CN113427104A - 用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路，包括：恒流供电模块，输入端连接焊机的主变压器；控制模块，输入端连接预设脉冲信号生成模块；开关模块，输入端分别连接控制模块的输出端和恒流供电模块的输出端；以及谐振电路，输入端分别连接开关模块的输出端和恒流供电模块的输出端，输出端与焊机的输出端连接；恒流供电模块用于产生电流值恒定的直流电；控制模块用于控制开关模块的导通与断开；谐振电路用于生成第二脉冲信号，并输出至焊机的输出端；开关模块用于在导通时与谐振电路形成放电回路，以及在断开时使恒流供电模块与谐振电路形成充电回路；本申请在实现交流焊接的维弧同时，利于焊机的小型化设计。
Description
技术领域
本发明涉及氩弧焊接技术领域，具体地说，涉及一种用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路。
背景技术
氩弧焊即钨极惰性气体保护弧焊，指用工业钨或活性钨作不熔化电极，惰性气体(氩气)作保护的焊接方法。氩弧焊采用高压击穿的起弧方式。
作为交流氩弧焊机，在输出交流换向(即由正向变为负向)的过程中，因为电流要过零点，存在容易断弧的问题，因此需要辅助的高压电源来提供电流过零点的能量，使电流连续不断，实现维弧。在传统的做法中，一般是采用另外设计的能连续供电的大功率高压电源来源源不断的提供维持电弧的能量，但这种做法电路复杂，成本高昂，造成了电能的浪费还占用电焊机体积，导致交流氩弧焊机无法做到小型化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路，有效地解决交流焊接的维弧问题，利于焊机的小型化设计。
根据本发明的一个方面，提供一种用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路，包括：
恒流供电模块，输入端连接焊机的主变压器；
控制模块，输入端连接预设脉冲信号生成模块，所述预设脉冲信号生成模块用于生成第一脉冲信号；
开关模块，输入端分别连接所述控制模块的输出端和所述恒流供电模块的输出端；以及
谐振电路，输入端分别连接所述开关模块的输出端和所述恒流供电模块的输出端，输出端与焊机的输出端连接；
所述恒流供电模块用于产生电流值恒定的直流电；所述控制模块用于控制开关模块的导通与断开；所述谐振电路用于生成第二脉冲信号，并输出至焊机的输出端；所述开关模块用于在导通时与所述谐振电路形成放电回路，以及在断开时使所述恒流供电模块与所述谐振电路形成充电回路。
可选地，所述控制模块包括至少一光耦，所述光耦的一输入端连接预设脉冲信号生成模块，所述光耦的一输出端连接所述开关模块的输入端。
可选地，所述光耦在所述第一脉冲信号为高电平时导通，在所述第一脉冲信号为低电平时断开。
可选地，所述开关模块包括至少一开关管，所述开关管的第一端连接所述光耦的输出端，所述开关管的第二端和第三端均与所述谐振电路连接。
可选地，所述谐振电路包括第二电容和电感，所述第二电容的第一端连接所述恒流供电模块的输出端，所述第二电容的第二端连接所述电感的第一输入端，所述电感的第二输入端连接所述开关模块；所述电感的输出端与焊机的输出端串联。
可选地，所述恒流供电模块包括三极管、第二电阻以及稳压管，所述三极管的第一端与第二端分别连接焊机的主变压器，所述三极管的第三端连接所述第二电阻的第一端，所述稳压管的第一端连接焊机的主变压器，所述稳压管的第二端分别连接所述开关模块和所述谐振电路，所述第二电阻的第二端分别连接所述开关模块和所述谐振电路。
可选地，所述第一脉冲信号由低电平切换为高电平的时刻，与焊机输出电流极性翻转的时刻一致。
可选地，所述谐振电路还包括相串联的两个元件组，所述元件组串联后第一端连接所述第二电容的第一端，第二端连接所述电感的第二输入端；每一所述元件组由并联的二极管和电阻形成。
可选地，所述控制模块包括一滤波单元，所述滤波单元包括并联的第一电容和第五电阻，所述滤波单元用于对所述第一脉冲信号进行滤波，所述滤波单元的第一端分别连接光耦的第一输入端以及所述预设脉冲信号生成模块，所述滤波单元的第二端接地以及连接所述光耦的第二输入端。
可选地，所述开关管的第三端与所述谐振电路连接后接地。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
本发明提供的用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路利用焊机主变压器端处理得到高压直流电，然后经恒流供电模块得到电流值恒定的直流电，为谐振电路进行充电；利用预设脉冲信号生成模块输出的第一脉冲信号，对开关模块的开断进行控制，实现在焊机输出电流极性翻转时刻，开关模块导通，通过谐振电路的放电以及产生的谐振，得到高频高压脉冲，输出至焊机输出端，实现了同一个电路具有维弧和引弧的双重功能；不仅解决了交流焊接的维弧问题，而且利于焊机的小型化设计。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中公开的用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路的模块结构示意图；
图2为一实施例中公开的用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路的电路图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、材料、装置等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”、“具有”以及“设有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
如图1和图2所示，本发明公开了一种用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路。该电路包括恒流供电模块、控制模块、开关模块以及谐振电路。
上述恒流供电模块的输入端连接焊机的主变压器。恒流供电模块的输入端可以连接焊机主变压器的初级绕组，也可以连接焊机主变压器的次级绕组。本申请对此不作限制。这样不需要引入额外的同步控制信号，也不需要额外的电源，电路通用性强。
控制模块的输入端连接预设脉冲信号生成模块。上述预设脉冲信号生成模块用于生成第一脉冲信号。预设脉冲信号生成模块生成的第一脉冲信号的频率是变化的。生成的第一脉冲信号的频率位于预设频率范围内。上述预设脉冲信号生成模块可以是CPU(central processing unit，中央处理器)。其中，示例性地，上述预设频率范围可以是1Hz～1000Hz。本申请不以此为限。
开关模块的输入端分别连接上述控制模块的输出端和上述恒流供电模块的输出端。谐振电路的输入端分别连接上述开关模块的输出端和上述恒流供电模块的输出端。谐振电路的输出端与焊机的输出端连接。比如，可以将谐振电路的输出端串联于焊机的输出端，可以在焊机的输出端输出交变电流的极性翻转时，向其输出高压脉冲信号，以稳定焊机的输出，从而有效地解决了焊接时出现断弧现象的问题。
上述恒流供电模块用于产生电流值恒定的直流电。上述控制模块用于控制开关模块的导通与断开。上述谐振电路用于基于由恒流供电模块输入的直流电和由开关模块输入的脉冲信号，生成第二脉冲信号，并输出至焊机的输出端。上述开关模块用于在导通时与上述谐振电路形成放电回路，以及在断开时使上述恒流供电模块与上述谐振电路形成充电回路。
具体来说，参考图2，本实施例中上述恒流供电模块包括三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及稳压管D1。第一电阻R1的第一端连接于三极管Q1的集电极和焊机的主变压器之间。第一电阻R1的第二端分别连接于三极管Q1的基极、稳压管D1的第一端以及第三电阻R3的第一端。第二电阻R2的第一端连接于三极管Q1的发射极。第二电阻R2的第二端、稳压管D1的第二端以及第三电阻R3的第二端均连接于上述开关模块和上述谐振电路。稳压管D1和第三电阻R3并联。其中，第二电阻R2在恒流供电模块中是作为电流反馈电阻。
参考图2，本实施例中，上述控制模块包括第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、光耦U1、第七电阻R7和第八电阻R8，第四电阻R4的第一端连接预设脉冲信号生成模块。图2中Ts即为预设脉冲信号生成模块输出的第一脉冲信号。Vdc即为将自焊机主变压器获得的电压信号进行倍压整流后得到的高压直流电。第五电阻R5和第一电容C1并联后形成一滤波单元，上述滤波单元用于对上述第一脉冲信号进行滤波，滤除高频部分信号，防止影响光耦U1的稳定性。第四电阻R4的第二端以及光耦U1的第一输入端即引脚1分别连接上述滤波单元的第一端，滤波单元的第二端接地以及连接光耦U1的第二输入端即引脚2。光耦U1的引脚4外接供电电压Vcc，为光耦U1进行供电。光耦U1的引脚3连接第七电阻R7的第一端，第七电阻R7的第二端以及第八电阻R8的第一端连接开关模块的输入端。第八电阻R8的第二端接地。
光耦U1在上述第一脉冲信号为高电平时导通，在上述第一脉冲信号为低电平时断开。上述第一脉冲信号由低电平切换为高电平的时刻，与焊机输出电流极性翻转的时刻一致。需要说明的是，在其他实施例中，光耦U1也可以在上述第一脉冲信号为低电平时导通；相应地，此种情况下，上述第一脉冲信号由高电平切换为低电平的时刻，与焊机输出电流极性翻转的时刻一致。
参考图2，本实施例中，上述开关模块包括一开关管Q2，上述开关管Q2的第一端连接上述第七电阻R7的第二端以及第八电阻R8的第一端。开关管Q2的第二端分别连接谐振电路以及恒流供电模块。开关管Q2的第三端接地以及连接谐振电路。第七电阻R7用于在光耦U1导通时，对开关管Q2的第一端进行限流，防止电流过大。
需要说明的是，本申请中上述开关管可以是IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，也可以是MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，场效应晶体管)，也可以是可控硅。
参考图2，本实施例中，上述谐振电路包括第二电容C2、电感L1以及相串联的两个元件组，每一上述元件组由并联的二极管和电阻形成。两个元件组分别为第一元件组和第二元件组，第一元件组包括第二二极管D2和第九电阻R9，第二元件组包括第三二极管D3和第十电阻R10。第二电容C2的第一端连接第一元件组的第一端、第二电阻R2的第二端、稳压管D1的第二端、第三电阻R3的第二端以及开关管Q2的第二端。第一元件组的第二端和第二元件组的第一端串联。第二元件组的第二端分别连接于开关管Q2的第三端以及电感L1的引脚4。第二电容C2的第二端连接于电感L1的引脚3。电感L1的引脚1和引脚2串联于焊机的输出端。
由于引弧时第二电容C2的电压极大，所以第一元件组和第二元件组可以在利用本申请提供的电路引弧失败时，对谐振电路起到保护作用。
本申请中，利用电感L1在输出交变电流极性翻转的时刻，将高频高压脉冲耦合至焊机的输出端，这样在电感L1的输出端电流较小。相比于现有技术中直接利用高频变压器生成高频高压信号，导致维弧阶段电流产生突变，影响焊接质量。所以，本申请利用预设脉冲信号生成模块产生高频脉冲信号，与电感L1将高频高压信号耦合至焊机输出端相配合，利于提高焊接质量。
为了使得本领域技术人员充分理解本说明书中的技术方案，以图2为例，说明本技术方案的工作原理：
本申请中，将自焊机主变压器获得的电压信号进行倍压整流后得到的高压直流电Vdc，输入恒流供电模块后输出电流值不变的直流电。三极管Q1一直处于导通状态。该直流电在开关模块中的开关管Q2断开时，为谐振电路中的第二电容C2充电。也即，在焊机焊接时的输出电流极性将要翻转时，比如距离电流极性翻转的时间间隔小于第一预设阈值时，预设脉冲信号生成模块控制开关管Q2断开，为第二电容C2充电。
控制模块的输入端Ts引入高频脉冲信号。并且上述预设脉冲信号生成模块获取到焊机在焊接时的输出电流极性翻转的时刻，在该极性翻转时刻，预设脉冲信号生成模块产生高电平脉冲，使得光耦U1导通，也即实现控制开关管Q2导通，在开关管Q2刚导通时，第二电容C2进行放电。第二电容C2与电感L1产生谐振，谐振电路产生高频高压脉冲，并通过电感L1耦合至焊机的输出端，实现了在焊机的输出电流极性翻转时刻进行维弧。然后开关管Q2继续导通，焊机正常工作。
本申请的电路同样具有引弧的功能。具体来说，可以利用预设脉冲信号生成模块调整光耦U1的导通时长，以此控制第二电容C2的放电快慢。当光耦U1的导通时间越长，第二电容C2的放电时间越长，第二电容C2两端的电压则越小。反之，则第二电容C2的放电时间越短，第二电容C2两端的电压越大。所以，本申请中，当进行引弧操作时，光耦U1的导通时长小于维弧阶段的光耦U1的导通时长。
综上，本发明公开的用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路至少具有如下优势：
本实施例公开的用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路利用焊机主变压器端处理得到高压直流电，然后经恒流供电模块得到电流值恒定的直流电，为谐振电路进行充电；利用预设脉冲信号生成模块输出的第一脉冲信号，对开关模块的开断进行控制，实现在焊机输出电流极性翻转时刻，开关模块导通，通过谐振电路的放电以及产生的谐振，得到高频高压脉冲，输出至焊机输出端，实现了同一个电路具有维弧和引弧的双重功能；不仅解决了交流焊接的维弧问题，而且利于焊机的小型化设计。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于氩弧焊机的高频引弧和维弧电路，其特征在于，包括：
恒流供电模块，输入端连接焊机的主变压器；
控制模块，输入端连接预设脉冲信号生成模块，所述预设脉冲信号生成模块用于生成第一脉冲信号；
开关模块，输入端分别连接所述控制模块的输出端和所述恒流供电模块的输出端；以及
谐振电路，输入端分别连接所述开关模块的输出端和所述恒流供电模块的输出端，输出端与焊机的输出端连接；
所述恒流供电模块用于产生电流值恒定的直流电；所述控制模块用于控制开关模块的导通与断开；所述谐振电路用于生成第二脉冲信号，并输出至焊机的输出端；所述开关模块用于在导通时与所述谐振电路形成放电回路，以及在断开时使所述恒流供电模块与所述谐振电路形成充电回路。
2.如权利要求1所述的高频引弧和维弧电路，其特征在于，所述控制模块包括至少一光耦，所述光耦的一输入端连接预设脉冲信号生成模块，所述光耦的一输出端连接所述开关模块的输入端。
3.如权利要求2所述的高频引弧和维弧电路，其特征在于，所述光耦在所述第一脉冲信号为高电平时导通，在所述第一脉冲信号为低电平时断开。
4.如权利要求1所述的高频引弧和维弧电路，其特征在于，所述开关模块包括至少一开关管，所述开关管的第一端连接所述光耦的输出端，所述开关管的第二端和第三端均与所述谐振电路连接。
5.如权利要求1所述的高频引弧和维弧电路，其特征在于，所述谐振电路包括第二电容和电感，所述第二电容的第一端连接所述恒流供电模块的输出端，所述第二电容的第二端连接所述电感的第一输入端，所述电感的第二输入端连接所述开关模块；所述电感的输出端与焊机的输出端串联。
6.如权利要求1所述的高频引弧和维弧电路，其特征在于，所述恒流供电模块包括三极管、第二电阻以及稳压管，所述三极管的第一端与第二端分别连接焊机的主变压器，所述三极管的第三端连接所述第二电阻的第一端，所述稳压管的第一端连接焊机的主变压器，所述稳压管的第二端分别连接所述开关模块和所述谐振电路，所述第二电阻的第二端分别连接所述开关模块和所述谐振电路。
7.如权利要求3所述的高频引弧和维弧电路，其特征在于，所述第一脉冲信号由低电平切换为高电平的时刻，与焊机输出电流极性翻转的时刻一致。
8.如权利要求5所述的高频引弧和维弧电路，其特征在于，所述谐振电路还包括相串联的两个元件组，所述元件组串联后第一端连接所述第二电容的第一端，第二端连接所述电感的第二输入端；每一所述元件组由并联的二极管和电阻形成。
9.如权利要求2所述的高频引弧和维弧电路，其特征在于，所述控制模块包括一滤波单元，所述滤波单元包括并联的第一电容和第五电阻，所述滤波单元用于对所述第一脉冲信号进行滤波，所述滤波单元的第一端分别连接光耦的第一输入端以及所述预设脉冲信号生成模块，所述滤波单元的第二端接地以及连接所述光耦的第二输入端。
10.如权利要求4所述的高频引弧和维弧电路，其特征在于，所述开关管的第三端与所述谐振电路连接后接地。
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| WO2023087743A1 (zh) * | 2021-11-19 | 2023-05-25 | 杭州凯尔达电焊机有限公司 | 交流换向维弧电路及交流焊接电源 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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