CN102039474A

CN102039474A - 单管igbt逆变电弧焊机

Info

Publication number: CN102039474A
Application number: CN2010105776792A
Authority: CN
Inventors: 王小军; 成超
Original assignee: SHANGHAI RUILING ELECTRIC APPLIANCE CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI RUILING ELECTRIC APPLIANCE CO Ltd
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明揭示了一种单管IGBT逆变电弧焊机，所述电弧焊机包括主电路模块、控制电路模块；所述主电路模块包括输入开关、输入整流滤波电路、逆变电路、主变压器T2、输出整流滤波电路；输入整流滤波电路将电流整流滤波后成直流高压，再通过逆变电路变为高频方波交流，经主变压器T2后经输出整流滤波电路为直流电流源供焊接使用；所述控制电路模块包括单管IGBT驱动电路、PWM调节电路、控制电路及供电电源。本发明逆变电弧焊机可靠性高、体积小、效率高、负载持续率高、成本低、维修成本低。

Description

单管IGBT逆变电弧焊机

技术领域

本发明属于机电技术领域，涉及一种电弧焊机，尤其涉及一种单管IGBT逆变电弧焊机。

背景技术

现有的逆变电弧焊机主要有两种：第一种是初级采用大功率IGBT模块，次级整流采用快恢复整流模块；第二种是初级采用场效应管，次级整流采用小封装快恢复二极管。

第一种逆变电弧焊机存在以下不足：

(1)体积较大；(2)散热代价大，需大功率风机和大面积散热器；(3)成本太高，且维修成本很高，因IGBT和快恢复整流管模块化后一损坏无法修复。

第二种逆变电弧焊机存在以下不足：

(1)频率太高，各种器件均要求较高，且易受干扰；(2)开关管导通时呈电阻性，电流越大发热越大，热量无法散开，开关管利用率太低，需多管关联，且由于多管关联一致性不好需挑选；(3)负载持续率和效率均较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种单管IGBT逆变电弧焊机，可靠性高、体积小、效率高、负载持续率高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种单管IGBT逆变电弧焊机，所述电弧焊机包括主电路模块、控制电路模块；

所述主电路模块包括输入开关、输入整流滤波电路、逆变电路、主变压器T2、输出整流滤波电路；输入整流滤波电路将电流整流滤波后成直流高压，再通过逆变电路变为高频方波交流，经主变压器T2后经输出整流滤波电路为直流电流源供焊接使用；

所述控制电路模块包括单管IGBT驱动电路、PWM调节电路、控制电路及供电电源。

作为本发明的一种优选方案，所述逆变电路采用全桥硬开关结构，开关管包括若干单管IGBT：单管G1、单管G4、单管G2、单管G3；

由单管G1、单管G4、单管G2、单管G3构成交替导通的桥臂，产生高频高压方波交流，经主变压器T2降压整流滤波成低压直流电流源；单管IGBT集电极发射极之间的电阻电容为尖峰吸收电路。

作为本发明的一种优选方案，误差电压控制所述PWM调节电路产生宽度的脉冲信号，该脉冲经前置放大送入驱动变压器T4；再经处理后驱动主电路上的单管IGBT，以获得焊接电流。

作为本发明的一种优选方案，所述主变压器T2在电路中起功率耦合和电气隔离作用，该高频变压器采用微晶合金铁饼心；初、次级线圈之间设有耐高压、耐高温的绝缘层。

作为本发明的一种优选方案，所述单管IGBT驱动电路采用脉冲变压器驱动，以实现隔离和驱动。

作为本发明的一种优选方案，所述PWM调节电路采用双端输出电流控制型脉宽调制器芯片U2，采用峰值电流控制方法，实现逐波控制。

作为本发明的一种优选方案，所述控制电路及供电电源包括电流给定单元、推力给定单元、过流及指示电路、PWM驱动前置放大电路、反馈处理电路；电流给定单元、推力给定单元中的设定值均为用户设定的给定值，两路给定信号与互感器采样处理后的电流反馈信号一起送入误差放大器进行比较得到误差电压。

作为本发明的一种优选方案，所述逆变电弧焊机还包括互感器T3，互感器T3与逆变电路、主变压器T2、控制电路及供电电源连接；电流反馈通过互感器T3完成。

本发明的有益效果在于：本发明提出的单管IGBT逆变电弧焊机，可靠性高、体积小、效率高、负载持续率高、成本低、维修成本低。本发明的电流反馈和用过流保护共用一个互感器，大大减少了成本。另外，本发明将所有电路制成6块线路板，大大方便了售后服务问题，互换性高。PCB5、PCB6兼容性强，根据机器功率大小改变主电路参数即可实现想要的功率。PCB2中G1、G2、G3、G4的栅极均串联一只4。7-10R碳膜电阻，以防止驱动过冲，并保护驱动电路PCB4不受由于单管IGBT击穿传过来的电压所损坏。

附图说明

图1是本发明的整机电路原理图，包括主电路及控制电路等。

图2是本发明的单管IGBT驱动电路PCB4的电路图。

图3是本发明中PWM电路PCB5的电路图。

图4是本发明中PCB6的电路图。

图5是本发明中控制电源的电路图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种单管IGBT逆变电弧焊机，所述电弧焊机包括主电路、控制电路。

如图1所示，主电路包括输入开关、输入整流滤波电路PCB1、逆变电路PCB2、主变压器T2，输出整流滤波电路PCB3。主电路将50HZ市电整流滤波后成直流高压，再通过逆变电路变为高频方波交流，经主变压器T2后经次级整流滤波为直流电流源供焊接使用。控制电路和控制电源由控制变压器T1工频变压器供电。电流反馈由互感器T3完成，电压反馈如图中所示。PWM板PCB5用排针安装在PCB6上。

逆变电路采用全桥硬开关结构，开关管由单管IGBT G1、G4和G2、G3构成交替导通之桥臂，产生高频高压方波交流，经T2主变压器降压整流滤波成低压直流电流源。单管IGBT集电极发射极之间的电阻电容为尖峰吸收电路。

T2在电路中起功率耦合和电气隔离作用，该高频变压器采用微晶合金铁饼心，初、次级线圈之间设有耐高压，耐高温之绝缘层。

控制电路包括单管IGBT驱动电路PCB4、PWM调节电路PCB5、控制电路及其控制供电电源PCB6。

单管IGBT驱动电路PCB4采用脉冲变压器驱动，以实现隔离和驱动。

图2为本发明的单管IGBT驱动电路PCB4的电路图。改变R1、R2、C1既能满足单管IGBT驱动要求。此板上四组驱动完全对称安装，与PCB2上的G1、G2、G3、G4亦实现完全对称连接，几何长度几乎一致，布线合理.避免因布线不匀而影响了单管IGBT的开通和关断。

PWM调节电路PCB5采用双端输出电流控制型脉宽调制器芯片U2。作为优选，U2型号为KA3846，采用峰值电流控制方法，实现逐波控制。

图3是本发明的PWM电路PCB5的电路图。本发明由于双端输出电流控制型脉宽调制器芯片KA3846采用的是峰值电流控制法，该电流型控制方法的优点是：逐个脉冲控制，动态响应好，输出精度高，稳定性好，二具有瞬态保护功能，可以有效防止单管IGBT过流，三是能防止主变压器偏磁的产生，若主变严重偏磁会使单管和主变损坏。

控制电路及其控制供电电源PCB6含电流给定、推力给定、过流及指示、PWM驱动前置放大、反馈处理电路。电流给定、推力给定均为用户设定的给定值，两路给定与互感器采样处理后的电流反馈信号一起送入误差放大器进行比较得到误差电压，误差电压控制PWM调节电路PCB5产生一定宽度的脉冲信号，该脉冲经前置放大送入驱动变压器T4，再经一定处理后驱动主电路上的单管IGBT，以获得焊接电流。

请参阅图4、图5，控制电路及其控制供电电源PCB6主要包括控制电源、PWM驱动前置放大电路、过流和指示电路、给定与反馈处理电路四部分。本控制电源由几个三端稳压器完成。PWM驱动前置放大电路亦由小功能桥式硬开关结构完成，以满足单管IGBT驱动的电流需求。一旦机器产生不正常(如快恢复二极管损坏等)必将在T3上产生异常电流信号经过流电路会引发Q3、Q4、Q1动作，即完成过流保护和过流指示，另由于温度开关装在单管IGBT散热器上，一旦单管IGBT温度上升过高，则温度开关动作后关断输出同时过热指示。电流给定和推力给定信号加入网络节点A21，同时电流反馈信号经U3D加入网络节点A24、A21、A24同时送入PCB5之误差放大器处理。电压反馈经U2B、U2A处理后产生推力给定峰值。

综上所述，本发明的逆变电路采用了全桥硬开关电路，由单管IGBT G1、G4和G2、G3交替导通。单管IGBT作为第三代功率器件，集合了场效应管的大功率三极管的优点，具有单个容量大，开关损耗小，耐压高，热稳定性好，驱动简单，频率高，一致性好，成本低等优点。正因为此，机器功率大则可使用多管关联即可，由于发热量低，无需很大风机和散热器，大大缩小了整机的体积。本发明所采用的高频变压器使用了微晶合金铁心，具有功率密度大，散热方便，易安装等优点，由于直流变交流为即时逆变，在这个过程中交流的频率很高，一般有几十KHZ。由于频率很高使主变压器匝数少铁心也很小，进而整机体积小，重量轻，同时主变压器损耗小能够提高整机效率。本发明由于双端输出电流控制型脉宽调制器芯片KA3846采用的是峰值电流控制法，该电流型控制方法的优点是：逐个脉冲控制，动态响应好，输出精度高，稳定性好，二具有瞬态保护功能，可以有效防止单管IGBT过流，三是能防止主变压器偏磁的产生，若主变严重偏磁会使单管和主变损坏。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims

1.一种单管IGBT逆变电弧焊机，其特征在于，所述电弧焊机包括主电路模块、控制电路模块；

所述主电路模块包括输入开关、输入整流滤波电路、逆变电路、主变压器T2、输出整流滤波电路；主电路模块将电流整流滤波后成直流高压，再通过逆变电路变为高频方波交流，经主变压器T2后经输出整流滤波电路为直流电流源供焊接使用；

逆变电路采用全桥硬开关结构，开关管包括由单管G1、单管G4、单管G2、单管G3构成交替导通的桥臂，产生高频高压方波交流，经主变压器T2降压整流滤波成低压直流电流源；单管IGBT集电极发射极之间的电阻电容为尖峰吸收电路；

主变压器T2在电路中起功率耦合和电气隔离作用，该高频变压器采用微晶合金铁饼心；初、次级线圈之间设有耐高压、耐高温的绝缘层；

所述控制电路模块包括单管IGBT驱动电路、PWM调节电路、控制电路及供电电源；

所述单管IGBT驱动电路采用脉冲变压器驱动，以实现隔离和驱动；

所述PWM调节电路采用双端输出电流控制型脉宽调制器芯片U2，采用峰值电流控制方法，实现逐波控制；

误差电压控制PWM调节电路产生宽度的脉冲信号，该脉冲经前置放大送入驱动变压器T4；再经处理后驱动主电路上的单管IGBT，以获得焊接电流；

所述控制电路及供电电源包括电流给定单元、推力给定单元、过流及指示电路、PWM驱动前置放大电路、反馈处理电路；电流给定单元、推力给定单元中的设定值均为用户设定的给定值，两路给定信号与互感器采样处理后的电流反馈信号一起送入误差放大器进行比较得到误差电压。

2.一种单管IGBT逆变电弧焊机，其特征在于，所述电弧焊机包括主电路模块、控制电路模块；

3.根据权利要求2所述的单管IGBT逆变电弧焊机，其特征在于：

所述逆变电路采用全桥硬开关结构，开关管包括若干单管IGBT：单管G1、单管G4、单管G2、单管G3；

4.根据权利要求3所述的单管IGBT逆变电弧焊机，其特征在于：

误差电压控制所述PWM调节电路产生宽度的脉冲信号，该脉冲经前置放大送入驱动变压器T4；再经处理后驱动主电路上的单管IGBT，以获得焊接电流。

5.根据权利要求2所述的单管IGBT逆变电弧焊机，其特征在于：

所述主变压器T2在电路中起功率耦合和电气隔离作用，该高频变压器采用微晶合金铁饼心；初、次级线圈之间设有耐高压、耐高温的绝缘层。

6.根据权利要求2所述的单管IGBT逆变电弧焊机，其特征在于：

所述单管IGBT驱动电路采用脉冲变压器驱动，以实现隔离和驱动。

7.根据权利要求2所述的单管IGBT逆变电弧焊机，其特征在于：

所述PWM调节电路采用双端输出电流控制型脉宽调制器芯片U2，采用峰值电流控制方法，实现逐波控制。

8.根据权利要求2所述的单管IGBT逆变电弧焊机，其特征在于：

所述控制电路及供电电源包括电流给定单元、推力给定单元、过流及指示电路、PWM驱动前置放大电路、反馈处理电路；

电流给定单元、推力给定单元中的设定值均为用户设定的给定值，两路给定信号与互感器采样处理后的电流反馈信号一起送入误差放大器进行比较得到误差电压。

9.根据权利要求2所述的单管IGBT逆变电弧焊机，其特征在于：

所述逆变电弧焊机还包括互感器T3，互感器T3与逆变电路、主变压器T2、控制电路及供电电源连接；电流反馈通过互感器T3完成。