CN111001898A - 维弧辅助电路及焊接控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种维弧辅助电路及焊接控制电路，该维弧辅助电路适用于消耗电极式焊接控制电路，维弧辅助电路连接于电极并向电极输出一辅助电流，辅助电流小于焊接控制电路的主电路输出的主电流，维弧辅助电路上具有一降低主电流基值电流纹波的储能电感。

Description

维弧辅助电路及焊接控制电路
技术领域
本发明涉及焊接领域，且特别涉及一种维弧辅助电路及焊接控制电路。
背景技术
传统熔化电极电弧焊接装置中焊接电源WPS 的输出特性为恒压特性，为焊丝、电弧以及母材提供能量，用以熔化焊丝、维持电弧以及加热母材。为减小焊接飞溅，提高焊接速度，改善焊接成型，焊接电流波形被设计成脉冲形状。为保证脉冲特性明显，脉冲焊接电流峰值需要保持在相对大的幅值，其作用是熔化焊丝，并促进熔滴过渡。脉冲焊接电流基值则需保持在相对低的幅值，其作用是预热焊丝，并维持电弧发生。焊接电流在基值与峰值之间反复快速切换。如果脉冲参数选择恰当，焊接过程将保持稳定，熔滴将呈现滴状过渡特征，焊接飞溅减小，焊接质量提高。
传统熔化电极电弧焊接装置为维持电弧稳定，抑制焊接电流变化，在逆变电源输出端串联恒值电感（如图1所示），通过采样电感电流作为反馈值，改变逆变电源的电流给定值，使输出电感上的电流跟踪电流给定值，得到与给定电流波形基本一致的输出波形。而在实现脉冲焊接电流波形时为了保证一定的电流上升斜率和电流下降斜率，恒值电感的电感量要较小。电感量太小首先会造成电流的纹波较大，其次容易受到外界干扰影响。在焊接脉冲基值电流较小时，以上两种情况都会导致电弧熄灭的概率增大。
为了解决这一问题，中国专利CN103934545A提供了一种熔化电极电弧焊接电源系统的控制方法，具体的电路如图2所以，其通过在逆变电源的输出端串联可变电感。在焊接电流下降到基值阶段时，可变电感输出电感增大，使得与开关频率相关的电流纹波减小到很小的幅值。
在中国专利CN103934545A提供的一种熔化电极电弧焊接电源系统的控制方法中，首先可变电感的电感量变压要具有很高的响应速度，才能实现电感量跟随焊接电流的变化而变化。其次，由于在焊接电流处于基值时要输出较大的电感，因此可变电感的体积将较大，逆变电源很难实现小型化。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种维弧辅助电路及焊接控制电路。
为了实现上述目的，本发明提供一种维弧辅助电路，该维弧辅助电路适用于消耗电极式焊接控制电路，维弧辅助电路连接于电极并向电极输出一辅助电流，辅助电流小于焊接控制电路的主电路输出的主电流，维弧辅助电路上具有一降低主电流基值电流纹波的储能电感。
根据本发明的一实施例，维弧辅助电路并联于主电路，维弧辅助电路还包括与储能电感串联的整流组件和限流元件；
整流组件将变压器降压后的交流电进行整流后输出至储能电感，限流元件限制维弧辅助电路的电流以使辅助电流小于主电流。
根据本发明的一实施例，限流元件为限流电阻或电抗器。
根据本发明的一实施例，当限流元件为电抗器且整流组件为由四个二极管所组成的全桥整流模块时，电抗器连接于变压器的副边，整流组件连接于电抗器和储能电感之间。
根据本发明的一实施例，维弧辅助电路还包括一与储能电感相连接的恒流源，恒流源为维弧辅助电路提供辅助电流，辅助电流小于主电流。
根据本发明的一实施例，当主电路的输出端具有输出电感时，维弧辅助电路的输出连接于输出电感的输入侧，储能电感串联连接于主电路上的输出电感。
相对应的，本发明还提供一种焊接控制电路，该焊接控制电路为直流焊接控制电路，其包括上述维弧辅助电路。
相对应的，本发明还提供另一种焊接控制电路，其该焊接控制电路为交流焊接控制电路，其包括上述维弧辅助电路，交流焊接控制电路的主电路输出侧具有由四个IGBT管所组成的逆变模块，维弧辅助电路的输出连接于逆变模块，经逆变后输出至电极。
综上所述，本发明提供的维弧辅助电路及焊接控制电路中，维弧辅助电路上具有一储能电感且其上流经一小电流。在大电流的峰值焊接期间，大部分的焊接电流经低阻抗的主电路输出至电极，维弧辅助电路上流经很小的辅助电流，该电流值很小的辅助电流在储能电感上产生的电感量很小，其对整个焊接控制电路的电感量影响很小，保证了焊接电流脉冲具有一定的上升斜率和下降斜率，从而实现一脉一滴的性能。而当主电路上的电流下降至基值时，对应的其上的电感量也将下降，此时维弧辅助电路上的储能电感增大了基值阶段下整个焊接控制电路的电感量，从而大大减小了基值电流的纹波，降低基值阶段下电弧熄灭的概率，提高电弧的稳定性。进一步的，由于维弧辅助电路上的电流很小，大部分的焊接电流从主电路上流过，因此可将主电路上的电感设置得很小以减小主电路的体积，而适当地增大维护辅助电路上的储能电感，焊接控制电路的设计上更加的灵活。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1所示为传统消耗电极式电弧焊接装置的结构示意图。
图2所示为中国专利CN103934545A提供的消耗电极式电弧焊接电源的控制电路示意图。
图3为本发明一实施例提供的具有维弧辅助电路的焊接控制电路的原理框图。
图4所示为本发明实施例一提供的维弧辅助电路的原理图。
图5所示为本发明实施例一提供的有维弧辅助电路的直流焊接控制电路的原理图。
图6所示为本发明另一实施例提供的维弧辅助电路的原理图。
图7所示为本发明实施例二提供的维弧辅助电路的原理图。
图8所示为本发明实施例三提供的维弧辅助电路的原理图。
图9所示为本发明实施例四提供的有维弧辅助电路的交流焊接控制电路的原理图。
具体实施方式
实施例一
图1所示为传统消耗电极式电弧焊接装置的结构示意图，在该装置中，串联于整流电路输出端的恒值电感L的电感量在满足一脉一滴的焊接电流要求时基值电流纹波很大，电弧容易熄灭。图2为改进型的消耗电极式焊接控制电路，该电路将传统消耗电极式电弧焊接装置中串联于整流电路输出端的恒值电感替换为可变电感，可变电感根据焊接电流的变化而变化其电感量以降低基值电流的纹波，维持电弧稳定。然而，在该方案中可变电感的电感量变化要具有很高的响应速度，对电路控制精度的要求很高。
有鉴于此，如图3所示，本实施例提供一种能很好地降低基值电流纹波且对控制电路精度要求低的维弧辅助电路。本实施例提供的适用于消耗电极式焊接控制电路的维弧辅助电路10连接于电极并向电极输出一辅助电流I1，辅助电流I1小于焊接控制电路的主电路20输出主电流I0，维弧辅助电路10上具有一降低主电流I0基值电流纹波的储能电感L1。以下将结合图3来详细介绍本实施例提供的维弧辅助电路的工作原理。
在大电流的峰值焊接期间，维弧辅助电路10上流经的辅助电流I1远远小于主电路20上的主电流I0。此时辅助电流I1在储能电感L1上产生的电感量较小，其对整个焊接控制电路的电感量影响很小，其不会对主电路20上流经的主电流I0的特性造成影响，确保了在该期间内主电流I0具有很好的上升斜率和下降斜率，从而能很好地实现一脉一滴的焊接特性。
当焊接电流下降至基值阶段时，此时主电流I0较小，主电路20上的电感量较小。而此时辅助电流I1在储能电感L1上产生的电感量接近或甚至大于主电路20上的电感量，两者叠加后大大增加了整个焊接控制电路的电感量，该电感量很好地抑制基值电流下的纹波，实现电弧在基值电流下的稳定。
本实施例提供过的维弧辅助电路中，主电路20上的输出电感L2在满足电弧稳定的条件下可尽可能地设置得较小以确保脉冲焊接电流具有很好的上升斜率和下降斜率，从而实现一脉一滴的焊接特性；对于输出电流纹波的抑制则通过维弧辅助电路10上的储能电感L1来实现。即本实施例提供的维弧辅助电路实现了电流纹波和脉冲电流的上升/下降率两者的独立控制，两者之间不再存在因相互矛盾而无法平衡的问题。进一步的，本实施例提供过的维弧辅助电路无需任何的反馈控制即可实现基值电流纹波的抑制，电路结构以及控制均非常的简单。
为使得维弧辅助电路10上流经一小辅助电流，如图4所示，于本实施例中维弧辅助电路10还包括与储能电感L1串联的整流组件11和限流元件12。整流组件11将变压器T降压后的高频交流电进行整流后输出至储能电感L1，限流元件12则限制维弧辅助电路10的电流以使辅助电流I1小于主电流I0。结合图5所示，于本实施例中，维弧辅助电路10并联于主电路20。
于本实施例中，由于维弧辅助电路10并联于主电路20，限流元件12的设置使得在整个焊接周期内经变压器T降压后的电流大部分流经低阻抗的主电路20，维弧辅助电路10上仅具有较小的电流分量，即实现辅助电流I1小于主电路I0。于本实施例中，限流元件12为电抗器，整流组件11为由二极管D1，D2所组成的半桥整流模块。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，如图6所示，限流元件12也可为限流电阻。
相对应的，如图5所示，本实施例提供一直流焊接控制电路，该直流焊接控制电路包括本实施例提供的维弧辅助电路10和主电路20。于本实施例中，主电路20的输出侧连接有输出电感L2。此时，维弧辅助电路10的输出连接于输出电感L2的输入侧，储能电感L1串联连接于主电路20上的输出电感L2。
实施例二
本实施例与实施例一及其变化基本相同，区别在于：如图7所示，整流组件11为由四个二极管D1，D2，D3，D4所组成的全桥整流模块。
于本实施例中，限流元件12仍然为电抗器，并设置电抗器连接于变压器T的副边，而全桥整流模块则连接于电抗器和储能电感L1之间。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，限流元件也可为限流电阻，限流电阻和电抗器也可设置于整流组件之后。
实施例三
本实施例与实施例一及其变化基本相同，区别在于：如图8所示，维弧辅助电路10包括储能电感L1和为储能电感L1提供辅助电流I1的恒流源14。
于本实施例中，恒流源14恒流输出一电流值小于主电流的辅助电流I1。然而，本发明对辅助电流的大小不作任何限定，其可根据主电流基值进行调整。
与实施例一同样的，恒流源14输出的电流值很小的辅助电流I1和储能电感L1，在主电流降低至基值电流时增加了整个焊接控制电路的电感量，从而很好地抑制了基值电流的纹波，确保电弧稳定且不熄灭。
实施例四
本实施例与实施例一及其变化基本相同，区别在于：如图9所示，本实施例提供的焊接控制电路为交流焊接控制电路。主电路20输出侧具有由四个IGBT管Q1，Q2，Q3以及Q4所组成的逆变模块21，维弧辅助电路10的输出连接于逆变模块21，经逆变后输出至电极。
综上所述，本发明提供的维弧辅助电路及焊接控制电路中，维弧辅助电路上具有一储能电感且其上流经一小电流。在大电流的峰值焊接期间，大部分的焊接电流经低阻抗的主电路输出至电极，维弧辅助电路上流经很小的辅助电流，该电流值很小的辅助电流在储能电感上产生的电感量很小，其对整个焊接控制电路的电感量影响很小，保证了焊接电流脉冲具有一定的上升斜率和下降斜率，从而实现一脉一滴的性能。而当主电路上的电流下降至基值时，对应的其上的电感量也将下降，此时维弧辅助电路上的储能电感增大了基值阶段下整个焊接控制电路的电感量，从而大大减小了基值电流的纹波，降低基值阶段下电弧熄灭的概率，提高电弧的稳定性。进一步的，由于维弧辅助电路上的电流很小，大部分的焊接电流流经主电路，因此可将主电路上的电感设置得很小以减小主电路的体积，而适当地增大维护辅助电路上的储能电感，焊接控制电路的设计上更加的灵活。
虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (8)

1.一种维弧辅助电路，其特征在于，所述维弧辅助电路适用于消耗电极式的焊接控制电路，所述维弧辅助电路连接于电极并向电极输出一辅助电流，所述辅助电流小于焊接控制电路的主电路输出的主电流，所述维弧辅助电路上具有一降低主电流基值电流纹波的储能电感。
2.根据权利要求1所述的维弧辅助电路，其特征在于，所述维弧辅助电路并联于所述主电路，所述维弧辅助电路还包括与储能电感串联的整流组件和限流元件；
所述整流组件将变压器降压后的交流电进行整流后输出至储能电感，所述限流元件限制维弧辅助电路的电流以使辅助电流小于主电流。
3.根据权利要求2所述的维弧辅助电路，其特征在于，所述限流元件为限流电阻或电抗器。
4.根据权利要求3所述的维弧辅助电路，其特征在于，当所述限流元件为电抗器且所述整流组件为由四个二极管所组成的全桥整流模块时，所述电抗器连接于变压器的副边，所述整流组件连接于电抗器和储能电感之间。
5.根据权利要求1所述的维弧辅助电路，其特征在于，所述维弧辅助电路还包括一与储能电感相连接的恒流源，所述恒流源为维弧辅助电路提供辅助电流，所述辅助电流小于主电流。
6.根据权利要求1所述的维弧辅助电路，其特征在于，当所述主电路的输出端具有输出电感时，所述维弧辅助电路的输出连接于输出电感的输入侧，储能电感串联连接于主电路上的输出电感。
7.一种焊接控制电路，其特征在于，所述焊接控制电路为直流焊接控制电路，所述直流焊接控制电路包括权利要求1~6任一项所述的维弧辅助电路。
8.一种焊接控制电路，其特征在于，所述焊接控制电路为交流焊接控制电路，所述交流焊接控制电路包括权利要求1~6任一项所述的维弧辅助电路，交流焊接控制电路的主电路输出侧具有由四个IGBT管所组成的逆变模块，所述维弧辅助电路的输出连接于逆变模块，经逆变后输出至电极。
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