CN113941759A

CN113941759A - 电焊机通用稳弧电路、方法及装置

Info

Publication number: CN113941759A
Application number: CN202111565690.1A
Authority: CN
Inventors: 邱光; 贺维; 赵松年; 王巍; 丁彦
Original assignee: Shenzhen Ruiling Industrial Group Co ltd
Current assignee: Shenzhen Ruiling Industrial Group Co ltd
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2041-12-21
Also published as: CN113941759B

Abstract

本发明属于电力电子技术领域，公开了一种电焊机通用稳弧电路、方法及装置。电焊机通用稳弧电路包括主变压器(10)、逆变模块(20)、整理模块(30)、第一稳弧模块(40)和第二稳弧模块(50)；主变压器(10)接收逆变模块(20)输入的正负方波电流并通过整理模块(30)输出提供焊接所需的电流与电压；第一稳弧模块(40)在主变压器(10)工作在正半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流；第二稳弧模块(50)在主变压器(10)工作在负半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流。通过依靠稳弧模块限流，为焊机提供所需稳弧的电流电压，无需外加辅助控制，电路简单，成本低。

Description

电焊机通用稳弧电路、方法及装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电焊机通用稳弧电路、方法及装置。

背景技术

自逆变弧焊电源技术实现产品的集约化、轻量化以来，电焊机的使用已不再局限于工业上，伴随着生产制造的自动化、智能化不断提高，国产功率器件日渐成熟，同时，在促进内需的大环境下，电焊机逐步有转为满足体积小，重量轻，性价比高的大众消费商品趋势。

目前，国内大部分的电焊机稳弧装置国内现有稳弧装置控制电路复杂，成本高、仅限于交流氩弧焊机，应用方面有局限性，另外，现有国内稳弧装置在一定程度上影响焊机本身的稳定性，同种规格大小的焊机，输出能力有限，为生产带来了不理的影响。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电焊机通用稳弧电路、方法及装置，旨在解决现有技术中如何同时增加稳弧装置的通用性并降低成本的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电焊机通用稳弧电路，所述电焊机通用稳弧电路包括主变压器(10)、分别与所述主变压器(10)连接的逆变模块(20)、整理模块(30)、第一稳弧模块(40)和第二稳弧模块(50)，所述整理模块(30)、第一稳弧模块(40)及第二稳弧模块(50)的另一端与电抗器L的第一端连接，所述主变压器(10)还与工件(60)的一端连接；

所述主变压器(10)，用于在焊机工作时，接收所述逆变模块(20)输入的正负方波电流，通过所述整理模块(30)输出提供焊接所需的电流与电压，并通过辅助绕组给所述第一稳弧模块(40)和所述第二稳弧模块(50)提供电压与电流；

所述第一稳弧模块(40)，用于在所述主变压器(10)工作在正半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流；

所述第二稳弧模块(50)，用于在所述主变压器(10)工作在负半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流。

可选地，所述主变压器(10)包括输入绕组N1，输出绕组N2、输出绕组N3、辅助绕组N4及辅助绕组N5，所述输入绕组N1与所述逆变模块(20)连接，所述输出绕组N2的同名端及所述输出绕组N3的异名端与所述整理模块(30)连接，所述输出绕组N2的异名端及所述输出绕组N3的同名端与所述工件(60)连接，所述辅助绕组N4的同名端与所述第一稳弧模块(40)连接，所述辅助绕组N4的异名端与所述输出绕组N2的同名端连接，所述辅助绕组N5的异名端与所述第二稳弧模块(50)连接，所述辅助绕组N5的同名端与所述输出绕组N3的异名端连接。

可选地，所述整理模块(30)包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述输出绕组N2的同名端连接，所述二极管D1的阴极与所述电抗器L连接；

所述二极管D1，用于在所述主变压器(10)工作在正半周时，与所述输出绕组N2组成整流电路，为焊机输出提供焊接所需的电流与电压。

可选地，所述整理模块(30)还包括电容C1及电阻R1，所述电容C1的一端与所述二极管D1的阳极连接，所述电容C1的另一端与所述电阻R1连接，所述电阻R1的另一端与所述二极管D1的阴极连接。

可选地，所述整理模块(30)还包括二极管D2，所述二极管D2的阳极与所述输出绕组N3的异名端连接，所述二极管D2的阴极与所述电抗器L连接；

所述二极管D2，用于在所述主变压器(10)工作在负半周时，与所述输出绕组N3组成整流电路，为焊机输出提供焊接所需的电流与电压。

可选地，所述整理模块(30)还包括电容C2及电阻R2，所述电容C2的一端与所述二极管D2的阳极连接，所述电容C2的另一端与所述电阻R2连接，所述电阻R2的另一端与所述二极管D2的阴极连接。

可选地，所述第一稳弧模块(40)包括：电感L1及二极管D3；其中，所述电感L1的第一端与所述辅助绕组N4的同名端连接，所述电感L1的另一端与所述二极管D3的阳极连接，所述二极管D3的阴极与所述电抗器L的一端连接。

可选地，所述第二稳弧模块(50)包括：电感L2及二极管D4；其中，所述电感L2的一端与所述辅助绕组N5的异名端连接，所述电感L2的另一端与所述二极管D4的阳极连接，所述二极管D4的阴极与所述电抗器L的一端连接。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电焊机通用稳弧方法，所述电焊机通用稳弧方法应用于如上所述的电焊机通用稳弧电路，所述电焊机通用稳弧电路包括主变压器、逆变模块、整理模块、第一稳弧模块和第二稳弧模块

所述电焊机通用稳弧方法包括：

所述主变压器在焊机工作时，接收所述逆变模块输入的正负方波电流并通过所述整理模块输出提供焊接所需的电流与电压；

所述第一稳弧模块在所述主变压器工作在正半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流；

所述第二稳弧模块在所述主变压器工作在负半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电焊机通用稳弧装置，所述电焊机通用稳弧装置包括如上所述的电焊机通用稳弧电路。

本发明通过设置电焊机通用稳弧电路，所述电焊机通用稳弧电路包括主变压器(10)、分别与所述主变压器(10)连接的逆变模块(20)、整理模块(30)、第一稳弧模块(40)和第二稳弧模块(50)，所述整理模块(30)、第一稳弧模块(40)及第二稳弧模块(50)的另一端与电抗器L的第一端连接，所述主变压器(10)还与工件(60)的一端连接；所述主变压器(10)，用于在焊机工作时，接收所述逆变模块(20)输入的正负方波电流，通过所述整理模块(30)输出提供焊接所需的电流与电压，并通过辅助绕组给所述第一稳弧模块(40)和所述第二稳弧模块(50)提供电压与电流；所述第一稳弧模块(40)，用于在所述主变压器(10)工作在正半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流；所述第二稳弧模块(50)，用于在所述主变压器(10)工作在负半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流。通过依靠稳弧模块限流，为焊机提供所需稳弧的电流电压，无需外加辅助控制，电路简单，成本低。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电焊机通用稳弧电路一实施例的功能模块示意图；

图2为本发明电焊机通用稳弧电路一实施例的电路结构示意图；

图3为本发明电焊机通用稳弧方法第一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	主变压器	N1	输入绕组
20	逆变模块	N2、N3	输出绕组
				30	整理模块	N4、N5	辅助绕组
40	第一稳弧模块	C1、C2	电容
				50	第二稳弧模块	R1、R2	电阻
60	工件	L1、L2	电感
				L	电抗器	D1~D4	二极管
N1	输入绕组

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参考图1，图1为本发明焊机通用稳弧电路一实施例的功能模块示意图；

所述电焊机通用稳弧电路包括主变压器(10)、分别与所述主变压器(10)连接的逆变模块(20)、整理模块(30)、第一稳弧模块(40)和第二稳弧模块(50)，所述整理模块(30)、第一稳弧模块(40)及第二稳弧模块(50)的另一端与电抗器L的第一端连接，所述主变压器(10)还与工件(60)的一端连接；

所述主变压器(10)，用于在焊机工作时，接收所述逆变模块(20)输入的正负方波电流，通过所述整理模块(30)输出提供焊接所需的电流与电压，并通过辅助绕组给所述第一稳弧模块(40)和所述第二稳弧模块(50)提供电压与电流。

可以理解的是，辅助绕组为变压器副边的若干同向绕组。

需要说明的是，逆变模块(20)利用电子原件变为高频交流电,其输出是交流电，即正负方波信号，该正负方波信号符合焊接需要的电压，电流，和外特性。

可以理解的是，逆变模块(20)可以提供高压高频的正负方波信号，主变压器(10)对该正负方波信号进行降压处理，得到输入电压信号，此时的输入电压信号依旧时正负方波。

需要说明的是，整理模块(30)至少包括两个对称的整流单元，分别在主变压器(10)工作在正半周和负半周时输出第一工作电压信号或第二工作电压信号，该第一或第二工作电压信号输出提供焊接所需大小的电流与电压。

可以理解的是，第一及第二输入电压信号仅仅是电压的方向不同，一个处于正半波一个处于负半波。

可以理解的是，第一稳弧模块(40)可以在主变压器(10)工作在正半周时，结合整理模块(30)中负责输出第一工作电压信号的整流单元共同作用，建立稳弧所需的电压与电流，从而维持电弧不断。

可以理解的是，第二稳弧模块(50)可以在主变压器(10)工作在负半周时，结合整理模块(30)中负责输出第二工作电压信号的整流单元共同作用，建立稳弧所需的电压与电流，从而维持电弧不断。

在具体实现中，焊机工作时，在电弧的高温中将焊条熔接于工件的缝隙中。由于电焊变压器的铁芯有自身的特点，因此具有电压急剧下降的特性，即在焊条引燃后电压下降；在焊条被粘连短路时，电压更是急剧下降，电抗器L可以限制短路电流、进一步滤波使焊接电流平稳，特别是在小电流焊接时，起到维持电弧的作用，避免焊接断弧。

参考图2，图2为本发明焊机通用稳弧电路一实施例的电路结构示意图；

所述主变压器(10)包括输入绕组N1，输出绕组N2、输出绕组N3、辅助绕组N4及辅助绕组N5，所述输入绕组N1与所述逆变模块(20)连接，所述输出绕组N2的同名端及所述输出绕组N3的异名端与所述整理模块(30)连接，所述输出绕组N2的异名端及所述输出绕组N3的同名端与所述工件(60)连接，所述辅助绕组N4的同名端与所述第一稳弧模块(40)连接，所述辅助绕组N4的异名端与所述输出绕组N2的同名端连接，所述辅助绕组N5的异名端与所述第二稳弧模块(50)连接，所述辅助绕组N5的同名端与所述输出绕组N3的异名端连接。

需要说明的是，逆变模块(20)包括功率开关器件，该功率开关器件均有一个共同的特点，当功率开关器件在开启或关断过程时，流过开关器件内的电流变化率di/dt越大（开启di/dt：即功率开关器件电流从零上升到工作电流时与上升所需的时间的比值，关断di/dt：即功率开关器件电流从工作电流降为零时与下降所需的时间的比值），开关损耗越高。假设一台焊机工作时输出电流为400A，根据主变压器(10)输入绕组N1，输出绕组N2和输出绕组N3，可得出功率开关器件工作时的峰值电流Ip=400/N1*N2（或N3），当输出绕组N2和输出绕组N3越小，则峰值电流Ip越小，开关损耗越小。所以，在加有本发明稳弧装置的焊机里，主变压器(10)的输出绕组N2、N3可以适当减少圈数，降低了功率开关器件的损耗的同时，也提高焊机整体的可靠性。另外，主变压器(10)的输出绕组N2、N3的圈数越少，其直流电阻R则越小，根据瓦特定律W=I2R，一台焊机同样的输出电流I下，圈数越少，发热量越小，故在主变压器(10)的输出绕组N2和N3上的热损耗就越小，从而输出能力提高。

本实施例中，主变压器(10)的输出绕组圈数减少后，当焊机输出同样大小的功率时，逆变模块(20)中功率开关管的峰值电流也会降低，从而降低了开关器件的开关损耗。由于有稳弧装置为焊机输出端提供稳弧能量，主变压器(10)的输出绕组可以适当减少圈数，圈数减少，主变压器(10)的成本降低，输出绕组的直流电阻变小，当焊机在工作时，主变压器(10)的温度会比不减圈数的低，起到降低温升，提高可靠性的作用。

进一步地，继续参考图2；

所述整理模块(30)包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述输出绕组N2的同名端连接，所述二极管D1的阴极与所述电抗器L连接；

进一步地，继续参考图2；

所述整理模块(30)还包括电容C1及电阻R1，所述电容C1的一端与所述二极管D1的阳极连接，所述电容C1的另一端与所述电阻R1连接，所述电阻R1的另一端与所述二极管D1的阴极连接。

进一步地，继续参考图2；

所述整理模块(30)还包括二极管D2，所述二极管D2的阳极与所述输出绕组N3的异名端连接，所述二极管D2的阴极与所述电抗器L连接。

进一步地，继续参考图2；

所述整理模块(30)还包括电容C2及电阻R2，所述电容C2的一端与所述二极管D2的阳极连接，所述电容C2的另一端与所述电阻R2连接，所述电阻R2的另一端与所述二极管D2的阴极连接。

需要说明的是，输出绕组N2、输出绕组N3、二极管D1及二极管D2可以组成全波整流电路，把交流转换成单一方向电流，一个负责正方向，一个负责反方向。

进一步地，继续参考图2；

所述第一稳弧模块(40)包括：电感L1及二极管D3；其中，所述电感L1的第一端与所述辅助绕组N4的同名端连接，所述电感L1的另一端与所述二极管D3的阳极连接，所述二极管D3的阴极与所述电抗器L的一端连接。

进一步地，继续参考图2；

所述第二稳弧模块(50)包括：电感L2及二极管D4；其中，所述电感L2的一端与所述辅助绕组N5的异名端连接，所述电感L2的另一端与所述二极管D4的阳极连接，所述二极管D4的阴极与所述电抗器L的一端连接。

在具体实现中，当焊机输出端的负载出现由小到大的变化时（此变化包括焊机正电极由于外力或其他原因远离了焊机负电极，也包括交流氩弧焊机输出换向的过程），主变压器(10)的输出绕组N2、N3所输出的电压可能已不再满足形成稳定电弧的要求（可能出现断弧现象），此时，已经在第一稳弧模块(40)和第二稳弧模块(50)中建立的电压与电流能够有效的维持电弧不断，实现稳弧作用。

本实施例中，在高频逆变过程中，由于电感的镇流效果，设计好合适的电感L1及电感L2，在焊机工作过程中可以使二极管D3二极管D4流过刚好大小的维弧电流，以保障在随意变化的电弧情况下不断弧。维持稳弧的电流可以极小，可以是5A至10A，这就使得辅助绕组N4、辅助绕组N5，电感L1、电感L2以及二极管D3、二极管D4承受的载流能力无需很大，故而成本低廉。

本实施例通过在焊机自身主变压器副边连接同向辅助绕组，依靠电感限流，为焊机提供所需稳弧的电流电压，无外加辅助控制，电路简单，成本低，适合手工电弧焊机、交直流氩弧焊机及熔化极气体保护机等电弧焊机产品。

为实现上述目的，本发明还提出一种电焊机通用稳弧方法，所述电焊机通用稳弧装置包括如上所述的电焊机通用稳弧电路。

参考图3，图3为本发明电焊机通用稳弧方法第一实施例的流程示意图；

所述电焊机通用稳弧方法应用于如上所述的电焊机通用稳弧电路，所述电焊机通用稳弧电路包括主变压器、逆变模块、整理模块、第一稳弧模块和第二稳弧模块。

所述电焊机通用稳弧方法包括：

步骤S10：所述主变压器在焊机工作时，接收所述逆变模块输入的正负方波电流，通过所述整理模块输出提供焊接所需的电流与电压，并通过辅助绕组给所述第一稳弧模块和所述第二稳弧模块提供电压与电流；

步骤S20：所述第一稳弧模块在所述主变压器工作在正半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流；

步骤S30：所述第二稳弧模块在所述主变压器工作在负半周时，为焊机输出建立稳弧所需的电压与电流。

由于电焊机通用稳弧装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。

需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。

另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的电焊机通用稳弧电路，此处不再赘述。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种电焊机通用稳弧电路，其特征在于，所述电焊机通用稳弧电路包括主变压器(10)、分别与所述主变压器(10)连接的逆变模块(20)、整理模块(30)、第一稳弧模块(40)和第二稳弧模块(50)，所述整理模块(30)、第一稳弧模块(40)及第二稳弧模块(50)的另一端与电抗器L的第一端连接，所述主变压器(10)还与工件(60)的一端连接；

2.如权利要求1所述的电焊机通用稳弧电路，其特征在于，所述主变压器(10)包括输入绕组N1，输出绕组N2、输出绕组N3、辅助绕组N4及辅助绕组N5，所述输入绕组N1与所述逆变模块(20)连接，所述输出绕组N2的同名端及所述输出绕组N3的异名端与所述整理模块(30)连接，所述输出绕组N2的异名端及所述输出绕组N3的同名端与所述工件(60)连接，所述辅助绕组N4的同名端与所述第一稳弧模块(40)连接，所述辅助绕组N4的异名端与所述输出绕组N2的同名端连接，所述辅助绕组N5的异名端与所述第二稳弧模块(50)连接，所述辅助绕组N5的同名端与所述输出绕组N3的异名端连接。

3.如权利要求2所述的电焊机通用稳弧电路，其特征在于，所述整理模块(30)包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述输出绕组N2的同名端连接，所述二极管D1的阴极与所述电抗器L连接；

4.如权利要求3所述的电焊机通用稳弧电路，其特征在于，所述整理模块(30)还包括电容C1及电阻R1，所述电容C1的一端与所述二极管D1的阳极连接，所述电容C1的另一端与所述电阻R1连接，所述电阻R1的另一端与所述二极管D1的阴极连接。

5.如权利要求2所述的电焊机通用稳弧电路，其特征在于，所述整理模块(30)还包括二极管D2，所述二极管D2的阳极与所述输出绕组N3的异名端连接，所述二极管D2的阴极与所述电抗器L连接；

6.如权利要求5所述的电焊机通用稳弧电路，其特征在于，所述整理模块(30)还包括电容C2及电阻R2，所述电容C2的一端与所述二极管D2的阳极连接，所述电容C2的另一端与所述电阻R2连接，所述电阻R2的另一端与所述二极管D2的阴极连接。

7.如权利要求2所述的电焊机通用稳弧电路，其特征在于，所述第一稳弧模块(40)包括：电感L1及二极管D3；其中，所述电感L1的第一端与所述辅助绕组N4的同名端连接，所述电感L1的另一端与所述二极管D3的阳极连接，所述二极管D3的阴极与所述电抗器L的一端连接。

8.如权利要求2所述的电焊机通用稳弧电路，其特征在于，所述第二稳弧模块(50)包括：电感L2及二极管D4；其中，所述电感L2的一端与所述辅助绕组N5的异名端连接，所述电感L2的另一端与所述二极管D4的阳极连接，所述二极管D4的阴极与所述电抗器L的一端连接。

9.一种电焊机通用稳弧方法，其特征在于，所述电焊机通用稳弧方法应用于如权利要求1至8中任一项所述的电焊机通用稳弧电路，所述电焊机通用稳弧电路包括主变压器、逆变模块、整理模块、第一稳弧模块和第二稳弧模块

所述电焊机通用稳弧方法包括：

所述主变压器在焊机工作时，接收所述逆变模块输入的正负方波电流，通过所述整理模块输出提供焊接所需的电流与电压，并通过辅助绕组给所述第一稳弧模块和所述第二稳弧模块提供电压与电流；

10.一种电焊机通用稳弧装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1至8中任一项所述的电焊机通用稳弧电路。