专利名称:利用l-c谐振电路提高空载电压节能交流弧焊机的制作方法
本实用新型是用于手工电弧焊的节能交流电弧焊机。
已知的交流电弧焊机，为提高空载电压，并保持较高水平的功率因数，采用L－C谐振电路，电容C与一次线圈串接《电弧谐振电源》～国外焊接(1983.1)，当输出电流时，电容才能串接入电力电路，但需要昂贵的转换装置，而且所需要的电容容量也较大，适用受到限制。当L－C电路与焊机输入端并联时，如文献《提高空电压的交流焊机～具有两芯柱并接电容和附加线圈》所提供的。载自《世界专利文摘公报》W－X通讯和电力工程周次E26 1982.8.11，它是通过两芯柱变压器通过空间漏磁来提高空载电压的，但漏磁条件不强。提高空载电压的效果欠佳。
本实用新型是针对以上两种焊机的不足。其特征是采用完全新型的三芯柱的结构，在保证焊机较高的空载电压和功率因数同时。所用电容较小(只有几微法)，以达到较好的节能效果。
本实用新型提出一种新结构型式的L－C谐振电路提高空载电压的弧焊变压器。弧焊变压器的下降外特性是通过电感产生的。如果在空载时使电抗器(电感)铁芯通过适当磁通量，使电感线圈产生感应电压UKUK＝4.44fNKφM×10－8＝4.44fNKBMSK×10－8……(1)式中NK是电感线圈的匝数；BM是电感铁芯通过的最高磁通密度(高斯)；SK是电感铁芯断面(cm2)；f是频率、f＝50赫。
如果使感应电压UK与二次线圈输出电压U2同相位，则交流弧焊机的空载电压U0＝U2＋UK，UK可以高达几十伏。为了使电抗器铁芯中产生较高的磁通量，必需采用L－C谐振电路，当L和C串接时，其总阻抗按下式计算
式中R是电阻。其值较小，可以忽略。
XC是电容的阻抗值(欧姆)；XL是电感的阻抗值(欧姆)。
在L－C电路中，电容的容量不需要很大，只有几微法就够了，电感线圈的匝数较多，电容和电感的阻抗值都较高。但是两者的差值(XC－XL)是一个较小的数值。可以通过适当的电流，可以在电抗器铁芯中产生较高的磁通，从而使电感线圈产生感应电压UK。用L－C谐振电路提高弧焊变压器的原理如图1所示。
在空载时L－C谐振电路能提高交流弧焊机的空载电压，如果设计适当，焊机空载电压较高，而焊机的功率因数也较高。当二次线圈输出电流时，电容C阻止电流输入。
本实用新型可采用分离式或同体式，图2所示的同体抽头式节能交流焊机即为一例。
芯柱Ⅰ上的一次线圈N1Ⅰ及二次线圈N2Ⅰ构成为变压器。两线圈紧密耦合。绕在芯柱Ⅲ上的两组线圈N1Ⅲ及N2Ⅲ相当于两个电抗器，一个串接于输入端，一个串接于输出端。串接输入端的线圈导线细，抽头方便，抽头多，作为细调电流之用。串接在输出端的线圈导线粗，抽头少，作为粗调电流之用，绕在芯柱Ⅱ上的线圈NⅡ是L－C谐振电路的电感线圈，匝数较多，只要通过几安电流，就能在芯柱Ⅱ中产生很高磁通量，又因为芯柱Ⅱ断面比芯柱Ⅰ大，因此必然有一部分磁通量通过电抗器芯柱Ⅲ，使阻抗线圈N2Ⅲ及N1Ⅲ产生感应电压，使焊机空载电压提高，各线圈的绕向必须配合适当，否则，达不到予期结果。
如果不设抽头，而使电抗器磁路的间隙可调，则此焊机便是动铁式的同体式焊机。
本实用新型的最佳实施方案如图2所示。
(1)首先确定变压器铁芯断面面积SⅠ，可参照下表所列数值
电抗器铁芯断面面积SⅢ＝(0.7～0.8)SⅠ；L－C电路的电感铁芯断面面积SⅡ＝(1.4～1.5)SⅠ。
(2)确定变压器的线圈匝数变压器的一次线圈匝数可按下式计算N1Ⅰ＝ (450000U1)/(0.93BMSI) ……(3)变压器的二次线圈匝数按下式计算N2Ⅰ＝ (N1IU2)/(U1) ……(4)U1是变压器输入电压，U2是输出电压。
(3)焊接电流调节范围及阻抗线圈的确定首先根据焊机的额定电流确定最大焊接电流Imax及最小焊接电流Imin。其次是根据Imax及Imin确定最小阻抗Xmin和最大阻抗Xmax，阻抗X按下式计算
式中Uf是电弧电压，Uf＝20＋0.04Ⅰ。
根据最小阻抗值Xmin及最大阻抗值Xmax按下式计算阻抗线圈匝数N2Ⅲ的最小匝数和最多匝数。
式中δ是电抗铁芯间隙。δ＝0.2～0.4cm。
根据Xmax可确定阻抗线圈的最多匝数，为了制造方便，细调抽头设在输入端的电抗线圈上。输出端电抗线圈一匝可折合输入端电抗线圈约为7匝。
(4)谐振电路的电容C及电感线圈匝数的确定L－C谐振电路不宜通过大电流，这就决定了电容的容量，电容过大必然要通过大电流，空载电流太大是不允许的，电容大也不经济。根据实践经验，电容的容量小于十微法较为合理，电容应能承受1500V电压。谐振电路通过的电流应小于5A。电容阻抗XC按下式计算。
XC＝ 1/(2πfc) ……(7)电感L的线圈匝数用计算方法确定有困难，因为电感的铁芯是变断面的，而且又分为两支路，难以准确计算。根据实践经验电感线圈的匝数NⅡ应该比变压器的一次线圈匝数多，一般情况NⅡ＝(1.5～2)N1Ⅱ。最后通过经验以通过L－C谐振电路的电流小于5A为宜。
关于导线断面的确定以及变压器窗口尺寸等问题和一般焊机设计方法相同。
这种新型节能交流电弧焊机当空载电压相同时，比B×1及B×3型焊机功率因数提高20％以上，即当输出电流相同时，输入电流降低20％以上。用L－C谐振电路提高焊机空载电压的交流弧焊机是节能效果显著的新产品。所用的电容较小，增加铜导线的量也不多，因而使焊机成本提高不多，比采用大容量的电容补偿更经济、更适用。
权利要求
1.一种采用L-C谐振电路的节能交流弧焊机，其特征在于采用三芯柱(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)的抽头式弧焊电源。
2.如权利要求
1所说的节能交流弧焊机其特征在于变压器的原副线圈N1Ⅰ、N2Ⅰ紧密耦合绕在一个芯柱(Ⅰ)上，输入端电抗线圈(N1Ⅲ)和输出端的电抗线圈(N2Ⅲ)同绕在一个芯柱(Ⅲ)上，电感线圈(NⅡ)绕在一个芯柱(Ⅱ)上。
3.如权利要求
1和2所说的节能交流弧焊机，其特征在于一个多抽头电抗线圈(N1Ⅲ)串接在输入端，一个多抽头电抗线圈(N2Ⅲ)串接在输出端。
专利摘要
利用L—C谐振电路使电抗器的铁芯中产生较高的磁通量。使阻抗线圈产生感应电压，以提高交流弧焊机的空载电压。该焊机采用三芯柱结构绕在芯柱上的线圈构成变压器，绕在芯柱III上的线圈构成两个电抗器，一个串接于输入端，另一个串接于输出端，芯柱II上的线圈是L—C谐振电路的电感线圈，线圈通过电流，在芯柱II中产生强磁通。部分磁通量通过芯柱III，使阻抗线圈受感应产生电压，以提高交流弧焊机空载电压。
文档编号B23K9/10GK86200722SQ86200722
公开日1988年2月10日 申请日期1986年2月3日
发明者那学忠 申请人:吉林工业大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan