專利名稱：多功能一體式焊接切割設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接和切割電源，屬于供電電源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新型焊割逆變電源，由于高效節(jié)能、控制性能優(yōu)異而成為最具發(fā)展前途的電弧加工(焊接、切割)設(shè)備。
在生產(chǎn)施工現(xiàn)場(chǎng)中，大多數(shù)情況下需要焊接和切割兩種工藝同時(shí)具備，如果一臺(tái)逆變電源即可進(jìn)行焊接，又可進(jìn)行切割，不僅可以方便施工，而且可節(jié)約投資，焊接和切割兩用電源的技術(shù)關(guān)鍵在于輸出電壓的轉(zhuǎn)換問(wèn)題(焊接輸出電壓低，切割輸出電壓高)，目前焊接切割兩用電源或者采用分離單元構(gòu)成焊割設(shè)備，或者采用變壓器抽頭機(jī)械控制構(gòu)成一體式焊割設(shè)備，前者在進(jìn)行金屬加工時(shí)需要兩臺(tái)設(shè)備，造成設(shè)備投資浪費(fèi)，后者采用變壓器抽頭、原邊和副邊切換的方式，這種切換方式，變壓器抽頭多(4個(gè))，造成制造工藝?yán)щy，控制復(fù)雜，另外，變壓器抽頭多難免會(huì)給高頻逆變電源帶來(lái)較大空間干擾，給正常的工作生產(chǎn)帶來(lái)不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決以上焊割電源結(jié)構(gòu)之不足，為焊接和切割提供一種多功能、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便的一體式焊割設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)焊接和切割功能的多樣化，同機(jī)具有焊條電弧焊、直流氬弧焊、脈沖氬弧焊、等離子切割四種功能。
本發(fā)明之結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是這樣實(shí)現(xiàn)的多功能一體式焊割設(shè)備由輸入整流濾波電路、焊接與切割逆變器、高頻變壓器、輸出整流濾波電路及控制電路五部分組成。
如圖1所示，輸入整流濾波電路由全橋整流電路B1和B2、濾波電容C1、C2、C3、C4組成；全橋逆變電路由可控開(kāi)關(guān)管(MOSFET)VT1-VT4及阻容元件組成；焊接和切割高頻變壓器由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)J2和J3、帶一次抽頭變壓器組成；輸出整流濾波電路由全波整流二極管VD1和VD2、阻容保護(hù)元件、輸出電感L2、輸出濾波電容C11、死負(fù)載R14組成；控制電路由PWM脈沖發(fā)生器TL494(見(jiàn)圖4)、驅(qū)動(dòng)電路(見(jiàn)圖2)、過(guò)流過(guò)熱保護(hù)電路、程序控制電路(見(jiàn)圖4)組成。
其聯(lián)接是市電電源經(jīng)開(kāi)關(guān)S1與整流橋B1、B2輸入端聯(lián)接，B1、B2之輸出經(jīng)輸入濾波電容C1、C2、C3、C4、后與全橋逆變器開(kāi)關(guān)管MOSFET(VT1、VT2、VT3、VT4、)聯(lián)接，開(kāi)關(guān)管上裝有阻容保護(hù)器R6C5、R10C7、R7C6、R11C8輸出聯(lián)接繼電器J2、高頻變壓器TR1、變壓器次級(jí)連接輸出整流二極管VD1、VD2、阻容保護(hù)器R12C9、R13C10、整流后經(jīng)分流器FL、電抗器L2、輸出濾波R15C11、負(fù)載R14、高頻旁路電容C12、C13、C14、連接高頻發(fā)生器、高頻發(fā)生器由TR1次級(jí)線圈、J3-1、J4-1、J5、R16、升壓變壓器TR5、火花放電器SP、R17、振蕩電容C15、高頻耦合線圈TR6組成。(如圖1所示)詳細(xì)電路結(jié)合附圖加以說(shuō)明。
主電路的工作過(guò)程為市電(220VAC50Hz)經(jīng)過(guò)整流濾波后變?yōu)槠交绷麟娊?jīng)全橋逆變?yōu)轭l率100kHz的高頻交流電加變壓器TR1初級(jí)，經(jīng)過(guò)TR1降壓(焊接時(shí)變壓器變比為6∶1，切割時(shí)變化為1.5∶1，通過(guò)繼電器J2切換)，輸出整流濾波后，輸出適合焊接和切割的直流電(焊接時(shí)空載電壓53V，切割時(shí)空載電壓210V)。
圖2為4路驅(qū)動(dòng)電路，其輸入經(jīng)過(guò)脈沖變壓器(TR3、TR4)、三極管(T4、T5)接至PWM集成控制器IC1(TL494)的輸出(TL494的9腳、10腳)，輸出分別接至開(kāi)關(guān)管MOSFET的柵極和源極，該電路的功能是實(shí)現(xiàn)PWM脈沖信號(hào)的功率放大。
圖3是脈沖發(fā)生電路和給定值電路，脈沖發(fā)生電路由集成電路IC3(TL494)、阻容元件、三極管(T1、T2)組成，給定值電路由繼電器J6、電流調(diào)節(jié)電位器W3、最大電流限制電位器W1，脈沖頻率電位器W7，占空比電位器W8，峰值電流脈沖關(guān)閉電位器W6組成，其功能是在氬弧焊時(shí)，實(shí)現(xiàn)脈沖焊接功能，在切割和手工電弧焊時(shí)，關(guān)閉脈沖功能，并可設(shè)置或調(diào)節(jié)焊接或切割電流大小。
圖4由PWM脈寬調(diào)制電路，穩(wěn)壓電源控制電路，過(guò)熱保護(hù)電路，過(guò)流保護(hù)電路，反饋電路，程序控制電路，斷高頻電路組成。
穩(wěn)壓電源控制電路由控制變壓器TR2，整流橋B1(KBP307G)，三端穩(wěn)壓器VLT1(7812)、VLT2(7912)及濾波電路組成，目的是為其它控制電路提供穩(wěn)壓電源(±12V)；過(guò)熱保護(hù)電路由熱敏電阻RJ(放在變壓器線圈中)、比較器IC1B(LM324)、外圍阻容元件、溫度調(diào)節(jié)電位器W1組成。目的是當(dāng)變壓器過(guò)熱時(shí)，關(guān)閉PWM脈寬調(diào)制電路的輸出。
過(guò)流保護(hù)電路由電流互感器L1、電阻R3、晶閘管SCR及外圍電路(圖4中，R35、C18、D11、W2、C5、R12、電感L3)、比較器IC1A(LM324)及外圍電路組成，目的是當(dāng)主電路出現(xiàn)過(guò)流或電流突變(di/dt過(guò)大)時(shí)，關(guān)閉PWM輸出。
反饋電路由運(yùn)算放大器IC1D(LM324)及外圍電路組成，反饋電路輸入信號(hào)取自分流器FL兩端，輸出端接至PWM脈寬調(diào)制電路和斷高頻電路，該電路的功能是對(duì)電流反饋信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并給斷高頻電路提供電流信號(hào)。
PWM脈寬調(diào)制電路由IC1D(TL494)、振蕩電阻R40、振蕩電容C27、死區(qū)時(shí)間控制元件(C34、R150、R41)、PI調(diào)節(jié)器(R42、C26、R43)組成。該電路的功能是產(chǎn)生兩路互補(bǔ)(相位相差180度)的PWM脈沖信號(hào)，并在給定和反饋電路信號(hào)的作用下，調(diào)節(jié)或穩(wěn)定脈沖寬度。
斷高頻電路由參考電壓VREF(+5V)、比較器IC5A(LM339)、三極管T9、繼電器J5及外圍阻容元件組成，電路的輸入信號(hào)為電流反饋放大信號(hào)，該電路的功能是當(dāng)主電路有電流時(shí)，切斷引弧高頻。
程序控制電路由焊槍開(kāi)關(guān)GUN、電磁氣閥DF、繼電器J4、施密特反相器IC4(CD40106)、光耦(PC1、PC2)、三極管(T3、T8)及外圍阻容元件組成，當(dāng)功能形狀撥到MMA(焊條電弧焊)時(shí)，102和103點(diǎn)接通，J4吸合，J4-1和J4-2由常閉變?yōu)槌ｉ_(kāi)，此時(shí)進(jìn)行焊條電弧焊(MMA)時(shí)當(dāng)功能開(kāi)關(guān)撥到TIG(鎢極氬弧焊)時(shí)，按下焊槍開(kāi)關(guān)GUN，可進(jìn)行TIG焊接，如果此時(shí)增大峰值電流/脈沖關(guān)閉電位器W6，還可實(shí)現(xiàn)脈沖TIG焊接；當(dāng)功能開(kāi)關(guān)撥到CUT(空氣等離子切割)時(shí)，100和101點(diǎn)接通，J2和J3吸合，電路切換到切割狀態(tài)，此時(shí)按下切割槍開(kāi)關(guān)GUN，即可進(jìn)行空氣等離子切割。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是高效節(jié)能本焊接工作效率可達(dá)80％以上，功率因數(shù)高，空載損耗極小，是理想的節(jié)能產(chǎn)品；性能好本機(jī)采用先進(jìn)的線路原理設(shè)計(jì)，整機(jī)有良好的穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，恒流穩(wěn)定，反應(yīng)速度快，且有小型電子引弧裝置，因而引弧更加容易，電弧穩(wěn)定，飛濺小，電弧彈性好；電流調(diào)節(jié)范圍廣焊接時(shí)輸出電流在10～160A范圍內(nèi)任意設(shè)定調(diào)節(jié)，以滿足不同用戶不同焊接工藝的要求；成本低切割時(shí)采用壓縮空氣，較之采用其他的氣體介質(zhì)大大降低了成本；保護(hù)功能齊全機(jī)內(nèi)設(shè)有欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、線路故障截止保護(hù)，一旦出現(xiàn)異常情況將自動(dòng)停止輸出，并有發(fā)光二極管指示，待異常情況消失后自動(dòng)恢復(fù)工作；本焊機(jī)可作為普通直流焊機(jī)、氬弧焊機(jī)和切割機(jī)使用，一機(jī)多用且體積小、重量輕、攜帶方便。


圖1為本發(fā)明電路原理圖；圖2為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖3為本發(fā)明脈沖發(fā)生電路和給定值電路圖；圖4為本發(fā)明控制電路原理圖；圖5為本發(fā)明前后面板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5中1、電源開(kāi)關(guān)，2、檢氣開(kāi)關(guān)，3、功能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，4、非正常指示燈(欠壓、過(guò)熱、故障)，5、電源指示燈，6、電流表，7、脈沖峰值電流調(diào)節(jié)旋扭，8、脈沖占空比調(diào)節(jié)旋扭，9、脈沖頻率調(diào)節(jié)旋扭，10、氬氣延時(shí)保護(hù)時(shí)間旋扭，11、電流設(shè)定旋扭(脈沖氬弧焊時(shí)為基值電流設(shè)定)，12、空氣過(guò)濾器，13、輸出電纜“+”插座，14、輸出電纜“-”插座，15、手柄開(kāi)關(guān)接線插座，16、冷卻風(fēng)扇，17、氬氣出氣膠管連接孔，18、氬氣進(jìn)氣膠管連接孔，19、AC220V輸入電纜，20、8mm接地螺栓。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的工作過(guò)程是焊接工作過(guò)程由市電經(jīng)整流、濾波、逆變成高頻再經(jīng)高頻整流、濾波得到低電壓大電流，用電子脈沖脈寬電路PWM實(shí)現(xiàn)輸出恒流控制，同時(shí)得到陡直的外特性。
切割工作過(guò)程將焊機(jī)置于切割狀態(tài)，接通空氣壓縮機(jī)后，打開(kāi)切割機(jī)電源開(kāi)關(guān)冷卻風(fēng)扇工作，割炬開(kāi)關(guān)按下后，首先電磁氣閥接通，予送壓縮空氣以冷卻電極，當(dāng)壓縮從割炬噴嘴噴出后，交流電經(jīng)整流電路變成直流電，供割炬產(chǎn)生等離子弧束用，與此同時(shí)高頻發(fā)生器及引弧器工作，產(chǎn)生高頻電壓引燃等離子弧，等離子弧在噴嘴的機(jī)械壓縮效應(yīng)、弧束的熱收縮效應(yīng)及電磁壓縮效應(yīng)的綜合作用下形成強(qiáng)有力的等離子束焰流，將工件的局部迅速加熱熔化，通過(guò)高壓高速空氣流將熔化金屬吹離切割基體形成切口，完成切割過(guò)程，為保護(hù)電極在切割操作完成后，壓縮空氣仍繼續(xù)供給，延時(shí)數(shù)秒后關(guān)閉，以冷卻電極。
權(quán)利要求
1.一種多功能一體式焊接切割設(shè)備，其特征在于該設(shè)備由輸入整流濾電路、焊接與切割逆變器、高頻變壓器、輸出整流濾波電路、控制電路五部分組成，其中輸入整流濾波電路由全橋整流電路B1、濾波電容C1和C2組成；全橋逆變電路由可控開(kāi)關(guān)管(MOSFET)VT1-VT4及阻容元件組成；焊接和切割高頻變壓器由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)J2、J3、帶一次抽頭的變壓器組成；輸出整流濾波電路由全波整流二極管VD1和VD2、阻容保護(hù)元件、輸出電感L2、輸出濾波電容C11、死負(fù)載R14組成；控制電路由PWM脈沖發(fā)生器TL494、驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)流過(guò)熱保護(hù)電路、程序控制電路組成，其聯(lián)接是市電電源經(jīng)開(kāi)關(guān)與整流橋B1、B2輸入端連接，B1、B2之輸出經(jīng)輸入濾波電容C1、C2、C3、C4、后與全橋逆變器開(kāi)關(guān)管MOSFET(VT1、VT2、VT3、VT4、)連接，開(kāi)關(guān)管上裝有阻容保護(hù)器R6C5、R10C7、R7C6、R11C8，輸出連接繼電器J2、高頻變壓器TR1、變壓器次級(jí)連接輸出整流二極管VD1、VD2、阻容保護(hù)器R12C9、R13C10、整流后經(jīng)分流器FL、電抗器L2、輸出濾波R15C11、負(fù)載R14、高頻旁路電容C12、C13、C14、連接高頻發(fā)生器、高頻發(fā)生器由TR1次級(jí)線圈、J3-1、J4-1、J5、R16，升壓變壓器TR5、火花放電器SP、R17、振蕩電容C15、高頻耦合線圈TR6組成。
2.按權(quán)利要求1所述的焊接切割設(shè)備，其特征在于控制電路由PWM脈寬調(diào)制電路，穩(wěn)壓電源控制電路，過(guò)熱保護(hù)電路，過(guò)流保護(hù)電路，反饋電路，程序控制電路，斷高頻電路組成，其中穩(wěn)壓電源控制電路由控制變壓器TR2，整流橋B1(KBP307G)，三端穩(wěn)壓器VLT1(7812)、VLT2(7912)及濾波電路組成，目的是為其它控制電路提供穩(wěn)壓電源(±12V)。
3.按權(quán)利要求1、2所述的焊接切割設(shè)備，其特征在于過(guò)熱保護(hù)電路由熱敏電阻RJ(放在變壓器線圈中)、比較器ICIB(LM324)、外圍阻容元件、溫度調(diào)節(jié)電位器W1組成。目的是當(dāng)變壓器過(guò)熱時(shí)，關(guān)閉PWM脈寬調(diào)制電路的輸出。
4.按權(quán)利要求1、2所述的焊接切割設(shè)備，其特征在于過(guò)流保護(hù)電路由電流互感器L1、電阻R3、晶閘管SCR及外圍電路R35、C18、D11、W2、C5、R12、電感L3、比較器IC1A(LM324)及外圍電路組成，目的是當(dāng)主電路出現(xiàn)過(guò)流或電流突變(di/dt過(guò)大)時(shí)，關(guān)閉PWM輸出。
5.按權(quán)利要求1、2所述的焊接切割設(shè)備，其特征在于反饋電路由運(yùn)算放大器IC1D(LM324)及外圍電路組成。反饋電路輸入信號(hào)取自分流器FL兩端，輸出端接至PWM脈寬調(diào)制電路和斷高頻電路，該電路的功能是對(duì)電流反饋信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并給斷高頻電路提供電流信號(hào)。
6.按權(quán)利要求1、2所述的焊接切割設(shè)備，其特征在于PWM脈寬調(diào)制電路由IC1D(TL494)、振蕩電阻R40、振蕩電容C27、死區(qū)時(shí)間控制元件(C34、R150、R41)、PI調(diào)節(jié)器(R42、C26、R43)組成，該電路的功能是產(chǎn)生兩路互補(bǔ)(相位相差180度)的PWM脈沖信號(hào)，并在給定和反饋電路信號(hào)的作用下，調(diào)節(jié)或穩(wěn)定脈沖寬度。
7.按權(quán)利要求1、2所述的焊接切割設(shè)備，其特征在于斷高頻電路由參考電壓VREF(+5V)、比較器IC5A(LM339)、三極管T9、繼電器J5及外圍阻容元件組成，電路的輸入信號(hào)為電流反饋放大信號(hào)，該電路的功能是當(dāng)主電路有電流時(shí)，切斷引弧高頻。
8.按權(quán)利要求1、2所述的焊接切割設(shè)備，其特征在于程序控制電路由焊槍開(kāi)關(guān)GUN、電磁氣閥DF、繼電器J4、施密特反相器IC4、光耦(PC1、PC2)、三極管(T3、T8)及外圍阻容元件組成，當(dāng)功能開(kāi)關(guān)撥到MMA(焊條電弧焊)時(shí)，102和103點(diǎn)接通，J4吸合，J4-1和J4-2由常閉變?yōu)槌ｉ_(kāi)，此時(shí)進(jìn)行焊條電弧焊(MMA)；當(dāng)功能開(kāi)關(guān)撥到TIG(鎢極氬弧焊)時(shí)，按下焊槍開(kāi)關(guān)GUN，可進(jìn)行TIG焊接，如果此時(shí)增大峰值電流/脈沖關(guān)閉電位器W6，還可實(shí)現(xiàn)脈沖TIG焊接；當(dāng)功能開(kāi)關(guān)撥到CUT時(shí)，100和101點(diǎn)接通，J2和J3吸合，電路切換到切割狀態(tài)，此時(shí)按下切割槍開(kāi)關(guān)GUN，即可進(jìn)行空氣等離子切割。
全文摘要
本發(fā)明是涉及焊接和切割電源的多功能一體式焊割設(shè)備，其結(jié)構(gòu)是由輸入整流濾電路、焊接與切割逆變器、高頻變壓器、輸出整流濾波電路、控制電路五部分組成，其中輸入整流濾波電路由全橋整流電路B1和B2、濾波電容C1、C2、C3、C4組成；焊接和切割高頻變壓器由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)J2、J3、帶一次抽頭的變壓器組成；輸出整流濾波電路由全波整流二極管VD1和VD2、阻容保護(hù)元件、輸出電感L2、輸出濾波電容C11、死負(fù)載R14組成，控制電路由PWM脈沖發(fā)生器TL494、驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)流過(guò)熱保護(hù)電路、程序控制電路組成，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是高效節(jié)能，性能好，電流調(diào)節(jié)范圍廣，成本低，保護(hù)功能齊全，可作為普通直流焊機(jī)、氬弧焊機(jī)和切割機(jī)使用，一機(jī)多用且體積小、重量輕、攜帶方便。
文檔編號(hào)B23K9/10GK1557597SQ20041002106
公開(kāi)日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者常云龍 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)