CN2628202Y - 直流内燃弧焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种直流内燃弧焊机，包含内燃原动机、永磁发电机和与发电机输出端连接的电流控制装置，电流控制装置包含整流电路和斩波电路以及直流输出回路的焊钳，在整流电路后连接有直流－直流(DC－DC)电源变换电路。发电机采用永磁体外转子结构，发电机的外转子直接联接于内燃机的出轴端，发电机的定子固定在内燃机的外壳上。本实用新型在电能转换方面，采用了先进的DC－DC电源变换技术，功率转换效率高；从整机看，电流调节范围大，转换效率高，动、静态特性好，控制参数多，操作简便，便于携带，维护方便，性价比高。

Description

直流内燃弧焊机

技术领域

本实用新型涉及电焊机，具体为一种直流内燃弧焊机。

背景技术

目前，现有的直流内燃弧焊机状况如下：一种是直流发电机发电，通过控制励磁绕组来调节输出电流。这种方式存在诸多弊端，如体积大，电刷产生火花，结构复杂，效率低等。从整机看制造成本过高，构造复杂，故障率高，重量大，可控参数少，且无法实现电流的无极调节；另一种是交流发电机(三相或单相)发电，利用磁饱和原理来调节输出电流，经过桥式整流进行直流焊接。这种方式存在控制损耗大，电流调节范围小的缺陷，同样也存在效率低，重量大，结构复杂的不足。

发明内容

本实用新型解决现有直流内燃弧焊机可控参数少、输出电流调节范围小、结构复杂、效率低、重量大等问题，提供一种具有新型结构的直流内燃弧焊机。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：直流内燃弧焊机，包含内燃原动机、永磁发电机和与发电机输出端连接的电流控制装置，电流控制装置包含整流电路、斩波电路和直流输出回路的焊钳，整流电路后续的斩波电路中连接有绝缘栅双极型晶体管IGBT、电感L，并在电感的输入端与整流电路的负极输出端之间反并联续流二极管D6，在斩波电路中还包含绝缘栅双极型晶体管IGBT的开关控制电路，该开关控制电路包含连接于整流电路后直流输出回路中的电流传感器LEM、与电流传感器相连的脉宽信号调制电路模块(PWM模块)以及与脉宽信号调制电路模块相连的驱动电路模块(Q)。以绝缘栅双极型晶体管IGBT作为开关元件的直流-直流(DC-DC)电源变换技术属于成熟的公知技术，但在直流内燃弧焊机上还未得到应用；绝缘栅双极型晶体管IGBT在DC-DC电源变换电路中的连接以及其控制电路的结构对电力电子控制领域的普通技术人员来讲都属于公知技术，而且用来实现某些功能电路的模块化已成为发展的趋势，DC-DC电源变换控制电路中的功能电路(脉宽信号调制电路和驱动电路以及开关电源)都已模块化，开关控制电路可选用这些现有的且公开出售的功能电路模块组成。本实用新型技术上的实质是将以绝缘栅双极晶体管IGBT作为开关元件的直流-直流(DC-DC)电源变换技术应用于直流内燃弧焊机上，使直流内燃弧焊机的性能有较大的改善。

本实用新型采用了国际上通用的内燃原动机(比如三菱、雅马哈、B&S等)，互换性强；发电机采用稀土永磁材料的外转子结构，使得体积和重量降低到了现有同功率电机的1/3-1/4，再加上发电机与内燃原动机间的直接联接结构，大大降低了整机的重量和体积；在电能转换方面，采用了先进的DC-DC电源变换技术，应用了绝缘栅双极型晶体管IGBT，功率转换效率高；控制部分采用了PWM调制模块，其可调参数包括占空比、频率、死区电压等，可实现输出电流的连续可调；利用了电流反馈形成闭环控制，大大提高了系统的稳态响应，使输出电流平稳，且IGBT采用电压驱动，输入高阻抗，大大降低了控制损耗，与利用磁饱和原理构成的弧焊机相比低了两个数量级。本实用新型从整机看，电流调节范围大，转换效率高，动、静态特性好，控制参数多，操作简便，便于携带，维护方便，性价比高。

附图说明

图1为本实用新型整机电路结构示意图；

图2为电流控制装置中绝缘栅双极型晶体管IGBT控制电路原理图；

图3为控制电路中的电源电路原理图；

图4为发电机与内燃原动机的联接固定结构示意图；

具体实施方式

直流内燃弧焊机，包含内燃原动机1、永磁发电机2和与发电机输出端连接的电流控制装置，电流控制装置包含整流电路、斩波电路和直流输出回路的焊钳9，整流电路后续的斩波电路中连接有绝缘栅双极晶体管IGBT(6)、电感L，并在电感L的输入端与整流电路的负极输出端之间反并联续流二极管D6(IGBT关断时，通过二极管D6来续流)，在斩波电路中还包含绝缘栅双极型晶体管IGBT的开关控制电路，该开关控制电路包含连接于整流电路后直流输出回路中的电流传感器LEM(10)、与电流传感器相连的脉宽信号调制电路模块(13)以及与脉宽信号调制电路模块相连的驱动电路模块Q(12)。电流控制装置中的整流电路由二极管D1-D4构成，在整流电路的直流输出两端并联有电容C1和电阻R1，电容C1起充电和滤波作用，电阻R1为电容C1放电提供回路。在绝缘栅双极型晶体管IGBT发射极和集电极两端并联有由电阻R2和二极管D5并联后再与电容C2串联后形成的缓冲吸收回路，用于吸收IGBT工作时产生的过电压尖峰。IGBT可选用美国IR公司生产的GA600DD60U型号。电流传感器LEM可选用G3HT-4 300A 5V。

绝缘栅双极型晶体管IGBT的开关控制电路中的脉宽信号调制电路模块(13)选用公知的电路模块(PWM模块)。该电路模块以脉宽调制集成控制芯片(采用TL494或SG3525A型号)为核心，在芯片的各线端间连接有电阻R3-R6、可变电阻RP2-RP5、电容C3、C8、C11等外围元件并在芯片外围连接有包含放大器LM124、可变电阻RP1的比较电路；其中RP1的作用为当空载时，占空比由RP1调定，负载时，占空比由负载的情况而定；RP2为死区电压调节旋钮；RP3为频率调节旋钮，可调节IGBT的工作频率；RP4为输出电流调节旋钮，可以用来调节输出电流的大小；RP5为输出信号调节旋钮，可调节输出脉宽信号幅值以匹配后续驱动电路。

驱动电路模块(12)以驱动芯片[可选用M57962L、M57962AL(三菱)或EXB841、EXB840(富士)等]为核心，该驱动模块除具有驱动功能外，还具有过电流保护、复位功能。当检测到过流信号时，IGBT将被封锁，同时经光耦隔离输出相应的报警信号，并点亮相应的故障发光二极管。

电流传感器LEM的输出端(Vf)与脉宽信号调制电路模块的相应输入端(Vf)相连接，脉宽信号调制电路模块的信号输出端(14、15)与驱动模块的相应输入端(+Uin、-Uin)相连接，驱动模块的输出端[IGBT(C)、IGBT(G)、IGBT(E)]与绝缘栅双极型晶体管IGBT的相应端(其相应线端的符号与驱动模块的输出端符号相对应，见附图)连接。控制电路还包含有电源模块P(11)，它将发电机输出的交流电转化为各部分所需的直流电源。该电源模块可选用市售的±15V双输出电源模块(如星源嘉泰的XR12/48D15N等)。

以内燃原动机作为动力来源，通过永磁发电机将机械能转化为交流电能，由整流电路整流，经绝缘栅双极型晶体管IGBT斩波输出电流，电感L用以储能和滤平输出电压、电流纹波，使输出电流更加平稳。电流传感器LEM将检测到的输出电流信号送入脉宽信号调制电路模块中，脉宽信号调制电路模块将给定信号和电流传感器LEM的反馈信号进行比较并经集成芯片处理，输出脉宽信号，送入驱动模块中，用以控制IGBT的导通和关断时间，即占空比的大小(占空比＝Ton/T，Ton为IGBT开通时间，T为周期)，占空比越大，输出电流越大，这样，通过调节电流控制装置中的不同旋钮，输出电流可随意控制，能满足不同焊接工艺的要求。

内燃原动机1选用国际上通用的内燃原动机(比如三菱、雅马哈、B&S等)；发电机采用永磁体外转子结构(采用14对极)，发电机的外转子23直接联接于内燃机的出轴端28(外转子上固定有永磁体25)，发电机的定子固定在内燃机的外壳27上。发电机的定子包含用螺栓29固定于内燃机外壳上的定子支架20、固定于定子支架上的定子铁心21和定子线圈24。在定子和内燃机外壳之间设有压圈26。

Claims (1)

1、一种直流内燃弧焊机，包含内燃原动机(1)、永磁发电机(2)和与发电机输出端连接的电流控制装置，电流控制装置包含整流电路、斩波电路和直流输出回路的焊钳(9)，其特征为：整流电路后续的斩波电路中连接有绝缘栅双极晶体管IGBT(6)、电感L，并在电感L的输入端与整流电路的负极输出端之间反并联续流二极管D6，在斩波电路中还包含绝缘栅双极型晶体管IGBT的开关控制电路，该开关控制电路包含连接于整流电路后直流输出回路中的电流传感器LEM(10)、与电流传感器相连的脉宽信号调制电路模块(13)以及与脉宽信号调制电路模块相连的驱动电路模块Q(12)。

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