CN105171187B - 一种空载电压可调的电焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电焊机领域，其公开了一种空载电压可调的电焊机，所述电焊机设置有一调压整流模块，利用该调压整流模块，可以调节电焊机的空载电压，从而使得焊接人员在利用该电焊机进行焊接工作时可以根据焊接材料的不同而调节选用不同的空载电压，进而可有效提高焊接效率与质量，同时也有效扩大了电焊机的应用场合。

Description

一种空载电压可调的电焊机

技术领域

本发明涉及电焊机领域，具体涉及一种空载电压可调的电焊机。

背景技术

电焊机是利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被焊材料，使被接触物相结合的目的。电焊机一般按输出电源种类可分为两种，一种是交流电源、一种是直流电。电焊机通电但未进行焊接操作（无电弧）时，电焊机输出端子上的电压称之为空载电压，其一般在60-80V之间。我国现有的交流电焊机的空载电压不超过85伏，而直流电焊机不超过90伏。电焊机的空载电压越高，越快进入稳定电流状态，电弧挺度越好，适合焊接厚板材料；空载电压越低，电弧形成的平稳度越好，引弧的热输入量更容易把握，适合焊接超薄板。传统的情况是，空载电压由焊接内部变压器的绕线匝数比决定的，是一个固定的数值，因此现有的电焊机的空载电压值是固定的；因此，现有的电焊机在焊接不同的材料时焊接效率较低，焊接质量也较低，焊接人员有时需要根据不同的焊接材料选用空载电压不同的电焊机。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种空载电压可调的电焊机，以使得在焊接过程中可根据焊接材料的不同而调节选用不同的空载电压，从而可有效地提高焊接效率与质量。

本发明是通过以下技术方案实现的： 一种空载电压可调的电焊机，所述电焊机包括控制系统模块、焊枪，与控制系统模块连接的人机界面操作及显示模块，依次连接的浪涌抑制模块、整流模块、PFC模块、逆变模块、变压器，所述控制系统模块与PFC模块之间连接有PFC驱动模块，所述控制系统模块与逆变模块之间连接有逆变驱动模块，还包括有调压整流模块、电流取样模块、以及电压取样模块，所述调压整流模块连接于变压器与焊枪之间，所述电流取样模块的输入端至少具有两输入接口，其中一输入接口与逆变模块的输入端连接，以获取逆变模块的输入电流信息，另一输入接口与焊枪的输入端连接，以获取焊枪的输入电流信息；所述电压取样模块的输入端与调压整流模块的输出端连接，以获取调压整流模块的输出电压；所述电流取样模块的输出端、电压取样模块的输出端均与控制系统模块连接。

进一步地，所述整流模块为三相整流模块，所述电焊机还包括有换相变流模块以及换相变流驱动模块，所述换相变流模块连接于调压整流模块与焊枪之间，所述换相变流驱动模块连接于换相变流模块与控制系统模块之间。

优选地，所述调压整流模块包括一电容，第一开关整流电路、第二开关整流电路、第三开关整流电路、以及第四开关整流电路；

所述第一开关整流电路、第四开关整流电路均包括相互串联连接的开关与二极管，且所述第一开关整流电路以二极管的阳极所在的一端作为输入端，以二极管的阴极所在的一端作为输出端；所述第二开关整流电路、第三开关整流电路均包括相互串联连接的开关与二极管，且所述第二开关整流电路以二极管的阴极所在的一端作为输入端，以二极管的阳极所在的一端作为输出端；

所述第一开关整流电路的输入端与第二开关整流电路的输入端连接且作为调压整流模块的其中一个输入端，所述第三开关整流电路的输出端与第四开关整流电路的输入端连接且作为调压整流模块的其中一个输入端；所述第一开关整流电路的输出端与第三开关整流电路的输入端连接，所述第二开关整流电路的输出端与第四开关整流电路的输入端连接；

所述电容的两端串联连接于第一开关整流电路的输出端与第二开关整流电路的输出端之间，且所述电容的两端作为调压整流模块的输出端。

较佳地，所述调压整流模块通过控制各开关的闭合与断开的时间来控制其输出端的输出电压。

进一步地，所述控制系统模块设置有用于与外部设备进行通信连接的同步通信接口。

本发明提供的电焊机，通过增加一调压整流模块，使得在利用该电焊机进行焊接工作时可以根据焊接材料的不同而调节选用不同的空载电压：如在焊接厚板材料时，调节选用较高的空载电压，以使电焊机更快地进入稳定电流状态，电弧挺度更好；而在焊接薄板材料时，则调节选用较低的空载电压，以使电弧形成的平稳度更好，引弧的热输入量更容易把握。利用本发明提供的电焊机，在有效提高焊接效率与质量的同时，也可有效避免焊接人员在焊接不同的焊接材料需选用不同空载电压的电焊机的弊端。

附图说明

附图1为本发明实施例中所述电焊机的电路原理模块框图；

附图2为本发明另一实施例中所述电焊机的电路原理模块框图；

附图3为本发明实施例中所述调压整流模块的原理模块框图；

附图4-1为第一开关整流电路与第四开关整流电路的电路原理示意图；

附图4-2为第一开关整流电路与第四开关整流电路的另一电路原理示意图；

附图4-3为第二开关整流电路与第三开关整流电路的电路原理示意图；

附图4-4为第二开关整流电路与第三开关整流电路的另一电路原理示意图；

附图5为本发明实施例中所述调压整流模块的电路原理示意图；

附图6为在附图5中所示的调压整流模块的输入电压、输出电压的对比示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1所示，一种空载电压可调的电焊机，所述电焊机包括控制系统模块、焊枪，与控制系统模块连接的人机界面操作及显示模块，依次连接的浪涌抑制模块、整流模块、PFC模块、逆变模块、变压器，所述控制系统模块与PFC模块之间连接有PFC驱动模块，所述控制系统模块与逆变模块之间连接有逆变驱动模块，还包括有调压整流模块、电流取样模块、以及电压取样模块，所述调压整流模块连接于变压器与焊枪之间，所述电流取样模块的输入端至少具有两输入接口，其中一输入接口与逆变模块的输入端连接，以获取逆变模块的输入电流信息，另一输入接口与焊枪的输入端连接，以获取焊枪的输入电流信息；所述电压取样模块的输入端与调压整流模块的输出端连接，以获取调压整流模块的输出电压；所述电流取样模块的输出端、电压取样模块的输出端均与控制系统模块连接。本实施例中，所述控制系统模块由微处理器、存储模块、输入输出模块、模拟数字转换模块、通讯模块等组成；该控制系统模块为现有技术可实现的功能模块，在此对其不再详述。

本实施例提供的电焊机，通过调压整流模块来调整电焊机的空载电压，使得在利用该电焊机进行焊接工作时可以根据焊接材料的不同而调节选用不同的空载电压，进而可有效提高焊接效率与质量，同时也有效扩大了电焊机的应用场合。

另外，为了方便与外部设备进行通信以及信息交互，所述控制系统模块设置有用于与外部设备进行通信连接的同步通信接口，通过该同步通信接口，可实现在外部设备对电焊机进行控制。

附图2为应用于三相交流电的电焊机的电路原理模块框图，其与上一实施例中的电焊机的不同之处仅在于增加了换相变流模块以及换相变流驱动模块，同时所述整流模块为三相整流模块，如附图2所示，所述换相变流模块连接于调压整流模块与焊枪之间，所述换相变流驱动模块连接于换相变流模块与控制系统模块之间。

本发明实施例中，所述浪涌抑制模块、整流模块（包括三相整流模块）、PFC模块、逆变模块、变压器、换相变流模块、换相变流驱动模块、PFC驱动模块、逆变驱动模块、电流取样模块、电压取样模块，人机界面操作及显示模块等各功能模块均为现有技术或现有技术可实现的功能模块，在此对其工作原理或其具体组成不再详述。但需说明的是，上述各功能模块中，其可以根据实际需要将多个功能模块集成一个电路模块来实现其相应的功能，或者某些功能模块的功能可以通过硬件与软件结合来实现；如可将PFC驱动模块与PFC模块集成在同一电路模块中，如PFC模块中自身具有驱动功能模块，又或者可以在控制系统模块中带有PFC驱动功能模块；又如电流取样模块与电压取样模块集成在控制系统模块中，或者电流取样模块与电压取样模块的功能可以通过在控制系统模块内通过硬件与软件结合来实现；还可将某一个功能模块分为多个功能模块来实现，如将人机界面操作及显示模块分为人机界面操作模块、人机界面显示模块来实现。

以下对所述的调压整流模块作进一步的详细说明：如附图3、图4（本实施例中的图4包括图4-1、图4-2、图4-3、图4-4）所示，所述调压整流模块包括一电容C1，第一开关整流电路、第二开关整流电路、第三开关整流电路、以及第四开关整流电路；

所述第一开关整流电路、第四开关整流电路均包括相互串联连接的开关与二极管，且所述第一开关整流电路以二极管的阳极所在的一端作为输入端，以二极管的阴极所在的一端作为输出端；所述第二开关整流电路、第三开关整流电路均包括相互串联连接的开关与二极管，且所述第二开关整流电路以二极管的阴极所在的一端作为输入端，以二极管的阳极所在的一端作为输出端；

所述第一开关整流电路的输入端与第二开关整流电路的输入端连接且作为调压整流模块的其中一个输入端，所述第三开关整流电路的输出端与第四开关整流电路的输入端连接且作为调压整流模块的其中一个输入端；所述第一开关整流电路的输出端与第三开关整流电路的输入端连接，所述第二开关整流电路的输出端与第四开关整流电路的输入端连接；

所述电容的两端串联连接于第一开关整流电路的输出端与第二开关整流电路的输出端之间，且所述电容的两端作为调压整流模块的输出端。

在图3中，图3中的A端、B端即为调压整流模块的输出端，其用于与焊枪连接。图4-1、图4-2为第一开关整流电路与第四开关整流电路的两种具体的电路结构示意图，图4-3、图4-4为第二开关整流电路与第三开关整流电路的两种具体的电路结构示意图。

优选地，本实施例中的调压整流模块采用如附图5所示的方案，其包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4，以及电容C1。其中：第一开关S1与第一二极管D1组成第一开关整流电路，第一开关S1与第一二极管D1组成第一开关整流电路，第二开关S2与第二二极管D2组成第二开关整流电路，第三开关S3与第一二极管D3组成第三开关整流电路，第四开关S4与第一二极管D4组成第四开关整流电路。

如附图5所示，第一开关S1的一端与第二开关S2的一端连接且作为调压整流模块的其中一个输入端与变压器连接，第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极连接且作为调压整流模块的另一个输入端与变压器连接；第一开关S1的另一端与第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极通过第三开关S3与第三二极管D3的阴极连接；第二开关S2的另一端与第二二极管D2的阴极连接，第二二极管D2的阳极通过第四开关S4与第四二极管D4的阳极连接；所述电容C1的两端串联连接于第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阳极之间，且电容C1的两端（A端、B端）作为调压整流模块的输出端。本实施例中的调压整流模块，其通过控制各开关的闭合与断开的时间来控制其输出端的输出电压，从而实现对电焊机的空载电压的可调。

在附图5所示的调压整流模块中，第一开关整流电路与第四开关整流电路所采用的电路结构均为图4-1中所示的电路结构，第二开关整流电路与第三开关整流电路所采用的电路结构均为图4-3中所示的电路结构；在实际应用中，第一开关整流电路与第四开关整流电路可采用图4-1、图4-2中任意一种的电路结构；同样，第二开关整流电路与第三开关整流电路可采用图4-3、图4-4中任意一种的电路结构。

下面以附图5中所示的调压整流模块为具体实施例，对调压整流模块的工作过程或原理作进一步的说明。附图6为在附图5中所示的调压整流模块的输入端接收到变压器输出端的交流电压后，通过控制各开关（第一、第二、第三、第四开关）的闭合与断开的时间来进行调压，并通过各二极管（第一、第二、第三、第四二极管）以及电容C1进行整流后输出的直流电压的示意图。

其中：在TO-T1阶段，第一开关S1、第四开关S4均闭合，第二开关S2、第三开关S3均断开；在T1-T2阶段，第一开关S1、第四开关S4均断开，第二开关S2、第三开关S3均断开；在T2-T3阶段，第一开关S1、第四开关S4均断开，第二开关S2、第三开关S3均闭合；在T3-T4阶段，第一开关S1、第四开关S4均闭合，第二开关S2、第三开关S3均断开；在41-T5阶段，第一开关S1、第四开关S4均断开，第二开关S2、第三开关S3均断开。

在本实施例中的调压整流模块，第一开关S1与第四开关S4的开关状态是同步的，即若第一开关S1闭合，第四开关S4也闭合，若第一开关S1断开，第四开关S4也断开；同样，第二开关S2与第三开关S3的开关状态也是同步的。由于本发明实施例中，第一开关S1与第四开关S4的开关状态相同，第二开关S2与第三开关S3的开关状态也相同，因此将第一开关S1与第四开关S4称之为第一组开关，将第二开关S2与第三开关S3称之为第二组开关；两组开关交替地闭合与断开，并通过控制两组开关的闭合与断开的时间点来实现其输出电压的可调，从而实现对电焊机的空载电压的可调。因此，在利用本实施例提供的电焊机进行焊接时，即可根据焊接材料的不同而调节电焊机的空载电压，以有效提高焊接效率与焊接质量，如在焊接厚板材料时，调节选用较高的空载电压，以使电焊机更快地进入稳定电流状态，电弧挺度更好；而在焊接薄板材料时，则调节选用较低的空载电压，以使电弧形成的平稳度更好，引弧的热输入量更容易把握。

需要说明的是，本实施例提供的调压整流模块，其不仅仅限于通过上述硬件电路来实现其功能，其还可通过控制器（或微处理器）与软件程序结合的方式来实现其功能。

本实施例提供的电焊机在实际操作中，对空载电压的调节可以通过在人机界面操作及显示模块中的人机界面操作模块中进行设置，或者也可以通过与所述控制系统模块的同步通信接口连接的外部设备进行设置，通过该同步通信接口，可实现在外部设备对电焊机进行控制。本实施例中的电焊机的空载电压可调范围为10V-300V之间，对于在焊接厚板材料时，空载电压通常调整为80V-300V为佳，而焊接薄板材料时，则空载电压通常调整至10V-80V为佳；但是在实际应用中，空载电压的具体参数还需要根据焊接工艺的要求进行确定,因此上述列举的空载电压范围仅仅是列举的大概范围，并非是对电焊机的空载电压的限制。

上述实施例中提到的内容为本发明较佳的实施方式，并非是对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种空载电压可调的电焊机，所述电焊机包括控制系统模块、焊枪，与控制系统模块连接的人机界面操作及显示模块，依次连接的浪涌抑制模块、整流模块、PFC模块、逆变模块、变压器，所述控制系统模块与PFC模块之间连接有PFC驱动模块，所述控制系统模块与逆变模块之间连接有逆变驱动模块，其特征在于： 还包括有调压整流模块、电流取样模块、以及电压取样模块，所述调压整流模块连接于变压器与焊枪之间，所述电流取样模块的输入端至少具有两输入接口，其中一输入接口与逆变模块的输入端连接，以获取逆变模块的输入电流信息，另一输入接口与焊枪的输入端连接，以获取焊枪的输入电流信息；所述电压取样模块的输入端与调压整流模块的输出端连接，以获取调压整流模块的输出电压；所述电流取样模块的输出端、电压取样模块的输出端均与控制系统模块连接；

所述调压整流模块包括一电容，第一开关整流电路、第二开关整流电路、第三开关整流电路、以及第四开关整流电路；

所述第一开关整流电路、第四开关整流电路均包括相互串联连接的开关与二极管，且所述第一开关整流电路以二极管的阳极所在的一端作为输入端，以二极管的阴极所在的一端作为输出端；所述第二开关整流电路、第三开关整流电路均包括相互串联连接的开关与二极管，且所述第二开关整流电路以二极管的阴极所在的一端作为输入端，以二极管的阳极所在的一端作为输出端；

所述第一开关整流电路的输入端与第二开关整流电路的输入端连接且作为调压整流模块的其中一个输入端，所述第三开关整流电路的输出端与第四开关整流电路的输入端连接且作为调压整流模块的其中一个输入端；所述第一开关整流电路的输出端与第三开关整流电路的输入端连接，所述第二开关整流电路的输出端与第四开关整流电路的输入端连接；

所述电容的两端串联连接于第一开关整流电路的输出端与第二开关整流电路的输出端之间，且所述电容的两端作为调压整流模块的输出端。

2.根据权利要求1所述空载电压可调的电焊机，其特征在于：所述第一开关整流电路包括第一开关与第一二极管，第二开关整流电路包括第二开关与第二二极管，第三开关整流电路包括第三开关与第三二极管，第四开关整流电路包括第四开关与第四二极管；

第一开关的一端与第二开关的一端连接且作为调压整流模块的其中一个输入端与变压器连接，第三二极管的阳极与第四二极管的阴极连接且作为调压整流模块的另一个输入端与变压器连接；第一开关的另一端与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极通过第三开关与第三二极管的阴极连接；第二开关的另一端与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极通过第四开关与第四二极管的阳极连接；所述电容的两端串联连接于第一二极管的阴极与第二二极管的阳极之间。

3.根据权利要求2所述空载电压可调的电焊机，其特征在于：所述调压整流模块通过控制各开关的闭合与断开的时间来控制其输出端的输出电压。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述空载电压可调的电焊机，其特征在于：所述整流模块为三相整流模块，所述电焊机还包括有换相变流模块以及换相变流驱动模块，所述换相变流模块连接于调压整流模块与焊枪之间，所述换相变流驱动模块连接于换相变流模块与控制系统模块之间。

5.根据权利要求4所述空载电压可调的电焊机，其特征在于：所述控制系统模块设置有用于与外部设备进行通信连接的同步通信接口。