CN111438425B - 一种多功能脉冲弧焊电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能脉冲弧焊电源，包括：整流电路、DC/DC恒压源、电流发生主回路、波形控制电路、内燃弧焊机供电输入端、市电输入端、电源输出端和控制接口；整流电路用于将市电输入端输入的交流市电整流为540V直流电；DC/DC恒压源用于将整流后的540V直流电转换为80V直流电；电流发生主回路用于根据驱动信号产生焊接所需的焊接电流信号传输至焊枪进行焊接；波形控制电路用于，并根据采集的焊接电压信号和焊接电流信号生成驱动信号；所述控制接口用于连接自动化专机或机器人，以实现自动焊接。本发明公开的电源不仅能够满足现有手工焊条电弧焊及自保护药芯焊丝半自动焊的功能需求，还能实现脉冲熔化极气体保护焊高质量自动焊功能。

Description

一种多功能脉冲弧焊电源

技术领域

本发明涉及电弧焊技术领域，特别是涉及一种多功能脉冲弧焊电源。

背景技术

电弧焊因具有适应性好，使用灵活方便，运行成本低，焊接质量好等一系列优点，因而在焊接生产中占据了最广泛、最主导的地位。在石油天然气管道、铁路、桥梁建设等需要在野外或无电网地区进行焊接施工的场合，通常采用内燃弧焊发电机，但是目前市面上的内燃弧焊发电机仅适用于手工焊条电弧焊或自保护药芯焊丝半自动焊，功能单一，不能实现脉冲自动焊的需求，焊接质量及焊接效率有待进一步提高。若采用电网供电型逆变焊机，需选配大型内燃机弧焊发电机组，体积大、重量大、搬运困难，限制了其使用的灵活性。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种多功能脉冲弧焊电源。

为实现上述目的，本发明提供了一种多功能脉冲弧焊电源，所述电源包括：整流电路、DC/DC恒压源、电流发生主回路、波形控制电路、内燃弧焊机供电输入端、市电输入端、电源输出端和控制接口；

所述整流电路分别与市电输入端和所述DC/DC恒压源连接，所述电流发生主回路分别与所述DC/DC恒压源、所述波形控制电路、所述内燃弧焊机供电输入端、所述波形控制电路和所述电源输出端连接，所述波形控制电路与所述控制接口连接；

所述整流电路用于将市电输入端输入的交流市电整流为540V直流电；

所述DC/DC恒压源用于将整流后的540V直流电转换为80V直流电；

所述电流发生主回路用于根据驱动信号产生焊接所需的焊接电流信号，并通过所述电源输出端传输至焊枪进行焊接；

所述波形控制电路用于采集所述电流发生主回路的焊接电压信号和焊接电流信号，并根据所述焊接电压信号和焊接电流信号生成驱动信号；

所述控制接口用于连接自动化专机或机器人，以实现自动焊接。

可选的，所述电源还包括：

控制面板，与所述波形控制电路连接，用于显示焊接电压信号和焊接电流信号以及焊接过程。

可选的，所述整流电路包括：

第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管和第三电容；

所述第一二极管的负极、所述第二二极管的负极、所述第三二极管的负极分别与所述第三电容的一端连接，所述第一二极管的正极、所述第四二极管的正极分别与所述市电输入端连接，所述第二二极管的正极、所述第五二极管的正极分别与所述市电输入端连接，所述第三二极管的正极、所述第六二极管的正极分别与所述市电输入端连接，所述第四二极管的负极、所述第五二极管的负极、所述第六二极管的负极分别与所述第三电容的另一端连接。

可选的，所述DC/DC恒压源包括：

第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第七二极管、第八二极管、第一电感和变压器；

所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端分别与所述整流电路连接，所述第一开关管的第二端、所述第三开关管的第一端分别与所述变压器的第一端连接，所述第二开关管的第二端、所述第四开关管的第一端分别与所述变压器的第二端连接，所述第三开关管的第二端、所述第四开关管的第二端分别与所述整流电路连接，所述变压器的第三端与第七二极管的正极连接，所述变压器的第四端与第八二极管的正极连接，第七二极管的负极、第八二极管的负极分别与所述第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端与所述电流发生主回路连接，所述变压器的第五端与所述电流发生主回路连接。

可选的，所述电流发生主回路包括：

第一电容、第二电容、第五开关管、第九二极管和第二电感；

所述第一电容的一端、所述第二电容的一端、所述第五开关管的第一端分别与所述DC/DC恒压源连接，所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端、所述第九二极管的正极分别与所述电源输出端连接，所述第五开关管的第二端分别与所述第九二极管的负极、所述第二电感的一端连接，所述第五开关管的第三端与所述波形控制电路连接，所述第二电感的另一端所述电源输出端连接。

可选的，所述波形控制电路包括：

第一闭环控制电路、第二闭环控制电路、第三闭环控制电路、DSP控制电器、脉宽调制电路、驱动电路和选通开关；

所述驱动电路分别与所述脉宽调制电路和所述电流发生主回路连接，所述脉宽调制电路通过所述选通开关分别与所述第一闭环控制电路、所述第二闭环控制电路和所述第三闭环控制电路连接，所述第一闭环控制电路、所述第二闭环控制电路和所述第三闭环控制电路分别与所述电流发生主回路连接，所述DSP控制电器分别与所述第一闭环控制电路、所述第二闭环控制电路、所述第三闭环控制电路、所述控制面板和所述控制接口连接。

可选的，所述第一闭环控制电路、所述第二闭环控制电路和所述第三闭环控制电路均为PI闭环控制电路。

可选的，所述控制接口为数字通信接口或模拟接口。

可选的，所述焊接电流信号为直流或脉冲形式。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开一种多功能脉冲弧焊电源，包括：整流电路、DC/DC恒压源、电流发生主回路、波形控制电路、内燃弧焊机供电输入端、市电输入端、电源输出端和控制接口；整流电路用于将市电输入端输入的交流市电整流为540V直流电；DC/DC恒压源用于将整流后的540V直流电转换为80V直流电；电流发生主回路用于根据驱动信号产生焊接所需的焊接电流信号传输至焊枪进行焊接；波形控制电路用于，并根据采集的焊接电压信号和焊接电流信号生成驱动信号；所述控制接口用于连接自动化专机或机器人，以实现自动焊接。本发明公开的电源不仅能够满足现有手工焊条电弧焊及自保护药芯焊丝半自动焊的功能需求，还能实现脉冲熔化极气体保护焊高质量自动焊功能。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例多功能脉冲弧焊电源结构框图；

图2为本发明实施例多功能脉冲弧焊电源电路原理图；

图3为本发明实施例多功能脉冲弧焊电源外特性示意图；

图4为本发明实施例脉冲焊接外特性组合示意图。

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。

本发明的目的是提供一种多功能脉冲弧焊电源。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例多功能脉冲弧焊电源结构框图，图2为本发明实施例多功能脉冲弧焊电源电路原理图，如图1-图2所示，本发明公开一种多功能脉冲弧焊电源，所述电源包括：整流电路1、DC/DC恒压源2、电流发生主回路3、波形控制电路4、内燃弧焊机供电输入端X1、市电输入端X2、电源输出端X3和控制接口X4；所述整流电路1分别与市电输入端X2和所述DC/DC恒压源2连接，所述电流发生主回路3分别与所述DC/DC恒压源2、所述波形控制电路4、所述内燃弧焊机供电输入端X1、所述波形控制电路4和所述电源输出端X3连接，所述波形控制电路4与所述控制接口X4连接。所述控制接口X4为数字通信接口或模拟接口。

所述整流电路1用于将市电输入端X2输入的交流市电整流为540V直流电；所述DC/DC恒压源2用于将整流后的540V直流电转换为80V直流电；80V直流电为所述DC/DC恒压源2空载输出电压；所述电流发生主回路3用于根据驱动信号产生焊接所需的焊接电流信号，所述焊接电流信号为直流或脉冲形式，并通过所述电源输出端X3传输至焊枪进行焊接；所述波形控制电路4用于采集所述电流发生主回路3的焊接电压信号和焊接电流信号，并根据所述焊接电压信号和焊接电流信号生成驱动信号，使弧焊电源具有平特性、陡降特性或阶梯特性；所述控制接口X4用于连接自动化专机或机器人，以实现自动焊接。

作为一种实施方式，本发明所述电源还包括：控制面板，与所述波形控制电路4连接，用于显示焊接电压信号和焊接电流信号以及焊接过程。

作为一种实施方式，本发明所述整流电路1包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6和第三电容C3；所述第一二极管D1、所述第二二极管D2、所述第三二极管D3、所述第四二极管D4、所述第五二极管D5、所述第六二极管D6和所述第三电容C3构成三相不控整流电路1；所述第三电容C3为滤波电容，所述第三电容C3两端直流母线电压为540V。

具体连接关系如下：所述第一二极管D1的负极、所述第二二极管D2的负极、所述第三二极管D3的负极分别与所述第三电容C3的一端连接，所述第一二极管D1的正极、所述第四二极管D4的正极分别与所述市电输入端X2连接，所述第二二极管D2的正极、所述第五二极管D5的正极分别与所述市电输入端X2连接，所述第三二极管D3的正极、所述第六二极管D6的正极分别与所述市电输入端X2连接，所述第四二极管D4的负极、所述第五二极管D5的负极、所述第六二极管D6的负极分别与所述第三电容C3的另一端连接。

作为一种实施方式，本发明所述DC/DC恒压源2包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第七二极管D7、第八二极管D8、第一电感L1和变压器T1。所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3、所述第四开关管Q4、所述第七二极管D7、所述第八二极管D8、所述第一电感L1和所述变压器T1构成全桥逆变器。全桥逆变器采用电压闭环控制将整流后的540V直流母线电压转换为空载输出电压80V直流电压。

具体连接关系如下：所述第一开关管Q1的第一端、所述第二开关管Q2的第一端分别与所述整流电路1中的第三电容C3的一端连接，所述第一开关管Q1的第二端、所述第三开关管Q3的第一端分别与所述变压器T1的第一端连接，所述第二开关管Q2的第二端、所述第四开关管Q4的第一端分别与所述变压器T1的第二端连接，所述第三开关管Q3的第二端、所述第四开关管Q4的第二端分别与所述整流电路1中的第三电容C3的另一端连接，所述变压器T1的第三端与第七二极管D7的正极连接，所述变压器T1的第四端与第八二极管D8的正极连接，第七二极管D7的负极、第八二极管D8的负极分别与所述第一电感L1的一端连接，所述第一电感L1的另一端与所述电流发生主回路3中的所述第一电容C1的一端连接，所述变压器T1的第五端与所述电流发生主回路3中的所述第一电容C1的另一端连接。

作为一种实施方式，本发明所述电流发生主回路3包括：第一电容C1、第二电容C2、第五开关管Q5、第九二极管D9和第二电感L2；第一电容C1、第二电容C2、第五开关管Q5、第九二极管D9和第二电感L2构成BUCK变换器。

具体连接关系如下：所述第一电容C1的一端、所述第二电容C2的一端、所述第五开关管Q5的第一端分别与所述DC/DC恒压源2中的所述第一电感L1的另一端连接，所述第一电容C1的另一端、所述第二电容C2的另一端、所述第九二极管D9的正极分别与所述电源输出端X3连接，所述第一电容C1的另一端与所述DC/DC恒压源2中的所述变压器T1的第五端连接，所述第五开关管Q5的第二端分别与所述第九二极管D9的负极、所述第二电感L2的一端连接，所述第五开关管Q5的第三端与所述波形控制电路4连接，所述第二电感L2的另一端所述电源输出端X3连接。

作为一种实施方式，本发明所述波形控制电路4包括：第一闭环控制电路401、第二闭环控制电路402、第三闭环控制电路403、DSP控制电器404、脉宽调制电路405、驱动电路406和选通开关S1。所述第一闭环控制电路401、所述第二闭环控制电路402和所述第三闭环控制电路403均为PI闭环控制电路。

具体连接关系如下：所述驱动电路406分别与所述脉宽调制电路405和所述电流发生主回路3中的所述第五开关管Q5的第三端连接，所述脉宽调制电路405通过所述选通开关S1分别与所述第一闭环控制电路401、所述第二闭环控制电路402和所述第三闭环控制电路403连接，所述第一闭环控制电路401、所述第二闭环控制电路402和所述第三闭环控制电路403分别与所述电流发生主回路3的输出端连接，所述DSP控制电器404分别与所述第一闭环控制电路401、所述第二闭环控制电路402、所述第三闭环控制电路403、所述控制面板和所述控制接口X4连接。

所述波形控制电路4采集来自所述电流发生主回路3的焊接电流信号If，并送到所述第一闭环控制电路401及第二闭环控制电路402；焊接电压信号Uf送到所述第三闭环控制电路403；所述DSP控制电路产生短路电流给定信号Id、焊接电流给定信号Ig、焊接电压信号给定信号Ug，分别送到第一闭环控制电路401、第二闭环控制电路402、第三闭环控制电路403。PI控制电路输出信号经过选通开关S1输入到脉宽调制电路405，后经过驱动电路406产生驱动PWM信号，用于控制所述第五开关管Q5的导通或关断，以调节焊接电流及焊接电压信号的大小。当选通开关S1处于不同位置，即选通不同的PI闭环控制电路时，弧焊电源具有不同的外特性。具体的，如图3中(a)所示，当弧焊电源为平特性时，Ig<If<Id，第三闭环控制电路403选通，采用电压闭环控制，焊接电压信号不随焊接电流改变而改变；如图3中(b)所示，当弧焊电源为陡降特性时，Uf>Ug时第二闭环控制电路402选通，弧焊电源处在陡降特性段，当Uf<Ug时，第一闭环控制电路401选通，进入外拖特性，外拖斜率由短路电流给定值Id决定；如图3中(c)所示，当弧焊电源为阶梯阶梯特性时，当Uf>Ug时第二闭环控制电路402选通，弧焊电源处在恒流特性段，当Ig<If<Id时，第三闭环控制电路403选通，进入恒压特性，当Uf<Ug时，第一闭环控制电路401选通，进入短路特性。上述三种弧焊电源外特性对应不同焊接工艺，其中陡降(带外拖)特性对应手工电弧焊，平特性对应自保护药芯半自动焊，阶梯特性对应熔化极脉冲气体保护焊。

如图4所示，l为电弧静特性曲线，其与电源外特性的交点为焊接电弧的稳定工作点。脉冲焊接时，脉冲基值与脉冲峰值期间电压、电流给定值也呈周期性变化，即基值期间Ig＝Ib，Ug＝Ub，脉冲峰值期间Ig＝Ip，Ug＝Up，相应的焊接电流在基值电流和脉冲峰值电流之间周期性变化。根据所设置的值的不同，可得到四种不同的外特性组合形式，即基值恒流-峰值恒流如图4中(a)所示，基值恒流-峰值恒压如图4中(b)所示，基值恒压-峰值恒流如图4中(c)所示，基值恒压-峰值恒压如图4中(d)所示。

本发明内燃弧焊机通过所述内燃弧焊机供电输入端X1给所述电流发生主回路3提供范围为DC50-113V的供电焊接电压信号；市电经过所述整流电路1和所述DC/DC恒压源2给所述电流发生主回路3提供80V直流电，实现两种不同模式供电，当进行野外焊接作业时接通所述内燃弧焊机供电输入端X1，断开所述市电输入端X2，由内燃弧焊机供电；当进行室内焊接作业时断开所述内燃弧焊机供电输入端X1，接通所述市电输入端X2，由市电供电，同时满足室内、室外焊接作业需求，减少了野外作业使用现有逆变电源时对发电机组的依赖性，提高了使用机动性及灵活性。

另外，本发明不仅具备现有内燃弧焊机的手工电弧焊、自保护药芯半自动焊功能，还能够实现脉冲熔化极气体保护焊功能，并配备自动焊功能接口，能实现不同焊接工艺的高质量焊接。

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。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种多功能脉冲弧焊电源，其特征在于，所述电源包括：整流电路、DC/DC恒压源、电流发生主回路、波形控制电路、内燃弧焊机供电输入端、市电输入端、电源输出端和控制接口；

所述整流电路分别与市电输入端和所述DC/DC恒压源连接，所述电流发生主回路分别与所述DC/DC恒压源、所述波形控制电路、所述内燃弧焊机供电输入端、所述波形控制电路和所述电源输出端连接，所述波形控制电路与所述控制接口连接；

所述整流电路用于将市电输入端输入的交流市电整流为540V直流电；

所述DC/DC恒压源用于将整流后的540V直流电转换为80V直流电；

所述电流发生主回路用于根据驱动信号产生焊接所需的焊接电流信号，并通过所述电源输出端传输至焊枪进行焊接；

所述波形控制电路用于采集所述电流发生主回路的焊接电压信号和焊接电流信号，并根据所述焊接电压信号和焊接电流信号生成驱动信号；

所述控制接口用于连接自动化专机或机器人，以实现自动焊接；

所述电源还包括：

控制面板，与所述波形控制电路连接，用于显示焊接电压信号和焊接电流信号以及焊接过程；

所述电流发生主回路包括：

第一电容、第二电容、第五开关管、第九二极管和第二电感；

所述第一电容的一端、所述第二电容的一端、所述第五开关管的第一端分别与所述DC/DC恒压源连接，所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端、所述第九二极管的正极分别与所述电源输出端连接，所述第五开关管的第二端分别与所述第九二极管的负极、所述第二电感的一端连接，所述第五开关管的第三端与所述波形控制电路连接，所述第二电感的另一端所述电源输出端连接；

所述波形控制电路包括：

第一闭环控制电路、第二闭环控制电路、第三闭环控制电路、DSP控制电路、脉宽调制电路、驱动电路和选通开关；

所述驱动电路分别与所述脉宽调制电路和所述电流发生主回路连接，所述脉宽调制电路通过所述选通开关分别与所述第一闭环控制电路、所述第二闭环控制电路和所述第三闭环控制电路连接，所述第一闭环控制电路、所述第二闭环控制电路和所述第三闭环控制电路分别与所述电流发生主回路连接，所述DSP控制电路分别与所述第一闭环控制电路、所述第二闭环控制电路、所述第三闭环控制电路、所述控制面板和所述控制接口连接；

所述波形控制电路采集来自所述电流发生主回路的焊接电流信号If，并送到所述第一闭环控制电路及第二闭环控制电路；所述波形控制电路采集来自所述电流发生主回路的焊接电压信号Uf送到所述第三闭环控制电路；所述DSP控制电路产生短路电流给定信号Id、焊接电流给定信号Ig、焊接电压信号给定信号Ug，分别送到第一闭环控制电路、第二闭环控制电路和第三闭环控制电路；PI控制电路输出信号经过选通开关输入到脉宽调制电路，然后经过驱动电路产生驱动PWM信号，用于控制所述第五开关管的导通或关断，以调节焊接电流及焊接电压信号的大小；

当弧焊电源为平特性时，Ig<If<Id，第三闭环控制电路选通，采用电压闭环控制；当弧焊电源为陡降特性时，Uf>Ug时第二闭环控制电路选通，弧焊电源处在陡降特性段，当Uf<Ug时，第一闭环控制电路选通，进入外拖特性；当弧焊电源为阶梯特性时，当Uf>Ug时第二闭环控制电路选通，弧焊电源处在恒流特性段，当Ig<If<Id时，第三闭环控制电路选通，进入恒压特性，当Uf<Ug时，第一闭环控制电路选通，进入短路特性。

2.根据权利要求1所述的多功能脉冲弧焊电源，其特征在于，所述整流电路包括：

第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管和第三电容；

所述第一二极管的负极、所述第二二极管的负极、所述第三二极管的负极分别与所述第三电容的一端连接，所述第一二极管的正极、所述第四二极管的正极分别与所述市电输入端连接，所述第二二极管的正极、所述第五二极管的正极分别与所述市电输入端连接，所述第三二极管的正极、所述第六二极管的正极分别与所述市电输入端连接，所述第四二极管的负极、所述第五二极管的负极、所述第六二极管的负极分别与所述第三电容的另一端连接。

3.根据权利要求1所述的多功能脉冲弧焊电源，其特征在于，所述DC/DC恒压源包括：

第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第七二极管、第八二极管、第一电感和变压器；

所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端分别与所述整流电路连接，所述第一开关管的第二端、所述第三开关管的第一端分别与所述变压器的第一端连接，所述第二开关管的第二端、所述第四开关管的第一端分别与所述变压器的第二端连接，所述第三开关管的第二端、所述第四开关管的第二端分别与所述整流电路连接，所述变压器的第三端与第七二极管的正极连接，所述变压器的第四端与第八二极管的正极连接，第七二极管的负极、第八二极管的负极分别与所述第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端与所述电流发生主回路连接，所述变压器的第五端与所述电流发生主回路连接。

4.根据权利要求1所述的多功能脉冲弧焊电源，其特征在于，所述第一闭环控制电路、所述第二闭环控制电路和所述第三闭环控制电路均为PI闭环控制电路。

5.根据权利要求1所述的多功能脉冲弧焊电源，其特征在于，所述控制接口为数字通信接口或模拟接口。

6.根据权利要求1所述的多功能脉冲弧焊电源，其特征在于，所述焊接电流信号为直流或脉冲形式。

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