CN106112213B

CN106112213B - 一种永磁变频发动机焊机

Info

Publication number: CN106112213B
Application number: CN201610651781.XA
Authority: CN
Inventors: 王乃勇
Original assignee: DENOH SEIMITSU ELECTRIC APPLIANCE (BEIJING) Co Ltd
Current assignee: DENOH SEIMITSU ELECTRIC APPLIANCE (BEIJING) Co Ltd
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2036-08-10
Also published as: CN106112213A

Abstract

本发明公开了一种永磁变频发动机焊机，涉及发电及焊接领域，包括永磁发电机和永磁电焊机，且所述永磁发电机与所述永磁电焊机的电路分别独立设置；该发动机焊机的定子冲片的槽Ⅰ内，缠绕有同相位三路三相四线绕组线圈，组成三个永磁发电机线圈，以及与所述槽Ⅰ相邻的槽Ⅱ内缠绕有两路三相四线线绕组线圈，组成第一永磁电焊机线圈和第二永磁电焊机线圈，分别给焊接A把和焊接B把供电；本发明控制精度高，控制响应速度快，绝缘可靠体积小，能够同时实现稳定焊接与辅助电源供电。

Description

一种永磁变频发动机焊机

技术领域

本发明涉及发电及焊接领域，具体涉及一种永磁变频发动机焊机。

背景技术

目前，逆变式焊机广泛应用于工业各行业对各种有色金属及其合金的焊接作业。逆变式焊机以其重量轻，体积小，生产时消耗铜材、钢材少、节能效果显著和焊接工艺性能优秀而深受使用者青睐。而数字化多功能逆变式焊机则采用数字控制芯片控制焊接电源和自动送丝装置，将多种焊接工艺集于一体，实现一机多能的增值运用，使得焊接的自动化程度得以提高。

然而，就现有数字化多功能逆变式焊机的焊接电源装置来讲，绝大多使用市网电网供电或发电机供电，供电电压较高。由于输出的是低压大电流直流电的电压值和电网(发电机)的电压值悬殊较大，为达到电绝缘和介电强度等安全要求，一次侧整流部分和操作者可直接接触的二次侧焊接回路部分必须有良好的绝缘隔离，其结构必须考虑足够的绝缘距离和采用合适的绝缘材料。致使整机结构不能过于紧凑，体积重量很难进一步减小。同时，电力开关器件冷装置的冷却效能也因一次侧高压部分和二次侧焊接回路低压部分的绝缘要求而受到很大的影响，直接导致焊接电源装置负载持续率下降，以及功率输出能力的下降。

另外，焊接装置必须有足够的控制精度和控制速度，控制每一个熔滴的过渡行为，才能满足实际应用需求。然而，现有的采用市网电网供电的逆变式焊机中，其逆变电路逆变开关频率难以达到100KHz以上。且开关器件开通和关断损耗高，开关器件引起的电磁骚扰信号幅度大。因此亟需一种配置动态响速度应快、控制精度高的焊接电源。

发动机焊机又叫发电电焊两用机或发电电焊机，可以作为发电机用，同时也可以为电焊机使用，现在的发动机焊机结构为励磁发电机，并发电与焊机同用一个回路。现有技术中，发电机通过内燃机、外燃机和水轮机发动机转动发出电流直接带动焊机进行工作。

其导致发电机输出受电焊机输出的影响，供电功能受到限制，不能满足稳定功率的供电，应用范围较窄。永磁发电机以永磁体励磁，消除了电励磁发电机的励磁消耗。然而，永磁发电机制成后，气隙磁场调节困难，这成为其应用于发电系统的固有缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种永磁变频发动机焊机。

提供一种永磁变频发动机焊机，包括定子冲片、永磁发电机和永磁电焊机，所述定子冲片设有槽I和槽II，且所述永磁发电机与所述永磁电焊机的电路分别独立设置；

其中，在所述槽Ⅰ内，缠绕有同相位三路三相四线绕组线圈，组成三个永磁发电机线圈，以及与所述槽Ⅰ相邻的所述槽Ⅱ内缠绕有两路三相四线绕组线圈，组成第一永磁电焊机线圈和第二永磁电焊机线圈，分别给焊接A把和焊接B把供电。

进一步，给焊接A把供电的电路如下：

第一永磁电焊机线圈输出第一路交流电，所述第一路交流电经过第一稳压整流电路整流后，进入第一直流滤波电路滤波成为稳压直流电，将稳压直流电输出给A把降压斩波焊接系统后，再将变换后的电流输出给焊接A把；

给焊接B把供电的电路如下：

第二永磁电焊机线圈输出第二路交流电，所述第二路交流电经过第二稳压整流电路整流后，进入第二直流滤波电路滤波成为稳压直流电，将稳压直流电输出给B把降压斩波焊接系统后，再将变换后的电流输出给焊接B把。

本发明永磁电焊机供电和永磁发电机绝缘是靠发动机焊机的定子完成的，省去中频变压器环节；永磁电焊机和永磁发电机合为一个紧凑的整体，以达到紧凑焊接电源装置的结构、减小其体积和减轻其重量的目的。

进一步，所述A把降压斩波焊接系统包括：第一BUCK变换电路、第一采样电路、第一续流电路和第一滤波电路，稳压直流电进入第一BUCK变换电路降压斩波，后经第一续流电路和第一滤波电路，并通过第一采样电路采集电压电流数据，再将处理后的两相直流电输出给焊接A把；

所述B把降压斩波焊接系统包括：第二BUCK变换电路、第二采样电路、第二续流电路和第二滤波电路，稳压直流电进入第二BUCK变换电路降压斩波，后经第二续流电路和第二滤波电路，并通过第二采样电路采集电压电流数据，再将处理后的两相直流电输出给焊接B把。

进一步，在A把降压斩波焊接系统中，所述第一BUCK变换电路包括两个IGBT，且在每个IGBT前设置有电抗器，所述第一滤波电路包括三个滤波电抗器；

在B把降压斩波焊接系统中，所述第二BUCK变换电路包括两个IGBT，且在每个IGBT前设置有电抗器，所述第二滤波电路包括三个滤波电抗器。

本发明的所述A把降压斩波焊接系统采用数字化控制的降压斩波脉宽调制逆变电路拓扑结构形式。其使得永磁电焊机开关频率得以提高，满足了高精度，高动态响应速度数字化精细控制的要求。

进一步，在A把降压斩波焊接系统中，所述第一续流电路包括：

与第一BUCK变换电路并联的续流二极管AⅠ和续流二极管AⅡ，所述续流二极管AⅠ与储能电路AⅠ相并联；所述储能电路AⅠ包括电阻AⅠ和电容AⅠ；所述续流二极管AⅡ与储能电路AⅡ相并联；所述储能电路AⅡ包括电阻AⅡ和电容AⅡ；

在B把降压斩波焊接系统中，所述第二续流电路包括：

与第二BUCK变换电路并联的续流二极管BⅠ和续流二极管BⅡ，所述续流二极管BⅠ与储能电路BⅠ相并联；所述储能电路BⅠ包括电阻BⅠ和电容BⅠ；所述续流二极管BⅡ与储能电路BⅡ相并联；所述储能电路BⅡ包括电阻BⅡ和电容BⅡ。

进一步，第一采样电路包括第一电流传感器和第一电压反馈器；第二采样电路包括第二电流传感器和第二电压反馈器。

进一步，所述发动机焊机中的永磁体采用18级；

所述发动机焊机的转子包括相互叠加的硅钢片，以及位于硅钢片之间的18个NS极交替设置的永磁体。

进一步，第一三相全桥半控电路包括整流器AⅠ、整流器AⅡ和整流器AⅢ、第一IGBT、第一MOSFET、第一电抗器和第一电阻；第二三相全桥半控电路包括整流器BⅠ、整流器BⅡ和整流器BⅢ、第二IGBT、第二MOSFET、第二电抗器和第二电阻。

优选的，第一稳压滤波电路包括第一滤波电容；第二稳压滤波电路包括第二滤波电容。

进一步，第一IGBT与第一MOSFET并联，且所述第一IGBT的一端与整流器AⅠ串联，另一端与整流器AⅡ串联；第一MOSFET与第一电阻、第一电抗器和整流器AⅢ串联，且与第一滤波电容并联；第二IGBT与第二MOSFET并联，且所述第二IGBT的一端与整流器BⅠ串联，另一端与整流器BⅡ串联；第二MOSFET与第二电阻、第二电抗器和整流器BⅢ串联，且与第二滤波电容并联。

优选的，所述永磁发电机输出功率为20kW。

本发明所带来的综合效果包括：

1)发电机与电焊机的电路分别设置，互不影响。在电焊机工作过程中，发电机可输出稳定交流电，作为单独的辅助电源供电，带动角磨机、手枪钻、灯具或其他配套电器。

2)焊接装置能有效地控制每一个熔滴的过渡行为。本发明电焊机的焊接电源装置具有较高的逆变开关频率。

3)本发明使用低压直流电源供电，并结合了低电压大电流永磁发动机和永磁电焊机。其绝缘是靠定子绕组对焊接和辅助交流进行绝缘，整个电路结构中省去变压去部分，绝缘可靠。

4)本发明有较高的动态响应速度和较高的电流/电压控制精度；并且使自动送丝部分有较高的转速稳定度和转速响应速度，保证受到外界干扰后的恢复稳定的速度，保持焊接稳定。能够稳定、可靠及高速地焊接各种有色金属，适合各种不同材料和不同厚度的板材，实现不同搭接方式和不同焊缝的焊接。

5)采用18极永磁多极的发电机，结构简单、体积小、效率高、运行可靠，并且改善了气隙磁场的漏磁通问题，功率密度大。

6)本发明能够降低供能的发动机的转速，随输出发电机功率大小调节，进而减少能耗、降低噪音、降低机械磨损及二氧化碳的排放。

7)本发明能够实现普通酸性焊条焊接功能、低氢型碱性焊条/纤维素焊条焊接功能、LIFT TIG焊接功能、二氧化碳气体保护焊接功能、脉冲式MIG焊接功能和双脉冲MIG焊接功能。

附图说明

图1为本发明实施例发动机焊机的电路结构示意简图。

图2为本发明实施例发动机焊机中永磁电焊机的电路结构示意图。

图3为本发明实施例发动机焊机的永磁电焊机中的A把降压斩波焊接系统电路结构示意图。

图4为本发明实施例发动机焊机控制及电路流程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步解释说明，但应理解，本发明的范围不限于此。

实施例

一种永磁变频发动机焊机，如图1所示，包括定子冲片、永磁发电机2和永磁电焊机1，所述定子冲片设有槽I和槽II，且所述永磁发电机2与所述永磁电焊机1的电路分别独立设置；

其中，在所述槽Ⅰ内，缠绕有同相位三路三相四线绕组线圈，组成三个永磁发电机线圈，以及与所述槽Ⅰ相邻的槽Ⅱ内缠绕有两路三相四线绕组线圈，组成第一永磁电焊机线圈11和第二永磁电焊机线圈12，分别给焊接A把和焊接B把供电。

永磁发电机与永磁电焊机的电路分别设置，互不影响。在电焊机工作过程中，发电机可输出稳定交流电，作为单独的辅助电源供电，带动角磨机、手枪钻、灯具或其他配套电器。

如图2所示，给焊接A把供电的电路如下：

第一永磁电焊机线圈21输出第一路交流电，所述第一路交流电经过第一稳压整流电路31整流后，进入第一直流滤波电路41滤波成为稳压直流电，将稳压直流电输出给A把降压斩波焊接系统51后，再将变换后的电流输出给焊接A把。

给焊接B把供电的电路如下：

第二永磁电焊机线圈22输出第二路交流电，所述第二路交流电经过第二稳压整流电路32整流后，进入第二直流滤波电路42滤波成为稳压直流电，将稳压直流电输出给B把降压斩波焊接系统52后，再将变换后的电流输出给焊接B把。

如图3所示，所述A把降压斩波焊接系统包括：第一BUCK变换电路61、第一采样电路、第一续流电路71和第一滤波电路，稳压直流电进入第一BUCK变换电路61降压斩波，后经第一续流电路71和第一滤波电路，并通过第一采样电路采集电压电流数据，再将处理后的两相直流电输出给焊接A把；

在A把降压斩波焊接系统中，所述第一BUCK变换电路包括两个IGBT，且在每个IGBT前设置有电抗器81，所述第一滤波电路包括三个滤波电抗器91；

本实施例的所述A把降压斩波焊接系统51采用数字化控制的降压斩波脉宽调制逆变电路拓扑结构形式。其使得永磁电焊机1的开关频率得以提高，满足了高精度，高动态响应速度数字化精细控制的要求。

本实施例永磁电焊机1供电和永磁发电机2绝缘是靠发动机焊机的定子完成的，省去中频变压器环节；永磁电焊机1和永磁发电机2合为一个紧凑的整体，以达到紧凑焊接电源装置的结构、减小其体积和减轻其重量的目的。

在A把降压斩波焊接系统51中，所述第一续流电路71包括：

与第一BUCK变换电路61并联的续流二极管AⅠ611和续流二极管AⅡ612，所述续流二极管AⅠ711与储能电路AⅠ712相并联；所述储能电路AⅠ712包括电阻AⅠ和电容AⅠ；所述续流二极管AⅡ713与储能电路AⅡ714相并联；所述储能电路AⅡ714包括电阻AⅡ和电容AⅡ；

在B把降压斩波焊接系统52中，所述第二续流电路包括：

第一采样电路包括第一电流传感器101和第一电压反馈器102；第二采样电路包括第二电流传感器和第二电压反馈器。

所述发动机焊机中的永磁体采用18级。

该发动机焊机的转子包括相互叠加的硅钢片，以及位于硅钢片之间的18个NS极交替设置的永磁体。本实施例采用18极永磁多极的发电机，结构简单、体积小、效率高、运行可靠。

第一三相全桥半控电路31包括整流器AⅠ311、整流器AⅡ312和整流器AⅢ313；第二三相全桥半控电路32包括整流器BⅠ321、整流器BⅡ322和整流器BⅢ323。

第一三相全桥半控电路31包括整流器AⅠ311、整流器AⅡ312和整流器AⅢ313、第一IGBT314、第一MOSFET315、第一电抗器316和第一电阻317；第二三相全桥半控电路32包括整流器BⅠ321、整流器BⅡ322和整流器BⅢ323、第二IGBT324、第二MOSFET325、第二电抗器326和第二电阻327；

第一稳压滤波电路包括第一滤波电容411；第二稳压滤波电路包括第二滤波电容421。

第一IGBT314与第一MOSFET315并联，且所述第一IGBT314的一端与整流器AⅠ311串联，另一端与整流器AⅡ312串联；第一MOSFET315与第一电阻317、第一电抗器316和整流器AⅢ313串联，且与第一滤波电容411并联；第二IGBT324与第二MOSFET325并联，且所述第二IGBT324的一端与整流器BⅠ321串联，另一端与整流器BⅡ322串联；第二MOSFET325与第二电阻327、第二电抗器326和整流器BⅢ323串联，且与第二滤波电容421并联。

本实施例采用数字BUCK(降压斩波)式脉宽调制技术，到有效地抑制侧谐波电流噪声，改善了气隙磁场的漏磁通问题，功率密度大。

所述永磁发电机2输出功率为20kW。

如图4所示，本实用新型使用时能够降低供能的发动机的转速，随输出发电机功率大小调节，进而减少能耗、降低噪音、降低机械磨损及二氧化碳的排放。

三相全桥半控电路在发电机低转速时发电机线圈和电焊机线圈的输出电压降低，IGBT的PWM全开，三相整流电路为全波整流输出；高转速时发电机输出电压升高，IGBT的PWM关断，三相整流电路为半波整流输出；控制DSP高速数字芯片，通过电压反馈信号，调节PWM占空比，控制输出直流电压稳定。

虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。

Claims

1.一种永磁变频发动机焊机，其特征在于，包括定子冲片、永磁发电机和永磁电焊机，所述定子冲片设有槽I和槽II，且所述永磁发电机与所述永磁电焊机的电路分别独立设置；

其中，在所述槽Ⅰ内，缠绕有同相位三路三相四线绕组线圈，组成三个永磁发电机线圈，以及与所述槽Ⅰ相邻的所述槽Ⅱ内缠绕有两路三相四线绕组线圈，组成第一永磁电焊机线圈和第二永磁电焊机线圈，分别给焊接A把和焊接B把供电；

给焊接A把供电的电路如下：

给焊接B把供电的电路如下：

第二永磁电焊机线圈输出第二路交流电，所述第二路交流电经过第二稳压整流电路整流后，进入第二直流滤波电路滤波成为稳压直流电，将稳压直流电输出给B把降压斩波焊接系统后，再将变换后的电流输出给焊接B把；

所述永磁发电机输出功率为20kW。

2.根据权利要求1所述的永磁变频发动机焊机，其特征在于，

所述A把降压斩波焊接系统包括：第一BUCK变换电路、第一采样电路、第一续流电路和第一滤波电路，稳压直流电进入第一BUCK变换电路降压斩波，后经第一续流电路和第一滤波电路，并通过第一采样电路采集电压电流数据，再将处理后的两相直流电输出给焊接A把；

3.根据权利要求2所述的永磁变频发动机焊机，其特征在于，

在A把降压斩波焊接系统中，所述第一BUCK变换电路包括两个IGBT，且在每个IGBT前设置有电抗器，所述第一滤波电路包括三个滤波电抗器；

4.根据权利要求2所述的永磁变频发动机焊机，其特征在于，

在A把降压斩波焊接系统中，所述第一续流电路包括：

在B把降压斩波焊接系统中，所述第二续流电路包括：

5.根据权利要求2所述的永磁变频发动机焊机，其特征在于，第一采样电路包括第一电流传感器和第一电压反馈器；第二采样电路包括第二电流传感器和第二电压反馈器。

6.根据权利要求1所述的永磁变频发动机焊机，其特征在于，

所述发动机焊机中的永磁体采用18级；

7.根据权利要求1所述的永磁变频发动机焊机，其特征在于，

第一三相全桥半控电路包括整流器AⅠ、整流器AⅡ和整流器AⅢ、第一IGBT、第一MOSFET、第一电抗器和第一电阻；第二三相全桥半控电路包括整流器BⅠ、整流器BⅡ和整流器BⅢ、第二IGBT、第二MOSFET、第二电抗器和第二电阻；

第一稳压滤波电路包括第一滤波电容；第二稳压滤波电路包括第二滤波电容。

8.根据权利要求7所述的永磁变频发动机焊机，其特征在于，第一IGBT与第一MOSFET并联，且所述第一IGBT的一端与整流器AⅠ串联，另一端与整流器AⅡ串联；第一MOSFET与第一电阻、第一电抗器和整流器AⅢ串联，且与第一电容并联；第二IGBT与第二MOSFET并联，且所述第二IGBT的一端与整流器BⅠ串联，另一端与整流器BⅡ串联；第二MOSFET与第二电阻、第二电抗器和整流器BⅢ串联，且与第二电容并联。