專利名稱:場效應(yīng)管弧焊逆變器的制作方法
本發(fā)明屬于焊接設(shè)備。
弧焊逆變器是八十年代初開始出現(xiàn)在國際市場，被稱之為第四代新型弧焊電源。1979年在美國、荷蘭、丹麥、挪威等四個國家首先研制出以大功率可控硅管為快速開關(guān)元件的可控硅式弧焊逆變器，刊登在Weinschenkh.Fischer W.ZIS Miheilung 1979.№12(下簡稱文獻1)。接著于1981年在意大利又研制成功以大功率晶體管作為快速開關(guān)元件的晶體管弧焊逆變器，在西德有同樣的論文，發(fā)表在RosenfeldW.KnappW.，ZIS Miheilung 1981 №12(下簡稱文獻2)。前者工作頻率一般為2000至3000Hz，頻率較低，要進一步提高效率和減小體積，均受到可控硅元件開關(guān)速度的限制，並存在噪聲(文獻1)。后者工作頻率可提高到16000Hz，這對進一步提高效率和減小體積是有利的，而且無噪聲。但是它的控制功率較大，線路復(fù)雜，晶體管存在著二次擊穿的問題(文獻2)。
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的缺點，進一步提高弧焊逆變器的工作頻率、效率、減小體積和改善弧焊逆變器工作能力。
本發(fā)明的要點是采用具有獨特優(yōu)點的大功率場效應(yīng)管來作快速開關(guān)元件，組成具有保護電路保護的、高頻、大功率場效應(yīng)管並聯(lián)的快速開關(guān)電路。以及本發(fā)明弧焊逆變器中的主變壓器采用特殊繞制的中頻變壓器BT。
附圖中圖1、a)、b)為場效應(yīng)管弧焊逆變器工作電路圖元件規(guī)格見附表；圖2為場效應(yīng)管弧焊逆變器基本原理方塊圖；圖3是該逆變器主電路圖其元件目錄見附表；圖4、a)、b)為中頻變壓器罐形鐵淦氧磁心結(jié)構(gòu)圖；圖5為中頻變壓器繞組在鐵心絕緣框架上的布置圖。
如圖1、圖3所示，大功率場效應(yīng)管組是全機的關(guān)鍵性部件。其由8個耐高電壓UDS(500V)、大電流ID(10A)的場效應(yīng)管分成兩組(T1～T4，T5～T8)連接成半橋式的並聯(lián)電路。其高頻率(50KHZ)，負(fù)載電流(50A)。為了保證每個管子的動態(tài)電流的均勻分配，T1～T8每個管子的柵極串聯(lián)入前置柵極電阻Rg1－8，其電阻值在5.1Ω至18Ω之間。每個管子所需的Rg值會有不同，具體數(shù)值在調(diào)試中確定。如果Rg值大小選擇不適當(dāng)，會出現(xiàn)管子動態(tài)電流分配不均勻，嚴(yán)重時影響管子安全工作。調(diào)試方法在場效應(yīng)管的漏極或源極串入0.1Ω左右的電阻，用示波器來觀察電阻兩端的電壓訊號(它反映電流ID的波形)，並進行ID波形比較。為了保證每個管子的靜態(tài)電流分布均勻，並聯(lián)工作的管子應(yīng)等距離安裝在同一塊冷卻板(散熱器)上，確保散熱條件盡可能一致。
大功率場效應(yīng)管在輸出負(fù)載不斷變化于空載——短路——負(fù)載極其復(fù)雜的工作狀態(tài)，承受較高電壓(310V)和大電流(11A)，本身的開關(guān)速度又要求特別快(5萬次／秒)，占空比0.4，因此它的安全工作事關(guān)重大，必須采取有效的保護措施。主要措施(1)利用由開關(guān)時間(trr≤0.2μS)三極管BU208接成二極管D9～D10反極性並聯(lián)，作為場效應(yīng)管組T1～T8的截止回復(fù)電流的旁路(休止旁路)。(2)利用阻容電路R5、C6對電感和漏抗引起的振蕩加以阻尼。(3)輸出端必須並聯(lián)一預(yù)負(fù)載電阻R6數(shù)值的選擇應(yīng)使其通過電流與負(fù)載電流的比例為3.5100。(4)輸出整流器ZL2所用的二極管，其開關(guān)速度應(yīng)為(trr≤0.1μS)。
作為主變壓器的中頻變壓器BT的結(jié)構(gòu)參數(shù)為(1)鐵心采用罐形鐵淦氧磁心PM－Kernsatz φ87×70(mm)。見圖4。
平均磁路長度le＝153mm。
鐵心截面積Ae＝915mm2鐵心有效截面積Amin＝700mm2鐵心體積Ve＝140，000m3電感系數(shù)AL＝12000(材料27、無間隙)(2)繞組匝數(shù)及布置初級繞組N1＝6匝；次級繞組N2＋N2＝2＋2(匝)繞組在鐵心絕緣框架上的布置見圖5，圖5中1為絕緣框架，2為金屬屏弊(不能短路)和絕緣材料。
繞組匝數(shù)的確定和它的布置對中頻變壓器及場效應(yīng)管組的正常工作影響極大，因此應(yīng)注意(1)N1與N2的耦合要盡可能緊密，以防止形成較大的漏抗和振蕩及嚴(yán)重威協(xié)管組的工作。
(2)對繞組甚至整個中頻變壓器要加以屏弊，以防止干擾。
初級繞組導(dǎo)線由φ＝0.47mm高強度漆包線20支編織而成，總載面為3.5mm2；次級繞組導(dǎo)線由φ＝0.62mm高強度漆包線30支編織而成總面積為9.05mm2。
本發(fā)明與最相近的技術(shù)晶體管式弧焊逆變器比較具有如下顯著優(yōu)點1、逆變器的工作頻率可以大幅度提高，前者一般為16，000HZ后者可達50，000HZ，因而提高了效率和節(jié)省能量，節(jié)能效果(約3～5％)，進一步減小體積和節(jié)約電工材料。
2、控制功率極小，前者采用電流控制，后者采用電壓控制，控制功率比前者小幾十倍以上。例如本發(fā)明僅需0.5瓦的控制功率，可以直接用微計算機進行控制，這是任何新型弧焊電源不可與之比擬的。
3、工作性能好，可靠工作范圍更寬，沒有晶體管的二次擊穿問題。管子並聯(lián)工作易實現(xiàn)。
4、制造工藝簡單，這是由于控制功率極小，控制電路簡單，不必采用多級放大控制電流，又因工作頻率高，主變壓器的繞組匝數(shù)特別少，大大減輕繞制變壓器的工作量。全機僅由兩個整流器、二個電抗器、兩塊印刷電路板和二個場效應(yīng)管組及測試電表等幾個部分組合而成，為發(fā)展新型的“積木式”弧焊電源創(chuàng)造了良好的條件。
實現(xiàn)本發(fā)明的最好方式是按附圖3的工作電路圖，選擇附表所列的元件，按照說明書制作出一臺樣機之后，進行小批量生產(chǎn)。其中主要元件，例如大功率場效應(yīng)管，CMOSCD4049、TDA4700集成電路塊和高頻鐵淦氧磁心應(yīng)盡可能從國外進口。
權(quán)利要求
1.一種由輸入整流器、開關(guān)電路、主變壓器、輸出整流器、電子開關(guān)與控制電路組成的場效應(yīng)管弧焊逆變器，其特征是具有場效應(yīng)管組快速開關(guān)電路和罐形磁芯中頻變壓器BT。
2.按照權(quán)利要求
1所述的場效應(yīng)管弧焊逆變器，其特征在于其場效應(yīng)管組快速開關(guān)電路是由8個耐高電壓UDS(500V)、大電流ID(10A)的BUZ45場效應(yīng)管，分成兩組(T1－T4，T5－T8)連接成半橋式的並聯(lián)、高頻率(50KHZ)、大功率(負(fù)載電流50A)的快速開關(guān)電路。
3.按照權(quán)利要求
1、2所述的場效應(yīng)管弧焊逆變器，其特征在于為使其場效應(yīng)管組快速開關(guān)電路中的各個場效應(yīng)管(T1～T8)的動態(tài)和靜態(tài)電流均勻分配，T1～T8各管均串入5.1Ω～18Ω的柵極電阻Rg1～8；並且8個場效應(yīng)管等距離裝在同一散熱板上。
4.按照權(quán)利要求
1、2所述的場效應(yīng)管弧焊逆變器，其特征在于其場效應(yīng)管組快速開關(guān)電路具有由快速(trr≤0.2μS)開關(guān)三極管BU208接成二極管D9～D10反極性並聯(lián)，及R5、C6組成過流、過壓保護電路。
5.按照權(quán)利要求
3所述的場效應(yīng)管弧焊逆變器，其特征在于其場效應(yīng)管組快速開關(guān)電路具有由快速(trr≤0.2μs)開關(guān)三極管BU208接成二極管D9～D10反極性並聯(lián)，及R5、C6組成過流、過壓保護電路。
6.按照權(quán)利要求
1所述的場效應(yīng)管弧焊逆變器，其特征在于其中頻變壓器BT采用N27材料的φ87×70mm的罐形鐵氧體磁芯PM－Kernsatz、初級N1由φ＝0.47mm的高強度漆包線20支編織成總截面為3.5mm2的線組繞6匝；次級N2由φ＝0.62mm的高強度漆包線30支編織成總截面為9.05mm2的線組並采用雙線並繞法各繞2匝，N1與N2間緊密耦合，變壓器外加金屬屏弊罩。
專利摘要
一種用作焊接設(shè)備的場效應(yīng)管弧焊逆變器，該逆變器采用大功率場效應(yīng)管作為快速開關(guān)元件，組成具有保護電路保護的、高頻、大功率場效應(yīng)管并聯(lián)的快速開關(guān)電路，并且采用了罐形磁芯中頻變壓器。該逆變器工作頻率大幅度提高，從而提高了效率，節(jié)約了能量，減小了體積、節(jié)省了電工材料，其工作性能好，可靠工作范圍寬，制造工藝簡單。此種弧焊逆變器可以用于微束等離子弧焊，鎢極氬弧焊等多種焊接方法。
文檔編號B23K9/16GK85201941SQ85201941
公開日1986年6月4日 申請日期1985年5月22日
發(fā)明者黃石生, 伍月華, 李紹斌 申請人:華南工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan