CN113210802B - 一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路和方法，辅助维弧电路包括辅助电源电路和辅助换向电路，辅助电源电路与辅助换向电路连接。本发明采用辅助电源电路为辅助维弧电路提供能量，采用辅助换向电路根据交直流氩弧焊电路的主回路电流的方向控制辅助维弧电路的电流方向；本发明的辅助维弧电路只需要一路辅助维弧电路即可实现辅助维弧电路的电流方向根据交直流氩弧焊电路的主回路电流的方向改变；本发明电路结构简单、成本低、控制简单，具有较高的实用价值。

Description

一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路和方法

技术领域

本发明属于氩弧焊机技术领域，具体地涉及一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路和方法。

背景技术

氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种焊接技术，氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成熔池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术，由于在焊接过程中不断送上氩气作为保护，因此可以焊接不锈钢、铁类五金金属。

现有氩弧焊电路一般包括初级逆变回路、变压器、次级整流电路和输出逆变回路，目前，交流氩弧焊在电流过零点时，容易发生断弧，在研发设计交直流氩弧焊的过程中，为了解决交直流氩弧焊在电流过零点的时候容易断弧的问题，常规的做法是在输出逆变回路上增加两路辅助维弧电路，在电流由正转负和由负转正的时候分别提供维持电流的稳弧电路，但此种方案需要两路维弧电源，相应的电路会比较复杂，而且成本较高，控制复杂。

发明内容

为了克服现有技术缺陷，本发明的目的是提供一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路和方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一个方面提供一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路，与交直流氩弧焊电路连接，所述辅助维弧电路包括辅助电源电路和辅助换向电路，所述辅助电源电路与所述辅助换向电路连接，所述辅助换向电路根据所述交直流氩弧焊电路的主回路电流的方向控制所述辅助维弧电路的电流方向。

优选地，所述辅助换向电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管，其中：

所述第一二极管的负极与所述氩弧焊电路的次级整流电路连接，所述第一二极管的正极与所述第一开关管的集电极连接；

所述第二二极管的负极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二二极管的正极与所述氩弧焊电路的次级整流电路连接；

所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极连接；

所述第二开关管的集电极与所述交直流氩弧焊电路的变压器连接。

优选地，所述辅助换向电路还包括第一驱动和第二驱动，其中：

所述第一驱动与所述第一开关管连接，用于控制所述第一开关管的开通与关断；

所述第二驱动与所述第二开关管连接，用于控制所述第二开关管的开通与关断；

所述辅助转向电路通过所述第一开关管和所述第二开关管控制所述辅助维弧电路的电流方向。

优选地，所述辅助电源电路为恒流源电路。

优选地，所述辅助电源电路为一路能提供恒定小功率电流且空载电压比较高的电流源。

优选地，所述辅助电源电路只在所述交直流氩弧焊电路的主回路电流换向时向所述辅助维弧电路提供能量。

优选地，所述辅助电源电路持续向所述辅助维弧电路提供能量。

本发明的另一个方面提供一种交直流氩弧焊电路，包括初级逆变电路、变压器、次级整流电路和输出电路，所述交直流氩弧焊电路还包括前述辅助维弧电路，所述辅助维弧电路与所述变压器、所述次级整流电路和输出电路连接，根据所述交直流氩弧焊电路的主回路电流的方向控制所述辅助维弧电路的电流方向。

本发明的再一个方面提供一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧方法，应用于前述辅助维弧电路，所述辅助维弧方法采用辅助电源电路为所述辅助维弧电路提供能量，采用辅助换向电路根据交直流氩弧焊主回路电流的方向，控制辅助维弧电路的电流的方向。

优选地，所述辅助换向电路采用第一开关管和第二开关管控制所述辅助维弧电路的电流方向：

当所述主回路电路为正向电流时，所述第一开关管关闭，所述第二开关管导通，所述辅助维弧电路的电流为正向电流；

当所述主回路电路为反向电流时，所述第一开关管导通，所述第二开关管关闭，所述辅助维弧电路的电流为反向电流。

本发明的用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路和方法，采用辅助电源电路为辅助维弧电路提供能量，采用辅助换向电路根据交直流氩弧焊主回路电流的方向控制辅助维弧电路的电流的方向，通过所述辅助换向电路实现辅助维弧电路的电流方向根据所述氩弧焊主回路电流的方向改变，本发明的辅助维弧电路只需要一路辅助维弧电路即可实现辅助稳弧电路的电流的换向，电路结构简单、成本低、控制简单，具有较高的实用价值。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更加清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1为本发明的一个实施例的辅助维弧电路的电路图；

图2为本发明的一个实施例的交直流氩弧焊电路的电路图；

图3为本发明的一个实施例的辅助维弧电路的电流流向图(正向)；

图4为本发明的一个实施例的辅助维弧电路的电流流向图(反向)；

图5为本发明的一个实施例的电压波形图。

附图标记说明：

10：辅助维弧电路；20：初级逆变电路；30：变压器；40：次级整流电路；50：输出电路；

11：辅助电源电路；12：辅助换向电路。

具体实施方式

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述具体实施例。然而，本技术领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

实施例一：

请参阅图1为本发明的一个实施例的辅助维弧电路的电路图，本实施例提供了一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路10，与交直流氩弧焊电路连接，所述辅助维弧电路10包括辅助电源电路11和辅助换向电路12，所述辅助电源电路11与所述辅助换向电路12连接，所述辅助换向电路12根据所述交直流氩弧焊电路的主回路电流的方向控制所述辅助维弧电路10的电流方向。具体地，当所述交直流氩弧焊电路的主回路电流为正向电流时，所述辅助维弧电路的电流也为正向电流，当所述交直流氩弧焊电路的主回路电流为反向电流时，所述辅助维弧电路10的电流也为反向电流。

在本实施例中，所述辅助换向电路12包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2，在本实施例中，所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2为IGBT或MOSFET。其中：

所述第一二极管D1的负极与所述氩弧焊电路的次级整流电路40连接，所述第一二极管D1的正极与所述第一开关管Q1的集电极连接；

所述第二二极管D2的负极与所述第二开关管Q2的发射极连接，所述第二二极管D2的正极与所述氩弧焊电路的次级整流电路40连接；

所述第一开关管Q1的发射极与所述第二开关管Q2的集电极连接；

所述第二开关管Q2的集电极与所述交直流氩弧焊电路的变压器30连接；

所述辅助转向电路12通过所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2控制所述辅助维弧电路10的电流方向。具体地，当所述主回路电流为正向电流时，所述第一开关管Q1关断、所述第二开关管Q2导通，所述辅助维弧电路10的电流为正向电流；当所述主回路电流为反向电流时，当所述第一开关管Q1导通，所述第二开关管Q2关断，所述维护电流为反向电流。

在本实施例中，所述辅助换向电路12还包括第一开关管Q1驱动和第二开关管Q2驱动，其中，所述第一开关管Q1驱动与所述第一开关管Q1连接，用于控制所述第一开关管Q1的开通与关断；所述第二开关管Q2驱动与所述第二开关管Q2连接，用于控制所述第二开关管Q2的开通与关断。具体地，所述第一开关管Q1驱动与所述第一开关管Q1开关管的基极和发射极连接，所述第一开关管Q1驱动使用控制电路发送驱动信号，使用隔离元件产生驱动电压，通过所述驱动电压控制所述第一开关管Q1的开通与关断；所述第二开关管Q2驱动与所述第二开关管Q2开关管的基极和发射极连接，所述第二开关管Q2驱动使用控制电路发送驱动信号，使用隔离元件产生驱动电压，通过所述驱动电压控制所述第二开关管Q2的开通与关断。

在本实施例中，所述辅助电源电路11为恒流源电路，具体地，所述恒流源电路可以为BUCK或BOOST电路。

在本实施例中，所述辅助电源电路11为一路能提供恒定小功率电流且空载电压比较高的电流源。

在本实施例中，所述辅助电源电路11只在所述交直流氩弧焊电路的主回路电流换向时向所述辅助维弧电路10提供能量。在本发明的其他实施例中，所述辅助电源电路11也可设计为和主电路的开关管同时持续导通，所述辅助电源电路11持续向所述辅助维弧电路10提供能量，所述输出电流将更加稳定。

实施例二：

请参阅图2为本发明的一个实施例的交直流氩弧焊电路的电路图，本实施例提供了一种交直流氩弧焊电路，包括初级逆变电路20、变压器30、次级整流电路40和输出电路50，所述交直流氩弧焊电路还包括前述辅助维弧电路10，所述辅助维弧电路10与所述变压器30、所述次级整流电路40和输出电路50连接，所述辅助维弧电路10根据所述交直流氩弧焊电路的主回路电流的方向控制所述辅助维弧电路10的电流方向。

在本实施例中，所述辅助维弧电路10包括辅助电源电路11和辅助换向电路12，所述辅助电源电路11与所述辅助换向电路12连接，所述辅助换向电路12根据所述交直流氩弧焊电路的主回路电流的方向，控制所述辅助维弧电路10的电流方向。

在本实施例中，所述初级逆变电路20是常规的全桥、移相全桥、半桥、双管正激或其它类似实现同样功能的电路组成的逆变电路，所述初级逆变电路20产生交流的方波电压，由所述变压器30隔离降压后供给所述次级整流电路40。

在本实施例中，所述次级整流电路40的整流方式为全波整流，所述次级整流电路40包括第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，所述第三二极管D3和所述第四二极管D4提供正电流输出，所述第五二极管D5和所述第六二极管D6提供负电流输出。

在本实施例中，所述输出电路05包括输出A端与输出B端，所述输出A端与所述输出B端为所述交直流氩弧焊电路的两路交流输出。其中，所述输出A端与所述变压器03的中心抽头连接，作为一路交流输出；所述输出B端与所述第三开关管Q3和第四开关管Q4组成的电路连接，作为另一路交流输出。具体地，当所述第三开关管Q3导通，所述第四开关管Q4截止时，所述输出电流为由所述输出A端到所述输出B端；当所述第三开关管Q3截止，所述第四开关管Q4导通时，输出电流为由所述输出B端到所述输出A端。再进一步地，通过第三开关管Q3驱动和第四开关管Q4驱动分别控制所述第三开关管Q3和所述第四开关管Q4的导通与截止，由此控制所述主回路输出电流的流向。

实施例三：

本实施例以本发明的辅助维弧电路的工作原理进一步说明本发明的技术方案：

在本实施例中，所述辅助维弧电路的电流与所述交直流氩弧焊电路的主回路的电流方向一致，即当所述主回路的电流为正向电流时，所述辅助维弧电路的电流也为正向电流，当所述主回路电流为反向电流时，所述辅助维弧电路的电流也为反向电流。

在本实施例中，当所述交直流氩弧焊在电流过零点时，所述交直流氩弧焊电路的主回路电流为由正转负或者由负转正：

当所述主回路电流为由正转负时，所述辅助维弧电路的电流为反向电流；

当所述主回路电流为有负转正时，所述辅助维弧电路的电流为正向电流。

请参阅图5为本发明的电压波形图，在本实施例中，所述输出A端和输出B端输出电压为交流方波，所述输出电压U正负跳变时刻可以理解为斜波，在本发明的其他实施例中，所述输出电压U也可以为其他波形。在本实施例中，当所述输出A端和输出B端间输出电压U在由负变正过零点或者由正变负过零点的阶段，通过辅助电源电路11向所述辅助维弧电路10提供能量，在所述输出端叠加一个恒定电压ΔU，具体地，当所述输出A端和输出B端间输出电压U由正变为负时，在输出端叠加一个负向恒定电压ΔU；当所述输出A端和输出B端间输出电压U由负变为正时，在输出端叠加一个正向恒定电压ΔU，以此解决在过零点时刻交流氩弧焊断弧的问题。

下面分别具体说明所述交直流氩弧焊电路的主回路为正向电流时的工作原理和所述交直流氩弧焊电路的主回路为反向电流时的工作原理：

(1)主回路为正向电流

通过所述第三开关管Q3驱动控制所述第三开关管Q3管导通，通过所述第四开关管Q4驱动控制所述第四开关管Q4关断，通过所述第二开关管Q2驱动控制所述第二开关管Q2导通，通过所述第一开关管Q1驱动控制所述第一开关管Q1关断。

此时所述交直流氩弧焊电路的主回路为正向电流，所述输出A端和所述输出B端之间负载的电流为由所述输出A端到所述输出B端。请参阅图3为本发明的一个实施例的辅助维弧电路的电流流向图(正向)，其中实心箭头表示主回路的电流流向，空心箭头表示辅助维弧电流的流向：

所述第三二极管D3和所述第四二极管D4为所述主回路提供正向电流，所述正向电流流经所述第三开关管Q3，再通过所述输出A端流入所述负载，在所述负载里形成正向电流通过所述输出B端流回所述变压器30的中心抽头。

所述辅助维弧电路的电流从所述辅助电源电路11流经所述第一二极管D1，再流过所述第三开关管Q3，通过所述输出A端流入所述负载，在所述负载里形成正向电流通过所述输出B端流回所述第二开关管Q2，最后流回所述辅助电源电路11。

(2)主回路为反向电流

通过所述第三开关管Q3驱动控制所述第三开关管Q3管关断，通过所述第四开关管Q4驱动控制所述第四开关管Q4导通，通过所述第二开关管Q2驱动控制所述第二开关管Q2关断，通过所述第一开关管Q1驱动控制所述第一开关管Q1导通。

此时所述交直流氩弧焊电路的主回路为反向电流，所述输出A端和所述输出B端之间负载的电流为由所述输出B端到所述输出A端。请参阅图4为本发明的一个实施例的辅助维弧电路的电流流向图(反向)，其中实心箭头表示主回路的电流流向，空心箭头表示辅助维弧电流的流向：

所述第五二极管D5和所述第六二极管D6为所述主回路提供反向电流，所述反向电流通过所述变压器30中心抽头后通过所述输出B端流到所述负载，在所述负载里形成从所述输出B端到所述输出A端的负向电流，再流经所述第四开关管Q4，最后再回到所述第五二极管D5和所述第六二极管D6。

所述辅助维弧电路10的电流从所述辅助电源电路11经过所述第一开关管Q1，流到所述输出B端，经过所述负载流到所述输出A端，再通过所述第四开关管Q4，流回所述第二二极管D2，最后回到所述辅助电源电路11。

实施例四：

本实施例提供了一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧方法，应用于前述辅助维弧电路，所述辅助维弧方法采用辅助电源电路11为所述辅助维弧电路10提供能量，采用辅助换向电路12根据交直流氩弧焊主回路电流的方向，控制所述辅助维弧电路10的电流的方向。

在本实施例中，所述辅助换向电路11采用第一开关管Q1和第二开关管Q2控制所述辅助维弧电路10的电流方向：

当所述主回路电路为正向电流时，所述第一开关管Q1关闭，所述第二开关管Q2导通，所述辅助维弧电路10的电流为正向电流；

当所述主回路电路为反向电流时，所述第一开关管Q1导通，所述第二开关管Q2关闭，所述辅助维弧电路10的电流为反向电流。

本发明的用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路和方法，采用辅助电源电路为辅助维弧电路提供能量，采用辅助换向电路根据交直流氩弧焊主回路电流的方向，控制辅助维弧电路的电流的方向，通过所述辅助换向电路实现所述辅助维弧电路的电流方向根据氩弧焊主回路电流的方向改变，本发明的辅助维弧电路只需要一路辅助维弧电路即可实现辅助稳弧电路的电流的换向，电路结构简单、成本低、控制简单，具有较高的实用价值。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员而言，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，本发明所例举的实施例无法对所有的实施方式予以穷尽，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。在本发明中提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同一篇文献被单独引用为参考那样。

Claims (8)

1.一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路，与交直流氩弧焊电路连接，其特征在于，所述辅助维弧电路包括辅助电源电路和辅助换向电路，所述辅助电源电路与所述辅助换向电路连接，向所述辅助维弧电路提供能量，所述辅助换向电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管，根据所述交直流氩弧焊电路的主回路电流的方向通过所述第一开关管和所述第二开关管控制所述辅助维弧电路的电流方向，其中：

所述第一二极管的负极与所述氩弧焊电路的次级整流电路连接，所述第一二极管的正极与所述第一开关管的集电极连接；

所述第二二极管的负极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二二极管的正极与所述氩弧焊电路的次级整流电路连接；

所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极连接；

所述第二开关管的集电极与所述交直流氩弧焊电路的变压器连接。

2.根据权利要求1所述的用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路，其特征在于，所述辅助换向电路还包括第一驱动和第二驱动，其中：

所述第一驱动与所述第一开关管连接，用于控制所述第一开关管的开通与关断；

所述第二驱动与所述第二开关管连接，用于控制所述第二开关管的开通与关断。

3.根据权利要求1所述的用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路，其特征在于，所述辅助电源电路为恒流源电路。

4.根据权利要求1所述的用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路，其特征在于，所述辅助电源电路只在所述交直流氩弧焊电路的主回路电流换向时向所述辅助维弧电路提供能量。

5.根据权利要求1所述的用于交直流氩弧焊的辅助维弧电路，其特征在于，所述辅助电源电路持续向所述辅助维弧电路提供能量。

6.一种交直流氩弧焊电路，包括初级逆变电路、变压器、次级整流电路和输出电路，其特征在于，所述交直流氩弧焊电路还包括如权利要求1至5任一所述的辅助维弧电路，所述辅助维弧电路与所述变压器、所述次级整流电路和输出电路连接，根据所述交直流氩弧焊电路的主回路电流的方向控制所述辅助维弧电路的电流方向。

7.一种用于交直流氩弧焊的辅助维弧方法，应用于如权利要求1至5任一所述的辅助维弧电路，其特征在于：

采用辅助电源电路为辅助维弧电路提供能量；

采用辅助换向电路根据交直流氩弧焊主回路电流的方向控制辅助维弧电路的电流的方向。

8.根据权利要求7所述的用于交直流氩弧焊的辅助维弧方法，其特征在于，所述辅助换向电路采用第一开关管和第二开关管控制所述辅助维弧电路的电流方向：

当所述主回路电路为正向电流时，所述第一开关管关闭，所述第二开关管导通，所述辅助维弧电路的电流为正向电流；

当所述主回路电路为反向电流时，所述第一开关管导通，所述第二开关管关闭，所述辅助维弧电路的电流为反向电流。

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