CN103192167B - 一种双熔化极转移电弧复合焊接电源装置 - Google Patents

Abstract

一种双熔化极转移电弧复合焊接电源装置，包括恒压逆变电路、直流恒压输出电路、恒压逆变电路驱动电路、直流恒压输出电路驱动电路、电流切换驱动电路、核心控制电路、辅助电弧电流采样滤波电路、辅助电弧电压采样滤波电路，主弧电流采样滤波电路，主弧电压采样滤波电路，还包括电流切换电路，核心控制电路通过控制电流切换电路中功率开关管的交替导通，使辅助电弧在主弧焊丝和辅助弧焊丝，以及辅助焊丝和母材之间交替燃烧，根据反馈的流经辅助电弧的电流和电压，控制恒压逆变电路的功率开关元件，使辅助电弧的输出电压达到预设值；根据反馈的主弧电流信号，以及主弧电压信号，通过控制直流恒压输出电路的功率开关元件，使主弧输出电压达到预设值。

Description

一种双熔化极转移电弧复合焊接电源装置

技术领域

本发明属于热加工技术领域，特别涉及了一种电弧复合焊接设备。

技术背景

双丝熔化极气体保护焊接工艺是目前常用的一种高效焊接工艺，在薄板焊接时可以提高焊接速度，在厚板焊接时可以提高熔敷速度（相对于单丝焊接）。在薄板焊接中提高效率的主要方式是提高焊接速度，高速焊接和常规速度焊接在焊接热输入的分配方式显著不同。双丝焊接工艺由于热量分配沿焊接方向拉长，所以对单位长度焊缝的加热时间变长，其结果等效于低速焊接时的温度场分布，所以容易实现高速焊接工艺。此外，由于两个电弧之间的相互作用，提高了焊接热量的利用率，所以在相同热输入的条件下，可以获得更高的熔敷金属量，利于避免咬边等焊接缺陷的产生。但是，由于熔化极焊接工艺中每根焊丝的熔化都有一个最小临界工作电流，热输入较大，容易造成薄板焊接时烧穿，难以满足一些薄板焊接接头的要求。而在厚板焊接中，主要是在保证焊接热输入的条件下，提高熔敷金属量。常规双丝焊接工艺采用双弧直流反接并联方式，母材为阴极，产热量较大，热输入也较大，这对一些热输入敏感的高强钢等是非常不利的。所以在保证熔敷速度的前提下降低热输入，或是在保证热输入的条件下熔化更多的焊丝具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，通过提供一种转移熔化极电弧和固定直流熔化极电弧复合的焊接设备，降低常规双丝焊接工艺的热输入，以扩大双丝焊接工艺的应用范围。该系统由一个直流熔化极电弧作为主弧，转移熔化极电弧作为辅助电弧，辅助电弧可以在母材和主弧焊丝之间以及主弧焊丝和辅助弧焊丝之间交替建立。当辅助电弧在主弧焊丝和母材之间建立时，可以使焊接热输入沿焊接方向上的分布拉长，获得类似常规双丝焊接工艺的温度场；当辅助电弧在焊丝和焊丝之间存在时，可以降低热输入，提高熔敷速度。所以本发明相比于常规双丝焊接可以降低最小焊接热输入，从而适用于常规双丝焊接无法解决的超薄板高速焊接工况，也可以用于表面堆焊等。

本发明是采用以下技术手段实现的：

一种双熔化极转移电弧复合焊接电源装置，该装置包括恒压逆变电路（9）、直流恒压输出电路（12）、恒压逆变电路驱动电路（1）、直流恒压输出电路驱动电路（2）、电流切换驱动电路（3）、核心控制电路（8）、辅助电弧电流采样滤波电路（4）、第一辅助电弧电压采样滤波电路（10），主弧电流采样滤波电路（5），主弧电压采样滤波电路（6），第二辅助电弧电压采样滤波电路（11），还包括电流切换电路（13），所述的电流切换电路（13）包括整流二极管（D1，D2，D3，D4），双胞电感（L1，L2），和功率开关管（T5，T6），二极管D1的阴极K端、二极管D3的阴极K端与双胞电感中的L1的第一端相连，双胞电感L1的第二端与功率开关管T5的集电极C端相连，功率开关T5的发射极E外接主弧焊丝，功率开关管T5的基极G受电流切换驱动电路（3）控制，二极管D2的阳极A端、二极管D4的阳极A端与双胞电感L2中的第一端相连，双胞电感L2中的二端与功率开关管T6的发射极E端相连，功率开关管T6的集电极C外接母材，功率开关管T6的基极G受电流切换驱动电路（3）控制，二极管D1的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D3的阳极与二极管D4的阴极相连，电感L1、电感L2为绕在同一磁芯上的双包电感，电感L1的第一端与电感L2的第二端为同名端，通过改变电流切换电路（13）中双包电感的匝数比例，使切换的电流比例反比于匝数比例；

电流切换电路，可以通过控制功率开关器件的导通和关断，使恒压逆变电路从不同的端子输出电流。当功率开关管（T5）导通、功率开关管（T6）关断时，电流从T5的E端，经过主弧焊丝1，电弧，辅助弧焊丝2，从变压器（B1）的中间抽头端流回，辅助电弧建立于两个焊丝之间。当功率开关管（T6）导通、功率开关管（T5）关断时，电流从变压器中间抽头端，经过辅助弧焊丝、电弧，母材，从T6的C端流回，辅助电弧建立于辅助弧焊丝和母材之间。功率开关管T5，T6轮流导通，则辅助电弧在辅助弧焊丝2和主弧焊丝1，以及辅助弧焊丝2和母材之间同步转移。

所述的恒压逆变电路（9）的输出为带中心抽头的变压器B1，其中变压器中心B1的中心抽头外接辅助弧焊丝，另外输出端子三和输出端子五分别接电流切换电路（13）中二极管D1的阳极和二极管D3的阳极；

恒压逆变电路用于保持输出恒压，根据电流切换电路的不同状态，辅助电弧可以存在于辅助弧焊丝和主弧焊丝之间，也可以存在于辅助弧焊丝和母材之间。在两种条件下，恒压逆变电路都可以使辅助电弧电压实现恒定。本发明以全桥电路构建恒压逆变电路，也可以通过其它拓扑结构来实现恒压逆变电路，如半桥逆变电路，推挽逆变电路等。

所述的直流恒压输出电路的输出的正极性端连接至电流切换电路中开关管T5的发射极E，该端外接主弧焊丝，而负极性端连接至电流切换电路中开关管T6的集电极C，该端外接母材；所述的核心控制电路（8）通过控制电流切换电路（13）中功率开关管（T5，T6）的交替导通，使辅助电弧在主弧焊丝和辅助弧焊丝，以及辅助焊丝和母材之间交替燃烧；当功率开关管T5导通，T6关断时，核心控制电路（8）通过辅助电弧电流采样滤波电路（4）反馈流经辅助电弧的电流，以及第一辅助电弧电压采样滤波电路（10）反馈辅助电弧的电压，通过恒压逆变电路驱动电路（1）控制恒压逆变电路（9）功率开关元件，使辅助电弧的输出电压达到预设值；当功率开关管T6导通，T5关断时，核心控制电路（8）通过辅助电弧电流采样滤波电路（4）反馈流经辅助电弧的电流，以及第二辅助电弧电压采样滤波电路（11）反馈辅助电弧的电压，通过恒压逆变电路驱动电路（1）控制恒压逆变电路（9）功率开关元件，使辅助电弧的输出电压达到预设值；核心控制电路（8）根据主弧电流采样滤波电路（5）反馈的主弧电流信号，以及主弧电压采样滤波电路（6）反馈的主弧电压信号，通过直流恒压输出电路驱动电路（2）控制直流恒压输出电路（12）功率开关元件，使主弧输出电压达到预设值。

直流恒压输出电路可以实现恒压输出，该电路输出的正极性端接主弧焊丝，负极性端接母材，电弧在主弧焊丝和母材之间连续燃烧，本发明以全桥逆变电路构建直流恒压输出电路，作为最佳实施方式。也可以通过其它拓扑结构来实现直流恒压输出电路，如半桥电路，推挽电路等。直流输出电路为主弧提供能量，主弧流经主弧焊丝和母材，最后回到直流恒压输出电路的变压器中心抽头端。

所述的恒压逆变电路，包括整流桥BR1，电容C1，功率开关管（T1,T2,T3,T4）,和变压器B1，三相交流电的U端、V端、W端分别与整流桥电路BR1的第一端、第二端、第三端连接，整流桥电路BR1的输出端第四端、第五端之间并联有滤波电容C1，整流桥电路BR1的第四端连接至功率开关管T1的集电极C端、功率开关管T2的集电极C端，整流桥电路BR1的第五端连接至功率开关管T3的发射极E端、功率开关管T4的发射极E端；功率开关管T1的发射极E端、功率开关管T4的集电极C与变压器B1原边的第一端相连，功率开关管T2的发射极E端、功率开关管T3的集电极C端与变压器B1原边的第二端相连，变压器B1副边的第三端与电流切换驱动电路（3）中二极管D1的阳极A端、二极管D2的阴极K端相连，变压器B1副边的第五端与电流切换驱动电路（3）中二极管D3的阳极A端、二极管D4的阴极K端相连，变压器B1副边的中间抽头与辅助弧焊丝相连，功率开关管（T1,T2,T3,T4）的基极G受恒压逆变电路驱动电路（1）控制。

所述的直流恒压输出电路，包括整流桥BR2，电容C2，功率开关管T7，T8，T9，T10，变压器B2，整流二极管D5，D6，和电感L3；该电路可以实现恒压的直流输出特性，为常规的平特性电弧焊接电路；三相交流电的U端、V端、W端分别与整流桥电路BR2的输入端第一端、第二端、第三端连接，整流桥电路BR2的输出端第四端、第五端之间并联有滤波电容C2，整流桥电路BR2的输出第四端与功率开关管T7的集电极C端、功率开关管T8的集电极C端相连，整流桥电路BR2的第五端与功率开关管T9的发射极E端、功率开关管T10的发射极E端相连；功率开关管T7的发射极E端、功率开关管T10的集电极C端与变压器B2原边的第一端相连，功率开关管T8的发射极E端、功率开关管T9的集电极C端与变压器B2原边的第二端相连；变压器B2副边的第三端与二极管D5的阳极A端相连，变压器B2副边的中间抽头第四端作为直流恒压输出电路的负极性输出端，该端与电流切换电路的功率开关管T6的集电极C相连，变压器B2副边的第五端与二极管D6的阳极A端相连；二极管D5的阴极K端、二极管D6的阴极K端连接电感L3的一端，电感L3的二端作为正极性输出端，该端与电流切换电路中功率开关管T5的发射极E相连；功率开关管（T7、T8、T9、T10）的基极G受直流恒压输出电路的驱动电路控制。

由于前述的电流切换电路的作用，虽然流经辅助弧焊丝的电流是交流电流，但是辅助弧焊丝和母材，以及辅助弧焊丝和主弧焊丝之间的电压为脉动直流电压，电压幅值为2V—100V。

所述的直流恒压输出电路输出电压为5V—45V。

所述的恒压逆变电路的输出电压幅值为2V—100V。

当功率开关管T5导通、功率开关管T6关断时，双胞电感中的能量以流过电感L1的电流的形式表现出来，辅助电弧存在于两焊丝之间；当功率开关管T6导通、功率开关管T5关断时，双胞电感中的能量以流过电感L2的电流的形式表现出来，辅助电弧存在于母材和辅助焊丝之间；通过控制功率开关管T5、功率开关管T6的相互切换实现辅助电弧在焊丝与焊丝和焊丝与母材之间的切换。

有益效果

本发明为复合电弧焊接装置，与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

通过双胞电感的磁场耦合作用，配合电流切换电路中两只功率开关管的轮流导通关断，实现了电源输出回路的高速切换，辅助电弧可以高速的在主弧焊丝与辅助弧焊丝之间和焊丝与母材之间切换。相比于常规的双熔化极焊丝电弧焊接工艺，可以降低焊接热输入的最低临界值。由于辅助电弧的切换时间比例可以自由调节，所以辅助电弧能量在熔化极焊丝和母材之间的分配比例可以自由调节，从而提高焊接工艺的适应范围。

本发明所述的复合电弧焊接装置由于采用功率开关管的导通与关断来实现辅助电弧的切换，可以使电弧切换最高频率大于20KHz，辅助电弧电压在2V—100V，恒压电路的输出电压范围为5V—45V。

相比于常规的单丝焊接系统可以达到更高的熔敷速度，相对于传统的双丝或多丝焊接系统具有更小的热输入，可以适用于高速焊接或表面堆焊等工艺。本发明由固定直流熔化极电弧作为主弧，转移熔化极电弧作为辅助弧，辅助电弧在焊丝与母材之间和焊丝与焊丝之间交替导通。既可以调节焊接热输入的分配方式，又可以增加熔敷金属的数量，从而有效提高焊接效率。

附图说明

图1为主电路原理图；

图2为系统总体框图；

图3为恒压逆变电路和电流切换电路工作过程图（一）；

图4为恒压逆变电路和电流切换电路工作过程图（二）；

图5为恒压逆变电路和电流切换电路工作过程图（三）；

图6为恒压逆变电路和电流切换电路工作过程图（四）；

图7a为主弧焊丝和母材之间电弧电流波形图；

图7b为主弧焊丝和母材之间电弧电压波形图；

图8a为电流切换电路功率开关管T5的电流波形图；

图8b为电流切换电路功率开关管T6的电流波形图；

图8c为辅助弧存在于辅助焊丝和主弧焊丝之间时的脉动电流波形图；

图8d为辅助弧存在于辅助焊丝和母材之间时的脉动电流波形图；

图1中BR1、BR2——整流桥电路，C1、C2——电容器，T1～T10——功率开关管，B1、B2——变压器，D1～D6——二极管,L1、L2、L3——电感器。

图2中LEM1、LEM2——电流传感器，LEM3，LEM4，LEM5——电压传感器，（1）恒压逆变电路的驱动电路，（2）直流恒压输出电路驱动电路，（3）电流切换驱动电路，（4）辅助电弧电流采样滤波电路，（5）主弧电流采样滤波电路，（6）主弧电压采样滤波电路，（7）人机界面，（8）核心控制系统，（9）恒压逆变电路，（10）第一辅助电弧电压采样滤波电路，（11）第二辅助电弧电压采样滤波电路，（12）直流恒压输出电路，（13）电流切换电路。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明：本发明中恒压逆变电路驱动电路（1）、直流恒压输出电路驱动电路（2）、核心控制电路（8）、辅助电弧电流采样滤波电路（4）、主弧电流采样滤波电路（5）、主弧电压采样滤波电路（6）、第一辅助电弧电压采样滤波电路（10）、第二辅助电弧电压采样滤波电路（11）、电流切换驱动电路（13）属于现有技术，其中恒压逆变电路驱动电路（1）由IGBT专用驱动芯片M57962组成，直流恒压输出电路驱动电路（2）由IGBT专用驱动芯片M57962组成，核心控制电路（8）由PIC30f2020组成，辅助电弧电流采样滤波电路（4）以及主弧电流采样滤波电路（5）由低通滤波器组成，主弧电压采样滤波电路（6）、第一辅助电弧电压采样滤波电路（10）以及第二辅助电弧电压采样滤波电路（11）由低通滤波器组成，电流切换驱动电路（13）由IGBT专用驱动芯片M57962组成。

请参阅图1、图2所示，双熔化极转移电弧复合焊接电源装置主电路由恒压逆变电路，电流切换电路，和直流恒压输出电路组成。三相交流电由恒压逆变电路输入端子输入，经整流桥电路BR1整流与电容滤波后变为平直的直流电，得到的直流电经逆变电路转变为中频方波电压，经变压器降压后输出至电流切换电路，经全桥整流电路获得直流电压。该直流电压分两个端子输出，分别接到双胞电感的两个非同名端子上，然后分别经由两个IGBT模块输出至母材以及主弧焊丝。恒压逆变电路中变压器的中心抽头外接辅助焊丝。直流恒压输出电路的输出端也分别外接母材和主弧焊丝。当电流切换电路中T5、T6两个开关管交替导通工作时，辅助电弧分别存在于辅助弧焊丝与母材之间和辅助弧焊丝与主弧焊丝之间。通过调节两个开关管的导通时间的比例，可以调节辅助电弧能量在母材和焊丝之间的分配。从而调节焊接温度场的分布，以利于提高焊接速度，或增大熔敷金属量。

在本发明中，所述恒压逆变电路由整流桥BR1，滤波电容C1，功率开关管T1-T4构成的全桥电路以及变压器B1组成。其各端子之间的连接为：三相交流电的U端，V端，W端分别与整流桥BR1的第一端，第二端，第三端相连，整流桥BR1的第四端，第五端之间并联有滤波电容C1。整流桥的第四端连接至功率开关管T1的集电极C端、功率开关管T2的集电极C端，整流桥电路的第五端连接至功率开关管T3的发射极E端、功率开关管T4的发射极E端；功率开关管T1的发射极E端、功率开关管T4的集电极C端与变压器B1原边的第一端相连，功率开关管T2的发射极E端、功率开关管T3的集电极C端与变压器B1原边的第二端相连；

所述电流切换电路由二极管D1-D4、电感器L1和L2、开关管T5-T6组成。变压器B1副边的第三端与二极管D1的A端、二极管D2的K端相连，变压器副边的第四端外接辅助电弧焊丝。变压器副边的第五端与二极管D3的A端、二极管D4的K端相连；二极管D1的K端、二极管D3的K端与双包电感中的L1的一端连接，双包电感中的L1的二端与功率开关管T5的集电极C端相连，功率开关管T5的发射极E端与电源输出端子一相连，该端外接主弧焊丝。二极管D2的A端、二极管D4的A端与双胞电感中的L2的一端相连，双包电感L2的二端与功率开关管T6的发射极E端相连，功率开关管T6的集电极C端外接焊接母材。

图3为功率开关管T5导通，T6关断时，当功率开关管T1、T3导通的情况下，变压器原副边电流的流动情况。电流由变压器B1的第三端流出，经过二极管D1，电感L1，功率开关管T5，主弧焊丝，电弧，辅助弧焊丝，最终流回到变压器B1的第四端。辅助电弧存在的位置在辅助焊丝和主弧焊丝之间。

图4为功率开关管T5导通，T6关断时，当功率开关管T2、T4导通的情况下，变压器原副边电流的流动情况。电流由变压器B1的第五端流出，经过二极管D3，电感L1，功率开关T5，主弧焊丝，电弧，辅助弧焊丝，最终流回到变压器B1的第四端。辅助电弧存在的位置在辅助焊丝和主弧焊丝之间。

图5为功率开关管T6导通，T5关断时，当功率开关管T1、T3导通的情况下，变压器原副边电流的流动情况。电流由变压器B1的第四端流出，经过电源输出端二，辅助电弧焊丝，电弧，母材，开关管T6，电感L2，最后经二极管D4，回到变压器B1的五端。辅助电弧存在的位置在辅助电弧焊丝和母材之间。

图6为功率开关管T6导通，T5关断时，当功率开关管T2、T4导通的情况下，变压器原副边电流的流动情况。电流由变压器B1的第四端流出，经过电源输出端2，辅助电弧焊丝，电弧，母材，开关管T6，电感L2，最后经二极管D2，回到变压器B1的三端。辅助电弧存在的位置在辅助电弧焊丝和母材之间。

由以上过程分析可知，当功率开关管T5导通，功率开关管T6关断时，无论变压器B1原边的工作状态如何，副边一侧电流均由电感L1经过功率开关管T5，经主弧焊丝，电弧，辅助焊丝，流回电源输出端二，回到变压器4端。电弧存在于主弧焊丝和辅助弧焊丝之间。当功率开关管T6导通，功率开关管T5关断时，无论变压器B1原边的工作状态如何，副边一侧电流均由变压器B1的第4端流出，经过辅助电弧焊丝，电弧，母材，开关管T6，电感L2，最后回到变压器B1。辅助电弧存在的位置均在辅助电弧焊丝和母材之间。

上述电感L1，电感L2为绕在同一磁芯上的双包电感，两个电感的匝数可以相同，也可以不同，其匝数比可以在1：10至10：1之间变化。当功率开关管T6关断，功率开关T5导通时，在此前一时刻，电流方向为：电流从变压器的四端输出，流经辅助焊丝，电弧，母材，功率开关管T6，电感L2，经过整流二极管D2，或D4，最终返回到变压器。由于电感L1，电感L2为双包电感并且根据其特定的绕线方向，当功率开关管T6关断，功率开关管T5导通后，电感L2产生的磁场能完全耦合到电感L1上，所以在电感L1上瞬间感应出安匝数和开关切换之前L2上的安匝数相同的电流，其方向由电感L1流向功率开关管T5，主弧焊丝，电弧，辅助电弧焊丝，最后回到变压器端子四。此时辅助电弧存在于辅助电弧焊丝和主弧焊丝之间。同理当功率开关管T5关断，功率开关管T6导通时，使得电弧存在于母材和辅助电弧焊丝之间。由于L1，L2的匝数比可以不同，所以开关切换前后两个电弧的电流也可以不同，但其电流和匝数的乘积保持相同。

综上所述，电弧可以在辅助电弧焊丝和主弧焊丝之间，以及辅助电弧焊丝和母材之间切换。该切换过程由功率开关管T5，功率开关管T6的导通与关断控制，切换前后其电流大小和两个电感的匝数成反比。

在本发明中，所述直流恒压输出电路由开关管T7～T10构成的全桥电路、变压器B2、二极管D5、二极管D6、电感L3组成。其各端子之间的连接为整流桥电路BR2的第四端与功率开关管T7的集电极C端、功率开关管T8的集电极C端相连，整流桥电路BR2的第五端与功率开关管T9的发射极E端、功率开关管T10的发射极E端相连；功率开关管T7的发射极E端、功率开关管T10的集电极C端与变压器B2原边的第一端相连，功率开关管T8的发射极E端、功率开关管T9的集电极C端与变压器B2原边的第二端相连；变压器B2副边的第三端与二极管D5的A端相连，变压器B2副边的第四端外接母材。变压器B2副边的五端与二极管D6的A端相连；二极管D5的K端、二极管D6的K端经电感L3与电源输出端一相连。该端子外部和主弧焊丝相连。

直流恒压输出电路将三相交流电连接到整流模块BR2，然后经C2滤波，后将直流电经功率开关管T7～T10构成的逆变电路逆变为交流电，经变压器变压输出再经过二极管D5，二极管D6整流以及电感L3滤波后，输出稳定的直流电，其方向为由电感L3的二端输出，该端为直流恒压输出电路的正极性端，经主弧焊丝，电弧，母材，流回变压器B3的中心抽头四端，该端是直流恒压输出电路的负极性端。

所述的恒压逆变电路与直流恒压输出电路，均采用PWM(pluse width modulation)控制技术。控制功率开关管T1～T4的导通与关断，调整占空比，即可控制恒压逆变输出电路输出电压的大小。控制功率开关管T7～T10的导通与关断，调整占空比，即可调整直流恒压输出电路输出电压的大小。

图7a、b为主弧焊丝和母材之间电弧电流及电压波形图，图8c、d为辅助电弧在辅助焊丝和主弧焊丝，及辅助焊丝和母材之间时的脉动电流波形图。

如图2所示为本发明的系统框图，恒压逆变电路由整流桥BR1，电容器C1，功率开关管T1～T4，变压器B1组成。电流切换电路由整流二极管D1，D2，D3，D4，双包电感L1，L2，功率开关管T5，T6组成。直流恒压输出电路由功率开关管T7～T10，变压器B2，二极管D5，二极管D6，电感L3组成。恒压逆变电路的驱动电路1连接在核心控制系统8与功率开关管T1～T4之间,直流恒压输出电路驱动电路2连接在核心控制系统8与功率开关管T7～T10之间，电流切换驱动电路3连接在核心控制系统8与功率开关管T5，功率开关管T6之间，辅助电弧电流采样滤波电路4连接在电流传感器LEM1与核心控制系统8之间，第一辅助电弧电压采样滤波电路10连接在传感器LEM4与核心控制系统8之间，第二辅助电弧电压采样滤波电路11连接在传感器LEM5与核心控制系统8之间，主弧电流采样滤波电路5连接在电流传感器LEM2与核心控制系统8之间，主弧电压采样滤波电路6连接在电压传感器LEM3与核心控制系统8之间，人机界面7与核心控制系统8相连。在工作过程中，电流传感器LEM1对辅助电弧电流进行采样，电流传感器LEM2分别对直流恒压电路的输出电流进行采样，电压传感器LEM3对直流恒压输出电路的输出电压进行采样，电压传感器LEM4对辅助电弧存在于辅助焊丝和主弧焊丝之间时的辅助电弧电压进行采样，电压传感器LEM5对辅助电弧存在于辅助焊丝和母材之间时的辅助电弧电压进行采样。将采样结果送给核心控制系统8，核心控制系统8将采样结果与人机界面7设定的参数进行比较运算，传递信号给直流恒压输出电路驱动电路2，恒压逆变电路的驱动电路1，分别调节功率开关管T1～T4，功率开关管T7～T10的占空比，最终实现输出电压参数分别与人机界面7设定值相等。并且核心控制系统8发送信号给电流切换驱动电路3，控制功率开关管T5，功率开关管T6的开通与关断，实现交流恒压输出电流在辅助焊丝和主弧焊丝之间，以及辅助焊丝和母材之间的切换，由于输出回路的切换是通过功率开关的开通与关断实现的，所以此种电路拓扑结构可以使辅助电弧在辅助焊丝和母材，以及辅助焊丝和主弧焊丝之间高速切换。

Claims (5)

1.一种双熔化极转移电弧复合焊接电源装置，该装置包括恒压逆变电路(9)、直流恒压输出电路(12)、恒压逆变电路驱动电路(1)、直流恒压输出电路驱动电路(2)、电流切换驱动电路(3)、核心控制电路(8)、辅助电弧电流采样滤波电路(4)、第一辅助电弧电压采样滤波电路(10)，主弧电流采样滤波电路(5)，主弧电压采样滤波电路(6)，第二辅助电弧电压采样滤波电路(11)，其特征在于：还包括电流切换电路(13)，所述的电流切换电路(13)包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、双胞电感L1、双胞电感L2、功率开关管T5、功率开关管T6；整流二极管D1的阴极K端、整流二极管D3的阴极K端与双胞电感L1的第一端相连，双胞电感L1的第二端与功率开关管T5的集电极C端相连，功率开关管T5的发射极E外接主弧焊丝，功率开关管T5的基极G受电流切换驱动电路(3)控制，整流二极管D2的阳极A端、整流二极管D4的阳极A端与双胞电感L2中的第一端相连，双胞电感L2中的二端与功率开关管T6的发射极E端相连，功率开关管T6的集电极C外接母材，功率开关管T6的基极G受电流切换驱动电路(3)控制，整流二极管D1的阳极与整流二极管D2的阴极相连，整流二极管D3的阳极与整流二极管D4的阴极相连，双胞电感L1、双胞电感L2为绕在同一磁芯上的双包电感，双胞电感L1的第一端与双胞电感L2的第二端为同名端，通过改变电流切换电路(13)中双包电感的匝数比例，使切换的电流比例反比于匝数比例；

所述恒压逆变电路(9)的输出为带中心抽头的变压器B1，其中变压器中心B1的中心抽头外接辅助弧焊丝，另外输出端子三和输出端子五分别接电流切换电路(13)中的整流二极管D1的阳极和整流二极管D3的阳极；

所述直流恒压输出电路的输出的正极性端连接至电流切换电路中的功率开关管T5的发射极E，该端外接主弧焊丝，而负极性端连接至电流切换电路中功率开关管T6的集电极C，该端外接母材；所述核心控制电路(8)通过控制电流切换电路(13)中功率开关管T5、功率开关管T6的交替导通，使辅助电弧在主弧焊丝和辅助弧焊丝，以及辅助焊丝和母材之间交替燃烧；当功率开关管T5导通，功率开关管T6关断时，核心控制电路(8)通过辅助电弧电流采样滤波电路(4)反馈流经辅助电弧的电流，以及第一辅助电弧电压采样滤波电路(10)反馈辅助电弧的电压，通过恒压逆变电路驱动电路(1)控制恒压逆变电路(9)功率开关元件，使辅助电弧的输出电压达到预设值；当功率开关管T6导通，功率开关管T5关断时，核心控制电路(8)通过辅助电弧电流采样滤波电路(4)反馈流经辅助电弧的电流，以及第二辅助电弧电压采样滤波电路(11)反馈辅助电弧的电压，通过恒压逆变电路驱动电路(1)控制恒压逆变电路(9)功率开关元件，使辅助电弧的输出电压达到预设值；核心控制电路(8)根据主弧电流采样滤波电路(5)反馈的主弧电流信号，以及主弧电压采样滤波电路(6)反馈的主弧电压信号，通过直流恒压输出电路驱动电路(2)控制直流恒压输出电路(12)功率开关元件，使主弧输出电压达到预设值。

2.根据权利要求1所述的一种双熔化极转移电弧复合焊接电源装置，其特征在于：所述的恒压逆变电路，包括整流桥BR1，电容C1，功率开关管T1、功率开关管T2、功率开关管T3、功率开关管T4和变压器B1，三相交流电的U端、V端、W端分别与整流桥电路BR1的第一端、第二端、第三端连接，整流桥电路BR1的输出端第四端、第五端之间并联有滤波电容C1，整流桥电路BR1的第四端连接至功率开关管T1的集电极C端、功率开关管T2的集电极C端，整流桥电路BR1的第五端连接至功率开关管T3的发射极E端、功率开关管T4的发射极E端；功率开关管T1的发射极E端、功率开关管T4的集电极C与变压器B1原边的第一端相连，功率开关管T2的发射极E端、功率开关管T3的集电极C端与变压器B1原边的第二端相连，变压器B1副边的第三端与电流切换驱动电路(3)中整流二极管D1的阳极A端、整流二极管D2的阴极K端相连，变压器B1副边的第五端与电流切换驱动电路(3)中整流二极管D3的阳极A端、二极管D4的阴极K端相连，变压器B1副边的中间抽头与辅助弧焊丝相连，功率开关管T1、功率开关管T2、功率开关管T3、功率开关管T4的基极G受恒压逆变电路驱动电路(1)控制。

3.根据权利要求1所述的一种双熔化极转移电弧复合焊接电源装置，其特征在于：所述的直流恒压输出电路，包括整流桥BR2、电容C2、功率开关管T7、功率开关管T8、功率开关管T9、功率开关管T10、变压器B2、整流二极管D5、整流二极管D6和电感L3；三相交流电的U端、V端、W端分别与整流桥电路BR2的输入端第一端、第二端、第三端连接，整流桥电路BR2的输出端第四端、第五端之间并联有滤波电容C2，整流桥电路BR2的输出第四端与功率开关管T7的集电极C端、功率开关管T8的集电极C端相连，整流桥电路BR2的第五端与功率开关管T9的发射极E端、功率开关管T10的发射极E端相连；功率开关管T7的发射极E端、功率开关管T10的集电极C端与变压器B2原边的第一端相连，功率开关管T8的发射极E端、功率开关管T9的集电极C端与变压器B2原边的第二端相连；变压器B2副边的第三端与整流二极管D5的阳极A端相连，变压器B2副边的中间抽头第四端作为直流恒压输出电路的负极性输出端，该端与电流切换电路的功率开关管T6的集电极C相连，变压器B2副边的第五端与整流二极管D6的阳极A端相连；整流二极管D5的阴极K端、整流二极管D6的阴极K端连接电感L3的一端，电感L3的二端作为正极性输出端，该端与电流切换电路中功率开关管T5的发射极E相连；

功率开关管T7、功率开关管T8、功率开关管T9、功率开关管T10的基极G受直流恒压输出电路的驱动电路控制。

4.根据权利要求1所述的一种双熔化极转移电弧复合焊接电源装置，其特征在于：所述的直流恒压输出电路输出电压为5V—45V。

5.根据权利要求1所述的一种双熔化极转移电弧复合焊接电源装置，其特征在于：所述的恒压逆变电路的输出电压幅值为2V—100V。