CN101898270A

CN101898270A - 一种逆变式中频交流电弧焊机

Info

Publication number: CN101898270A
Application number: CN 201010251990
Authority: CN
Inventors: 杨振文
Original assignee: SHENZHEN HUAYILONG INDUSTRIAL DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HUAYILONG INDUSTRIAL DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: CN101898270B

Abstract

本发明公开了一种逆变式交流弧焊机，利用中频逆变全桥电路、一次侧工频整流电路和滤波电路、降压和焊接电流电压输出电路等对电压进行处理产生中频低电压大电流的方波交流焊接电流电压。这种新型逆变式中频交流电弧焊机既具有逆变焊机所有优点，又有交流焊机的所有长处。它既具有逆变式直流电弧焊机体积小重量轻，节能节材，高效环保，焊接电流可以精确控制等的优点，又具有交流电弧焊机具有的，焊接过程中无偏弧现象的优点。

Description

一种逆变式中频交流电弧焊机

技术领域

本发明涉及焊接设备领域，尤其涉及一种电弧焊机。

背景技术

现在社会生活中，各种有色金属及其合金已经广泛运用于人类活动的每个领域，而这些金属和其合金的运用，都离不开电弧焊机。

目前大量使用的电弧焊机有交流电弧焊机和直流电弧焊机两大类。交流电弧焊机又分为：动铁式交流电弧焊机﹑动圈式交流电弧焊机﹑口字型铁芯抽头式交流电弧焊机和口字型铁芯固定式（便携式）交流电弧焊机；直流电弧焊机又分为：硅整流式直流电弧焊机﹑可控硅整流式直流电弧焊机﹑逆变式直流电弧焊机。

现有的电弧焊机存在以下不足：

1.传统交流电弧焊机具有体积大，重量大，焊接电流难以控制等缺点。在焊接过程中由于焊接电流波形为工频正弦波形，有较长的过零时间，容易造成焊接电弧瞬间断弧，产生焊接缺陷。而且传统交流电弧焊机制造时耗材，运行时耗能，目前已经濒于淘汰边缘。

2.逆变式直流电弧焊机虽然具有体积小重量轻，节能节材，高效环保，焊接电流可以精确控制等优点。但电路较为复杂，制造和维护成本都很高。并且因为其焊接电流为直流电流，焊接过程中存在直流磁场，极易发生焊接电弧偏弧现象，容易造成焊接工艺方面的缺陷。在强磁场环境下几乎无法施焊，这就大大限制了其的应用范围。

发明内容

针对上述现有技术所存在的缺陷，本发明提供一种吸收交流电弧焊机以及逆变式直流电弧焊机两者的优点的逆变式的中频交流电弧焊机，减少电弧焊机制造耗材，运行耗能，同时避免发生焊接电弧偏弧现象。

本发明的技术方案

本发明是一种逆变式的中频交流电弧焊机，包括：中频逆变全桥电路，一次侧工频整流电路和滤波电路，降压和焊接电流电压输出电路，工频降压变压器，一次侧电流检测互感器；

电压输入电源开关后，一路经过所述工频降压变压器降压后给主控制板电路供电，另一路通过所述一次侧工频整流电路和滤波电路滤除其纹波并得到稳定的直流电压，该稳定的直流电压通过所述中频逆变全桥电路逆变成中频方波交流电流电压，该中频方波交流电流电压通过所述降压和焊接电流电压输出电路经降压及镇流后输出中频低电压大电流的方波交流焊接电流电压；

所述一次侧电流检测互感器检测一次侧流过主变压器的电流并作为二次侧焊接电流的反馈信号送入控制电路板，参与二次侧输出电流的恒流控制。

所述中频逆变全桥电路由第一电力半导体开关器件管，第二电力半导体开关器件管，第三电力半导体开关器件管，第四电力半导体开关器件管组成；所述一次侧工频整流电路和滤波电路由整流桥和第一电容，第二电容，第三电容组成。

所述中频逆变全桥电路中，第一电力半导体开关器件管和第三的驱动电压相位相同，第二电力半导体开关器件管和第四电力半导体开关器件管的驱动电压相位相同。

所述电力半导体开关器件管处设有由电容和电阻组成的阻容吸收电路。

本发明所述的逆变式交流电弧焊机的优点及有益效果：

本发明是一种逆变式的中频交流电弧焊机，即区别于逆变式直流电弧焊机，又区别于传统的交流电弧焊机。

本发明是采用了电力开关半导体器件组成的中频方波逆变电源，将电网整流滤波后的直流电压逆变成中频方波交流电压，经中频变压器降压后，通过镇流电感输出，作为弧焊焊接电源。和目前最接近的电弧焊机相比优点在于：

1.和目前的逆变式直流电弧焊机相比，本实用新型没有逆变式直流电弧焊机二次整流部分，材料成本较低。并且，因其输出是中频方波交流，使得焊接过程无磁偏吹，能在强磁场环境下施焊。

2.和目前的交流焊机相比，由于是中频方波逆变，变压器体积重量都大大减少，效率高，节能节材。因其输出是中频方波交流，使得焊接过程无交流焊机不能避免的的断弧现象发生。

附图说明

图1.逆变式中频交流电弧焊机主回路电气原理图。

图2.逆变式中频交流电弧焊机主控制板电气原理图。

具体实施方式

本发明是一种逆变式的中频交流电弧焊机，采用了电力开关半导体器件组成的中频方波逆变电源，将电网整流滤波后的直流电压逆变成中频方波交流电压，经中频变压器降压后，通过镇流电感输出，作为弧焊焊接电源。

为了更充分理解本发明的技术特征，下面结合附图对本发明的内容进行描述，以下的描述仅是示范性和解释性的，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例：

如图1所示，Q1﹑Q2﹑Q3和Q4等电力半导体开关器件管组成中频逆变全桥电路；整流桥QL1和电容C28，电容C33,电容C29等组成一次侧工频整流电路和滤波电路；中频降压变压器T2和镇流电感L1组成降压和焊接电流电压输出电路；T3是工频降压变压器，为控制电路板提供工作电压；T4是一次侧电流检测互感器；电位器RT3为焊接电流调节电位器，电容C30和电阻R39；电容C34和电阻R42；电容C31和电阻R40；电容C35和电阻R43；分别为电力半导体开关器件Q1；Q2；Q3及Q4的阻容吸收电路。

图1所示逆变式中频交流电弧焊机的工作原理如下：

电网电压输入电源开关K1，一路去工频降压变压器T3，降压后给主控制板电路供电。

一路通过整流桥QL1整流，电容C28，电容C33，电容C29滤除其纹波，得到稳定的直流电压，再通过电力半导体开关器件Q1﹑Q2﹑Q3和Q4组成的全桥逆变电路逆变成中频方波交流电流电压。通过中频降压变压器T2降压，镇流电感L1镇流后从输出1和输出2输出中频低电压大电流的方波交流焊接电流电压。

电力半导体开关器件Q1﹑Q2﹑Q3和Q4组成的全桥逆变电路中，Q1和Q3的驱动电压相位相同；Q2和Q4的驱动电压相位相同，而Q1和Q3的驱动电压相位及Q2 和Q4的驱动电压相位均相反。

一次侧电流检测互感器T4检测一次侧流过主变压器的电流，既是电力半导体器件Q1﹑Q2﹑Q3和Q4的电流信号和过流保护信号送入控制电路板，又作为二次侧焊接电流的反馈信号送入控制电路板，参与二次侧输出电流的恒流控制。

图2是以电流型PWM集成电路U1为核心组成的逆变式中频交流电弧焊机主控制板电路图，图2中：电流型PWM集成电路U1 的1脚为软启动端，外接分压电阻R1和分压电阻R12及软启动电容C1；2脚为基准稳压电源（5.1V）；3脚4脚分别为中频降压变压器一次侧电流反馈电压信号的负端和正端；5，6，7内部是一个运算放大器，其中5脚为输入正端，6脚为输入负端，本案将其连接成从5脚输入，7脚输出的射极跟随器（6，7脚短路）；8脚为PWM脉冲定时电容端；9脚为为PWM脉冲定时电阻端，10脚为PWM信号同步端；11脚和14脚为PWM输出端；13脚 15脚分别为U1的两处电源供电端；12脚为电源地端；16脚为过电流关断端。

电路工作原理分别叙述如下：

1.供电源：从主回路（图1）的工频变压器T3的二次侧取得低压工频电压U1和U2 送到由二极管D14，二极管D15，二极管D16，二极管D17等整流二极管组成的全波整流电路整流，电容C22和电容C23滤波后输出正负未稳电压。通过三端正稳压集成电路U7和三端负稳压集成电路U8后输出正负15V电压，为主控制电路板供电。

2.电流给定信号：从电流调节电位器RT3（图1）的滑动触点取得正的给定电压，通过电阻R37，电阻R36和运算放大器U2组成的反相器后变成负的给定电压，然后通过电阻R35送至误差比较点。

3.电流反馈信号：从一次侧电流检测互感器T4（图1）取得的，和一次侧流过主变压器的电流成正比的交流电压信号，通过由D9，D10，D11，D12等整流二极管组成的全波桥式整流电路整流后，将该交流电压信号变成直流脉动电压信号（图中电容C20为抗干扰电容，电阻R33是取样比例电阻），此电压信号将分成三路：

一路通过运算放大器U3射极跟随隔离后由二极管D8，电容C19组成的虑波器滤成平滑的直流电压，然后通过电阻R31送至误差比较点。

另一路通过电阻R3送至U1的16脚，电容C2是抗干扰电容。当电阻R2上分得的脉冲电压峰值超过350mV时，电流型PWM集成电路U1内部电路将锁死PWM一个周期，借以保护Q1，Q2，Q3，Q4等电力半导体开关器件不至于过流损坏。

还有一路经电阻R32，电阻R30，电容C18，电阻R29，电阻R28，电阻R26等组成的去干扰网络送至电流型PWM集成电路U1的电流反馈信号的正端4脚。

4.斜波补偿：为了使电流反馈误差信号和主变压器电流信号电压有确定的比较点，使得整个系统稳定可靠，需要设置谐波补偿电路，以之补偿主变压器电流信号电压的斜率。

将电流型PWM集成电路U1的8脚输出的锯齿波信号经运算放大器U4射随隔离后，通过电阻R11，电容C7，电容C17和电阻R27的网络后送到电流型PWM集成电路U1的4脚，去补偿电阻R29的主变压器的电流信号电压的斜率。

5.误差放大和PWM调节：电流给定信号通过R35，电流反馈信号通过R31在R35和R31的连接点处会合后比较出了误差信号电压，该电压通过由运算放大器U6，电阻R25，电容C16，二极管D2，二极管D3，二极管D4等组成的PI调节器进行放大，再由电阻R7，电阻R8，电阻R9，二极管D5，电容C6组成的低通滤波/分压电路处理，然后送至运算放大器U5射极跟随放大，经过电阻R10，电容C9低通滤波后最终送到电流型PWM集成电路U1的5脚。在电流型PWM集成电路U1内部，此电压和电流型PWM集成电路U1的4脚送来的，经过谐波补偿过后的，主变压器一次侧电流信号进行比较，得出相应的PWM信号。

6.PWM信号放大：从电流型PWM集成电路U1的11脚和14脚输出的相位相差180o PWM信号通过由M1，M2，M3，M4等MOS管和电容C4，电阻R4，电阻R17，电容C3，电阻R15，电阻R16，电阻R18，电阻R19等辅助电路，以及脉冲变压器T1放大和隔离之后分别输出G1，E1；G2，E2；G3，E3；G4，E4四组相互隔离的驱动信号。分别驱动逆变桥上的电力半导体开关器件Q1，Q2，Q3，Q4。

Claims

1.一种逆变式交流弧焊机，其特征在于，包括：中频逆变全桥电路，一次侧工频整流电路和滤波电路，降压和焊接电流电压输出电路，工频降压变压器，一次侧电流检测互感器；

2.根据权利要求1所述的逆变式交流弧焊机，其特征在于：所述中频逆变全桥电路由第一电力半导体开关器件管Q1，第二电力半导体开关器件管Q2，第三电力半导体开关器件管Q3，第四电力半导体开关器件管Q4组成；所述一次侧工频整流电路和滤波电路由整流桥QL1和第一电容C28，第二电容C33，第三电容C29组成。

3.根据权利要求1所述的逆变式交流弧焊机，其特征在于：所述中频逆变全桥电路中，第一电力半导体开关器件管Q1和第三Q3的驱动电压相位相同，第二电力半导体开关器件管Q2和第四电力半导体开关器件管Q4的驱动电压相位相同。

4.根据权利要求2所述的逆变式交流弧焊机，其特征在于：所述电力半导体开关器件管处设有由电容和电阻组成的阻容吸收电路。