CN201002167Y - 一种nbj集装箱专用气体保护焊弧焊电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，包括机箱和内置电路，内置电路包括主电路、电流闭环控制电路组成，主电路主要由整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块依次连接组成，电流闭环控制电路包括电流电压检测模块、焊接参数给定模块、比较器、单片机控制模块、脉宽调制模块和高频驱动模块组成。本实用新型可靠性高，效率达88％，节能，重量轻，体积小，易于实现多特性和多功能以及多种焊接材料的转换，一元化调节、自动匹配焊接参数，操作简单、快捷。本实用新型电弧挺度大，焊接过程稳定，飞溅少，成形美观，优化参数匹配，焊速可提高100～200％。

Description

一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源

技术领域

本实用新型涉及电力半导体开关管逆变技术领域，具体是指一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源。

背景技术

目前，在集装箱生产行业，适应生产线上的连续作业和生产效率较高的要求，MAG焊作为该行业中最主要的焊接方式之一，工艺上需要有大电流和大功率，国内外传统的MAG焊电源主要以硅整流和晶闸管整流式为主，整流式电源工作相对可靠，技术上也比较成熟，但设备体积庞大、笨重、能耗低、效率低，且由于结构其原因，动静态特性方面也不够理想。晶体管式弧焊逆变器的出现，虽然提高了逆变频率，有利于提高效率、减小体积重量，但是存在二次击穿和需要较大的电流驱动。大功率场效应管弧焊逆变器只需要极微小的电流就能实现开关控制，而且速度更快、无二次击穿。但是，场效应管也存在着一定的不足之处，其推广应用受到限制。具体说来，大功率场效应管弧焊电源主要存在以下几个方面的问题：

(1)单管容量小。耐高压(800V以上)仅有数安培，需采用多管并联，生产和调试较麻烦。弧焊电源的使用环境恶劣，有些焊接现场是二十四小时连续作业，所以对其可靠性要求非常高。目前，硬开关逆变弧焊电源由于高频寄生振荡、负载频繁复杂变化、电磁干扰、偏磁等原因，特别是大功率焊接条件下，弧焊电源存在可靠性的不够的问题。

(2)管子功率损耗较大。场效应管由于通道电阻比较大，饱和压降一般载3、4V以上，导通管子功率损耗比较大。

(3)场效应管耐高压性能较差。

(4)不易实现焊接电源的大功率大电流化。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提出一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，该电源损耗低，可靠性高，焊接速度快，焊接工艺可实现多参数优化匹配，焊接质量高，适合大功率焊接。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：所述一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，包括机箱和内置电路，所述内置电路包括主电路、电流闭环控制电路组成，所述主电路主要由整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块依次连接组成，所述整流滤波模块外接三相交流输入电源，所述整流平滑模块外接负载；所述电流闭环控制电路包括电流电压检测模块、焊接参数给定模块、比较器、单片机控制模块、脉宽调制模块和高频驱动模块组成，所述电流电压检测模块一端与负载相连接，另一端与比较器输入端相连接，所述焊接参数给定模块与比较器另一输入端相连接，所述比较器输出端与单片机控制模块相连接，所述单片机控制模块与脉宽调制模块相连接，所述脉宽调制模块与高频驱动模块相连接，所述高频驱动模块与高频逆变模块相连接。

为了更好地实现本实用新型，所述主电路还包括安全保护电路，所述安全保护电路包括网压检测模块、电压保护模块组成，所述网压检测模块一端外接三相交流电源，另一端与电压保护模块相连接，所述电压保护模块与脉宽调制模块相连接。

本实用新型的设计原理为：本实用新型采用IGBT逆变技术，其单管或者模块的容量比较大，耐压1200V，且最大容量可达600A特别适合较大功率焊接应用场合。饱和压降比较低，有利于减少管子功率损耗。本实用新型中，由三相工频交流电经过整流滤波模块后成为平滑直流电后进入高频逆变模块，然后通过功率变压模块、整流平滑模块进入负载。与此同时，单片机控制模块根据电流电压检测模块检测到负载的电流、电压信号与焊接参数给定模块给定的参数进行比较，经过单片机控制模块的模糊控制算法运算，发给脉宽调制模块一个信号，脉宽调制模块根据单片机控制模块的算法产生两路PWM信号，这两路PWM信号通过高频驱动模块放大去控制高频逆变模块的开关管的开通和关断，从而得到20KHz高频高压电，高频高压电再经过功率变压模块转换成符合焊接工艺要求的大电流低电压的焊接电流，再经过整流平滑模块得到更加平滑的焊接电流，也就是外环电流模糊闭环控制过程；网压检测模块检测三相工频电压，把检测到的电压信号送给电压保护模块，如出现过压、欠压的现象，电压保护模块将送给脉宽调制模块一个信号，产生低电平通过高频驱动模块关断高频逆变模块的开关管，保护主电路安全工作。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型采用先进的高频IGBT逆变技术，可靠性高，效率高达88％，节能，比可控硅式节电最高达30％，空载损耗为其十分之一以下，重量轻，体积小。

2、本实用新型以单片机为控制核心，易于实现多特性和多功能以及多种焊接材料的转换，一元化调节、自动匹配焊接参数，操作简单、快捷。

3、本实用新型采用特有的电子电抗器无级控制动特性以及波控技术，电弧挺度大，焊接过程稳定，飞溅少，成形美观，优化参数匹配，焊速可提高100～200％。

附图说明

图1是本实用新型的电路方框图；

图2是本实用新型的主电路原理图；

图3是本实用新型的脉宽调制模块和高频驱动模块的电路原理图；

图4是本实用新型的单片机控制模块中单片机及其外围电路的电路原理图；

图5是本实用新型的单片机控制模块中熔滴过渡控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细说明。但本实用新型的实现方式并不限于此。

本实用新型所述一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，包括机箱和内置电路，如图1所示，内置电路包括主电路、电流闭环控制电路组成。主电路由依次连接的整流滤波模块101、高频逆变模块102、功率变压模块103和整流平滑模块104组成，整流滤波模块101与三相交流输入电源相连接，整流平滑模块104与负载相连接。电流闭环控制电路包括电流电压检测模块111、焊接参数给定模块112、比较器115、单片机控制模块113、脉宽调制模块107和高频驱动模块108，电流电压检测模块111一端与负载相连接，另一端与比较器115输入端相连接，焊接参数给定模块112与比较器115另一输入端相连接，比较器115输出端与单片机控制模块113相连接，单片机控制模块113与脉宽调制模块107相连接，脉宽调制模块107与高频驱动模块108相连接，高频驱动模块108与高频逆变模块102相连接。主电路还包括安全保护电路，该电路包括网压检测模块105、电压保护模块106，网压检测模块105一端与接入的三相交流电源相连接，另一端与电压保护模块106相连接，电压保护模块106与脉宽调制模块107相连接。网压检测模块105检测三相交流输入电压，为常用的电压检测装置。电压保护模块106为一常用的比较器，实现欠压或者过压保护。焊接参数给定模块112由两个电位器组成，给定焊接电压和送丝速度。比较器115采用TL082比较器，对外环检测信号与焊接给定参数进行比较。电流电压检测模块111为电流电压传感器，与负载连接。

如图2所示，主电路中，三相交流输入电源接整流滤波模块101的整流块BR1，然后连接滤波环节L1、C5、C6、C7、C8、R3、R4，再连接高频逆变模块102的逆变桥TR₁～TR₂，C11～C14，输出接功率变压模块的高频功率变压器T1初级，变压器次级串接整流平滑模块4的饱和RC吸收电路，再经过高频全波整流电路D1～D4快速二极管组、稳弧吸收模块滤波环节L2、R9、C9、C10、后输出直流电，以上环节构成功率主电路，高频逆变模块102的包括两个两单元的IGBT TR₁～TR₂。

如图3所示，脉宽调制模块107和高频驱动模块108主要由脉宽调制模块107的误差放大电路、反相器芯片ULN2003A、集成控制芯片SG3525以及高频驱动模块108的两个脉冲变压器M1和M2、芯片2SK1417、M74HC4049和CD4011及辅助电路相互连接组成。其中，CN6接温控模块与过热、过流以及单片机关断信号的信号线和三个与门逻辑电路以及反相器芯片ULN2003A连接，通过ULN2003A的16脚与集成控制芯片SG3525的10脚相接。单片机控制模块113的输出端与集成控制芯片SG3525的引脚2相连，作为集成控制芯片SG3525的输入信号，在SG3525内部与误差信号比较，使集成控制芯片SG3525输出相应的两路PWM信号。该四路两两互补的PWM信号分别进入高频驱动模块SC0724M，作为逆变桥开关管TR1～TR2的驱动信号。

如图4所示，单片机控制模块113中的单片机及其外围电路主要由单片机W77E58、数/模转换器TLC5620、模/数转换器TLC0838、反相器74LHC240、ULN2003A以及辅助电路相互连接组成。单片机W77E58系统作为电流模糊控制的核心，采样电流与给定信号的偏差在单片机内部进行模糊控制运算过程，输出信号作为脉宽调制模块107中集成控制芯片SG3525的脚2输入信号，该信号同注入的电流比较，确定驱动信号的大小，从而控制电源的输出。其中单片机W77E58中的I/O端口P0口与数/模和模/数转换TLC5620和TLC0838相连，完成模拟信号给定、采样信号转换为数字信号；数/模转换器TLC5620的12、11引脚的模拟信号分别比例放大，与传感器反馈回来的电流电压进行比较产生控制信号，再通过脉宽调制模块107和高频驱动模块108对焊接电流和弧压进行控制。

如图5所示，单片机控制模块113中的熔滴过渡控制电路通过模拟电路的方式来选择电源的外特性以及控制熔滴过渡。当采用MAG焊和CO2气保焊时，继电器的控制端上CS0-为低电平信号，从而UPWM1与PWMU导通，此时电源的外特性为恒压特性，它是通过给定焊接电压(UREF)与反馈的实际电压(UFB)进行比较，其偏差在通过运算放大器以及电容电阻组成的模拟的PI控制电路进行运算，计算出用于控制SG3525的PWMU。当反馈的实际焊接电压大于给定电压时，亦即U1B的5脚输入为一个正的偏差，7引脚上的输出就会相应地减小，从而输入到SG3525中的UPWM1信号减小，占空比减小，焊机的输出端的电压就会降低，从而达到输出恒压特性的要求，当反馈的实际焊接电压小于给定电压时，情况类似。

上述电路中，图2中的电流电压检测模块111为传感器HALL2，同比较器115连接、再与单片机控制模块113的单片机W77E58通过模/数转换器TLC0838连接。单片机控制模块113输出端同脉宽调制模块107的集成控制芯片SG3525的引脚2相连，集成控制芯片SG3525的输出端11、14脚分别与高频驱动模块108的两个驱动环节5、16管脚相连，驱动环节的输出分别与高频逆变模块102的四个开关管的G、E极相连，上述环节构成电流电压闭环控制电路。

应用本实用新型时，三相工频交流电经过整流滤波模块101后成为平滑直流电后进入高频逆变模块102，单片机控制模块113根据电流电压检测模块111检测到负载的电流、电压信号与脉冲参数给定模块112给定的参数进行比较，经过单片机控制模块113的模糊控制算法运算，发给脉宽调制模块107-个信号，脉宽调制模块107根据单片机控制模块113设定的算法产生两路PWM信号，这两路PWM信号通过高频驱动模块108放大去控制高频逆变模块102的开关管的开通和关断，从而得到20KHz高频高压电，高频高压电再经过功率变压模块103转换成符合焊接工艺要求的大电流低电压的焊接电流，再经过整流平滑模块104得到焊接电流，也就是外环电流闭环控制过程。网压检测模块105检测三相工频电压，把检测到的电压信号送给电压保护模块106，如出现过压、欠压的现象，电压保护模块106将送给脉宽调制模块107-个信号，产生低电平通过高频驱动模块108关断高频逆变模块102的开关管，保护主电路安全工作。

如上所述，即可较好地实现本实用新型。

Claims (6)

1、一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，包括机箱和内置电路，其特征是，所述内置电路包括主电路、电流闭环控制电路组成，所述主电路主要由整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块依次连接组成，所述整流滤波模块外接三相交流输入电源，所述整流平滑模块外接负载；所述电流闭环控制电路包括电流电压检测模块、焊接参数给定模块、比较器、单片机控制模块、脉宽调制模块和高频驱动模块组成，所述电流电压检测模块一端与负载相连接，另一端与比较器输入端相连接，所述焊接参数给定模块与比较器另一输入端相连接，所述比较器输出端与单片机控制模块相连接，所述单片机控制模块与脉宽调制模块相连接，所述脉宽调制模块与高频驱动模块相连接，所述高频驱动模块与高频逆变模块相连接。

2、根据权利要求1所述的一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，其特征是，所述主电路还包括安全保护电路，所述安全保护电路包括网压检测模块、电压保护模块组成，所述网压检测模块一端外接三相交流电源，另一端与电压保护模块相连接，所述电压保护模块与脉宽调制模块相连接。

3、根据权利要求1所述的一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，其特征是，所述单片机控制模块主要由单片机及其外围电路、熔滴过渡控制电路组成。

4、根据权利要求3所述的一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，其特征是，所述单片机及其外围电路主要由单片机W77E58、数/模转换器TLC5620、模/数转换器TLC0838、反相器74LHC240、ULN2003A及外围电路连接组成。

5、根据权利要求1所述的一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，其特征是，所述脉宽调制模块主要由误差放大电路、反相器芯片ULN2003A、集成控制芯片SG3525及外围电路连接组成。

6、根据权利要求1所述的一种NBJ集装箱专用气体保护焊弧焊电源，其特征是，所述高频驱动模块主要由两个脉冲变压器以及芯片2SK1417、M74HC4049和CD4011及外围电路组成。

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