dāng)二次線圈輸出電流時(shí)，電容C阻止電流輸入。
本實(shí)用新型可采用分離式或同體式，圖2所示的同體抽頭式節(jié)能交流焊機(jī)即為一例。
芯柱Ⅰ上的一次線圈N1Ⅰ及二次線圈N2Ⅰ構(gòu)成為變壓器。兩線圈緊密耦合。繞在芯柱Ⅲ上的兩組線圈N1Ⅲ及N2Ⅲ相當(dāng)于兩個(gè)電抗器，一個(gè)串接于輸入端，一個(gè)串接于輸出端。串接輸入端的線圈導(dǎo)線細(xì)，抽頭方便，抽頭多，作為細(xì)調(diào)電流之用。串接在輸出端的線圈導(dǎo)線粗，抽頭少，作為粗調(diào)電流之用，繞在芯柱Ⅱ上的線圈NⅡ是L－C諧振電路的電感線圈，匝數(shù)較多，只要通過(guò)幾安電流，就能在芯柱Ⅱ中產(chǎn)生很高磁通量，又因?yàn)樾局驍嗝姹刃局翊?，因此必然有一部分磁通量通過(guò)電抗器芯柱Ⅲ，使阻抗線圈N2Ⅲ及N1Ⅲ產(chǎn)生感應(yīng)電壓，使焊機(jī)空載電壓提高，各線圈的繞向必須配合適當(dāng)，否則，達(dá)不到予期結(jié)果。
如果不設(shè)抽頭，而使電抗器磁路的間隙可調(diào)，則此焊機(jī)便是動(dòng)鐵式的同體式焊機(jī)。
本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方案如圖2所示。
(1)首先確定變壓器鐵芯斷面面積SⅠ，可參照下表所列數(shù)值
電抗器鐵芯斷面面積SⅢ＝(0.7～0.8)SⅠ；L－C電路的電感鐵芯斷面面積SⅡ＝(1.4～1.5)SⅠ。
(2)確定變壓器的線圈匝數(shù)變壓器的一次線圈匝數(shù)可按下式計(jì)算N1Ⅰ＝ (450000U1)/(0.93BMSI) ……(3)變壓器的二次線圈匝數(shù)按下式計(jì)算N2Ⅰ＝ (N1IU2)/(U1) ……(4)U1是變壓器輸入電壓，U2是輸出電壓。
(3)焊接電流調(diào)節(jié)范圍及阻抗線圈的確定首先根據(jù)焊機(jī)的額定電流確定最大焊接電流Imax及最小焊接電流Imin。其次是根據(jù)Imax及Imin確定最小阻抗Xmin和最大阻抗Xmax，阻抗X按下式計(jì)算
式中Uf是電弧電壓，Uf＝20＋0.04Ⅰ。
根據(jù)最小阻抗值Xmin及最大阻抗值Xmax按下式計(jì)算阻抗線圈匝數(shù)N2Ⅲ的最小匝數(shù)和最多匝數(shù)。
式中δ是電抗鐵芯間隙。δ＝0.2～0.4cm。
根據(jù)Xmax可確定阻抗線圈的最多匝數(shù)，為了制造方便，細(xì)調(diào)抽頭設(shè)在輸入端的電抗線圈上。輸出端電抗線圈一匝可折合輸入端電抗線圈約為7匝。
(4)諧振電路的電容C及電感線圈匝數(shù)的確定L－C諧振電路不宜通過(guò)大電流，這就決定了電容的容量，電容過(guò)大必然要通過(guò)大電流，空載電流太大是不允許的，電容大也不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，電容的容量小于十微法較為合理，電容應(yīng)能承受1500V電壓。諧振電路通過(guò)的電流應(yīng)小于5A。電容阻抗XC按下式計(jì)算。
XC＝ 1/(2πfc) ……(7)電感L的線圈匝數(shù)用計(jì)算方法確定有困難，因?yàn)殡姼械蔫F芯是變斷面的，而且又分為兩支路，難以準(zhǔn)確計(jì)算。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)電感線圈的匝數(shù)NⅡ應(yīng)該比變壓器的一次線圈匝數(shù)多，一般情況NⅡ＝(1.5～2)N1Ⅱ。最后通過(guò)經(jīng)驗(yàn)以通過(guò)L－C諧振電路的電流小于5A為宜。
關(guān)于導(dǎo)線斷面的確定以及變壓器窗口尺寸等問(wèn)題和一般焊機(jī)設(shè)計(jì)方法相同。
這種新型節(jié)能交流電弧焊機(jī)當(dāng)空載電壓相同時(shí)，比B×1及B×3型焊機(jī)功率因數(shù)提高20％以上，即當(dāng)輸出電流相同時(shí)，輸入電流降低20％以上。用L－C諧振電路提高焊機(jī)空載電壓的交流弧焊機(jī)是節(jié)能效果顯著的新產(chǎn)品。所用的電容較小，增加銅導(dǎo)線的量也不多，因而使焊機(jī)成本提高不多，比采用大容量的電容補(bǔ)償更經(jīng)濟(jì)、更適用。
權(quán)利要求
1.一種采用L-C諧振電路的節(jié)能交流弧焊機(jī)，其特征在于采用三芯柱(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)的抽頭式弧焊電源。
2.如權(quán)利要求
1所說(shuō)的節(jié)能交流弧焊機(jī)其特征在于變壓器的原副線圈N1Ⅰ、N2Ⅰ緊密耦合繞在一個(gè)芯柱(Ⅰ)上，輸入端電抗線圈(N1Ⅲ)和輸出端的電抗線圈(N2Ⅲ)同繞在一個(gè)芯柱(Ⅲ)上，電感線圈(NⅡ)繞在一個(gè)芯柱(Ⅱ)上。
3.如權(quán)利要求
1和2所說(shuō)的節(jié)能交流弧焊機(jī)，其特征在于一個(gè)多抽頭電抗線圈(N1Ⅲ)串接在輸入端，一個(gè)多抽頭電抗線圈(N2Ⅲ)串接在輸出端。
專利摘要
利用L—C諧振電路使電抗器的鐵芯中產(chǎn)生較高的磁通量。使阻抗線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，以提高交流弧焊機(jī)的空載電壓。該焊機(jī)采用三芯柱結(jié)構(gòu)繞在芯柱上的線圈構(gòu)成變壓器，繞在芯柱III上的線圈構(gòu)成兩個(gè)電抗器，一個(gè)串接于輸入端，另一個(gè)串接于輸出端，芯柱II上的線圈是L—C諧振電路的電感線圈，線圈通過(guò)電流，在芯柱II中產(chǎn)生強(qiáng)磁通。部分磁通量通過(guò)芯柱III，使阻抗線圈受感應(yīng)產(chǎn)生電壓，以提高交流弧焊機(jī)空載電壓。
文檔編號(hào)B23K9/10GK86200722SQ86200722
公開(kāi)日1988年2月10日 申請(qǐng)日期1986年2月3日
發(fā)明者那學(xué)忠 申請(qǐng)人:吉林工業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan