專利名稱：串聯(lián)諧振式高頻逆變直流弧焊機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種有高頻逆變電路的直流電弧焊接裝置。
現(xiàn)有的高頻逆變電弧焊接裝置大多采用并聯(lián)諧振式，有的采用直流供電，有的采用并聯(lián)諧振功率放大輸出電路；有的采用短路回縮式軟開關(guān)控制，如99236598.8號實用新型專利公開的逆變弧焊機就是這種類型的裝置，它由輸入整流濾波電路、軟開關(guān)控制IGBT逆變電路、IGBT驅(qū)動電路、高頻輸出整流濾波電路、電壓信號取樣電路、電流信號取樣電路、燃弧短路檢測電路、短路縮頸檢測電路、高效能短路回縮式電流波形控制電路和全橋定脈寬移相軟開關(guān)控制電路等十部分組成；上述逆變弧焊機或工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，或電路復(fù)雜、制造成本高，或焊接工藝用量的調(diào)整不夠方便，或焊接的質(zhì)量不夠理想。
本實用新型的任務(wù)是克服上述高頻逆變電弧焊接裝置的缺點，提供一種電路簡單、調(diào)整方便、焊接質(zhì)量好的串聯(lián)諧振式高頻逆變直流弧焊機。
本實用新型的任務(wù)是這樣完成的本實用新型由主電源、輔助電源、振蕩驅(qū)動級和功率放大輸出電路四部分組成，輔助電源接于主電源和振蕩驅(qū)動級之間，將主電源的交流電變成直流后供給振蕩驅(qū)動級，工作于電容與電感串聯(lián)諧振狀態(tài)的功率放大輸出電路接于主電源和振蕩驅(qū)動級之后，用振蕩驅(qū)動級的輸出控制功率放大輸出電路的開通與關(guān)斷，使主電源的交流電經(jīng)功率放大輸出電路轉(zhuǎn)變成焊接用的直流電輸出。
由于本實用新型的功率放大輸出主回路工作于電容與電感串聯(lián)諧振狀態(tài)，其功率因數(shù)近似等于1。改變串聯(lián)電容的大小即可在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)焊接電流，而且電路簡單，輸出短路也沒有過流現(xiàn)象，不必設(shè)置過流保護，從而進(jìn)一步簡化了電路。只要改變一個零件的值，就可得到合適的引弧電壓。特殊的波形變換，保證了焊接引弧容易，不易斷弧。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實用新型一個實施例的電原理圖。
由附圖可見，本實用新型由主電源1、輔助電源2、振蕩驅(qū)動級3和功率放大輸出電路4等四部分組成。輔助電源由三極管BG3、BG4變壓器B1、橋式整流器DK、二極管D7、D8、三端穩(wěn)壓器7812、溫控開關(guān)K2及電阻器R12至R17、電容器C17至C24等外圍元件組成。交流220V電壓經(jīng)DK橋整供給BG3、BG4的工作電源電壓，C19、C20濾波電容起分壓作用，BG3、BG4與B1構(gòu)成自激振蕩，R12、R14分別是兩管的啟動電阻。BG3、BG4兩管交替導(dǎo)通、截止，11中流過振蕩主電流，經(jīng)B1降壓，14、15的低壓經(jīng)D7、D8全波整流得到約24V直流電壓，濾波后經(jīng)三端穩(wěn)壓器7812輸出12V穩(wěn)定電壓給振蕩驅(qū)動級。
振蕩驅(qū)動級由集成電路IC1、三極管BG5、BG6、變壓器B2、電阻器R18、R19、電容器C24至C27組成。IC1為NE555時基電路，它在此接成自激多諧振蕩器，其2腳低電位時觸發(fā)置1，6腳高電位時置0，3腳輸出脈沖方波，當(dāng)R18遠(yuǎn)小于R19時，輸出方波占空比為50％。R19、C25決定振蕩頻率，一般選在20KC。3腳輸出直接驅(qū)動BG5、BG6作功率放大，當(dāng)3腳高電位時BG6截止，BG5導(dǎo)通；當(dāng)3腳低電位時BG5截止，BG6導(dǎo)通；3腳輸出的脈沖方波經(jīng)BG5、BG6放大后在B2的初級中流過的是放大的交流方波電壓，經(jīng)B2升壓輸出兩組相位相反的交流方波電壓分別驅(qū)動BG1、BG2兩只大功率IGBT模塊作主功率放大。本驅(qū)動電路要比通常的直流驅(qū)動電路簡單得多。交流隔離的驅(qū)動方式即使本單元出現(xiàn)故障也不會象直流驅(qū)動電路那樣會造成主功放誤導(dǎo)通而損壞。其輸出波形好、實用效果也很好。
主電源由線圈L、橋式整流器DA、電容器C1、C2、C3、C12、C13、電阻器R7、R8、功率壓敏電阻RU、開關(guān)K1等元件組成。交流輸入電壓經(jīng)L、DA橋整、C3濾波輸出直流高壓，L一方面能限制C3的充電速率，另一方面可阻止主功放的高頻成分流出外電源造成不必要的干擾，C1、C2進(jìn)一步濾除高頻分量。功率壓敏電阻RU防止過高輸入電壓造成本機損壞，輸入交流220V時功率壓敏電阻RU選331，輸入交流380V時選561。
功率放大輸出電路由IGBT功率模塊BG1、BG2、二極管D1、D2、D3、D4、變壓器Bo、電阻器R1至R10、電容器C4至C11、C14至C16等元件組成。C6至C11與Bo的初級串接組成串聯(lián)諧振回路并接于IGBT功率模塊BG1、BG2的并接點和C12、C13的串接中點之間。C12、C13又是主電源高頻濾波電容并兼作分壓用，R7、R8為均壓電阻。由R5、D1、C4和R6、D2、C5組成的兩支吸收回路分別并接在BG1、BG2兩端，以吸收BG1、BG2兩管關(guān)斷時產(chǎn)生的尖峰電壓。Bo為高頻大功率輸出變壓器，其初級的高壓交變電壓經(jīng)Bo降為約40V的低壓，經(jīng)D3、D4全波整流從D(+)、C(-)兩點輸出直流焊接主電壓。C15、R9吸收D3兩端的尖峰電壓，C16、R10吸收D4兩端的尖峰電壓，在變壓器Bo的輸出端E、F兩點之間并聯(lián)有高次諧波諧振電容器C14，改變其容量可使空載引弧電壓從60V到130V變化。這足以滿足多數(shù)電弧焊的引弧要求，而且調(diào)整又很方便。B2的兩組相位相反的14V交流方波電壓分別接至BG1、BG2的G、e點。正半周時，BG1的G極為正電位，其c-e導(dǎo)通，同時BG2的G極反相位為負(fù)電壓，其c-e截止，電流給回路中的電容充電，此時的Bo初級上正下負(fù)；負(fù)半周時，Bo的初級上負(fù)下正，周而復(fù)始，Bo的初級流過放大的20KC交流電流。回路中C13的容量遠(yuǎn)大于C6-C11的并聯(lián)值，所以C6-C11的并聯(lián)容抗與Bo的初級L1感抗決定串聯(lián)諧振參數(shù)。當(dāng)輸出空載時，L1的感抗遠(yuǎn)大于C6-C11的容抗，回路呈感抗，輸出E、F點的波形為方波，頂部的高次諧波振蕩電壓幅值較高而能量較小，作為引弧實用證明已足夠。串聯(lián)諧振時，容抗等于感抗，且輸入阻抗最小，即有最大電流，小電流焊接時D、C點波形近似于鋸齒波，其峰值是焊接時D、C點電壓有效值的約3倍，且底部較窄，這是由于輸出電流較少折射回初級且其阻抗較大的緣故。為作于串聯(lián)諧振，就要增加容抗即減小容量，如圖2中只用C6和C7并聯(lián)以維持其容抗與感抗相等，其諧振曲線較尖銳。此時如果輸出端短路，初級電流由于串聯(lián)回路失諧而此時的焊接電流還小。這種尖而窄的波形電壓十分有利于小電流焊接時的電弧穩(wěn)定。大電流焊接時的波形其下降沿沒有小電流時的那么徒，其峰值是焊接時輸出電壓有效值的2倍多一點，且底部輸出較寬，這是由于輸出電流大時折射回初級的阻抗較小，為工作于串聯(lián)諧振狀態(tài)，就要減小容抗即增加容量，如圖2中將C6至C10并聯(lián)，維持C6至C10的并聯(lián)容抗與L1的感抗相等，則其諧振曲線較平緩。
為防止焊機工作在環(huán)境惡劣或電路的某些故障可能引起的IGBT功率模塊工作溫度過高，可在其散熱板上安裝一個溫控開關(guān)K2，當(dāng)出現(xiàn)過熱時自動斷開輔助電源和振蕩驅(qū)動級并使功率放大輸出電路也停止工作。
試產(chǎn)的一批樣機經(jīng)長期試用效果良好，無一損壞。本機的成本低于參數(shù)相近的交流焊機的成本，重量為其四分之一，體積為其三分之一，售價略高，但焊接性能要好得多。
權(quán)利要求1，一種串聯(lián)諧振式高頻逆變直流弧焊機，包括主電源(1)、輔助電源(2)、振蕩驅(qū)動級(3)和功率放大輸出電路(4)四部分，其特征是輔助電源(2)接于主電源(1)和振蕩驅(qū)動級(3)之間，它將主電源的交流電變成直流后供給振蕩驅(qū)動級，工作于電容與電感串聯(lián)諧振狀態(tài)的功率放大輸出電路(4)接于主電源(1)和振蕩驅(qū)動級(3)之后，振蕩驅(qū)動級的輸出控制功率放大輸出電路的開通與關(guān)斷，使主電源的交流電經(jīng)功率放大輸出電路轉(zhuǎn)變成焊接用的直流電輸出。
2，按權(quán)利要求1所述的串聯(lián)諧振式高頻逆變直流弧焊機，其特征是功率放大輸出電路(4)由IGBT功率模塊BG1、BG2、二極管D1、D2、D3、D4、變壓器Bo、電阻器R1至R10、電容器C4至C16等元件組成，C6至C11與Bo的初級串接組成串聯(lián)諧振回路并接于IGBT功率模塊BG1、BG2的并接點和C12、C13的串接中點之間，在變壓器Bo的輸出端并聯(lián)有高次諧波諧振電容器C14。
專利摘要本實用新型屬有高頻逆變電路的直流電弧焊機，由主電源、輔助電源、振蕩驅(qū)動級和功率放大輸出電路四部分組成，功率放大輸出電路工作于電容與電感串聯(lián)諧振狀態(tài)，在輸出變壓器的輸出端并聯(lián)有高次諧波諧振電容器，它電路簡單，輸出短路也無過流現(xiàn)象，只要改變高次諧波諧振電容器的值，就可得到合適的引弧電壓，調(diào)整方便、焊接質(zhì)量好。
文檔編號B23K9/09GK2524878SQ01271310
公開日2002年12月11日 申請日期2001年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月24日
發(fā)明者肖定忠, 張煌仁 申請人:肖定忠, 張煌仁