CN204913022U - 一种逆变式弧焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种逆变式弧焊机，包括电磁防护电路、整流滤波电路、逆变电路、隔离降压电路、二次整流滤波电路、控制电路、隔离驱动电路。将单相工频交流电经电磁防护电路的电磁兼容处理后，再经整流滤波电路整流，经滤波后得到一个较平滑的直流电，由IGBT组成的逆变电路将该直流电变为100KHZ的交流电，经隔离降压电路降压后，再经二次整流滤波电路获得平稳的直流输出焊接电流。是一种性能稳定，高负载持续率的逆变式弧焊机。

Description

一种逆变式弧焊机

技术领域

本实用新型涉及弧焊机领域，具体涉及逆变式弧焊机。

背景技术

目前单相输入的逆变焊机生产厂家很多，其产品千差万别，由于布局布线等工艺性处理不好，产品很难通过欧洲CE标准EMC检测。由于主变压器漏感较大，焊机输出电流大于100A时，焊机的电磁辐射很严重，严重影响电网质量及人的身心健康，对周边其他设备也造成干扰。另外由于风道设计不够合理，许多厂家多产品负载持续率都很低，无法满足长时间的使用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述的不足，提供一种能够满足3C标准、欧洲CE标准检测要求的，性能稳定的，高负载持续率的逆变式弧焊机。其技术方案介绍如下：

一种逆变式弧焊机，包括电磁防护电路(1)、整流滤波电路(2)、逆变电路(3)、隔离降压电路(4)、二次整流滤波电路(5)、控制电路(6)、隔离驱动电路(7)；从交流220V至直流输出的电路连接顺序依次为电磁防护电路(1)、整流滤波电路(2)、逆变电路(3)、隔离降压电路(4)、二次整流滤波电路(5)；直流输出端依次经控制电路(6)、隔离驱动电路(7)返接至逆变电路(3)；

上述逆变电路(3)包括：由4只绝缘栅双极型功率管IGBT(G1/G2/G3/G4)组成的桥臂，将直流电全桥逆变为高频交流电。

上述电磁防护电路(1)由电容C101，电容C102，电容C103，电容C104，电容C105，电阻R101，电感L101，电感L102，电感L103，电感L104组成。

上述整流滤波电路(2)包括：整流桥BR1、大容量电解电容C2。

上述隔离降压电路(4)包括：将高频高压交流电降为高频低压交流电的变压器T5。

上述二次整流滤波电路(5)包括：将高频低压交流电整流为直流电的高速整流管D15、D16。

上述控制电路(6)包括：能实现脉宽调制PWM信号、温度保护、开机缓起动保护的控制厚膜电路K1。

上述隔离驱动电路(7)包括：场效应管VT1、VT2、VT2、VT4组成的驱动电路，推动隔离驱动电路Q1产生快速开通和关断绝缘栅双极型功率管IGBT管G1、G2、G3、G4的4路信号，推动4个桥臂，实现全桥逆变。

将单相工频交流电经电磁防护电路(1)的电磁兼容处理后，再经整流滤波电路(2)整流，经滤波后得到一个较平滑的直流电，由绝缘栅双极型功率管IGBT组成的逆变电路(3)将该直流电变为100KHZ的交流电，经隔离降压电路(4)降压后，再经二次整流滤波电路(5)获得平稳的直流输出焊接电流，其中控制电路(6)产生的脉宽调制PWM经场效应管VT1、VT8、VT9、VT4组成的驱动电路，推动隔离驱动电路产生快速开通和关断绝缘栅双极型功率管IGBT管G1、G2、G3、G4的4路信号，推动4个桥臂，实现全桥逆变。

连接至整流滤波电路(2)的辅助开头电源电路(E1和U1、U、U2等周围器件构成)，控制电路(6)(K和U5等周围器件构成)，隔离驱动电路(7)(Q1和VT1、VT2、VT3、VT4等周围器件构成)，逆变电路(3)(G1、G2、G3、G4、T2等周围器件构成)，隔离降压电路(4)和二次整流滤波电路(5)(T5、D15、D16、D17等周围器件构成)被制作在同一块PCB板上，而一块PCB板和4块散热片(散热器1、2、3、4)构成一个水平风道式结构。

本实用新型的有益效果是：

1.逆变频率为100KHz，显著减小了焊机的体积和重量。

2.降低主变压器的漏感，减少焊机的电磁辐射。

3.显著减少的铜铁损，明显提高了焊机的整机效率，节能效果显著。

4.开关频率在声频以外，几乎消除了噪音污染。

5.紧凑形水平风道散热结构，可以起到很好的防水防尘效果。

6.水平风道式结构经优化组合后，体积小结构结实，散热性好，组装维修方便。

7.大大提高负载持续率。

附图说明

图1为单板逆变式弧焊机的逻辑方框示意图。

图2是单板逆变式弧焊机的原理示意图。

图3是单板逆变式弧焊机的单板PCB板布线图。

具体实施方式

图1为根据本实用新型的单板逆变式弧焊机的逻辑方框示意图。根据图1所示，1为电磁防护电路，2为整流滤波电路，3为逆变电路，4为隔离降压电路，5为二次整流滤波电路，6为控制电路，7为隔离驱动电路。

根据图1所示的框图工作原理介绍如下：

一种由输入EMC电路，整流滤波电路，逆变电路，隔离降压电路，二次整流滤波电路，控制电路及隔离驱动电路组成的IGBT逆变式弧焊机。输入整流滤波电路采用的是大容量电解电容滤波，它的逆变电路连接在输入整流电路和二次整流滤波电路之间，并与控制电路相连。逆变电路的桥臂由4只IGBT(绝缘栅双极型功率管)组成的全桥逆变电路，G1、G2、G3、G4分别代表四个桥臂中的IGBT。每只IGBT管的栅极串联一只4.7～10R电阻，防止驱动过冲，并保护驱动电路不受由于IGBT管击穿传过来的电压的损坏。C10为抗不平衡电容，阻止主变压器上有直流分量流过。控制电路与逆变电路和保护电路相连接，由场管VT1～VT4构成驱动放大电路，再由Q1板驱动逆变电路工作。Q1为驱动厚膜电路，它由一个一组初级输入，四组次级输出的驱动变压器，及一些电阻，二极管，稳压二极管，电容组成，完成四个桥臂的驱动功能。E1为辅助电源电路，给控制电路驱动电路及保护电路供电。

图2是根据本实用新型的单板逆变式弧焊机的原理示意图，根据图2所示的工作原理介绍如下：

单相输入交流先经X2(C105)电容吸收尖峰毛刺电压，再经过由双线并绕在同一个磁环上的共模电感(L103，L104)以限制谐波电流。再经过两个Y2(C104，C103)电容防止电压悬空，然后再由两个X2电容(C101，C102)和两个共模电感(L102，L101)构成二阶滤波电路，将输入波形的毛刺降到最低。C101，C102，C103，C104，C105，R101，L101，L102，L103，L104共同构成EMC电路(如附图2所示)。

通过电流耦合器T2对主电路进行不断的采样，一旦出现异常过大的电流即通过BR2绝对值整流电路和电阻R10～R13给电容C16充电得到一个高电压，使控制模块K1保护。

由电阻R35～R39，电位器VR4，电容C29、C31、C33，稳压管Z5、Z6及三极管Q2构成电压负反馈及给定电路。当输出电压发生波动时，由电压负反馈电路反向调节给定值，以达到稳定输出的效果。

热敏开关RC1安装于整机电路的散热器上，一旦散热器(图2中的RC1)温度过高，热敏开关便闭合导通，同样使控制模块K1保护。使焊机停止工作。

由C10为抗不平衡电容，阻止主变压器上有直流分量流过，提高整机效率，R4、C6、R5、C8、R14、C7、R16、C9，构成各个桥臂的吸收方式，吸收杂散电感产生的尖峰毛刺。

为进一步阐述图2所示的电路工作原理，现说明如下：

图中E1为辅助电源电路、K1为控制厚膜电路、Q1为隔离驱动厚膜电路。单相交流电电源经EMC电路滤除干扰，再经整流桥BR1整流，电解电容C2滤波后成为直流，再由IGBT(绝缘栅双极型功率管)全桥逆变为高频交流，再由隔离降压电路降为高频低压交流，经D15、D16两组高速整流管整流为直流。R6、R7、C11、C12为相应的吸收回路，以保护整流管D16，D15。输出电抗L1用来限制浪涌电流并使输出电流连续。IGBT(绝缘栅双极型功率管)全桥逆变电路中VD16～G4为4个桥臂，每个桥臂为1只IGBT管。每只IGBT管的栅极串联一只4.7～10R电阻，C10为抗不平衡电容，R4C6，R5C8，R14C7，R16C9，构成各个桥臂的吸收电路，用以吸收杂散电感产生的尖峰毛刺。K1控制电路能够实现脉宽调制(PWM)、温度保护、开机缓起动保护的功能，它的PWM信号送至场效应管VT1～VT4组成的驱动电路，推动隔离驱动电路产生快速开通和关断IGBT管的4路信号，推动4个桥臂，实现全桥逆变，这样驱动电路便大大简化。

在本实用新型中IGBT(绝缘栅双极型功率管)选用耐压为600V，电流为30A，每个桥臂为1只IGBT，其余原件参数见附表。按照附图2、附图3组装经测试，应达到如下技术要求：

1、额定输入功率：6.6KW8、效率：85％

2、额定输入电流：30A9、功率因数：0.93

3、额定输出电压：28V

4、输出电流调节：20A～200A

5、负载持续率：60％

6、空载电压：56V

7、空载损耗：40W

图3是根据本实用新型的单板逆变式弧焊机的单板PCB板布线图，根据图3所示的器件分布介绍如下：

本实用新型将辅助开头电源电路(E1和U1、U、U2等周围器件构成)，控制电路(K和U5等周围器件构成)，隔离驱动电路(Q1和VT1、VT2、G1、G2等周围器件构成)，逆变电路(G1、G2、G3、G4、T2等周围器件构成)，隔离降压电路和二次整流滤波电路(T5、D15、D16、D17等周围器件构成)，制作在同一块PCB板上。一块PCB板和4块散热片(散热器1、2、3、4)构成一个水平风道式结构。其结构经这样优化组合后，体积小结构结实，散热性好，组装维修方便。

采用以上结合附图描述的本实用新型实施例的一种逆变式弧焊机的结构，实现了性能稳定，高负载持续率的目的，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出不同形式的逆变式弧焊机并不需要创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种逆变式弧焊机，其特征在于：包括电磁防护电路(1)、整流滤波电路(2)、逆变电路(3)、隔离降压电路(4)、二次整流滤波电路(5)、控制电路(6)、隔离驱动电路(7)；

所述逆变式弧焊机从单相工频交流电输入端至二次整流滤波电路(5)的输出端的电路，连接顺序依次为电磁防护电路(1)、整流滤波电路(2)、逆变电路(3)、隔离降压电路(4)、二次整流滤波电路(5)；所述二次整流滤波电路(5)的输出端依次经控制电路(6)、隔离驱动电路(7)返接至逆变电路(3)匀，此连接回路形成电压负反馈回路，当输出电压发生波动时，由电压负反馈回路反向调节给定值，以达到稳定输出的效果；

所述逆变电路(3)包括：由4只绝缘栅双极型功率管IGBT(G1/G2/G3/G4)组成的桥臂，将整流滤波电路(2)输出的直流电全桥逆变为高频交流电；

单相工频交流电经电磁防护电路(1)的电磁兼容处理后，再经整流滤波电路(2)整流，经滤波后得到一个较平滑的直流电，由绝缘栅双极型功率管IGBT组成的逆变电路(3)将该直流电变为100KHZ的交流电，经隔离降压电路(4)降压后，再经二次整流滤波电路(5)获得平稳的直流输出焊接电流。

2.根据权利要求1所述的逆变式弧焊机，其特征在于：所述电磁防护电路(1)由电容C101，电容C102，电容C103，电容C104，电容C105，电阻R101，电感L101，电感L102，电感L103，电感L104组成；单相工频交流电先经电容C105吸收尖峰毛刺电压，再经过由双线并绕在同一个磁环上的共模电感(L103、L104)以限制谐波电流，再经过两个电容(C104、C103)防止电压悬空，然后再由两个电容(C101、C102)和两个共模电感(L102、L101)构成二阶滤波电路，将输入波形的毛刺降到最低。

3.根据权利要求1所述的逆变式弧焊机，其特征在于：所述整流滤波电路(2)包括：整流桥BR1、大容量电解电容C2。

4.根据权利要求1所述的逆变式弧焊机，其特征在于：所述隔离降压电路(4)包括：将高频高压交流电降为高频低压交流电的变压器T5。

5.根据权利要求4所述的逆变式弧焊机，其特征在于：所述二次整流滤波电路(5)包括：将高频低压交流电整流为焊接用直流电的高速整流管D15、D16。

6.根据权利要求1所述的逆变式弧焊机，其特征在于：所述控制电路(6)包括：能实现产生脉宽调制PWM信号、温度保护、开机缓起动保护的控制厚膜电路K1。

7.根据权利要求6所述的逆变式弧焊机，其特征在于：所述隔离驱动电路(7)包括：场效应管VT1、VT2、VT2、VT4组成的驱动电路；所述控制电路(6)产生的脉宽调制PWM信号经驱动电路，推动隔离驱动电路Q1产生快速开通和关断逆变电路(3)的4只绝缘栅双极型功率管IOBT管G1、G2、G3、G4的4路信号，推动4个桥臂，实现全桥逆变。

8.根据权利要求1所述的逆变式弧焊机，其特征在于：连接至整流滤波电路(2)的辅助开头电源电路，控制电路(6)，隔离驱动电路(7)，逆变电路(3)，隔离降压电路(4)和二次整流滤波电路(5)被制作在同一块PCB板上，而一块PCB板和4块散热片构成一个水平风道式结构。