CN201275654Y

CN201275654Y - 栓钉焊机及栓钉焊机高频变压器

Info

Publication number: CN201275654Y
Application number: CNU2008201473318U
Authority: CN
Inventors: 韩玉琦; 陈志伟; 戴建明; 龙立新; 陈张军; 周礼贤; 陈良军; 汤必海; 谢帝富
Original assignee: SHENZHEN HONGBAI TECHNOLOGY INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HONGBAI TECHNOLOGY INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2018-09-05

Abstract

本实用新型公开了一种栓钉焊机和变压器。栓钉焊机包括三相整流电路、高频逆变电路、高频变压器、整流滤波电路和脉宽控制电路，三相整流电路将三相交流电转变成直流电，高频逆变电路在脉宽控制电路的控制下将三相整流电路输出的直流电转换成高频交流电，经高频变压器降压后由整流滤波电路产生脉动直流焊接电流，高频变压器采用铁基纳米晶材料的环形铁芯，次级线圈与初级线圈分层布置；次级线圈由1至6个次级线圈组组成；每个次级线圈组有3个子线圈，3个子线圈沿环形铁芯的周向按120°均布，3个子线圈按同名端并联。本实用新型是一种体积小、重量轻、输出功率大，焊接质量好，整机稳定性和可靠性高的栓钉焊机。

Description

栓钉焊机及栓钉焊机高频变压器

[技术领域]

本实用新型涉及焊接设备，尤其涉及栓钉焊机和栓钉焊机高频变压器。

[背景技术]

螺柱焊机分三大类，一是储能螺柱焊机、二是短周期螺柱焊机，焊接时间在30-200mS，暂载率为10％左右；三是长周期螺柱焊机，焊接时间在300-2000mS，通常在钢构建筑用于栓钉的焊接，俗称为栓钉焊机。栓钉焊机是利用瓷环保护进行长周期(300-2000mS)暂载率在30％左右。目前市场上常用的有工频可控硅控制的电弧栓钉焊机。控制方式分模拟控制和MCU控制两种。工频可控硅电弧栓钉焊机，由于焊接电流在600-3150A、功率在200-300KW之间，所以耗电大、效率低；体积显得庞大、分量重，一般重量在500Kg-600Kg，移动和使用都不方便。焊接电流上升速率慢，焊接电流、焊接电压和焊接时间控制不够精确，焊接质量难以保障。在工地使用时，栓钉的焊接质量易受电网电压波动的影响。

[实用新型内容]

本实用新型要解决的技术问题是提供一种输出功率大，耗电少、体积小、重量轻的栓钉焊机。

本实用新型进一步要解决的技术问题是提供一种焊接质量好，整机稳定性和可靠性高的栓钉焊机。

本实用新型更进一步要解决的技术问题是提供一种能够减少对电网的污染的栓钉焊机。

本实用新型另一个要解决的技术问题是提供一种输出功率大(最大可达到2500A)、耗电少(仅为同等功率的工频焊机的70％)、体积小(仅为同等功率的工频焊机的8％)、重量轻(仅为同等功率的工频焊机的5％)的栓钉焊机高频变压器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种栓钉焊机，包括三相整流电路，包括高频逆变电路、高频变压器、整流滤波电路和脉宽控制电路，所述的三相整流电路将三相交流电转变成直流电，高频逆变电路在脉宽控制电路的控制下将三相整流电路输出的直流电转换成高频交流电，经高频变压器降压后由整流滤波电路产生脉动直流焊接电流，所述的高频变压器采用铁基纳米晶材料的环形铁芯，次级线圈与初级线圈分层布置；次级线圈由1至6个次级线圈组组成；每个次级线圈组有3个子线圈，所述的3个子线圈沿环形铁芯的周向按120°均布，所述的3个子线圈按同名端并联。

以上所述的栓钉焊机，所述的子线圈由2个分子线圈组成，所述的2个分子线圈串联，3个子线圈的分子线圈的串联连接点连接在一起，作为子线圈组的中心抽头引出。所述的次级线圈由4个次级线圈组组成。

以上所述的栓钉焊机，所述的次级线圈布置在内层，初级线圈布置在外层，初级线圈和次级线圈的导线采用20至40股直径0.2至0.6毫米的漆包线绞合而成；所述的铁基纳米晶材料的环形铁芯的饱和磁感应强度1.25T，剩余磁感应强度0.2T，导磁率20000，铁芯叠片参数0.7。

以上所述的栓钉焊机，包括PI电流控制反馈电路，所述的PI电流控制反馈电路从整流滤波电路的输出端采样，将采样值输入脉宽控制电路的信号输入端，实现恒流控制；所述的高频逆变电路包括IGBT桥路开关电路和隔离驱动电路；所述的脉宽控制电路产生4路PWM信号，经隔离驱动电路控制IGBT桥路开关电路的通断。

以上所述的栓钉焊机，包括PI电压控制反馈电路和PID电流反馈电路，所述的PI电压控制反馈电路从整流滤波电路的输出端采样，将采样值输入脉宽控制电路的信号输入端，实现限压控制；所述的PID电流反馈电路从高频变压器的输入端采样，将采样值输入脉宽控制电路的信号输入端，实现瞬间电流峰值的限定。

以上所述的栓钉焊机，所述的三相整流电路依次为电磁兼容电路、三相整流模块、软启动电路和整流滤波电路，所述的电磁兼容电路吸收抑制三相交流母线上的电压尖峰，降低电磁干扰；所述的三相整流模块将电磁兼容电路输出的三相交流转换为直流电；所述的整流滤波电路包括滤波电容，对三相整流模块输出的直流电进行滤波；所述的软启动电路控制三相整流模块输出主回路，在所述的滤波电容充电至到设定电压后才使主回路通电。

以上所述的栓钉焊机，电磁兼容电路在三相电输入的相线上分别串联有输入电感，在相线间分别并联有削峰电容。

栓钉焊机高频变压器的技术方案是，包括铁芯、初级线圈和次级线圈，所述的栓钉焊机所述的铁芯采用铁基纳米晶材料的环形铁芯，次级线圈与初级线圈分层布置；次级线圈由1至6个次级线圈组组成；每个次级线圈组有3个子线圈，所述的3个子线圈沿环形铁芯的周向按120°均布，所述的3个子线圈按同名端并联。

以上所述的栓钉焊机高频变压器，所述的次级线圈由4个次级线圈组组成；所述的子线圈由2个分子线圈组成，所述的2个分子线圈串联，3个子线圈的分子线圈的串联连接点连接在一起，作为子线圈组的中心抽头引出。

本实用新型栓钉焊机采用高频逆变电路和高频变压器，高频变压器采用铁基纳米晶材料的环形铁芯、子线圈沿环形铁芯的周向按120°均布的结构。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型栓钉焊机实施例的电路原理框图。

图2是本实用新型栓钉焊机实施例的电路原理图。

图3是本实用新型栓钉焊机实施例高频变压器接线图。

[具体实施方式]

本实用新型栓钉焊机实施例如图1所示，整机由8个部分组成：1是三相流电路；2是逆变电路；3是高频变压器；4是高频整流滤波电路；5是脉宽控制电路；6是P1C微处理控制电路；7是栓钉焊枪；8是液晶触摸屏。

本实用新型栓钉焊机实施例的工作过程如图2所示：三相整流电路①由滤波电感L1；滤波电容CA、CB、CC；三相整流模块D1；软启动可控硅和直流滤波电容C1、C2组成。其中L1、CA、CB、CC是用来滤除电网的高频干扰和减少本机对电网的污染作用。D1是把工频的三相电整流后变成直流电，便于给逆变器提供电能。软启动电路主要是在开机时减小母线电流，延长开机时对C1的充电时间，减少由于大容量电容在高压充电时对电网和铝电解C1的冲击，达到安全开机的目的。C1、C2除了母线滤波的作用外，还有一个作用是逆变电路在开关状态下，与高频变压器B1，进行能量交换。以提高整机的功率因数。

逆变电路②由4个IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4、4个M57962L驱动模块组成。逆变电路②输出的频率为20KHZ的高频电流，通过A、B两点加到高频变压器B1上，经高频变换将高频520V高压降低到100V左右的高频低压电流。

高频整流滤波电路④由快恢复二极管D5、D6；滤波电感L2和滤波电容C3组成。它是将高频变压器B1输出的次级电流经整流二极管D5、D6整流后转变为直流电流。L2除滤波作用外还有一个更为重要的特性就是限定最大输出电流，防止焊枪短路时因电流过大而造成器件的损坏。

本实施例由电流型脉宽控制芯片和三个反馈环路组成。一是高频变压器初级电流采样的高速PID电流反馈电路；二是输出电流采样的PI电流控制反馈电路；三是输出电压采样的PI电压反馈电路。电流控制型脉宽调制芯片UC3846的第1脚是电流限制信号的输入端，第3、4脚是电流检测端，具有高速反应的特点，电流延迟时间仅有300-600nS的时间。第1、3、4脚在快速PID电流反馈环路I1的作用下，对逆变信号进行逐周波的实时监控，达到控制过快的电流度化和限制过高的输出电流的作用，实现瞬间电流峰值的限定，减小电流变化速率，提高功率器件的安全性。UC3846的第5、6脚在PI电流，电压反馈环路，I2、U1的作用下来稳定输出电流和限定输出电压的目的。通常的情况下有两种输出特性，一是恒流控制特性，二是恒流限压特性。

P1C微处理电路(芯片型号PIC18F6720)⑥的主要作用是对输出交、直、电压、母线电流、IGBT、变压器、整流管和焊枪温度的监控、告警，完成对焊接参数的设定、存储和管理。完成焊枪焊接时序的管理和控制。

栓钉焊枪⑦由输出焊接电缆、控制电缆和焊枪组成。主要完成栓钉在工件上的焊接任务。液晶触摸屏及操作界面⑧，主要用来显示焊接参数和告警信息，用来设定焊接参数和相关信息的。

焊机的高频变压器采用环形铁基纳米晶铁芯，其电气性能是：饱和磁感应强度1.25T，剩余磁感应强度0.2T，导磁率20000，铁芯叠片参数0.7。初、次级导线采用多股导线绞合而成，导线直径小于0.6毫米，绝缘带采用厚度小于0.1毫米的聚酯薄膜(6020)。

高频变压器的初次级变比为(4-7)∶1；初级漏感应小于6微亨；输出电流为1500-2500A；输出功率在90-200KW之间；暂载率为15--30％。

高频变压器次级线圈与初级线圈分层布置，次级线圈布置在内层，初级线圈布置在外层。次级线圈由4个次级线圈组组成；每个次级线圈组由有3个子线圈，3个子线圈沿环形铁芯的周向按120°均布，3个子线圈按同名端并联。每个子线圈由2个分子线圈组成，这2个分子线圈相互串联，3个子线圈的分子线圈的串联连接点连接在一起，作为子线圈组的中心抽头引出。初级线圈为多组并联，且均匀的分布在外层。初、次级线圈各线圈分布均匀、紧凑，次级对初级的漏感应控制在6微亨以下。

本实施例中高频变压器的工艺结构如下：

采用OUL-1308050的铁基纳米晶环形铁芯，初、次级导线均采用30股直径为0.5毫米的漆包线绞合而成。其外面采用厚0.05毫米宽10毫米的高强度绝缘胶带包扎四至六层。

次级线圈按顺时针沿环型铁芯依次排列，如图3所示，其线圈序号为21、22、31、32、23、24、33、34、25、26、35、36、27、28、37、38、29、210、39、310、211、212、311、312。线圈绕制分布均匀，且绕满第一层，把线圈的引线端分别在铁芯的左侧、右侧引出，并用扎带固定。

线圈21与31相串为一组，25与35相串为一组、29与39相串为一组，三组相距120度。共有12个引线，它们分别是211、212、311、312；251、252、351、352；291、292、391、392。位于环型铁芯的左侧。次级线圈23与33相串为一组，27与37相串为一组、211与311相串为一组，三组相距120度。共有12个引线，它们分别是231、232、331、332；271、272、371、372；2111、2112、3111、3112。位于环型铁芯的右侧。

次级线圈向左侧引线的线圈有12个，引线端子有24个。其中：212与311、252与351、292与391相串联后为各自线圈的中心抽头，三者相连后为第一组次级线包的中心抽头为1590。将三线圈的头211、251、291相连作为引线端子1591(头)；三线圈的尾312、352、392相连作为引线端子1592(尾)。232与331、272与371、2112与3111相串联后为各自线圈的中心抽头，三者相连后为第一组次级线包的中心抽头37110。三线圈的头231、271、2111相连作为引线端子37111(头)；三线圈的尾332、372、3112相连作为引线端子37112(尾)。如图3所示。

次级线圈中的线圈22与32相串为一组，26与36相串为一组、210与310相串为一组，三组相距120度。共有12个引线，它们分别是221、222、321、322；261、262、361、362；2101、2102、3101、3102。位于环形铁芯的右侧。次级线圈24与34相串为一组，28与38相串为一组、212与312相串为一组，三组相距120度。共有12个引线，它们分别是241、242、341、342；281、282、381、382；2121、2122、3121、3122。位于环型铁芯的右侧。如图3所示。

次级线圈向右侧引线的线圈有12个，引线端子有24个。其中：其引线端子222与321、262与361、2102与3101相串联后为各自线圈的中心抽头，三者相连后为第一组次级线包的中心抽头为26100。然后将三线圈的头221、261、2101相连作为引线端子26101(头)；三线圈的尾322、362、3102相连作为引线端子26102(尾)。242与341、282与381、2122与3121相串联后为各自线圈的中心抽头，三者相连后为第一组次级线包的中心抽头48120。然后将三线圈的头241、281、2121相连作为引线端子48121(头)；三线圈的尾342、382、3122相连作为引线端子48122(尾)。如图3所示。

初级线圈由三个线圈组成，即11、12、13，它位于外层。三个线圈沿环形铁芯顺时针并绕。左侧引线端子为111、122、131；右侧引线端子为112、122、132，如图3所示。

变压器及引线的固定方式如下，用厚为3-5毫米的环氧树胶板，根据铁芯及线包的形状，截成两个半圆板，在两个半圆处，根据初次级引线端子的位置，合理钻孔。其孔径与初次导线的直径相当，便于将初、次线引线按相应的位置、顺序依次的穿出。下面的部分用来固定整个变压器。

如图3所示，本实施例高频变压器的次级线圈分成4组，4个次级线圈组的输出端分别接各自的整流滤波元件，流滤波元件的输出端再并接在一起。因为本实施例每个次级线圈组的每个子线圈都由2个分子线圈相互串联，3个子线圈的分子线圈的串联连接点连接在一起，作为子线圈组的中心抽头引出，可以采用全波整流电路，元件成本较低。如果子线圈是一个整体线圈，不采用2个分子线圈相互串联，没有中心抽头引出，就只好采用桥式整流电路，可能会增加产品整流元件的成本。

Claims

1.一种栓钉焊机，包括三相整流电路，其特征在于，包括高频逆变电路、高频变压器、整流滤波电路和脉宽控制电路，所述的三相整流电路将三相交流电转变成直流电，高频逆变电路在脉宽控制电路的控制下将三相整流电路输出的直流电转换成高频交流电，经高频变压器降压后由整流滤波电路产生脉动直流焊接电流，所述的高频变压器采用铁基纳米晶材料的环形铁芯，次级线圈与初级线圈分层布置；次级线圈由1至6个次级线圈组组成；每个次级线圈组有3个子线圈，所述的3个子线圈沿环形铁芯的周向按120°均布，所述的3个子线圈按同名端并联。

2.根据权利要求1所述的栓钉焊机，其特征在于，所述的子线圈由2个分子线圈组成，所述的2个分子线圈串联，3个子线圈的分子线圈的串联连接点连接在一起，作为子线圈组的中心抽头引出。

3.根据权利要求2所述的栓钉焊机，其特征在于，所述的次级线圈由4个次级线圈组组成。

4.根据权利要求2所述的栓钉焊机，其特征在于，所述的次级线圈布置在内层，初级线圈布置在外层，初级线圈和次级线圈的导线采用20至40股直径0.2至0.6毫米的漆包线绞合而成；所述的铁基纳米晶材料的环形铁芯的饱和磁感应强度1.25T，剩余磁感应强度0.2T，导磁率20000，铁芯叠片参数0.7。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的栓钉焊机，其特征在于，包括PI电流控制反馈电路，所述的PI电流控制反馈电路从整流滤波电路的输出端采样，将采样值输入脉宽控制电路的信号输入端，实现恒流控制；所述的高频逆变电路包括IGBT桥路开关电路和隔离驱动电路；所述的脉宽控制电路产生4路PWM信号，经隔离驱动电路控制IGBT桥路开关电路的通断。

6.根据权利要求5所述的栓钉焊机，其特征在于，包括PI电压控制反馈电路和PID电流反馈电路，所述的PI电压控制反馈电路从整流滤波电路的输出端采样，将采样值输入脉宽控制电路的信号输入端，实现限压控制；所述的PID电流反馈电路从高频变压器的输入端采样，将采样值输入脉宽控制电路的信号输入端，实现瞬间电流峰值的限定。

7.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的栓钉焊机，其特征在于，所述的三相整流电路依次为电磁兼容电路、三相整流模块、软启动电路和整流滤波电路，所述的电磁兼容电路吸收抑制三相交流母线上的电压尖峰，降低电磁干扰；所述的三相整流模块将电磁兼容电路输出的三相交流转换为直流电；所述的整流滤波电路包括滤波电容，对三相整流模块输出的直流电进行滤波；所述的软启动电路控制三相整流模块输出主回路，在所述的滤波电容充电至到设定电压后才使主回路通电。

8.根据权利要求7所述的栓钉焊机，其特征在于，电磁兼容电路在三相电输入的相线上分别串联有输入电感，在相线间分别并联有削峰电容。

9.一种栓钉焊机高频变压器，包括铁芯、初级线圈和次级线圈，其特征在于，所述的铁芯采用铁基纳米晶材料的环形铁芯，次级线圈与初级线圈分层布置；次级线圈由1至6个次级线圈组组成；每个次级线圈组有3个子线圈，所述的3个子线圈沿环形铁芯的周向按120°均布，所述的3个子线圈按同名端并联。

10.根据权利要求9所述的栓钉焊机高频变压器，其特征在于，所述的次级线圈由4个次级线圈组组成；所述的子线圈由2个分子线圈组成，所述的2个分子线圈串联，3个子线圈的分子线圈的串联连接点连接在一起，作为子线圈组的中心抽头引出。