CN1172766C - 无变压器储能式焊机 - Google Patents

Abstract

一种无变压器储能式焊机，通过采用控制交流过零型固态继电器的通断来选择储能电容器组的充电电压来代替现有储能式焊机中的主电路变压器调压，同时设计有一个灵敏可靠的电压监控负反馈系统，保证储能电容器组的直流输出电压波动不大于0.2%。它包含有储能电容器组、比例调压系统、焊接输出回路晶闸管开关组件、电压监控负反馈系统、晶闸管触发控制系统及电源系统；它可应用于螺柱焊枪、保温钉焊枪、介子碰焊枪、不锈钢点焊钳。本发明的优点在于：干扰噪声小、寿命长、体积小、重量轻；低电压大容量，焊接速度快，焊接质量高，一机多用；采用模块式环氧封胶电路，焊机结构紧凑，易于安装和修理；设有过电压、过电流、过热、漏电等保护装置。

Description

无变压器储能式焊机

技术领域

本发明涉及一种储能式焊机，更具体地说是一种无变压器储能式焊机。

背景技术

储能式焊机是一种高效的焊接新方法。其基本原理是：通过一组充电电容器在两个金属物体的接触处瞬时放电，迅速将接触处加热到熔化状态，然后在一定的压力作用下，将两个金属物体焊接在一起。

目前有储能式螺柱焊机和储能式保温钉焊机等，前者是以电弧形式放电，而后者是以电阻形式放电。焊机由电源、控制系统及焊枪三部分组成。预接触式及预留间隙式电容放电螺柱焊机的电源工作原理是相同的，焊机由电容器的充电电路、充电电压调节电路、电容器的放电电路及复位电路与控制系统组成，其主电源是通过控制系统控制主电源变压器的导通角来控制储能电容的充电电压变化而工作的。

由于储能式焊机瞬时放电，热影响区小，母材无变形、变色等残余痕迹，加上节能、无公害、操作简易效率高，因而广泛应用于家用电器、电子、机械、汽车、造船、航空、五金等行业。然而现有的储能式焊机因其中包含有笨重的主电源变压器，不但体积大、重量重，无功功耗大，且功能单一，因而影响其使用效果及经济效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种功能多、体积小、无调压主电源变压器、重量相对较轻、输出电压稳定、焊接质量高、安全可靠的新型储能式焊机。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：通过采用控制交流过零型固态继电器的通断来选择所需的电压来代替现有储能式焊机中的主电路变压器调压，该变压器的重量一般要占储能式焊机重量的一半以上，而交流过零型固态继电器不但对外电源的干扰噪声小(凡是有220V照明电源的地方都可使用)、寿命长，而且体积小、重量轻(仅几十克)，可节省许多空间，而这些腾出的空间就可用来安放更多的电容器，这就扩大了焊机的容量即增大焊接的功率，提高了焊接质量，进而扩大了焊机的使用范围。同时本发明设计有一个灵敏可靠的电压监控负反馈系统，当储能电容器组上的电压达到设定值时，能自动切断供电系统，保证直流输出电压的波动不大于0.2％。

本发明包含有壳体、储能电容器组、开关、指示灯、风冷装置、焊枪、电压显示器及电子线路，其电路包含有充电电路、焊接开关电路、控制电路、放电电路、保护电路、和直流稳压电源电路，其特征在于采用无变压器的方式对焊接工作所需的不同电压进行调节，其工作电路按以下的方法连接工作：

本发明包含有低电压、大容量储能电容器组，所述的电容器组正负两极间连接有由开关组件、工件和焊枪组成的一条串连的焊接开关回路，当电容器组两端的电压达到设定的电压值时，按下焊接开关，就使该回路导通，完成焊接工作；其储能电容器组正负两极间还连接有一条包含有压敏元件和继电器组成的过压保护电路，一旦电容器组两端由于电路异常造成电压超过最大允许工作电压时，则该继电器通电，使其常闭触头断开，切断充电回路。

本发明包含有整流桥充电电路，在整流桥与交流市电插头之间的串接回路中设有充放电开关，它有两对触点，分别对应着充电放电两个工作状态；整流桥其一个输入端上连接有一条包含有按限流瞬态电阻、充电继电器(交流过零型固态继电器)和过电压继电器的第一对常闭触点顺序形成的串联电路，另一个输入端上连接有比例调压交流过零型固态继电器、过电压继电器的第二对常闭触点和充放电开关的触点顺序形成的串联电路，其输出端一路与储能电容器的正极相连，同时也与充放电开关的另一触点相连，其输出端另一路与储能电容器的负极相连，它们按上述连接方式构成充电回路。

本发明包含有控制电路，它由控制焊接开关电路通断的触发电路系统、控制充电速度的比例调压系统、设定焊机焊接功率的电压负反馈系统及提供直流稳压电源的电路构成，它们控制着整个焊机的工作状态和过程。

所述的无变压器储能式焊机焊接开关电路具体构成如下：焊接时两个晶闸管分别与焊枪和工件连接，然后与储能电容器串联构成一条由焊接继电器两组常开触点控制通断的焊接回路，当储能电容的充电电压达到设定值时，按下焊接开关，就可完成焊接工作。

所述的无变压器储能式焊机的触发控制系统包含有由焊接开关、集成电路、三极管、继电器和发光二极管组成的电路，焊接开关一路与直流稳压电源的输出端接通，另一路可在焊接控制集成电路的电源输入端或比例调压线路及电压负反馈电路电源输入端之间切换，焊接时，它切换在与焊接控制集成电路的电源输入端相通，充电回路断电，隔离外界高压，提供人身安全保障，焊接集成电路通电，触发器输出高电位电压，进而使三极管导通，继电器线圈通电，发光二极管亮，表示焊接继电器的常开触头闭合，触发电路发出信号，使焊接回路导通；所述的焊接开关具有自锁功能，只有再按一次，它才与焊接控制线路电源输入端断开，接通比例调压线路及压敏电压负反馈电路电源输入端，充电回路开始导通，这样就可以保证储能电容器组中的电能全部释放至维持电流以下，确保焊接工作的安全性、可靠性。

所述的无变压器储能式焊机的控制充电速度的电路是由包含有电位器、集成电路和交流过零型固态继电器组成的脉冲信号发生器构成；调节外部电位器可控制交流电源按所选的占空比将电流送到整流桥，占空比愈高，充电速度愈快，工作效率越高，但如果使用场合的电源容量较小，则只好将占空比选择低一些。

所述的设定焊接功率的电压负反馈电路包含有交流过零型固态继电器、晶体三极管、发光二极管、压敏元件组(如压敏电阻)和功率选择开关，晶体三极管的基极通过电阻和压敏元件组与储能电容器组的正极相连，压敏元件的导通电压可根据工作情况(如所焊螺柱直径)选择，这里共分五档，并与转换开关连接，可通过操纵面板上的旋钮进行选取。

所述的无变压器储能式焊机，其在充电回路中串联有一个自制的有一定电感的限流瞬态电阻，它不但可以限定正常的充电电流，还可抑制充电开始时的瞬间浪涌电流。

所述的自制限流瞬态电阻其结构为在一个长圆头锣钉上套有一个绝缘的磁管，在所述的磁管外面绕有多圈电阻丝，磁管两端用绝缘板将电阻丝与安装支架隔绝，这样制成的电阻不仅有一定的电阻阻值，还有一定的电感量。

所述的无变压器储能式焊机在交流电进线上接有漏电保护器，一旦220V交流电对人体或对地漏电超过30mA时就能立即切断电源。

所述的无变压器储能式焊机在焊接开关与交流比例调压线路及电压负反馈电路的电源输入端之间串接有热敏元件，该热敏元件安装在限流瞬态电阻上，当该电阻的温度超过设定的值时，该元件瞬时断路，切断充电控制系统电源，因而切断充电回路，而当温度下降到设定值以下时，它又会自动导通，焊机又可开始进行充电工作。

所述的无变压器储能式焊机其壳体内有足够的容腔空间，在主机箱的前端面上有操纵面板，在操纵面板的下方有焊枪与主机连接的快速接头；在主机箱的容腔内有平板型大电流晶闸管总成、储能电容器组、所述的储能电容器组的负极导电排及阳极导电排、控制系统电源变压器、控制系统模块及主线路模块，这两个模块与放电电阻一起安装在电容器负极导电排上；在主机箱的后端面上安放有冷却风扇、在风扇的进风口一侧安放有限流瞬态电阻、电源的漏电保护器与带熔断器的电源插座；在主机箱的壳体上方安装有提手，由于采用模块式环氧封胶电路，使得焊机机箱内整个空间排列十分紧凑，便于安装和修理。

所述的无变压器储能式焊机，其工作过程如下：首先，焊接开关处于与焊接回路断开状态，按下充放电开关，外界电源通过充电回路对储能电容器组充电，充电的速度和电压的高低都可事先选好，当电压充到设定值时，充电回路自动断开，与外界高压电源隔离，发光二极管亮，表示可以开始焊接工作，此时按下焊接开关，就可完成焊接工作。在充电的整个过程中，若储能电容器两端工作电压异常(大于设定的最高工作电压)或限流瞬态电阻上的温度过高，则充电回路就会停止工作直至恢复正常，充电回路又会自动恢复工作。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为本发明的控制系统电路图；

图3为本发明的工作流程图；

图4为本发明的一种主机布局图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为图4的B-B剖视图；

图7为本发明的限流瞬态电阻结构图。

具体实施方式

以下结合附图1～7实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明的基本原理如图1所示。它包含有熔断器1、漏电保护器2、冷却风扇3、充放电开关4、热敏元件5(在图2的控制系统中)、比例式调压交流过零型固态继电器6、充电继电器(也是交流过零型固态继电器)7、限流瞬态电阻8、整流桥9、放电电阻10、压敏元件11、过电压保护继电器12、储能电容器组13、触发极偏置电阻14、19、晶闸管15、20、触发继电器触头16、18、控制系统23、电压显示器17及焊枪21、工件22。

本发明的无变压器储能式焊机的主机(参见图2)包括储能电容器组13、焊接输出回路晶闸管开关组件31、电压监控负反馈系统32、交流过零型固态继电器比例调压系统33、焊接输出回路晶闸管触发控制系统34及电源系统35。当来自储能电容器组13的输出直流信号达到某设定值时，电压监控负反馈系统32中的电压传感元件(如压敏电阻)导通，使三极管VT₂的基极变高电位，三极管VT₂导通，固态继电器SSR₂因其输入脚③变低电位而截止(充电时为导通状态)，充电回路断开，同时发光两极管LED₁发亮，显示储能电容器组13上的电压值已达到设定值目标。压敏电阻的导通电压可根据所焊螺柱直径选择，这里共分五档R₁～R₅，并与转换开关K₂连接，可通过操纵面板上的旋钮进行选取。在比例调压系统33中，有一个由交流过零型固态继电器SSR₁、集成块IC₄及电位器RP构成的脉冲发生器，通过调节外部电位器RP就可控制交流电源按所选的占空比将电流送到整流桥9，占空比愈高，充电速度愈快，如使用场合的电源容量较小时，占空比应选择低一些。在焊接输出回路晶闸管触发控制系统34中，当焊枪上的开关K₁按下时，集成块IC₃通电，触发器输出高电位，三极管VT₁导通，继电器J₂的触头J_2-1(即图1中的18)、J_2-2(即图1中的16)闭合，作为焊接开关用的晶闸管SCR₁(即图1中的20)、SCR₂(即图1中的1 5)由截止状态变为导通状态，此时储能电容器组13中的电流迅速放电，产生瞬时焊接热源。同时由于连接比例调压控制系统33及电压监控负反馈系统32的电源被断开，使固态继电器SSR₁、SSR₂电源输入信号为零，触点断开，切断充电回路，因此外部的高压交流电不可能进入焊接回路，从而保证了整个系统的可靠性和安全性。开关K₁带自锁功能，必须要重复按一次焊枪上的开关K₁，才能恢复给储能电容器组13充电。这种控制形式有两大好处：其一，可确保安全性，其二，可保证储能电容器组13中的电能全部释放至维持电流以下，确保晶闸管SCR₁、SCR₂可靠截止。电源系统35为整个控制系统提供稳定的12V直流电源和5V数显电源。

所述的无变压器储能式焊机其工作流程如图3所示，首先，焊接开关切换在与比例调压线路及电压负反馈电路电源输入端通电的状态，按下充放电开关4，使其处于充电位置4-1时，外界电能通过过电压继电器触头12-1、12-2、比例式调压继电器6、充电继电器7、限流瞬态电阻8、整流桥堆9，向储能电容器组13充电，当储能电容器组13的电压达到设定值时，充电继电器7能自动将电源切断，发光二极管亮，表示电已充足，此时按下焊接开关K1，焊接继电器的触头16、18被接通，两个晶闸管15、20由截止状态变为导通状态，形成一个放电焊接回路，完成焊接工作。焊接时比例式调压继电器6及充电继电器7的电源相应被切断，充电回路关断，使交流电源不会进入焊接回路，保证工作时的绝对安全。过电压保护继电器触头12-1、12-2为常闭式，在充电过程中，若工作电压异常使储能电容器组13过压时，压敏元件11导通，使继电器触头12-1、12-2变为开路，从而切断充电回路，储能电容器组13停止充电。热敏元件5用于当限流瞬态电阻的温度超过设定值时，该元件瞬时断路，切断充电控制系统电源，因而切断充电回路，而当温度下降到设定值以下时，它又会自动导通，焊机又可开始进行充电工作。放电电阻10是用于复位电路，当充放电开关4处于放电位置4-2时，储能电容器组13与之形成一个串联回路，将电流放尽。

所述的无变压器储能式焊机其壳体内有足够的容腔空间(参见图4、5、6)，在主机箱43的前端面上有操纵面板42，在操纵面板的下方有焊枪与主机连接的快速接头41；在主机箱的容腔内有平板型大电流晶闸管总成45、储能电容器组43、所述的储能电容器组的负极导电排413及阳极导电排414、控制系统电源变压器410、控制系统模块46及主线路模块47(它将线路中的整流桥、比例式调压过零型固态继电器、充电继电器及过电压继电器封装在一个塑料盒内)，这两个模块与放电电阻10一起安装在电容器负极导电排413上；在主机箱的后端面上安放有冷却风扇48、在风扇的进风口一侧安放有限流瞬态电阻8、电源的漏电保护器411与带熔断器1的电源插座412；在主机箱的壳体上方安装有提手44，由于采用模块式环氧封胶电路，使得焊机机箱内整个空间排列十分紧凑，便于安装和修理。

所述的自制限流瞬态电阻其结构(参见图7)为在一个长圆头锣钉51上套有一个绝缘的磁管52，在所述的磁管外面绕有多圈电阻丝53，磁管两端用绝缘板54将电阻丝与安装支架55隔绝，这样制成的电阻不仅有一定的电阻阻值，还有一定的电感量，这样当充电开始的一瞬间，它不仅能限定正常的充电电流，还可抑制充电开始时的瞬间浪涌电流。

本发明的主机的功能之一：应用于螺柱焊枪；

本发明的主机的功能之二：应用于保温钉焊枪；

本发明的主机的功能之三：应用于介子碰焊枪；

本发明的主机的功能之四：应用于不锈钢点焊钳。

本发明的保护范围不局限于实施例的限制，比如在焊接回路中用继电器替代可控硅、或在保护电路中用瞬态二极管替代压敏电阻、或用分立元件构成的脉冲发生器替代集成电路脉冲发生器仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无变压器储能式焊机，它包含有壳体、包容在壳体内的储能电容器组、开关、指示灯、冷却装置、焊接枪、电压显示器，其电路包含有充电电路、焊接开关电路、控制电路、放电电路、保护电路和直流电源电路，其特征在于其工作电路按以下的方法连接布置：

a、储能电容(13)

1)两极间连接有包含有开关组件(15)，工件(22)和焊枪(21)、开关组件(20)顺序组成的一条串连的焊接开关回路，

2)正负两极间连接一条包含有压敏元件(11)和继电器(12)组成的串连电路，继电器(12)控制常闭触点(12-1，12-2)的通断，

b、充电整流桥(9)

1)在整流桥与交流市电插头之间的串接回路中设有充放电开关(4)，它有两对触点(4-1，4-2)，

2)其一个输入端上连接有一条包含有按限流瞬态电阻(8)、充电继电器(7)和过电压继电器(12)的常闭触点(12-2)顺序形成的串联电路，

3)另一个输入端上连接有交流调压过零型固态继电器(6)、过电压继电器(12)的常闭触点(12-1)和充放电开关(4)的触点(4-1)顺序形成的串联电路，

4)其输出端一路与储能电容器(13)的正极相连，同时也与充放电开关(4)的触点(4-2)相连，

5)其输出端另一路与储能电容器(13)的负极相连，

c、所述的控制电路(23)进一步包含有

1)控制焊接开关电路通断的触发电路(34)，

2)控制充电速度的比例调压电路(33)，

3)设定焊接功率的电压负反馈电路(32)，

4)提供控制系统电源的直流稳压电路(35)。

2.如权利要求1所述的无变压器储能式焊机，其特征是：所述的焊接开关电路(31)具体构成如下：晶闸管(SCR₁)和晶闸管(SCR₂)焊接时分别与焊枪(21)和工件(22)连接，然后与储能电容(13)串联构成一条由继电器(J₂)触点(J_2-2，J_2-1)控制通断的焊接回路。

3.如权利要求1所述的无变压器储能式焊机，其特征是：所述的焊接开关电路(31)需要一个触发控制系统(34)来对其触发进行控制，所述的触发控制系统包含有焊接开关(K₁)、集成电路(IC₃)、三极管(VT₁)、继电器(J₂)和发光二极管(LED₂)。

4.如权利要求1所述的无变压器储能式焊机，其特征是：所述控制充电速度的电路(33)包含有电位器(RP)、集成电路(IC₄)和固态继电(SSR₁)。

5.如权利要求1所述的无变压器储能式焊机，其特征是：所述的设定焊接功率的电压负反馈电路(32)包含有固态继电器(SSR₂)、三极管(VT₂)、发光二极管(LED₁)、压敏元件组(R₁～R₅)和功率选择开关(K₂，)，三极管(VT₂)的基极通过电阻和压敏元件组(R₁～R₅)与储能电容器组(13)的正极相连。

6.如权利要求1所述的无变压器储能式焊机，其特征是：在充电回路中在固态继电器(7)与整流桥(9)输入端之间串联一个有一定电感的限流瞬态电阻(8)。

7.如权利要求1所述的无变压器储能式焊机，其特征是：所述的限流瞬态电阻结构为：在一个长圆头锣钉(51)上套有一个绝缘的磁管(52)，在所述的磁管外面绕有多圈电阻丝(53)，磁管两端用绝缘板(54)将电阻丝(53)与安装支架(55)隔绝。

8.如权利要求1所述的无变压器储能式焊机，其特征是：在交流电进线上接有漏电保护器(2)。

9.如权利要求1所述的无变压器储能式焊机，其特征是：在焊接开关(K1)与交流比例调压控制线路(33)及电压负反馈电路(32)的电源输入端之间串有热敏元件(5)。

10.如权利要求1所述的无变压器储能式焊机，其特征是：其壳体内有足够的容腔空间，在主机箱(43)的前端面上有操纵面板(42)、在操纵面板的下方有焊枪与主机连接的快速接头(41)；在主机箱的容腔内有平板型大电流晶闸管总成(45)、储能电容器组(13)、所述的电容器组的负极导电排(413)及阳极导电排(414)、控制系统电源变压器(410)、控制系统电路模块(46)及主线路模块(47)，这两个模块与放电电阻(10)一起安装在电容器组(13)的负极导电排(413)上；在主机箱的后端面上安放有冷却风扇(48)、在风扇的进风口一侧安放有限流瞬态电阻(8)、电源的漏电保护器(411)与带熔断器(1)的电源插座(412)；在主机箱的壳体上方安装有提手(44)。

Images