CN210633086U - 一种半桥式逆变焊机的多功能焊接切割电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种半桥式逆变焊机的多功能焊接切割电路，包括半桥拓扑电路和分别与半桥拓扑电路连接的第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路和高频引弧电路；半桥拓扑电路包括变压器T1的原边绕组N1，第一次级整流输出回路包括变压器T1的次级绕组N2和N3，第二次级整流输出回路包括变压器T1的次级绕组N4，高频引弧电路包括变压器T1的次级绕组N5；原边绕组N1和次级绕组N2和N3、N4、N5耦合；半桥拓扑电路通过原边绕组N1向第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路和高频引弧电路输出电能。本发明中变压器T1的二次侧采用四个输出绕组构成独立的输出回路，使得MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊与Plasma空气等离子切割状态下输出电流互相不受影响。
Description
技术领域
本发明属于逆变工业电焊机领域，特别涉及一种半桥式逆变焊机的多功能焊接切割电路。
背景技术
随着国家的发展和科技化的进程以及工业化的发展，电焊机广泛应用于建筑行业、制造行业、机械加工行业，是不可或缺的装备。随着IGBT技术的成熟，近些年来，IGBT逆变焊机得到了快速的发展和广泛的应用。目前市面上的IGBT逆变焊机很多，按照采用不同的拓扑电路结构可以分为全桥逆变焊机、半桥逆变焊机以及双管单端正激逆变焊机。按照焊接工艺的不同，不同的拓扑电路结构都有成熟单一的MMA手工焊焊机、TIG钨极氩弧焊机、Plasma空气等离子切机得到广泛的应用。随着全球工业化正向低碳、环保和节约型转变，成本低、体积小、重量轻以及性能可靠的半桥式拓扑结构逆变焊机脱颖而出。
目前在已有的半桥式拓扑结构逆变焊机中都是单一MMA或者MMA/TIG的焊接功能，还没有同时实现MMA手工焊、TIG氩弧焊以及Plasma等离子切割三种不同焊接功能于一体的焊机。一机多用不仅给用户带来了方便，而且大大减少了焊接设备的投入成本。
由于焊接工艺特性的不同，MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊采用的是变压器降压的方式得到50-100V电压和小感量的电抗器实现低电压大电流的焊接，而Plasma空气等离子切割机则需要采用的是变压器升压的方式得到240V-500V电压和大感量的电抗器实现高电压小电流的切割。将三个功能合在一台机器上，就需要主变压器的二次侧在不同的功能模式下工作在降压或者升压的状态；输出电抗器工作在小的感量和大的感量下；以及输出整流快恢复二极管工作在低耐压和高耐压情况下以实现不同的焊接或者切割功能。
现有的多功能焊机使用的技术是全桥逆变拓扑电路机构，为了实现MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊和切割功能，主变压器采用两个并联的方式，在不同的功能模式下通过继电器切换变压器次级绕组实现绕组的并联和串联得到低电压大电流、高电压小电流；通过继电器切换输出电抗器的多股线实现绕组的并联和串联得到小感量大电流、高感量小电流；通过继电器切换输出快恢复二极管实现二极管的并联和串联得到低耐压大电流和高耐压小电流。现有的技术主要通过焊机二次侧使用继电器切换实现不同功能，因此也受限于继电器及通过大电流的电抗器使体积变大成本增加。普遍的MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊输出电流做不大，如果想要做大电流，那么继电器就要更大，这样整个机器的成本和体积将会大幅度的增加。因此只能使用40A的继电器去做Plasma空气等离子切割机状态下输出40A电流，而在MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊状态下输出电流只能够输出140A。再者，由于使用这样的技术方案，机器的故障率也增加。
因此，需要解决现有技术中焊接输出电流受限于继电器额定电流，继电器数量多、触点多电路复杂，且电抗器线径粗，体积大，MMA手工焊/TIG钨极氩弧焊输出电流做不大，电路成本高和机器故障率高等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半桥式逆变焊机的多功能焊接切割电路，包括半桥拓扑电路和分别与半桥拓扑电路连接的第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路和高频引弧电路；其中，
所述半桥拓扑电路包括变压器T1的原边绕组N1，所述第一次级整流输出回路包括变压器T1的次级绕组N2和N3，所述第二次级整流输出回路包括变压器T1的次级绕组N4，所述高频引弧电路包括变压器T1的次级绕组N5；所述原边绕组N1和所述次级绕组N2和N3、N4、N5耦合；所述半桥拓扑电路通过原边绕组N1向所述第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路和高频引弧电路输出电能；所述第一次级整流输出回路用于MMA手工焊和TIG钨极氩弧焊；所述第二次级整流输出回路用于Plasma空气等离子切割。
优选地，所述半桥拓扑电路还包括IGBT开关管G1、IGBT开关管G2、桥臂电容C1、桥臂电容C2和电源E；
其中，IGBT开关管G1的源极连接电源E的正极，IGBT开关管G1的漏极连接变压器T1的原边绕组N1的一端，原边绕组N1一端连接IGBT开关管G2的源极，IGBT开关管G2的漏极接地；桥臂电容C1的一端连接电源E的正极，另一端连接变压器T1的原边绕组N1的一端；桥臂电容C2的一端连接电源E的负极，另一端连接变压器T1的原边绕组N1的另一端，电源E的负极接地。
优选地，所述第一次级整流输出回路还包括整流二极管D1和D2、输出电感L2、输出正端和焊接切割负载输出负端，变压器T1的次级绕组N2的一端连接整流二极管D1的正极，整流二极管D1的负极依次通过电感L2连接所述输出正端；变压器T1的次级绕组N3的一端连接整流二极管D2的正极，整流二极管D2负极依次通过电感L2连接输出正端。
优选地，所述第二次级整流输出回路还包括整流二极管D3-D6、电感L1、继电器K1、输出电感L2、输出正端、引弧变压器T3的绕组N6和焊接切割负载输出负端；所述次级绕组N4的一端连接整流二极管D3的正极和整流二极管D4负极的公共端，整流二极管D3及D6的负极经输出电感L2连接到所述输出正端；所述次级绕组N4的另一端连接整流二极管D6的正极和整流二极管D5负极的公共端；整流二极管D4及D5的正极依次经电感L1、继电器K1和引弧变压器T3绕组N6连接所述焊接切割负载输出负端。
优选地，所述高频引弧电路还包括继电器K2、升压变压器T4、引弧变压器T3；所述引弧变压器T3有绕组N6和N7，所述次级绕组N5依次经继电器K2、升压变压器T4升压、引弧变压器T3的绕组N7与引弧变压器T3的绕组N6耦合，连接所述焊接切割负载输出负端。
优选地，所述IGBT开关管G1和所述IGBT开关管G2的门极连接PWM脉冲。
优选地，在MMA手工焊时，采用第一次级整流输出回路，当PWM脉冲将IGBT开关管G1开启且IGBT开关管G2关断时，电流流过IGBT开关管G1、变压器T1的原边绕组N1和桥臂电容C2；在变压器T1的二次侧，次级绕组N2、N3和所述次级绕组N4通过变压器T1的磁芯耦合得到电压。
优选地，在MMA手工焊时，采用第一次级整流输出回路，当PWM脉冲将IGBT开关管G1关断且IGBT开关管G2开通时，电流流过桥臂电容C1、变压器T1的原边绕组N1和IGBT开关管G2；在变压器T1的二次侧，次级绕组N2、N3和所述次级绕组N4通过变压器T1的磁芯耦合得到电压。
优选地，在TIG钨极氩弧焊时，采用第一次级整流输出回路，当PWM脉冲IGBT开关管G1开启且IGBT开关管G2关断时，次级绕组N2耦合的电能通过整流二极管D1整流，再经过电感L2输送到输出正端，通过次级绕组N2和N3的公共端，经过引弧变压器T3的绕组N6输出到所述焊接切割负载输出负端，构成焊接回路。
优选地，在Plasma空气等离子切割时，采用第二次级整流输出回路，所述继电器K1控制端连接+24V，次级绕组N4被接通，构成切割回路。
本发明的有益效果至少在于：
1、本发明中变压器T1的二次侧采用两个输出绕组构成独立的输出回路，使得MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊与Plasma空气等离子切割状态下输出电流互相不受影响；
2、本发明中在同样Plasma空气等离子切割输出40A电流情况下，MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊输出电流能够达到200A，Plasma空气等离子切割输出电抗器独立有利于降低成本及减小设备体积，独立工作互不影响且输出负载只有一个输出正端，一个焊接切割负载输出负端；
3、本发明大大降低焊机成本、体积以及故障率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例的半桥式逆变焊机的多功能焊接切割电路的结构框图。
图2为本发明实施例的半桥式逆变焊机的多功能焊接切割电路的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
参见图1-2所示，为本发明实施例的半桥式逆变焊机的多功能焊接切割电路的结构框图和电路原理图，包括半桥拓扑电路10和分别与半桥拓扑电路10连接的第一次级整流输出回路20、第二次级整流输出回路30和高频引弧电路40；其中，
所述半桥拓扑电路10包括变压器T1的原边绕组N1，所述第一次级整流输出回路20包括变压器T1的次级绕组N2和N3，所述第二次级整流输出回路30包括变压器T1的次级绕组N4，所述高频引弧电路40包括变压器T1的次级绕组N5；所述原边绕组N1和所述次级绕组N2和N3、N4、N5耦合；所述半桥拓扑电路10通过原边绕组N1向所述第一次级整流输出回路20、第二次级整流输出回路30和高频引弧电路40输出电能；所述第一次级整流输出回路20用于MMA手工焊和TIG钨极氩弧焊；所述第二次级整流输出回路30用于Plasma空气等离子切割。
半桥拓扑电路10还包括IGBT开关管G1、IGBT开关管G2、桥臂电容C1、桥臂电容C2和电源E；
其中，IGBT开关管G1的源极连接电源E的正极，IGBT开关管G1的漏极连接变压器T1的原边绕组N1的一端，原边绕组N1一端连接IGBT开关管G2的源极，IGBT开关管G2的漏极接地；桥臂电容C1的一端连接电源E的正极，另一端连接变压器T1的原边绕组N1的一端；桥臂电容C2的一端连接电源E的负极，另一端连接变压器T1的原边绕组N1的另一端，电源E的负极接地。
第一次级整流输出回路20还包括整流二极管D1和D2、输出电感L2、输出正端和焊接切割负载输出负端，变压器T1的次级绕组N2的一端连接整流二极管D1的正极，整流二极管D1的负极依次通过电感L2连接所述输出正端；变压器T1的次级绕组N3的一端连接整流二极管D2的正极，整流二极管D2负极依次通过电感L2连接输出正端。
第二次级整流输出回路30还包括整流二极管D3-D6、电感L1、继电器K1、输出电感L2、输出正端、引弧变压器T3的绕组N6和焊接切割负载输出负端；所述次级绕组N4的一端连接整流二极管D3的正极和整流二极管D4负极的公共端，整流二极管D3及D6的负极经输出电感L2连接到所述输出正端；所述次级绕组N4的另一端连接整流二极管D6的正极和整流二极管D5负极的公共端；整流二极管D4及D5的正极依次经电感L1、继电器K1和引弧变压器T3绕组N6连接所述焊接切割负载输出负端。
高频引弧电路40还包括继电器K2、升压变压器T4、引弧变压器T3；所述引弧变压器T3有绕组N6和N7，所述次级绕组N5依次经继电器K2、升压变压器T4升压、引弧变压器T3的绕组N7与引弧变压器T3的绕组N6耦合，连接所述焊接切割负载输出负端。
IGBT开关管G1和所述IGBT开关管G2的门极连接PWM脉冲低。
通过上述设置，当PWM脉冲将IGBT开关管G1开启且IGBT开关管G2关断时，电流流过IGBT开关管G1、变压器T1的原边绕组N1和桥臂电容C2。在变压器T1的二次侧，次级绕组N2、N3和次级绕组N4通过变压器T1磁芯耦合得到电压；当PWM脉冲将IGBT开关管G1关断且IGBT开关管G2开通时，电流流过桥臂电容C1、变压器T1的原边绕组N1和IGBT开关管G2。在变压器T1的二次侧，次级绕组N2、N3和次级绕组N4通过变压器T1的磁芯耦合得到电压。
当电焊机工作在MMA或TIG功能下，继电器K1控制端无+24V电压，其开关断开，次级绕组N4被断开不构成回路；当PWM脉冲将IGBT开关管G1开启且IGBT开关管G2关断时，次级绕组N2耦合的电能需要通过整流二极管D1整流经过输出电感L2输送到输出正端(+)，通过次级绕组N2和N3的公共端经过引弧变压器T3的绕组N6输出焊接切割负载输出负端(-)，从而构成焊接回路；当PWM脉冲将IGBT开关管G1关断且IGBT开关管G2开通时，电流流过桥臂电容C1、变压器T1的原边绕组N1和IGBT开关管G2，次级绕组N3耦合的电能需要通过整流二极管D2整流经过输出电感L2输送到输出正端(+)，通过刺激绕组N2和N3的公共端经过引弧变压器T3的绕组N6输出焊接切割负载输出负端(-)，从而构成焊接回路。上述过程中在MMA或TIG功能下电路可以看成电能从原边绕组N1耦合到次级绕组N2、N3再经过整流二极管D1、D2整流、输出电感L2、引弧变压器T3的绕组N6、输出正端(+)和焊接切割负载输出负端(-)与焊接负载构成完整的焊接回路。此过程完全没有继电器参与，将MMA或TIG回路与Plasma空气等离子切割回路断开，电路更安全简单。
当电焊机工作在Plasma空气等离子切割功能下，继电器K1控制端有+24V，次级绕组N4被接通构成回路；当PWM脉冲将IGBT开关管G1开启且IGBT开关管G2关断时，二次侧次级绕组N4耦合的电能需要通过整流二极管D3整流通过输出电感L2给到输出正端(+)，依次经过切割负载、焊接切割负载输出负端(-)、引弧变压器T3的绕组N6、继电器K1、电感L1、整流二极管D5、次级绕组N4另一端构成焊接回路；当PWM脉冲将IGBT开关管G1关断且IGBT开关管G2开通时，二次侧次级绕组N4耦合的电能需要通过整流二极管D6整流通过输出电感L2给到输出正端(+)，依次经过切割负载、焊接切割负载输出负端(-)、引弧变压器T3的绕组N6、继电器K1、电感L1、整流二极管D4、次级绕组N4另一端构成焊接回路。
此过程虽有继电器K1参与，但继电器K1只是工作于切割功能下，由于Plasma空气等离子切割功能输出电流小输出负载电压高的特性，一个额定40A继电器就可以满足要求，降低电路成本、体积以及故障率。此过程虽然次级绕组N2、N3也在工作，但是在Plasma空气等离子切割功能下输出电流被限制到只有40A，不影响切割电流。高频引弧电路在TIG/Plasma空气等离子切割功能下，原边绕组N1耦合到次级绕组N5的电压，经过继电器K2，升压变压器T4升压，高频高压得到脉冲通过绕组N7去耦合绕组N6使得焊接切割负载输出负端(-)产生高压击穿焊接保护气体氩气或者空气形成电离与输出正端(+)形成焊接/切割回路。综上所述，由于将Plasma空气等离子切割输出回路与MMA和TIG分开，使得MMA和TIG的输出电流做的更大，整个电路的成本大幅度降低，机器的使用寿命更长。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种半桥式逆变焊机的多功能焊接切割电路，其特征在于，包括半桥拓扑电路和分别与半桥拓扑电路连接的第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路和高频引弧电路；其中，
所述半桥拓扑电路包括变压器T1的原边绕组N1，所述第一次级整流输出回路包括变压器T1的次级绕组N2和N3，所述第二次级整流输出回路包括变压器T1的次级绕组N4，所述高频引弧电路包括变压器T1的次级绕组N5；所述原边绕组N1和所述次级绕组N2和N3、N4、N5耦合；所述半桥拓扑电路通过原边绕组N1向所述第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路和高频引弧电路输出电能；所述第一次级整流输出回路用于MMA手工焊和TIG钨极氩弧焊；所述第二次级整流输出回路用于Plasma空气等离子切割。
2.根据权利要求1所述的多功能焊接切割电路，其特征在于，所述半桥拓扑电路还包括IGBT开关管G1、IGBT开关管G2、桥臂电容C1、桥臂电容C2和电源E；
其中，IGBT开关管G1的源极连接电源E的正极，IGBT开关管G1的漏极连接变压器T1的原边绕组N1的一端，原边绕组N1一端连接IGBT开关管G2的源极，IGBT开关管G2的漏极接地；桥臂电容C1的一端连接电源E的正极，另一端连接变压器T1的原边绕组N1的一端；桥臂电容C2的一端连接电源E的负极，另一端连接变压器T1的原边绕组N1的另一端，电源E的负极接地。
3.根据权利要求1所述的多功能焊接切割电路，其特征在于，所述第一次级整流输出回路还包括整流二极管D1和D2、输出电感L2、输出正端和焊接切割负载输出负端，变压器T1的次级绕组N2的一端连接整流二极管D1的正极，整流二极管D1的负极依次通过电感L2连接所述输出正端；变压器T1的次级绕组N3的一端连接整流二极管D2的正极，整流二极管D2负极依次通过电感L2连接输出正端。
4.根据权利要求3所述的多功能焊接切割电路，其特征在于，所述第二次级整流输出回路还包括整流二极管D3-D6、电感L1、继电器K1、输出电感L2、输出正端、引弧变压器T3的绕组N6和焊接切割负载输出负端；所述次级绕组N4的一端连接整流二极管D3的正极和整流二极管D4负极的公共端，整流二极管D3及D6的负极经输出电感L2连接到所述输出正端；所述次级绕组N4的另一端连接整流二极管D6的正极和整流二极管D5负极的公共端；整流二极管D4及D5的正极依次经电感L1、继电器K1和引弧变压器T3绕组N6连接所述焊接切割负载输出负端。
5.根据权利要求4所述的多功能焊接切割电路，其特征在于，所述高频引弧电路还包括继电器K2、升压变压器T4、引弧变压器T3；所述引弧变压器T3有绕组N6和N7，所述次级绕组N5依次经继电器K2、升压变压器T4升压、引弧变压器T3的绕组N7与引弧变压器T3的绕组N6耦合，连接所述焊接切割负载输出负端。
6.根据权利要求2所述的多功能焊接切割电路，其特征在于，所述IGBT开关管G1和所述IGBT开关管G2的门极连接PWM脉冲。
7.根据权利要求6所述的多功能焊接切割电路，其特征在于，在MMA手工焊时，采用第一次级整流输出回路，当PWM脉冲将IGBT开关管G1开启且IGBT开关管G2关断时，电流流过IGBT开关管G1、变压器T1的原边绕组N1和桥臂电容C2；在变压器T1的二次侧，次级绕组N2、N3和所述次级绕组N4通过变压器T1的磁芯耦合得到电压。
8.根据权利要求6所述的多功能焊接切割电路，其特征在于，在MMA手工焊时，采用第一次级整流输出回路，当PWM脉冲将IGBT开关管G1关断且IGBT开关管G2开通时，电流流过桥臂电容C1、变压器T1的原边绕组N1和IGBT开关管G2；在变压器T1的二次侧，次级绕组N2、N3和所述次级绕组N4通过变压器T1的磁芯耦合得到电压。
9.根据权利要求6所述的多功能焊接切割电路，其特征在于，在TIG钨极氩弧焊时，采用第一次级整流输出回路，当PWM脉冲IGBT开关管G1开启且IGBT开关管G2关断时，次级绕组N2耦合的电能通过整流二极管D1整流，再经过电感L2输送到输出正端，通过次级绕组N2和N3的公共端，经过引弧变压器T3的绕组N6输出到所述焊接切割负载输出负端，构成焊接回路。
10.根据权利要求4所述的多功能焊接切割电路，其特征在于，在Plasma空气等离子切割时，采用第二次级整流输出回路，所述继电器K1控制端连接+24V，次级绕组N4被接通，构成切割回路。
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Granted publication date: 20200529 |