CN203738201U

CN203738201U - 一种多制式多电压弧焊机

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Publication number: CN203738201U
Application number: CN201420068652.4U
Authority: CN
Inventors: 罗建坤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2024-02-17

Abstract

本实用新型公开了一种多制式多电压弧焊机，属于弧焊机领域。通过在弧焊机的控制电路上设置非饱和工频变压器、三相或单相全波整流电路、基于弧焊二次变流器的控制电路实现弧焊机能够兼容不同的电网制式和电网电压，提升了可靠性和扩大了应用领域。

Description

一种多制式多电压弧焊机

技术领域

本实用新型涉及弧焊机领域，特别是指一种多制式多电压弧焊机。

背景技术

随着技术的发展，焊接在当今的工业生产已经成为非常重要的金属加工手段。尤其在造船、港口机械、压力容器、油气管线、金属结构厂房、电力建设等行业显得更加重要，焊接效率、焊接质量、焊接安全作业的要求也越来越高。

但不同区域或国家存在不同的电网制式（单相或三相），不同的电网电压（110-575V），现有技术中大多兼容一到两种电网规格，基本采用主回路抽头或者倍压方式，这两种方式在电路切换时，如果失败就会导致可靠性差或错误识别电网制式等缺陷。在现有技术中，也有采用输入二次转接端子板的方式，这种方式在使用过程中存在操作不方便或错误连接导致设备损坏的缺陷。近年来也国外少数几家尝试采用BOOST-BUCK电路结合常规电路实现不同电网的兼容功能，但成本相对较高，而且系统的耗散功率较大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种多制式多电压弧焊机，所述多制式多电压弧焊机能够兼容不同的电网制式和电网电压。

基于上述目的本实用新型提供的一种多制式多电压弧焊机，包括非饱和工频变压器、三相或单相全波整流电路、基于弧焊二次变流器的控制电路。

所述的非饱和工频变压器输出端与三相或单相全波整流电路的输入端相接。

所述基于弧焊二次变流器的控制电路包括电流电压设定单元、恒流控制单元、恒压控制单元。

所述的电流电压设定单元，包括第一电子开关和与所述第一电子开关输入端相连的RC滤波电路。

所述的恒流控制单元，包括第二电子开关、第一反相器、一级比例积分电路和二级比例积分电路。

所述的恒压控制单元，包括第二反相器、比例积分电路和电子电抗器。

可选的，所述的非饱和工频变压器初级绕组为星形连接方式，次级绕组为三角形连接方式。

可选的，所述的非饱和工频变压器的磁芯为超薄矽钢片构成的三柱磁芯。

可选的，所述电流电压设定单元中，所述第一电子开关的型号为4053；第一电阻、第二电阻、第一电容组成滤波电路并连接至所述第一电子开关的第一输入端；第三电阻、第四电阻、第二电容组成RC滤波电路并连接至所述第一电子开关的第二输入端。

可选的，所述恒流控制单元中，所述第二电子开关的型号为4053；由第五电阻、第六电阻、第一运放组成的射随电路依次连接所述第二电子开关、一级比例积分电路和二级比例积分电路；由第一二极管、第七电阻、第八电阻、第二运放组成的射随电路依次连接所述第一反相器、一级比例积分电路和二级比例积分电路。

可选的，所述一级比例积分电路由第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第三电容、第十二电阻、第三运放组成；所述二级比例积分电路由第十三电阻、电第十四阻、第十五电阻、第四电容、第四运放组成。

可选的，所述恒压控制单元中，由第十六电阻、第五运放组成的射随电路依次连接所述二反相器和比例积分电路；由第十七电阻、第五电容、第五运放组成的射随电路连接所述比例积分电路。

可选的，所述比例积分电路由第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第六电容（、第七电容、第六运放组成。

可选的，所述比例积分电路的输出端连接所述电子电抗器，所述电子电抗器由电阻第二十二、第二十三电阻、第二二极管、第八电容组成。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的多制式多电压弧焊机通过在弧焊机的控制电路上设置非饱和工频变压器、三相或单相全波整流电路、基于弧焊二次变流器的控制电路实现弧焊机能够兼容不同的电网制式和电网电压，提升了可靠性和扩大了应用领域。

附图说明

图1为应用本发明实施例的结构框图；

图2为本实用新型实施例的电流电压设定单元电路图；

图3为本实用新型实施例的恒流控制单元电路图；

图4为本实用新型实施例的恒流控制单元的输出特性曲线；

图5为本实用新型实施例的恒压控制单元电路图；

图6为本实用新型实施例的恒压控制单元的输出特性曲线。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型应用于多电压多制式弧焊机。所述多电压多制式弧焊机主要包括弧焊机控制电路和与其连接的送丝装置110；所述弧焊机控制电路包括依次连接的非饱和工频变压器101、三相或单相全波整流电路102、宽范围DCDC控制电源103、弧焊二次变流器主回路104、基于电流电压复合感应VRD降低输出电压装置105、基于弧焊二次变流器的控制电路106。

附图1示出了本实用新型实施例结构框图。本实用新型包括非饱和工频变压器101、三相或单相全波整流电路102、基于弧焊二次变流器的控制电路106。

非饱和工频变压器101，用于实现将输入高电压（220-575V）小电流向输出低电压（30-80V）大电流变换。

作为本实用新型的一个实施例，所述的非饱和工频变压器101初级绕组为星形连接方式，次级绕组为三角形连接方式。初级绕组采用星形连接方式，线电压U_L与相电压U_P的关系为U_L=√3U_P，从而可以减少初级绕组的匝数；次级采用三角形方式，线电流I_L与相电流I_P关系相电流I_L=√3I_P，从而可以减少次级绕组的截面积。所述非饱和工频变压器101的绕组方式实现了在最小体积和最小重量下，能够得到最大功率输出。

作为一个实施例，所述非饱和工频变压器101的磁芯为超薄矽钢片构成的三柱磁芯。所述磁芯的体积小、转换效率高。

所述的非饱和工频变压器101输出端与三相或单相全波整流电路102的输入端相接。

三相或单相全波整流电路102，用于采完成非饱和工频变压器101输出端的交流转电换成直流电的功能；实现三相或单相全波整流，将交流变压器输出的低压交流电变成脉动直流电。优选的，所述三相或单相全波整流电路102自带散热器的硅堆完成，或者也可以用模块组成。

宽范围DCDC控制电源103，用于完成三相或单相全波整流电路102的输出电压变换成稳定的24VDC或48VDC后提供给冷却风机和控制电源使用。

弧焊二次变流器主回路104，包括依次连接的弧焊电源输入端、输入接错防止装置、基于IGBT或MOSFET大功率半导体串并联单元、电容储能堆及电容充电电流限制电路、功率半导体散热系统、输出电抗器和电源输出端。

基于电流电压复合感应VRD降低输出电压装置105，包括电压信号识别控制装置和电流信号识别控制装置、电流信号传感器和电压信号传感器、12V辅助电源及其导通切断装置、电压信号和电流信号分别由信号识别控制装置依据信号阀值输入给对应电路模块判断输出回路接触状态并根据结果输出功率输出允许或禁止信号。

基于弧焊二次变流器的控制电路106，用于实现多制式弧焊方式，包括：电流电压设定单元107，包括第一电子开关和与所述第一电子开关输入端相连的RC滤波电路，用于设定和切换焊接参数；

恒流控制单元108，包括第二电子开关、第一反相器、一级比例积分电路和二级比例积分电路；

恒压控制单元109，包括第二反相器、比例积分电路和电子电抗器。

参考图2，为本实用新型实施例的电流电压设定单元电路图。

本实施例的电流电压设定单元中，所述第一电子开关N1的型号为4053；第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1组成RC滤波电路并连接至所述第一电子开关N1的第一输入端Z0，用于接收来自二次变流弧焊机遥控器的焊接参数设定信号；第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2组成RC滤波电路并连接至所述第一电子开关N1的第二输入端Z1，用于接收来自二次变流弧焊机面板的焊接参数设定信号。

依据R/P选择开关信号确定设定信号的来源，当R/P=1为高电压信号时，接收来自二次变流弧焊机面板的设定信号，给定信号通过第一电子开关N1的C通道：第二输入端Z1、输出端Z，传递给给定信号；当R/P=0为低电压信号时，接收来自二次变流弧焊机遥控器的设定信号，给定信号通过第一电子开关N1的C通道：第二输入端Z0、输出端Z，传递给给定信号。

参考图3，为本实用新型实施例的恒流控制单元电路图。

本实施例的恒流控制单元中，所述第二电子开关N8的型号为4053；由第五电阻R8、第六电阻R9、第一运放N14A组成的射随电路依次连接所述第二电子开关N8、一级比例积分电路和二级比例积分电路，用于传输电流给定信号；由第一二极管V1、第七电阻R17、第八电阻R18、第二运放N14C组成的射随电路依次连接所述第一反相器、一级比例积分电路和二级比例积分电路，用于传输电流反馈信号。

所述一级比例积分电路由第九电阻R22、第十电阻R15、第十一电阻R16、第三电容C9、第十二电阻R23、第三运放N10A组成，用于给定信号和反馈信号的误差比例积分放大；所述二级比例积分电路由第十三电阻R24、电第十四阻R25、第十五电阻R26、第四电容C12、第四运放N10B组成，用于动态响应速度调整。

具体的电流给定信号通过第五电阻R8、第六电阻R9、第一运放N14A构成射随电路提高信号带载能力和抗扰能力，并传递给一级比例积分电路和二级比例积分电路。电流反馈信号由第一二极管V1、第七电阻R17、第八电阻R18、第二运放N14C构成的射随电路提高信号带载能力和抗扰能力，并经过由第二十四电阻R19、第二十五电阻R21、第二十六电阻R20、第七运放N14B构成的反相器，将输入信号反相并传递给一级比例积分电路和二级比例积分电路。一级比例积分电路完成给定信号和反馈信号的误差比例积分放大，二级比例积分电路主要完成动态响应速度调整，从而满足焊接过程参数调整的速度，当反馈电流大于给定电流时，由一级比例积分电路和二级比例积分电路输出负误差量，输出脉宽变窄，输出电流变小；反之则输出脉宽变宽，输出电流变大。

附图4示出了本实用新型实施例的恒流控制单元的输出特性曲线。

在恒流特性输出时，在电源正常工作范围内，焊接电流不随焊接电压的高低发生变化，输出外特性为陡降特性。如图4中电弧由正常位置L0变化至L1（变长）或L2（变短），而焊接电流却没有发生变化，当电弧电压超过35V时进入自然特性段，此段中焊接电流随电压升高而降低，当电弧电压地于20V时进入短路推力特性段，此段中焊接电流随电压降低而升高。此中特性可以用于MMA、PMIG/PMAG、SAW、PLASMA、CAG等焊接切割方法，如果去掉推力特性还可以应用与TIG、PTIG、ACTIG等。

附图5示出了本实用新型实施例的恒压控制单元电路图；

本实施例的恒压控制单元中，由第十六电阻R53、第五运放N12C组成的射随电路依次连接所述二反相器和比例积分电路，用于传输电压给定信号；由第十七电阻R51、第五电容C22、第五运放N12A组成的射随电路连接所述比例积分电路，用于传输电压反馈信号。

所述比例积分电路由第十八电阻R57、第十九电阻R58、第二十电阻R59、第二十一电阻R60、第六电容C25、第七电容C106、第六运放N12B组成，用于电压信号和反馈信号的误差比例积分放大和电压闭环控制。

所述比例积分电路的输出端连接所述电子电抗器，所述电子电抗器由电阻第二十二R61、第二十三电阻R62、第二二极管V5、第八电容C26组成，用于波形控制。

具体的电压给定信号通过由第十六电阻R53、第五运放N12C构成射随电路提高信号带载能力和抗扰能力，并经过第二十七电阻R54、第二十八电阻R55、第二十九电阻R56、第八运放N12D构成的反相器，将输入信号反相并传递给比例积分电路；电压反馈信号由第十七电阻R51、第五电容C22、第五运放N12A构成的射随电路提高信号带载能力和抗扰能力，并传递给比例积分电路。比例积分电路由第十八电阻R57、第十九电阻R58、第二十电阻R59、第二十一电阻R60、第六电容C25、第七电容C106、第六运放N12B组成，进行多阶比例积分，完成给定信号和反馈信号的误差比例积分放大，完成电压闭环控制实现恒压特性曲线控制，为了满足焊接工艺需要必须进行输出电流波形控制，波形控制由电子电抗器完成，电子电抗器由电阻第二十二R61、第二十三电阻R62、第二二极管V5、第八电容C26组成，实现燃弧和短路阶段不同输出电流曲线的控制从而满足焊接过程稳定的需求。

附图6示出了为本实用新型实施例的恒压控制单元的输出特性曲线。

在恒压特性输出时，在电源正常工作范围内，焊接电压不随焊接电流的大小发生变化，输出外特性为平特性。如图6中电弧由正常位置L0变化至L1（变长）或L2（变短），而焊接电压却没有发生变化，当电弧弧长变短，焊接电流增加，电弧弧长变长，焊接电流降低。此中特性可以用于MIG/MAG、PMIG/PMAG、SAW等焊接。

送丝装置110，包括送丝机构、控制系统，所述送丝机构包括印刷绕组电机；所述控制系统包括非隔离DCDC模块、电磁阀控制驱动、送丝速度调整单元，该非隔离DCDC模块将输入宽范围15V-105V直流电源转变成稳定可控直流电源并输出为送丝机构供电；电磁阀控制驱动包括15-105V转换成12V电源变换单元和电磁阀通断控制；送丝速度调整单元依据熔化速度=送丝速度调节算法对非隔离DCDC模块进行控制，将供给送丝机构的印刷绕组电机的电枢电压进行改变，来调节印刷绕组电机转速的变化从而改变送丝速度而调整电弧弧长在正常工作范围内。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种多制式多电压弧焊机，其特征在于所述弧焊机的控制电路包括非饱和工频变压器、三相或单相全波整流电路、基于弧焊二次变流器的控制电路；

所述的非饱和工频变压器输出端与三相或单相全波整流电路的输入端相接；

所述基于弧焊二次变流器的控制电路包括电流电压设定单元、恒流控制单元、恒压控制单元；

所述的电流电压设定单元，包括第一电子开关和与所述第一电子开关输入端相连的RC滤波电路；

所述的恒流控制单元，包括第二电子开关、第一反相器、一级比例积分电路和二级比例积分电路；

2.根据权利要求1所述的多制式多电压弧焊机，其特征在于所述的非饱和工频变压器初级绕组为星形连接方式，次级绕组为三角形连接方式。

3.根据权利要求1所述的多制式多电压弧焊机，其特征在于非饱和工频变压器的磁芯为超薄矽钢片构成的三柱磁芯。

4.根据权利要求1所述的多制式多电压弧焊机，其特征在于所述电流电压设定单元中，所述第一电子开关（N1）的型号为4053；第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第一电容（C1）组成RC滤波电路并连接至所述第一电子开关（N1）的第一输入端（Z0）；第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第二电容（C2）组成RC滤波电路并连接至所述第一电子开关（N1）的第二输入端（Z1）。

5.根据权利要求1所述的多制式多电压弧焊机，其特征在于所述恒流控制单元中，所述第二电子开关（N8）的型号为4053；由第五电阻（R8）、第六电阻（R9）、第一运放（N14A）组成的射随电路依次连接所述第二电子开关（N8）、一级比例积分电路和二级比例积分电路；由第一二极管（V1）、第七电阻（R17）、第八电阻（R18）、第二运放（N14C）组成的射随电路依次连接所述第一反相器、一级比例积分电路和二级比例积分电路。

6.根据权利要求5所述的多制式多电压弧焊机，其特征在于所述一级比例积分电路由第九电阻（R22）、第十电阻（R15）、第十一电阻（R16）、第三电容（C9）、第十二电阻（R23）、第三运放（N10A）组成；所述二级比例积分电路由第十三电阻（R24）、电第十四阻（R25）、第十五电阻（R26）、第四电容（C12）、第四运放（N10B）组成。

7.根据权利要求1所述的多制式多电压弧焊机，其特征在于所述恒压控制单元中，由第十六电阻（R53）、第五运放（N12C）组成的射随电路依次连接所述二反相器和比例积分电路；由第十七电阻（R51）、第五电容（C22）、第五运放（N12A）组成的射随电路连接所述比例积分电路。

8.根据权利要求7所述的多制式多电压弧焊机，其特征在于所述比例积分电路由第十八电阻（R57）、第十九电阻（R58）、第二十电阻（R59）、第二十一电阻（R60）、第六电容（C25）、第七电容（C106）、第六运放（N12B）组成。

9.根据权利要求7所述的多制式多电压弧焊机，其特征在于所述比例积分电路的输出端连接所述电子电抗器，所述电子电抗器由电阻第二十二（R61）、第二十三电阻（R62）、第二二极管（V5）、第八电容（C26）组成。