CN102554440B - 用于运行电阻焊装置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行电阻焊装置10的方法，其中由触发装置14在一段持续时间之内改变直流电压Up的极性和触发脉冲的数量，而所述触发脉冲的脉冲宽度不会在通常由开关引起的公差之外变化。该方法有助于减小开关损耗，并且有助于安装结构体积更小的变压器。

Description

用于运行电阻焊装置的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于尤其借助于具有变压器铁芯、初级绕组和次级绕组的(单相)中频焊接变压器运行电阻焊装置的方法以及装置。

尽管以下基本上涉及到的是中频焊接变压器，但是本发明并非仅限于此。

背景技术

将中频焊接变压器应用于焊接工艺已有一定的时间，通常由电流换向器给所述中频焊接变压器提供方波交变电压。变压器在其次级绕组上输出电流较高的低电压，接下来将该低电压整流并且用于焊接过程。所述中频变压器的运行频率高，这样高的频率使得有效的能量转换并且因此使用相对较小而且较轻的变压器成为可能。当然在运行过程中会出现滞后效应或者说饱和效应以及一方面会影响能量传递，另一方面对构件有害的电流峰值。

由于对所需结构空间的要求越来越高，因此市场趋向于开发更加小巧的中频变压器。例如可以将中频变压器用于汽车工业领域的焊钳。为了也能够借助于焊钳来焊接车身的所有部件，所述焊钳必须结构紧凑，这样才能借助于焊接机器人使其靠近偏僻的角落。因为焊钳的中频变压器是决定其尺寸的主要因素，所以焊钳尺寸的缩小始终伴随着中频变压器的缩小。

当提高用来触发变压器的开关频率时，就能减小变压器的体积。但是如果提高所述开关频率，那么当借助于已知的脉冲宽度调节方法触发为此所需的半导体器件时，开关损耗也会随之增大。

发明内容

因此本发明的任务在于，阐述一种用于运行电阻焊装置的方法以及装置，从而不会出现上述缺点。

本发明提供一种用于运行具有焊接变压器的电阻焊装置运行的方法，所述焊接变压器具有相互耦合的第一次级绕组和第二次级绕组以及初级绕组，借助于触发装置产生的触发脉冲如此触发初级绕组，使得接在初级绕组上的直流电压的极性产生有规律地反复的变化。

由触发装置在一限定的持续时间之内改变用于变压器的触发脉冲数量，而所述触发脉冲的脉冲宽度不会在通常由开关引起的公差之外变化。因此这样就能控制/调节触发装置的输出功率。因此，本发明解决所述任务的方式不同于现有技术，按照本发明所述，采用多个具有各自基本上不变脉冲宽度的单个脉冲替代已知的脉冲宽度调节，其中，所述触发装置可主动调节脉冲数量以及还有脉冲间隔的长度。

这样就不再以改变脉冲宽度的方式，而是借助于对具有不变脉冲宽度的现有单个触发脉冲的数量进行调节的方式来触发中频变压器，从而产生变压器初级部分上所需的交变电压。已确定相对于现有技术所述的技术方案，这样能够减小开关损耗。相对于脉冲宽度调节方式，在固定脉冲/间隔调节的频率比较高时，可以缩短开关过程，因此就能在通常领域的功率要求下减小开关损耗。

采用这种新型触发方式，现在就能在电阻焊钳中安装更小而且更轻的变压器，由于铁芯尺寸更小，并且采用了针对更高频率进行了优化的铁芯材料，因此这些电阻焊钳也具有更少的磁化损耗。由于次级绕组的更小长度而得到了更小的电阻，这同样也是本发明的一项优点。采用本发明此外可以使用具有更高开关频率的变流器。

总而言之，借助于本发明可以减小变流器(IGBTs)、变压器铁芯和焊接二极管中的开关损耗。本发明也可实现使用具有更轻重量以及更小体积的变压器。

替代地也可以采用脉冲宽度调节方式，在焊接作业过程中借助于触发装置改变用来控制/调节输出功率的脉冲宽度，并且并不借助于唯一的连续电平，而是借助于多个彼此相邻排列的单个脉冲来实现脉冲，如以下进一步所描述的，在变压器真正运行之前又专用于变压器地求得这种脉冲的脉冲宽度，并且使脉冲宽度在运行过程中基本上保持不变。

优选借助于触发装置所包围的集成的开关回路如此进行触发，使得触发装置可根据集成的开关回路的触发节拍的周期持续时间推导出触发脉冲的脉冲宽度。因此触发脉冲的脉冲宽度可以等于触发节拍持续的周期的时间的n倍，其中n可以包括所有整数。持续时间也可以等于触发节拍的周期的持续时间的n倍，其中n也可以更新地包括所有整数。

这实际上就意味着，运行/钟控所述触发装置的基频用来产生触发脉冲的脉冲宽度和脉冲周期，因此这样就能实现脉冲及其精调。在此精度仅仅受到基频限制。此外这种技术方案还可降低开关技术花费，因为这样就不必采用其它节拍发生器。

在焊接作业之前的初始化阶段期间，所述触发装置优选根据焊接变压器中出现的磁通密度确定用于接下来的焊接作业的触发脉冲的脉冲宽度。这样触发装置(例如变流器)就能关于所产生的触发脉冲自动适配不同的变压器和电源电压。例如当电网电压较高时可提高变压器的开关频率，因为电压/时间积分面积在电压升高时减小，并且因为电压时间积分与磁化强度成正比，也会如此影响变压器铁芯中的磁饱和度。由所述触发装置通过测量技术检测并处理焊接变压器中出现的磁通密度。

可以如此实现这种测量技术上的检测，从而在初始化阶段期间连续地检测以及监控初级电流或者借助于磁通密度传感器连续地检测以及监控磁通密度。比较容易实现的是检测初级电流。

本发明也给出了一种电阻焊装置。该电阻焊装置包括焊接变压器，所述焊接变压器具有相互耦合的第一次级绕组和第二次级绕组以及初级绕组。可以如此触发所述初级绕组，从而可实现接在初级绕组上的直流电压极性的在焊接作业过程中有规律地反复的变化。如此实现所述触发装置，从而可以在限定的持续时间之内调整触发脉冲的数量。可以有针对性地改变触发脉冲的脉冲宽度。所有与此相关的优点已经在上述对方法的解释中提及并且也适用于电阻焊装置。

本发明的其它优点和设计方案由说明书以及附图得出。

显而易见，上述和以下还有待解释的特征并非仅仅在各个给出的组合方式中使用，而是也可在其它的组合方式中使用或者单独使用，而并不超出本发明的范围。

附图说明

根据附图中的实施例示意性地对本发明进行描述并且接下来参考附图进行详细地说明。

附图1示出了具有整流器和变流器的中频焊接变压器的示意图；

附图2示出了根据本发明的触发脉冲；

附图3示出了初始化阶段；

附图4示出了Up和Ip的变化曲线(从附图1已知)。

具体实施方式

附图1示意性地示出了具有整流器和变流器的中频焊接变压器并且在整体上以附图标记10表示。装置10可分为不同的组成部分。该装置具有初级回路13和次级回路11、12，通过变压器17将这些回路如此相连，从而在初级回路13和次级回路11、12的绕组之内产生共同的磁通。变压器17的匝数为N1的初级绕组13连接到初级回路之中并且变压器17的匝数分别为N₂+N₃的次级绕组11、12连接到次级回路之中。所述变压器17还具有一个变压器铁芯，但这里为了清晰起见，这里没有将其示出。

在次级回路11、12中有用附图标记19表示的输出区域，可将焊接电极连接到该输出区域上。在初级回路中设有具有电压源Up和集成的开关回路15的触发装置14，该触发装置可以给初级回路提供交变电压。

次级回路11、12包括整流器，只要在连接点19上施加例如是有待焊接的工件的负载，在该连接点上就会产生基本上连续变化的负载电流。

借助于振荡器频率Tosc16对所述触发装置14的集成回路15进行触发，也可以将该振荡器频率作为基频来产生触发装置14的触发脉冲。可以借助于传感器18检测变压器中的磁场强度。

在变压器中方波触发脉冲Up在变压器初级侧的输入端上引起几乎不取决于次级电流的三角波形磁化电流。所述磁化电流与磁通量或者说磁通密度大致呈正比。也通过输入电压确定变压器铁芯中的磁通密度。

在初级回路13中产生初级回路电流Ip，所述触发装置14通过测量技术对其进行检测并且处理以形成触发脉冲，使得所述触发装置能够在真正焊接作业之前的初始化阶段期间根据焊接变压器17中产生的磁通密度求得用于后来的焊接作业的触发脉冲的脉冲宽度，并且能优化所使用的中频变压器上的触发脉冲。然后在焊接作业过程中始终仅仅如此借助于触发装置14、15对中频变压器进行如此触发，使其不仅关于开关损耗，而且关于磁化损耗都能够始终以最佳方式运行。因此本发明所述的方法能全自动地适应所使用的硬件(例如变流器)，而且也适合于改装现有的设备。

附图2所示为本发明的以变流器的形式的触发装置的输出电压Up的触发脉冲21、22、23、24，该触发装置与中频变压器在初级侧相连。

所涉及的例如仅仅是一种从多个可用来影响变压器功率输出的可能的触发信号变化过程中实施的选择。

附图标记21所示为中频变压器的次级侧输出功率最大时的触发信号的全周期T1。附图标记22所示为中频变压器次级侧输出功率最小时的触发信号的全周期T1。这些脉冲沿着周期T1延伸并且关于极性不仅具有负极性部分，而且也具有正极性部分。这样就可避免变压器陷入磁饱和状态。

附图标记23所示为优选在真正的焊接作业之前由触发装置对脉冲宽度T2进行精调期间的触发信号。脉冲宽度T2在焊接作业过程中基本上固定地在通常的公差范围之内调整，但也可以在接纳真正的焊接作业之前，由所述触发装置在可以预先设定的范围之内对其进行自动或手动调整。虚线的区域表示根据用于变流器的基频(触发节拍)的周期进行精调的时间间隔。

附图标记24所示为在中频变压器的次级侧输出功率只有50％时触发信号的全周期T1。持续时间T1在这种情况下仅仅部分地(这里是50％)被脉冲占用，而其余的时间内信号处于关于极性是中性的状态中。

附图3表示在真正焊接作业32之前的初始化阶段期间31或者示教焊接期间31(也即在真正的焊接过程开始之前的示教阶段)，触发装置可以根据之前提到的精调阶段之内在焊接变压器中产生的磁通密度，求得用于接下来的焊接作业32的触发脉冲的脉冲宽度。在示教焊接的范围内将最高频率或者说最小脉冲宽度的一组电压闭锁信号(例如4个电压闭锁信号)发送给变压器。这些电压闭锁信号如此设计，可使得变压器在施加了电压闭锁信号之后保持没有剩磁。变流器自动提高下一组电压闭锁信号的脉冲宽度(或者说降低频率)，直至检测出电流饱和峰值。然后将各个更小的脉冲宽度或者说更高的频率保存为变压器特有的初始化值。这种保存以参数形式在焊接控制器的存储区域中进行。替代地也可以借助于磁场传感器进行饱和测量。

附图4所示为示教焊接过程中出现的效应。这些曲线示出了初级回路中的电流变化Ip以及所述触发装置(例如变流器)的输出电压Up。

Claims (8)

1.用于借助于焊接变压器（10）运行电阻焊装置的方法，所述焊接变压器具有初级绕组（13）和带有中间抽头（19）的次级绕组（11，12），借助于触发装置（14）产生的触发脉冲如此触发初级绕组（13），从而在预先定义的持续时间（T1）之内使得接在初级绕组（13）上的直流电压（Up）的极性产生有规律地反复的变化，

其特征在于，

针对预先定义的持续时间（T1），由所述触发装置（14）产生正负极性交替变化的触发脉冲（21），其中能够借助于所述触发装置（14）在预先设定的持续时间（T1）之内改变所述触发脉冲（21）的数量，并且其中在焊接作业过程中使得所述触发脉冲（21）的脉冲宽度（T2）在所述触发装置（14）的通常的公差范围之内保持不变。

2.根据权利要求1所述的方法，其中借助于触发装置（14）所包括的集成的开关回路（15）如此实现触发，从而由集成的开关回路（15）的触发节拍（16）的周期持续时间（Tosz）推导出所述触发脉冲（21）的脉冲宽度（T2）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述触发脉冲（21）的脉冲宽度（T2）等于触发节拍（16）的周期持续时间（Tosz）的n倍，其中n能够包括所有整数。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述持续时间（T1）等于触发节拍（16）的周期持续时间（Tosz）的n倍，其中n能够包括所有整数。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述触发装置（14）在焊接作业（32）之前的初始化阶段期间（31）根据焊接变压器（17）中出现的磁通密度求得用于接下来的焊接作业（32）的触发脉冲（21）的脉冲宽度（T2）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中优选借助于磁通密度传感器（18）检测焊接变压器（17）中产生的磁通密度。

7.根据权利要求5所述的方法，其中测量焊接变压器（17）的初级绕组（13）中产生的电流（Ip），并且关于允许的阈值对其进行监控。

8.具有焊接变压器（10）的电阻焊装置，所述焊接变压器包括初级绕组（13）和具有中间抽头的次级绕组（11，12），其中能够借助于由触发装置（14）产生的触发脉冲如此触发初级绕组（13），从而在预先定义的持续时间（T1）之内使得接在初级绕组（13）上的直流电压（Up）的极性产生有规律地反复的变化，

其特征在于，

如此实现所述触发装置（14），从而能够针对预先定义的持续时间（T1）产生正负极性交替变化的触发脉冲（21），其中能够借助于所述触发装置（14）在预先定义的持续时间（T1）之内改变所述触发脉冲（21）的数量，并且其中在焊接作业过程中使得所述触发脉冲（21）的脉冲宽度（T2）在所述触发装置（14）的通常的公差范围之内保持不变。