CN103722277B - 一种直流电弧焊机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种直流电弧焊机，包括顺次相连的蓄电池组、电源开关和降压斩波电路；与直流电弧焊机的输出端串联后接入所述降压斩波电路的输出端的焊接电流采样电阻；焊接电流给定电位器；与所述蓄电池组相并联的输入电压取样电阻网络；与所述电弧焊机输出端相并联的输出电压取样电阻网络；与所述降压斩波电路相连接的驱动电路；分别与所述焊接电流采样电阻、所述焊接电流给定电位器、所述输入电压取样电阻网络、所述输出电压取样电阻网络和所述驱动电路相连的微控制器；以及连接所述电源开关和所述微控制器的辅助电源电路，从而在没有可用交流电源的作业场地，仍可依靠蓄电池组提供的电能进行正常的焊接作业。

Description

一种直流电弧焊机

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，更具体地说，涉及一种直流电弧焊机。

背景技术

电弧焊机是利用高温电弧来熔接焊料与被焊工件的焊接电器设备。

在现有的电弧焊机中，以采用交流电源供电的交流逆变电弧焊机应用最为广泛，但是在某些没有可用交流电源的作业场地，所述交流逆变电弧焊机则无法完成正常的焊接作业。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种直流电弧焊机，以实现在某些没有可用交流电源的作业场地，依靠蓄电池组提供的电能进行正常的焊接作业。

一种直流电弧焊机，包括：

顺次相连的蓄电池组、电源开关和降压斩波电路；

与直流电弧焊机的输出端串联后共同接入所述降压斩波电路的输出端的焊接电流采样电阻；

焊接电流给定电位器；

与所述蓄电池组相并联的输入电压取样电阻网络；

与所述直流电弧焊机的输出端相并联的输出电压取样电阻网络；

与所述降压斩波电路相连接的驱动电路；

分别与所述焊接电流采样电阻、所述焊接电流给定电位器、所述输入电压取样电阻网络、所述输出电压取样电阻网络和所述驱动电路相连的微控制器；

以及连接所述电源开关和所述微控制器的辅助电源电路。

其中，所述降压斩波电路为以绝缘栅双极晶体管作为开关元件、以若干个相并联的功率场效应管作为续流元件、以电感为储能元件的降压斩波电路。

其中，所述驱动电路包括：连接所述微控制器与所述绝缘栅双极晶体管的栅极的第一驱动电路，及其连接所述微控制器与所述功率场效应管的栅极的第二驱动电路。

其中，所述微控制器为具有脉冲宽度调制输出功能和具有模数转换功能的微控制器。

可选地，所述直流电弧焊机还包括：与所述降压斩波电路的输入端相并联的输入滤波电容，以及与所述降压斩波电路的输出端相并联的输出滤波电容。

可选地，所述直流电弧焊机还包括：连接于所述电源开关与所述降压斩波电路之间的逆止二极管。

其中，所述蓄电池组为锂电池组。

其中，所述锂电池组为直流输出电压不低于120V的大容量锂电池组。

可选地，所述直流电弧焊机还包括：散热片、风扇、连接所述微控制器与所述风扇的风扇控制电路，以及与所述微控制器相连的测温元件。

可选地，所述直流电弧焊机还包括：与所述微控制器相连的焊机状态指示模块。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例以蓄电池组作为直流电弧焊机的供电电源，当电源开关闭合后，微控制器利用现有的斩波电路调制方式对降压斩波电路的输出电压进行调节，从而使所述直流电弧焊机的输出端能够输出焊接时所需要的起弧电压和焊接电流；相较于必须依赖交流电源供电的交流逆变电弧焊机，本发明所述的直流电弧焊机在没有可用交流电源的作业场地，仍可依靠蓄电池组提供的电能进行正常的焊接作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的一种直流电弧焊机结构示意图；

图2为本发明实施例二公开的又一种直流电弧焊机结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例一公开了一种直流电弧焊机，以实现在某些没有可用交流电源的作业场地，依靠蓄电池组提供的电能进行正常的焊接作业，包括：

蓄电池组101、电源开关102、降压斩波电路103、焊接电流采样电阻201、输入电压取样电阻网络202、输出电压取样电阻网络203、焊接电流给定电位器204、驱动电路300、微控制器400和辅助电源电路500；

其中，蓄电池组101、电源开关102和降压斩波电路103顺次相连；

焊接电流采样电阻201与直流电弧焊机的输出端A（以下简称“电弧焊机输出端A”）相串联后共同接入降压斩波电路103的输出端；其中，电弧焊机输出端A包括高电位接线端子A1和低电位接线端子A2，通常高电位接线端子A1通过焊把线连接用于夹持电焊条的焊钳、低电位接线端子A2通过导线连接被焊工件；

输入电压取样电阻网络202与蓄电池组101相并联，也即与降压斩波电路103的输入端相并联；

输出电压取样电阻网络203与电弧焊机输出端A相并联；

驱动电路300与降压斩波电路103相连接；

微控制器400分别与焊接电流采样电阻201、输入电压取样电阻网络202、输出电压取样电阻网络203、焊接电流给定电位器204和驱动电路300相连；

辅助电源电路500连接于电源开关102和微控制器400之间。

具体的，本实施例一所述的蓄电池组101、电源开关102、降压斩波电路103以及分别连接有夹持电焊条的焊钳和被焊工件的电弧焊机输出端A，共同构成了直流电弧焊机的功率主回路。当所述直流电弧焊机空载时，蓄电池组101输出的电源电压依次经过闭合的电源开关102、降压斩波电路103和电弧焊机输出端A加到所述电焊条和所述被焊工件之间，得到用以引燃电弧的起弧电压；起弧后，所述功率主回路中有焊接电流通过，则相应的，所述电焊条和所述被焊工件之间就产生了用于熔接焊料与被焊工件的高温电弧，所述高温电弧即为实际意义上的电弧焊机负载。

在所述功率主回路中，降压斩波电路103用于在驱动信号的驱动下将蓄电池组101输出的较高电压的直流电转换为可调电压的低压直流电，以通过电弧焊机输出端A提供焊接时所需要的起弧电压和焊接电流。

本实施例一所述的驱动电路300、微控制器400、焊接电流采样电阻201、输入电压取样电阻网络202、输出电压取样电阻网络203以及焊接电流给定电位器204共同构成了直流电弧焊机的控制回路。

在所述控制回路中，输入电压取样电阻网络202具体可包括相串联的第一电阻R1和第二电阻R2（其中R2≤R1、且R2两端的输出电压为微控制器400可处理的低电压）；输出电压取样电阻网络203具体可包括相串联的第三电阻R3和第四电阻R4（其中R4≤R3、且R4两端的输出电压为微控制器400可处理的低电压）；焊接电流采样电阻201串接在电弧焊机输出端A的低电位接线端子A2与降压斩波电路103的低电位输出端之间，则焊接电流通过焊接电路采样电阻201时，焊接电路采样电阻201两端的电压为微控制器400可处理的低电压。相对应的，微控制器400的接线引脚包括：分别与焊接电流采样电阻201的一端与第二电阻R2的一端相连接的第二引脚2、与第四电阻R4的一端相连接的第三引脚3、与第二电阻R2的另一端相连接的第一引脚1、分别与焊接电流采样电阻201的另一端与第四电阻R4的另一端相连接的第四引脚4，以及与焊接电流给定电位器204相连接的第五引脚5；

由此，微控制器400通过获取第二电阻R2两端的电压，即可根据第二电阻R2对电源电压的分压比，计算得到蓄电池组100输出的电源电压信息；通过获取第四电阻R4两端的电压，即可根据第四电阻R4对电弧焊机输出端A两端电压的分压比，计算得到实际的起弧电压信息；通过获取焊接电流采样电阻201两端的电压，即可计算得到焊接电流采样电阻201所在回路的电流值，即实际的焊接电流信息；通过获取焊接电流给定电位器204输出的电压信号，即可计算得到工作人员设定的焊接电流信息；

之后，微控制器400根据处理得到的所述电源电压信息和所述实际的起弧电压信息进行前馈-反馈复合控制，即可快速生成用于控制所述功率主回路得到焊接时所需的起弧电压的第一数字信号；并且，微控制器400根据处理得到的所述实际的焊接电流信息和所述给定的焊接电流信息进行反馈控制，即可准确生成用于控制所述功率主回路得到焊接时所需的焊接电流的第二数字信号。在型号选择上，微控制器400具体可选用微控制器W79E825，但并不局限。

在所述控制回路中，驱动电路300作为连接于微控制器400与所述功率主回路中的降压斩波电路103之间的接口电路，用于将来自于微控制器400的数字信号（包括所述第一数字信号和所述第二数字信号）转换成具有足够功率的驱动信号，以实现对降压斩波电路103的输出电压进行调节，从而使得所述功率主回路能够得到焊接时所需的起弧电压和焊接电流。其中，在微控制器400控制下，可选用脉冲宽度调制、脉冲频率调制和可变频率的脉冲宽度调制中的任一种调制方式对降压斩波电路103的输出电压进行调节，本实施例一优选所述可变频率的脉冲宽度调制方式，以达到减小降低降压斩波电路103中的储能电感L的体积和降低降压斩波电路103中的开关元件的开关损耗的目的，即，微控制器400为具有脉冲宽度调制输出功能的微控制器，通过检测焊接电流给定电位器的输出值，微控制器通过程序调整其脉宽调制频率。

此外，本实施例一所述的辅助电源电路500用于将蓄电池组100输出的较高直流电压转换为适合为微控制器400供电的直流低电压；相对应的，微控制器400的接线引脚还包括：与辅助电源电路500相连接的第六引脚6（也就是微控制器400的电源引脚）。

由上述描述可知，本实施例一以蓄电池组101作为直流电弧焊机的直流供电电源，当电源开关102闭合后，微控制器400利用现有的斩波电路调制方式对降压斩波电路103的输出电压进行调节，从而使电弧焊机输出端A能够输出焊接时所需要的起弧电压和焊接电流；相较于必须依赖交流电源供电的交流电弧焊机，本实施例一所述的直流电弧焊机在没有可用交流电源的作业场地、仍可依靠蓄电池组101提供的电能进行正常的焊接作业。此外，由于蓄电池组101与大地绝缘，其电位为悬浮电位，因此单独触碰到电弧焊机输出端A的任何一端都不会导致人身伤害，提高了工作人员进行焊接作业的安全系数。再者，相较于功率主回路中至少包括工频整流电路、4开关元件桥式开关电路（或2开关元件半桥式开关电路）、高频变压器和高频低压全波整流电路等电路模块的交流逆变电弧焊机，本实施例所述的直流电弧焊机的功率主回路的电路结构简单，降低了电弧焊机的生产成本；且电路结构简化后的所述直流电弧焊机具备体积小、重量轻、携带方便等优势，因此降低了野外工作人员的劳动强度；同时由于所述直流电弧焊机中不具备4开关元件桥式开关电路（或2开关元件半桥式开关电路），因此也就不存在开关元件共态导通的问题，可靠性较高。

其中需要说明的是，在上述实施例一中，降压斩波电路103至少包括开关元件、续流元件VD和储能电感L（仍参见图1）。现有技术普遍采用IGBT（Insulated-Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）作为所述开关元件、采用快恢复二极管作为续流元件VD，通过对IGBT的开断情况进行控制，即可实现对降压斩波电路103的输出电压的调制。而本实施例一为保证降压斩波电路103的低功耗续流，则是以若干个相并联的功率场效应管作为续流元件VD。相对应，驱动电路300包括连接微控制器400与IGBT的栅极的第一驱动电路301以及连接微控制器400与功率场效应管的栅极的第二驱动电路302；微控制器400的接线引脚还包括与第一驱动电路301相连的第七引脚7以及与第二驱动电路302相连的第八引脚8。

举例说明，对于正向导通压降为1.2V、正向平均电流为300A的MMF300YB050U型快恢复二极管，其通态功耗＝正向电流*正向导通压降＝300A*1.2V＝360W；对于导通电阻为4毫欧、漏极电流为300安培的MMN300W020TB型功率场效应管来说，4只相并联的MMN300W020TB型功率场效应管的通态功耗＝正向电流*正向电流*导通电阻＝300安培*300安培*1毫欧=90W；相较于MMF300YB050U型快恢复二极管，由相并联的4只MMN300W020TB型功率场效应管组成的续流元件具有更低的正向压降，实现了低功耗续流。其中所述功率场效应管的个数可根据实际情况具体设定，并不局限，图1仅是示意性的示出了连接于降压斩波电路103中的一只功率场效应管。

在上述示出的降压斩波电路103的电路结构的基础上，为进一步降低IGBT和功率场效应管VD的开通损耗及其关断损耗，降压斩波电路103还可包括：并联于IGBT的发射极与集电极间的RCD型缓冲吸收电路（图1未示出），以及并联于功率场效应管VD的源极与漏极间的RCD型缓冲吸收电路（图1未示出）。

此外仍需要说明的是，在上述实施例一中，蓄电池组101可优选锂电池组，如钴酸锂电池组或磷酸铁锂电池组等。

相较于其他类型的蓄电池，锂电池具有比能量大、高功率承受力、自放电率很低、重量轻、高低温适应性强、绿色环保、使用寿命长等突出优点；更为重要的是，所述锂电池的额定单体电压相对较高（单只锂电池的额定电压约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压）、便于组成电池电源组。在实际应用中，所述锂电池组具体可选用直流输出电压不低于120V的大容量锂电池组，但并不局限。

参见图2，基于实施例一，本发明实施例二公开了又一种直流电弧焊机，以实现在某些没有可用交流电源的作业场地，依靠蓄电池组提供的直流电进行正常的焊接作业，包括：蓄电池组101、电源开关102、降压斩波电路103、焊接电流采样电阻201、输入电压取样电阻网络202、输出电压取样电阻网络203、焊接电流给定电位器204、驱动电路300、微控制器400、辅助电源电路500、输入滤波电容C1和输出滤波电容C2；

其中，输入滤波电容C1与降压斩波电路103的输入侧相并联，用于降低蓄电池组101输出引线的阻抗。

输出滤波电容C2与降压斩波电路103的输出端相并联，用于降低从降压斩波电路103输出的脉动成分、保留其直流成分。

此外作为优选，仍参见图2，所述直流电弧焊机还包括：连接于蓄电池组101与降压斩波电路103之间的逆止二极管600；

逆止二极管600利用二极管的单向导电性，可防止电源反接给所述功率主回路带来损坏，起到防反接保护作用。

此外作为优选，仍参见图2，所述直流电弧焊机还包括：散热片701、风扇702、连接微控制器400与风扇702的风扇控制电路703，以及与微控制器400相连的测温元件704；

散热片701和风扇702是用于为所述直流电弧焊机中的易发热电子元件散热的装置；测温元件704装设于散热片701处，用于测量散热片701的温度；微控制器400根据测温元件704所测得的散热片701的温度，利用风扇控制电路703来控制风扇702的启动或停止；

其中需要说明的是，由于本实施例采用了低功耗的续流元件VD，因此可降低风扇702的输出功率、节约电能，同时减小散热片701的体积，进一步优化所述直流电弧焊机的便携性。

此外作为优选，仍参见图2，所述直流电弧焊机还包括：与微控制器400相连的焊机状态指示模块705，用于根据微控制器400的运行结果，对所述直流电弧焊机的运行状态进行显示，如显示蓄电池组101是否欠压及其散热片701是否过热等，方便了工作人员实时了解所述直流电弧焊机的运行状态、有助于所述直流电弧焊机的故障诊断。相对应的，微控制器400的接线引脚还包括：与风扇控制电路703相连接的第九引脚9以及与焊机状态指示模块705相连接的第十引脚10。

综上所述，本发明实施例以蓄电池组作为直流电弧焊机的供电电源，当电源开关闭合后，微控制器利用现有的斩波电路调制方式对降压斩波电路的输出电压进行调节，从而使所述直流电弧焊机能够输出焊接时所需要的起弧电压和焊接电流；相较于必须依赖交流电源供电的交流逆变电焊机，本发明所述的直流电弧焊机在没有可用交流电源的作业场地、仍可依靠蓄电池组提供的电能进行正常的焊接作业；此外，本实施例还提高了工作人员进行焊接作业的安全系数、降低了电弧焊机的生产成本、提高了电弧焊机的可靠性，且具有体积小、重量轻、携带方便等优势，降低了野外工作人员的劳动强度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种直流电弧焊机，其特征在于，包括：

顺次相连的蓄电池组、电源开关和降压斩波电路；

与直流电弧焊机的输出端串联后接入所述降压斩波电路的输出端的焊接电流采样电阻；

焊接电流给定电位器；

与所述蓄电池组相并联的输入电压取样电阻网络；

与所述直流电弧焊机的输出端相并联的输出电压取样电阻网络；

与所述降压斩波电路相连接的驱动电路；

分别与所述焊接电流采样电阻、所述焊接电流给定电位器、所述输入电压取样电阻网络、所述输出电压取样电阻网络和所述驱动电路相连的微控制器；

以及连接所述电源开关和所述微控制器的辅助电源电路；

其中，所述输入电压取样电阻网络包括相串联的第一电阻和第二电阻，所述输出电压取样电阻网络包括相串联的第三电阻和第四电阻。

2.根据权利要求1所述的直流电弧焊机，其特征在于，所述降压斩波电路为以绝缘栅双极晶体管作为开关元件、以若干个相并联的功率场效应管作为续流元件的降压斩波电路。

3.根据权利要求2所述的直流电弧焊机，其特征在于，所述驱动电路包括：

连接所述微控制器与所述绝缘栅双极晶体管的栅极的第一驱动电路，

及其连接所述微控制器与所述功率场效应管的栅极的第二驱动电路。

4.根据权利要求1所述的直流电弧焊机，其特征在于，所述微控制器为采用可变频率的脉冲宽度调制技术对所述降压斩波电路的输出电压和输出电流进行控制的微控制器。

5.根据权利要求1所述的直流电弧焊机，其特征在于，所述直流电弧焊机还包括：

与所述降压斩波电路的输入端相并联的输入滤波电容，

以及与所述降压斩波电路的输出端相并联的输出滤波电容。

6.根据权利要求1所述的直流电弧焊机，其特征在于，所述直流电弧焊机还包括：连接于所述电源开关与所述降压斩波电路之间的逆止二极管。

7.根据权利要求1所述的直流电弧焊机，其特征在于，所述蓄电池组为锂电池组。

8.根据权利要求7所述的直流电弧焊机，其特征在于，所述锂电池组为直流输出电压不低于120V的大容量锂电池组。

9.根据权利要求1所述的直流电弧焊机，其特征在于，所述直流电弧焊机还包括：散热片、风扇、连接所述微控制器与所述风扇的风扇控制电路，以及与所述微控制器相连的测温元件。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的直流电弧焊机，其特征在于，所述直流电弧焊机还包括：与所述微控制器相连的焊机状态指示模块。