TW528640B - Power supply for electric arc welding - Google Patents
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Description
528640 Μ Β7 五、發明説明(1 ) 本發明關於電弧熔焊之技藝,及更特別地關於以一交流 電弧電流用於電弧熔焊之一電源供應器。 參考説明 如本發明所建構之電源供應器係使用來產生一正及負電 流,其具有實質超過1000安培高的幅度。該單獨脈波係經 如標準慣例之脈波寬度調變器操作開關所產生。因爲該開 關必須在高電壓改變極性,該電源供應器在降低之電流位 準下建構以導致由一極性切換至另一對立極性。此技術係 揭露於先前申請案序號233,235,其提出於1999年1月19曰 ,用於不同型式之電流脈波。此先前申請案係在此納入參 考,爲表示一技術之目的,該技術在高電流電弧熔焊器中 ,用於切換電流於降低位準之極性。一種用於提供變換極 性於反相器t源供應器使鋼管熔焊之技術係表示於Stava 6,051,810。 發明背景 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在製造具有一熔焊接缝鋼管中,其通常使用多重交流熔 焊於相當高地電流位準,諸如超過1000-2000安培。該產生 像這樣高熔焊電流之較便宜的電源供應器,係變壓器基礎 之一熔焊器,且具有正弦輸出電流。此電源供應器僅需要 一大型,笨重變壓器及相關控制電路。然而,爲完成高熔 焊電流,該正弦輸出,其比較於由正弦波均方根所決定之 加熱電流,具有一相當高的峰値電流此相當便宜之電源供 應器能產生所須之高電流,但導致嚴重影響熔焊操作之峰 値電流。爲克服正弦形式之電弧熔焊器的缺點,其現在通 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 528640 A7 B7 五、發明説明(2 ) 常的做法係使用基於高頻切換技術之電源供應器。這些切 換式電源供應器整流輸入線電壓以產生一直流連接。此値 流連接係透過輸出變壓器之主繞線切換爲變換脈波,以產 生一輸出電流,使構成該交流熔焊電流。脈波頻寬調變器 決定輸出變壓器主繞線中的頻率。因此,在輸出變壓器的 脈波係實質爲方波。如此,對於電源供應器來講第二電流 均方跟値係實質相同於最大輸出電流。在此方式中,熔焊 電弧不需高峰値電流,以得到用於加熱所需之均方根電流 。因此,當實行此型式用於接缝熔焊鋼管所需之高電流電 弧熔焊時,反相器電源供器克服正弦電源供應器之缺點。 爲此原因,鋼管熔烊已轉換爲反相器技術。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 即使廣泛使用於鋼管熔焊,反相器出現了左右爲難的困 境。標準反相器型式電源供應器實質具有500安培範圍之最 大輸出。爲提供超過1000-2000安培高電流之電源供應器, 必須設計及監製一特殊反相器。但是,此高容量電源供應 器具有相當低的銷售量。因此,使用於鋼管溶焊之高電流 反相器係不經濟可行的,及需要較長的前置作業時間。爲 克服此缺點,林肯電力公司已發展出利用主反相器之電源 供應器,其具有一或多從屬控制之反相器及操作一致。當 熔焊操作需要超過1500安培之電流時,三反相器係並聯使 用。複合式反相器之額定輸出電流係三倍超出一單一離架 式反相器。增加一致操作反相器之數目,以提供一高電流 式之熔焊係昂貴的,但達成所須之結果。 其需要一高電流電源供應器,其產生一交流熔焊電流, -5- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 528640 A7 B7 五、發明説明(3 ) 且具有超過1000-2000安培之均方根電流,而不需並聯數個 標準低電流反相器。像這樣使用於鋼管電弧熔焊之高電流 電源供應器,必須不能具有峰値電流的問題,由如所經驗 正弦式電源供應器之故。 本發明 本發明關於一種用於高電流交流電弧熔焊之改良電源供 應器,該電源供應器能使用於鋼管容焊場合及其它高電流 應用。一變壓器將交流線電壓,諸如一單相或三相線電壓 ,轉換爲一低輸出交流電壓,諸如70-100伏特。該輸出電 壓係整流及驅動兩標準下截波模組,每一模組由一共用脈 波寬度調變器所驅動。在某些例子,每一模組由一專用脈 波寬度調變器所驅動。一具一微處理控制器之相當標準的 控制板設定膝波寬度,因此正負電流之幅度構成該交流熔 焊電流。此相當便宜之電源供應器能取代大型反相器單元 ,而不須耗費工程及前置時間。本發明僅有之缺點係其高 重量,由於大型輸入變壓器之故;此重量在鋼管熔焊或其 它高電流應用中不是一嚴重的問題。經利用本發明,電源 供應器係健全的及易於建構。該電源供應器係建構以相當 可易於利用之組件。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如本發明所提供之一電源供應器,其可連接於交流線電 壓源,經一交流電弧電流,使通過電極及工作件間之間隙 ,用於交流電弧熔焊。該電極係一延長線之形式,該線係 經電弧所熔接及配置於工作件上。實際上,該工作件係兩 鋼管部件間之間隙及接缝。線電壓係200伏特及600伏特交 -6- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 528640 A7 B7 五、發明説明(4 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 流間之單相或三相電壓。頻率通常係5 0赫茲或6 0赫茲。所 發明之電源供應器使用一高容量、大型變壓器,以轉換線 電壓至小於100伏特交流之交流輸出電壓。一整流器轉換交 流輸出電壓爲一直流電壓。此直流電壓具有一正電位於一 第一端,及一負電位於一第二端。該第三共用端係實質零 電壓。此零電壓端係較佳一系統接地,用於整流器及熔焊 操作。然而,該共用端能接合於兩實質相等之電容器間, 該電容器係串聯跨接於整流器之正及負端。此共用端,或 接面共同動作整流器之正及負端,以提供正或負之直流電 壓。一網路包括一第一開關,其用於連接正端至共用端, 及當一閘極信號施加該第一開關時通過間隙,及一第二開 關,其用於連接負端至共用端,及當一閘極信號施加該第 二開關時通過間隙。一脈波調變器經至少1 8千赫的脈波頻 率,以脈波形式產生閘極信號。一第一邏輯閘極於一第一 時間週期,換言之一正電流部份,導引閘極信號至該第一 開關,及一第二邏輯閘極於一第二時間週期,換言之一負 電流部份,導引閘極信號至該第二開關。一控制器變換地 操作邏輯閘以產生一交流電弧電流,使變換於對立極性電 流部份間。該第一開關之時間,換言之該正部份,能不同 於該第二開關之時間,換言之該負部份。此外,脈波寬度 調變器於第一時間之工作週期係不同於第二時間之工作週 期。這將產生一不同幅度之變換正及負部份或電流脈波, 使產生交流電弧電流通過該熔焊間隙。該電弧熔化延長線 電極,以配置熔化金屬於工作件上,該工作件事實上係一 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 528640 五、發明説明(5 ) 鋼管接縫。 如本發明另一 、、^ 規心,電源供應器之控制器包括一輸出端 ,孩輸出端系遂# 、、# .、庋生一開關致動信號,其具有一第一邏輯於 该弟一時間期閉 .. ^ 間,換言之正或負輸出電流,及一第二邏輯 於该弟—·時間跑! pq W間,換言之相反電流極性。其裝置用於將 I自:波寬度碉變器脈波,於該第-時間導引至第-開關 ’接者於第二味ρ^ι、者 時間導引至第二開關。如本發明進一步實施 例,其提供一警Λ 乂 、 、 又向,但可選擇之自由飛輪電路,其並聯於 溶焊間隙。此雷7 ^、 兒路係一並聯配置電路或一串聯電路。在任 十I 居一核體係選擇性地於第一及第二時間週期驅 動f這二選擇性之自由飛輪二極體係定位熔焊器輸出電路 中%感器内側上。如一變換例中,一中間分 ^晴制電感性阻抗。在此結構中,該自由飛輪 ^路係足位於中間分接頭電感器或扼流器之對立端上。 本發明王要目的係提供一電源供應器,其能夠產生電流 交流熔焊電流,且利用便宜、低設計之組件。 本發明又一目的係提供一電源供應器,如上面所定義, 其電源供應器具有一均方根加熱容量,而沒有正弦電源供 應器所相關之峰値電流。 ^ “ 本發明再一目的係提供一電源供應器,如上面所定義, 其電源供應器得到並聯安裝反相器或大型高成本反相器乏 優點,而沒有並聯反相器的支出及複雜性。 ° 本發明又一目的係提供一電源供應器,如上面所定義, 其龟源供應器提供下截波器之簡化,而得到—交卞户、产# -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
P 528640 A7 B7 五、發明説明(6 ) 流。 這些及其它目的與優點,將由下面敘述同時參考其附圖 而變得明白。 圖式簡易説明 圖1係圖示本發明較佳實施例之接線圖; 圖1A係表示圖1所使用部份控制電路之邏輯圖; 圖2係本發明較佳實施例之雙向自由飛輪電路中修正之部 份接線圖; 圖3係脈波導引使熔焊操作,用於對立極性電流部份平衡 幅度及相等寬度之脈波圖型; 圖3 A係由圖3之脈波圖型所導致之電流圖型; 圖4係類似圖3之脈波圖型,其對於每一熔焊部份具有一 較低幅度;' 圖4 A係來自圖4所示脈波圖型之合成電流的電流圖型; 圖5係圖示對於交流熔焊電流之正及負電流部份之不同幅 度的脈波圖型; 圖5 A係由圖5脈波圖型所產生之合成電流的電流圖型; 圖6係圖示對於對立極性熔焊電流部份之不同幅度及脈波 寬度之電流脈波的電流圖型; 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖6 A係來自圖6所示脈波圖型之合成電流的電流圖型; 圖7 -9係本發明變換實施例,如圖1所示; 圖10係一初期電源供應器之組合方塊圖及接線圖; 圖1 0 A係圖示如圖1 0所示之電源供應器之一級交流熔焊 電流之電流圖型; -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 528640 A7 ------------B7__ 五、發明説明(' --〜 上圖10B係表示如圖J 〇所示電源供應器中所得之組合輸出 X流溶焊電流之電流圖型; 圖係圖示非常簡單之電源供應器,用於 焊所使用之高電流的接線圖; … " 圖1 1 A係一如圖J J所示先前技藝之電源供 培中等輸出電流之正弦波輸出; 、〇女 上圖1 1 B係一如圖i丨所示先前技藝之電源供應器,具一高 交流熔焊電流與一 1,500安培峰値之正弦波輸出; 圖12係表示本發明進一步修正,其利用逐漸減少於熔焊 電流每一電流部份之脈波圖型;及 圖13圖示圖12修正中所使用寬度逐漸減少之單-閘極脈 波表示圖。 較佳實施例 現在參考圖示,其中該圖示係僅用於圖示本發明較佳實 施例之目的,而非用於限制相同實施例之目的,圖ι表示二 南炎、反相器黾源供應器A,其用於發展至少⑼一2⑻〇安培 的輸出交流溶焊電流,使通過電極£及工作件w間之溶焊間 隙,事實上,其係二緊鄰鋼管部件j、κ間之接缝。如標準 慣例三電感器C具有_電感性阻抗,其透過電極Ε及工;件 W所疋義之熔绛操作,使平滑電流流動。電極ε係來自供線 盤R之一延長線,該供線盤係由交流熔焊電流所產生之電 派溶化。包括鋼管部件;、&之工作件w係連接於系統接地 G。此接地係一零電壓軌道或匯流排,以定義正及負電流 部份。在熔焊操作中之交流電流係透過-分流器S檢測或感 本紙張尺度適财關家辟(CN^Tm規格(210x297公釐)_ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}
528640 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明(8 ) 應’以產生控制溶焊電流幅度之一電流回授信號。在圖示 之實施例中’電源供應器A包括一變壓器1 〇,其具有一輸 入連接至線電壓,如所示之三相線電壓。該線電壓具有一 5 0赫茲或6 0赫茲之頻率。此低頻及高容量使得變壓器相當 地大。其產生至少40-50千瓦的能量。變壓器輸出產生小 於100伏特交流的輸出電壓。此輸入線電壓變化於220-600 伏特交流間。變壓器10的輸出電壓係導引至整流器12,該 整流器具有一正端20、一負端22,及一零電壓端24。較佳 地零電壓考點係系統接地G。正端2 〇係連接至電源引線端 3〇,然而負端22係連接至電源引線端32。一場效應電晶體 或隔離閘極雙極電晶體形式之正端開關4 〇包括一反並聯二 極體4 0 a,其並聯於一緩衝芩4 0 b及經由閘極4 0 c上之給定 邏輯所控制。閘極4 0 c之邏輯給予正開關之傳導性。在閘 極4 0 c上缺少邏輯或電壓將使正開關4 〇關閉。在一相同方 式中,有一負開關42,其具有一反並聯二極體42a,且並 聯於一緩衝器4 2 b,及經由閘極4·2 c上之給定邏輯所控制。 在閘極4 0 c及4 2 c上的邏輯或電壓分別地控制電源開關4 〇 、42的傳導性。這些開關係變換操作於所須的頻率,用於 交流溶焊電流。當開關40導通時,一正電流流經電感器c 通過間隙及流至整流器12的接地端24。負開關42使得來自 接地G之電流,以相反的方向流動通過燦焊間隙及通過電 感器C。經變換開關40及42之操作間,一交流電流係產生 於電極及工作件間熔焊間隙。 如本發明,開關40、42係致動一段時間,於這段期間開 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 關本身係迅速地切換於導通與不導通間,以導引來自端20 、22的高頻脈衝通過熔焊操作。開關4〇開啓於該第一時間 ,及接著開關42開啓於一第二時間,換言之該負部份。經 定我,第一時間"能爲正或負操作。經切換這些第一及第 一時間,父泥溶焊電流的頻率係可控制。電流幅度係於第 及第一時間期間所谷許流動的電流量所決定。爲控制此 操作,有一相當標準的控制器5〇,其具有一電弧電流回授 輸入52,用於接收一感應電壓於線52 a上,以決定實際電 孤溶焊電流。一電流控制輸出54係導引至誤差放大器6〇, 其具有一第一輸入6 2,用於來自控制器5 〇的電流控制信號 ’及一第二輸入64,其接收感測實際回授電流信號於線 52a。這二輸入至放大器產生一誤差信號於輸出66,其導 引至一振盧襄7 2所驅動之脈波寬度調變器7 〇的電壓控制輸 入,該振靈器操作在至少18千瓦。線62上的電壓位準控制 線66上的信號脈波寬度。控制器5〇係可規劃的,以改變線 62的電壓,使在熔焊製程中給定時間,給予所須的電流或 波形。事實上’電流流動能如在§1;&;^6,〇51,81〇所示的一單 一正或負電流部份期間變化。 一南頻脈波閘極信號係產生於如標準熔焊技術之脈波寬 度調變器的輸出線7 4中。在此線上的脈波具有線6 6上電壓 位準所決定的寬度,以決定脈波的工作週期,使構成閘極 信號於線74。線74係最佳表示於圖1 A的邏輯圖中,其中 一開關致動信號8 0具有由控制器5 0上標識爲E之致動輸出 5 6所控制之一邏輯。在線8 〇上的邏輯控制由緩衝器8 2 a、 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 528640
五、發明説明(10) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 84a所連結之轉向NAND閘極82、84,以選通表示爲光耦 合器之驅動器82b、84b。耦合器係標準及包括接收器82c 、84c,其隔離電源供應器(B)82d、Md,基於產生自閘 極82、84的脈波,分別地給予開關4〇、42導通。線8〇係 圖不爲輸入90至閘極82。反相器92提供一反向邏輯於線 9 4上,其係導引至轉向閘極8 4。線8 〇上的邏輯如熔焊電流 中正及負邵份所須的長度移位。在線8 〇中的邏輯1致動閘 極8 2。在線8 0中的一邏輯〇透過線9 4致動閘極8 4。因此, 最佳如圖1 A所示’致動該正開關4 〇或致動負開關4 2。於 開關致動期間,在閘極信號線7 4中的脈波迅速操作所驅動 的開關。因此,開關係操作超過i 8千赫茲的頻率。於交流 溶焊電流正半波或負半波期間,脈波寬度調變器7 〇的工作 週期決足電流的幅度。電源供應器A的操作係相當類似於 一下截波器;然而,本發明如開關致動線8 〇上的邏輯,產 生正電流邵份及負電流部份二者。據後面所將敘述的理由 ’在線9 6中一正選信號係由光耦合器9 8所驅動,以遵循線 9 0上的邏輯。這提供一正選擇器的控制信號。一負選擇器 控制信號係經線94上的邏輯所控制的光耦合器1〇2產生於線 100 中。 正選擇器控制線9 6及負選擇器控制線100控制雙向、自由 飛輪電路110的操作,以容許於正及負第一時間及第二時間 週期電流的自由滑行。電路11〇包括旁通開關12〇、122,其 係較佳一場效應電晶體或隔離閘極雙極電晶體。開關12〇具 有一閘極120a及一控制開關12〇b,其由負轉向邏輯線100中 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210 X297公釐) ---------------1T------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 528640 A7 B7 五、發明説明(11) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 的邏輯所操作。在相同的方式,開關122具有一閘極122&及 一控制開關122b,其由正轉向線9 6中的邏輯所控制。與開 關120b、122b串聯的係隔離之電源供應器(B,)12〇c、122c。 電源供應器82d、84d、120c及122c可爲一控制變壓器的整 流二次側,如此其係隔離的。當沒有信號於特別開關的控 制線中時,電阻120d、122d使開關120、122免於開啓。分 別地開關120、122的反並聯二極體130、132係用於溶悍操 作的自由飛輪二極體。這些二極體係如標準溶焊技術並聯 連接緩衝器140。於正半波或部份期間,線9 6的邏輯關閉開 關122b,給予開關122導通。如此,自由飛輪二極體13〇係 驅動。在線中100的信號給予開關120導通及驅動自由飛輪 二極體132。因此,於交流熔焊的正部份,二極體132係並 聯熔焊操作。如此,自由飛輪二極體經控制線9 6、1〇〇上的 邏輯可選擇的。一變換平行二極體,可選擇的自由飛輪電 路150係如圖2所示。開關152、154包括閘極152&、154a係由 線96、100分別地所控制。於交流熔焊電流正部份期間,線 96上的邏輯關閉開關〗52。這將驅動自由飛輪二極體16〇。 在一相同方式中,於熔焊電流的負部份期間,線1〇〇中的信 號關閉開關154,以驅動自由飛輪二極體丨62。圖1之事聯開 關或圖2之並聯開關能選擇地激發在交流熔焊電流正及負部 份期間,用於提供自由飛輪。 電源供應器A的操作係典型地圖示於圖3 _ 6,其中電流脈 波的幅度及寬度及正極及負極性係由端E的邏輯控制器5 〇 所調整。此邏輯經線80上的邏輯控制電流頻率。端54控制 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 528640 A7 B7 五、發明説明(12) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 線62的電壓位準,及藉此控制線74上閘極脈波寬度。這些 信號係利用習知技術規劃到控制器内,及選擇給予所須5 電流位準及波形。在圖3中,如圖3八所示的熔焊電流 電流部份200,係等於負部份202,而得到一頻率fi。此頻 率係由控制器50端E的邏輯變換頻率所決定。熔焊器係最 大電流。如此在正方向中的脈波21〇具有一最大寬度戈工作 週期a。在一相同方式中,負脈波212具有一最大工作週期 。這給予交流熔焊電流Ia之一幅度a,,如圖3 A所示。因爲 電流脈波210、212係矩形的,於熔焊操作期間,均方根値 係實質等於峰値。這達成如圖1〇所示一反相器式電源供應 器的優點,而具有如圖1 1所示正弦電弧熔焊器的低成本。 爲減少電流量,控制器5 0減少線6 2的電壓。在此方式中, 單獨脈波210、212的工作週期係經由脈波寬度調變器7 〇所 減少,如此其具有如圖4的寬度b。此低工作週期或小寬度 ,給予交流熔焊電流Ia之一低幅度b,,如圖4A所示。經所 含控制器5 0改變線6 2上的電壓,一第一工作週期a能使用 於正邵份200 ’及小工作週期b能使用如圖5所示負部份202 中的脈波212。如一變換例中,控制器5 〇具有一第二電壓輸 出至一 離誤差放大器,其驅動一第二脈波寬度調變器, 使用於部份200或202之一。端E的致動信號操縱來自脈波寬 度條制器的脈波至適當的開關4 〇、4 2。如此,如圖5 A所 示的不平衡交流熔焊電流Ia係產生。正部份2〇〇具有一高幅 度a1及負部份2〇2具有一低幅度b,。該高幅度或低幅度能爲 交流電流之正或負部份。如果二輸入係使用於脈波寬度調 a (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T I - I ! 15- HI I- . 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 528640 A7 B7 五、發明説明(13) 變器,用作交流熔焊電流正及負部份,如圖1 A所示的邏輯 圖1 A係用來選擇適當的脈波寬度調變器輸入。於交流熔焊 電流正部份期間,線9 6選擇脈波寬度調變器的輸入。線100 選擇於負部份期間做出選擇。當隔離脈波寬度調變器使用 時,使用相同觀念。所有這些修正係習知之技藝。經控制 端E邏輯所產生的第一時間及第二時間,正部份220能具有 一小寬度m,及負部份222能具備一大寬度η。經組合此操 作與脈波230之最大工作週期a,及脈波232之最小工作週期 b,如圖6 A所示交流溶焊電流I a係達成。在工作週期中的 各種修正,及用於致動開關40、42的第一及第二時間,能 用來使交流熔焊電流適應熔焊操作的需求。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1及2所示的電源供應器係實際所使用的;然而,結構 中的修正係If劃性的。結構變換例係如圖7-9所示,其間三 分離電源供應器中之相同編號表示相同的組件。在圖7中, 電源供應器A’包括一輸入模組300,其包括一變壓器及整流 器,以產生一直流電壓通過正端302及負端304。模組300不 包括一接地端,其使用於較佳實施例。爲產生零電壓端306 ,實質相等的電容器310、3 12產生電壓於端306,使其爲端 302正電壓及端304的負電壓間之中間。如此,接面306係一 第三端,其係實質零伏特及相等於如圖1之系統接地端2 4 。開關4 0、4 2控制交流熔焊電流之正半波或部份及負半波 或部份。於交流熔焊電流之正及負部份期間,電感C減少 頻脈波所產生的漣波因素。如圖1及2所示雙向自由飛輪電 路之一係使用於電源供應器iV。現在參考如圖8所示之電 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2丨0X297公釐) 528640 A7 B7 五、發明説明(14) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 源供應器A ”,結構係改變使用一中間分接頭電感器320, 其具有一正部份322、一負部份324,及一中間分接頭326。 電源供應器A”之操作係相同於先前相對於本發明較佳實施 例之討論。然而,一雙向自由飛輪電路係不表示於此特別 電源供應器中。使用於圖8所示電源供應器之自由飛輪電路 係如圖9所示。在此圖中,電源供應器A1"包括一輸入變壓 器及整流器340,以產生一正電壓於端342及一負電壓於端 344。在此實施例中,該第三端346係實質爲零及系統接地G 。相同於電源供應器A”,圖9中的電源供應器包括一中間 分接頭電感器320。此結構圖示使用一中間分接頭電感器之 自由飛輪電路型式。自由飛輪電路350包括一控制開關352 、一自由飛論二極體354,及一閘極356,當一給定邏輯出 現在正轉向竦96上於閘極356時,以控制二極體354。開關 352之一場效應電晶體或隔離閘極雙極電晶體具有一汲極接 地3 58。該負自由飛輪電路360包括開關362,依據閘極366 上的邏輯用於控制二極體364。源極接地368,容許開關線 1 00上的邏輯所控制。在一正半波或電流部份,開關352導 通。這插置自由飛輪二極體354進入該電路。於一負半波或 電流部份期間,開關362導通,且插置自由飛輪二極體364 進入該電路。圖9之自由飛輪電路能使用於圖8之結構中。 端306之用途能使用於圖9中。事實上,本發明數個圖示實 施例的組件及結構係可相互交換,而不偏離本發明所企圖 之精神及目的。 高熱電流已經由利用複數反相器所得到,以產生一電源 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) 528640 A7 B7 五、發明説明(15) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 供應器,諸如圖1 0所示之電源供應器B。此電源供應器包 括三反相器400、402、404,每反相器具有500安培小額定 容量。每一反相器的輸出端A導引所控制的電流至正電壓 線410、412、414,以提供所須電流幅度於正端420。在一 相同方式,負電壓端B係連接於線430、432、434以導引所 須負電流至端440。在端420之正電流及端440的負電流,係 如先前所討論的控制邏輯,選擇性操作以產生一交流熔焊 電流,其具有端420之第一幅度及端440的第二幅度。具一 誤差放大器452且含輸入454、456之控制器450,將線454中 的電流指令比較來自線456所示之分流器S的實際電流。線 460中所須之電流控制幅度係導引至一致操作的脈波寬度調 變器470、472、474。該所須電流係經改變每反相器400、 402、404之構成而維持,該反相器係操作爲一主件及二從 件。如此,一等量電流係經所有三反相器所提供。如反相 器每一具有500安培最大輸入,如圖10A中之電流脈波所示 ,端420、440所可得之最大電壓係1500安培,其如圖10B 交流電流510所示。圖10之初期單元控制數個反相器同時與 一單控制器450的電流輸出。此一配置係優於具有1500安培 輸出電流所設計的特別反相器。爲產生3000安培,電源供 應器B將需要六分離反相器的並聯操作。組合數個反相器 ,其對立於特別地設計一高容量反相器,係優於圖1 1所示 之先前技藝。在此先前技藝中,電源供應器D具有一正弦 輸出,諸如圖11A所示之波形600。一 500安培峰値電流係 需要給予354安培之均方根電流。此差異在如圖1 1 B所示之 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 528640 A7 —--------— B7 五、發明説明('〜'— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 較局電流需求而更爲明顯。在產生電源供應器d以得到正 弦波602與1000安培的熔焊電流中,將導致超過15〇〇安培的 峰値電流。當鋼管熔焊時,高電流峰値係有利的。高峰値 電流不會產生一致的熔焊而沒有筇貴的監測。電源供應^ :僅包括-變壓器_,其具有一電流,而該電流係由二 電流及輸入線612上的電壓所示的實際電流間之差所控制。 在圖10及11所示之二電源供應器,本發明的優點係得到。 如本發明另一實施例,控制器50係規劃以線62上之信號 提供脈波寬度調變器,該線係實質產生選通脈波的寬度於 正不份200及負邵份202端。控制特性之結果係如圖i 2所示 。脈波700具有一寬度a以導引所須高電流通過熔焊間隙。 在脈波200端’控制器5 0使得脈波逐漸減少到如a _ χ、a _ y ’及接著爲a-z的寬度。這些寬度關係係如圖1 3所示。脈 波702寬度中相同減少的量係產生於負部份202端。因此, §溶知廷流係改變極性時’交流溶焊電流係逐漸減少。當 電流流動方向變化時,這將減少·熔焊電流的電力濾波效果 。此控制特性能使用於每一電源供應器A、a,、A,,,及A…。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)
Claims (1)
- 528640 A8 B8 C8 D8申請專利範圍 1 . 2. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 …:甬人⑽泉%壓源之電源供應器,經交流電弧 厂通:笔極及工作件間之緣焊間隙,用於交流電轉 綷,孩電源供應器包括一客&旦“广 问奋I受壓器,以轉換該線電 壓馬父流輸出電壓,一尊、、云 瓜备’其用於轉換交流輸出電 壓爲直流電壓,於一正竑乃 , 场及一實質爲零伏特之共用端間 ’及-負端與共用端間,_第一開關,其用於將該正端 連接至孩共用端,使當_給定邏輯施加於該第一開關時 通㈣間m關,其用於將該負端連接至該共 用%,使當一給足邏輯施加於該第二開關時通過該間隙 ,-脈波寬度調變器,其具有一輸入及一輸出,由該輸 出用於產生一脈波形式之至少丨8千赫頻率的輸出信號, 咸輸出仏號的脈波之每一具有該脈波寬度調變器之該輸 入所控制的寬度,一控制器用於變換地產生一第一開關 閘極信號用於第一時間,及一第二開關閘極信號用於第 二時間,第一裝置經該輸出信號於該第一時間用於操作 該第一開關,第二裝置經該輸出信號於該第二時間用於 操作該第二開關,藉此該交流電流具有一正部份於該第 一時間期間,及一負部份於該第二時間期。 如申請專利範圍第1項之電源供應器,其中該控制器包 括一輸出端,該輸出端產生一開關致動信號,使具有一 第一邏輯於該第一時間期間及一第二邏輯於該第二時間 期間,當該開關致動信號係於該第一邏輯時,產生裝置 用於產生該第一開關閘極信號,當該開關致動信號係於 $亥弟一邏輯時’產生裝置用於產生該第·一開關閘極信號。 -20 -本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 528640 A8 B8 C8 D8 ^^、申請專利範圍 —-— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3.如申請專利範圍第2項之電源供應器,其中該第一裝置 係一邏輯閘,其基於所接收之該輸出信號及該第一閘極 信號’施加該給定邏輯於該第一開關。 4 .如申凊專利範圍第3項之電源供應器,其中該第二裝置 係一邏輯閘,其基於所接收之該輸出信號及該第二閘極 信號,施加該給定邏輯於該第二開關。 5 如申請專利範圍第4項之電源供應器‘,包栝一雙向,但 <逐擇的自由飛輪電路,其並聯於該間隙。 6 如申請專利範圍第5項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括一串聯分支與一第一旁通開關,其並聯一 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關,其並聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,該 第一及第二旁通開關係串聯連接,關閉開關於該時間之 ,期間關閉該旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 7. 如申請專利範圍第3項之電源供應器,包括一雙向,但 可選擇的自由飛輪電路,其並聯於該間隙。 8. 如申請專利範圍第7項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括一_聯分支與一第一旁通開關,其並聯一 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關,其並聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,該 第一及第二旁通開關係串聯連接’關閉開關於該時間之 一期間關閉該旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格( x 297公愛) 閱 讀 背 © 之 注 意 事 項 再 頁I 訂 線 528640 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 9*如申請專利範圍第2項之電源供應器,包括一雙向,佴 可選擇的自由飛輪電路,其並聯於該間隙。 I 0 ·如申請專利範圍第9項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括一串聯分支與一第一旁通開關,其並聯/ 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關’其並聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,該 第一及第二旁通開關係串聯連接,關‘閉開關於該時間之 一期間關閉該旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 II ·如申請專利範圍第1項之電源供應器,包括一雙向,俜 可選擇的自由飛輪電路,其並聯於該間隙。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括一 _聯分支與一第一旁通開關,其並聯/ 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關’其並聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,該 第一及第二旁通開關係串聯連接,關閉開關於該時間之 一期間關閉該旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^^ 1 3 ·如申請專利範圍第5項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括一並聯分支與一第一旁通開關,其_聯一 一極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關’其串聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,該 第一及第二旁通開關係並聯連接,關閉開關於該時間之 一期間關閉該旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 -22- 本紙張尺度適用中國國家標^NS)A4規格(210 X 297公髮 528640 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 閉該旁通開關之另一。 1 4 ·如申請專利範圍第7項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括一並聯分支與一第一旁通開關,其串聯, 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關,其_聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,該 第一及第二旁通開關係並聯連接,關閉開關於該時間之 一期間關閉該旁通開關之一,及於該1時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 1 5 .如申請專利範圍第9項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括一並聯分支與一第一旁通開關,其串聯一 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關,其_聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,該 第一及第二旁通開關係並聯連接,關閉開關於該時間之 一期間關閉該旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 1 6.如申請專利範圍第11項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括一並聯分支與一第一旁通開關,其_聯一 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關,其_聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,該 第一及第二旁通開關係並聯連接,關閉開關於該時間之 一期間關閉遠旁通開關之一 ’及於該時間之另《一期間關 閉該旁通開關之另一。 1 7 ·如申請專利範圍第1 3項之電源供應器,其中該變壓器額 定至少約3 0千瓦。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ¾ 訂-· --線 528640 A8 B8 C8 D8 #、申請專利範圍 1 8 .如申請專利範圍第6項之電源供應器,其中該變壓器額 定至少約3 0千瓦。 1 9 ·如申請專利範圍第5項之電源供應器,其中該變壓器額 定至少約3 0千瓦。 2 0 ·如申請專利範圍第4項之電源供應器,其中該變壓器額 定至少約3 0千瓦。 2 1 ·如申請專利範圍第3項之電源供應器.,其中該變壓器額 定至少約3 0千瓦。 2 2 ·如申請專利範圍第2項之電源供應器,其中該變壓器額 定至少約3 0千瓦。 2 3 ·如申請專利範圍第1項之電源供應器,其中該變壓器額 定至少約3 0千瓦。 2 4 .如申請專’利範圍第2 3項之電源供應器,其中該脈波寬度 碉變器調整該脈波,以產生至少1 〇〇〇安培的電成電流。 2 5 .如申請專利範圍第i 3項之電源供應器,其中該脈波寬度 調變器調整該脈波,以產生至少1000安培的電弧電流。 2 6 ·如申請專利範圍第6項之電源供應器,其中該脈波寬度 調變器調整該脈波,以產生至少1000安培的電弧電流。 2 7 ·如申請專利範圍第5項之電源供應器,其中該脈波寬度 調變器調整該脈波,以產生至少1 000安培的電派電流。 2 8 ·如申請專利範圍第4項之電源供應器,其中該脈波寬度 調變器調整該脈波,以產生至少1〇〇〇安培的電弧電流。 2 9 ·如申請專利範圍第3項之電源供應器,其中該脈波寬度 調變器調整該脈波’以產生至少1000安培的電政電流。 -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . .線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 528640 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 3 0 ·如申請專利範圍第2項之電源供應器,其中該脈波寬度 調變器1周整該脈波,以產生至少1 〇〇〇安培的電派電流。 3 1 .如申請專利範圍第i項之電源供應器,其中該脈波寬度 調變器調整該脈波,以產生至少1 〇〇〇安培的電派電流。 3 2 .如申請專利範圍第3 0項之電源供應器,其中該控制器包 括調整裝置,其用於調整至少該第一時間。 3 3 ·如申請專利範圍第1 3項之電源供應器‘,其中該控制器包 括調整裝置,其用於調整至少該第一時間。 3 4 .如申請專利範圍第6項之電源供應器,其中該控制器包 括調整裝置,其用於調整至少該第一時間。 3 5 ·如申請專利範圍第5項之電源供應器,其中該控制器包 括調整裝置,其用於調整至少該第一時間。 3 6 ·如申請專利範圍第1項之電源供應器,其中該控制器包 括調整裝置,其用於調整至少該第一時間。 3 7 .如申請專利範圍第3 6項之電源供應器,其中該輸入到該 脈波寬度調變器包括一第一輸入,其經該脈波的工作週 期於該第一時間期間,用於控制電流幅度,及一第二輸 入,其經該脈波的工作週期於該第二時間期間,用於控 制電流幅度,因此該幅度係不同的。 3 8 ·如申請專利範圍第1 3項之電源供應器,其中該輸入到該 脈波寬度調變器包括一第一輸入,其經該脈波的工作週 期於該第一時間期間,用於控制電流幅度,及一第二輸 入,其經該脈波的工作週期於該第二時間期間,用於控 制電流幅度,因此該幅度係不同的。 25 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 528640 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印?衣 六、申請專利範圍 3 9·如申請專利範圍第ό項之電源供應器,其中該輸入到= 脈波寬度調變器包括一第一輸入,其經該脈波的^作j 期於該第一時間期間,用於控制電流幅度,及一第一輸 入,其經該脈波的工作週期於該第二時間期間用於 制電流幅度,因此該幅度係不同的。 4 〇 ·如申請專利範圍第5項之電源供應器,其中該輸入到义 脈波寬度調變器包括一第一輸入,其'經該脈波的工作遇 期於該第一時間期間,用於控制電流幅度’及一第二輸 入,其經該脈波的工作週期於該第二時間期間’用於控 制電流幅度,因此該幅度係不同的。 4 1 .如申請專利範圍第1項之電源供應器,其中該輸入到該 脈波寬度調變器包括一第一輸入,其經該脈波的工作週 期於該第一時間期間,用於控制電流幅度,及一第二輸 入,其經該脈波的工作週期於該第二時間期間,用於控 制電流幅度,因此該幅度係不同的。 4 2 ·如申請專利範園第4 1項之電源供應器,其中該輸出電壓 係小於約1〇〇伏特。 4 3 .如申請專利範園第3 1項之電源供應器 係小於約伏特。 4 4 .如申請專利範圍第2 3項之電源供應器 係小於約1⑼伏特。 4 5 .如申請專利範園第1 1項之電源供應器 係小於約100伏特。 4 6 .如申請專利範圍第4 5項之電源供應器 其中該輸出電壓 其中該輸出電麼 其中該輸出電壓 其中該雙向自由 C請先閲讀背面之注意事頊再填寫本頁) 緣 訂-' -線_ -26 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐〉 528640 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 一 夂、申請專利範圍 飛輪電路包括一_聯分支與一第一旁通開關,其並聯— 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關’其並聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,謗 第一及第二旁通開關係串聯連接,關閉開關於該時間之 期間關閉该旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 47·如申請專利範圍第2項之電源供應器.,其中該輸出電壓 係小於約100伏特。 4 8 .如申請專利範圍第i項之電源供應器,其中該輸出電壓 係小於約100伏特。 4 9 .如申請專利範圍第4 8項之電源供應器,其中該共用端係 一系統接地。 5 0 ·如申請專利範園第4 2項之電源供應器,其中該共用端係 一系統接地。 51.如申請專利範圍第31項之電源供應器,其中該共用端係 一系統接地。 52·如申請專利範園第23項之電源供應器,其中該共用端係 一系統接地。 5 3 ·如申請專利範圍第丨項之電源供應器,其中該共用端係 一系統接地。 5 4 ·如申請專利範園第5 3項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括一串聯分支與一第一旁通開關,其並聯— 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通門 關,其並聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,嗜 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> ,¾ 訂· -線· A8 B8 C8 D8 528640 六、申請專利範圍 第一及第二旁通開關係_聯連接,關閉開關於該時間之 一期間關閉該旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 5 5 ·如申請專利範圍第2項之電源供應器,其中該共用端係 一系統接地。 5 6.如申請專利範圍弟1項之電源供應器,其中該共用端係 一系統接地。 · 5 7.如申請專利範圍第1項之電源供應器,包括一控制器, 其用於減少該脈波的寬度於該第一及第二時終端,使在 該正及負邵份間變化前減少電孤電流。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 8 . —種可連接於交流線電壓源之電源供應器,經一交流電 弧電流通過電極及工作件間之熔焊間隙,用於交流電弧 熔焊,該i源供應器包括一高容量變壓器,使轉換該線 電壓爲交流輸出電壓,一整流器,其用於轉換該交流輸 出電壓爲小於100伏特的直流電壓,於一正端及一實質 爲零伏特之共用端間及一負端與該共用端間,一第一開 關,其用於將該正端連接至該共用端,使當一閘極信號 施加該第一開關時通過該間隙,一第二開關,其用於將 該負端連接至該共用端,使當一閘極信號施加該第二開 關時通過該間隙,一脈波寬度調變器,其用於產生脈波 於至少約18千赫之頻率,一第一邏輯閘,用於一第一時 間導引該閘極信號至該第一開關,一第二邏輯閘,用於 一第二時間導引該閘極至第二開關,及一控制器,其變 換操作該邏輯閘,以產生交流電派電流。 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 528640 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 59.如申請專利範園第58,之電源供應器,包括一雙向,但 可選擇的自由飛輪電路,其並聯於該間隙。 6 0.如申請專利範圍第59項之電源供應器,其中該雙向自由 飛輪電路包括-_聯分支與_第—旁通開關,其並聯一 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關,其並聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,^ 第一及第二旁通開關係串聯連接,關·閉開關於該時間之 一期間關閉该旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 6 1 ·如申請專利範圍第5 9項之電源供應器,其中該雙向自由 也輪電路包括一並聯分支與一第一旁通開關,其♦聯一 二極體及極性由該工作件朝向該電極,及一第二旁通開 關,其串聯該二極體及極性由該電極朝向該工作件,該 第一及第二旁通開關係並聯連接,關閉開關於該時間之 一期間關閉該旁通開關之一,及於該時間之另一期間關 閉該旁通開關之另一。 6 2 ·如申請專利範圍第5 8項之電源供應器,其中該變壓器額 定至少約3 0千瓦。 6 3 .如申請專利範圍第5 8項之電源供應器,其中該脈波寬度 調變器調整該脈波,以產生至少⑽安培的電弧電流。 64 .如申請專利範圍第5 8項之電源供應器,其中該控制器包 括調整裝置,其用於調整至少該第一時間。 6 5 .如申請專利範圍第5 8項之電源供應器,其中該輸入到該 脈波寬度調變器包括一第一輸入’其經該脈波的工作週 29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 x 297公髮) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ¾ 訂·· --線· 528640 A8 B8 C8 D8、申請專利範圍 期於該第一時間期間,用於控制電流幅度,及一第二輸 入,其經該脈波的工作週期於該第二時間期間,用於控 制電流幅度,因此該幅度係不同的。 6 6 ·如申請專利範圍第5 8項之電源供應器,其中該共用端係 一系統接地。 6 7 · —種可連接於交流線電壓源之電源供應器,經一交流電 弧電流通過電極及工作件間之熔焊間‘隙,用於交流電弧 溶焊,該電源供應器包括一高容量變壓器,使轉換該線 電壓爲一交流輸出電壓,一整流器,其用於轉換交流輸 出電壓爲一直流電壓,於一正端及一實質爲零伏特之共 用端間及一負端與該共用端間,一第一開關,其用於將 該正端連接至該共用端,使當一閘極信號施加於該第一 開關時通’過該間隙,一第二開關,其用於將該負端連接 至該共用端,使當一閘極信號施加該第二開關時通過該 間隙,一脈波寬度調變器,其操作用於產生脈波於至少 約1 8千赫之頻率,一第一電路,用於一第一時間檢測該 脈波至該第一開關,一第二電路,用於一第二時間檢測 該脈波至該第二開關,及一控制器,其變換操作該第一 及第二電路,以產生交流電弧電流,及產生該脈波寬度 於該第一及第二時間的每一終端。 ---------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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