专利名称：串联谐振式高频逆变直流弧焊机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种有高频逆变电路的直流电弧焊接装置。
现有的高频逆变电弧焊接装置大多采用并联谐振式，有的采用直流供电，有的采用并联谐振功率放大输出电路；有的采用短路回缩式软开关控制，如99236598.8号实用新型专利公开的逆变弧焊机就是这种类型的装置，它由输入整流滤波电路、软开关控制IGBT逆变电路、IGBT驱动电路、高频输出整流滤波电路、电压信号取样电路、电流信号取样电路、燃弧短路检测电路、短路缩颈检测电路、高效能短路回缩式电流波形控制电路和全桥定脉宽移相软开关控制电路等十部分组成；上述逆变弧焊机或工作于并联谐振状态，或电路复杂、制造成本高，或焊接工艺用量的调整不够方便，或焊接的质量不够理想。
本实用新型的任务是克服上述高频逆变电弧焊接装置的缺点，提供一种电路简单、调整方便、焊接质量好的串联谐振式高频逆变直流弧焊机。
本实用新型的任务是这样完成的本实用新型由主电源、辅助电源、振荡驱动级和功率放大输出电路四部分组成，辅助电源接于主电源和振荡驱动级之间，将主电源的交流电变成直流后供给振荡驱动级，工作于电容与电感串联谐振状态的功率放大输出电路接于主电源和振荡驱动级之后，用振荡驱动级的输出控制功率放大输出电路的开通与关断，使主电源的交流电经功率放大输出电路转变成焊接用的直流电输出。
由于本实用新型的功率放大输出主回路工作于电容与电感串联谐振状态，其功率因数近似等于1。改变串联电容的大小即可在大范围内调节焊接电流，而且电路简单，输出短路也没有过流现象，不必设置过流保护，从而进一步简化了电路。只要改变一个零件的值，就可得到合适的引弧电压。特殊的波形变换，保证了焊接引弧容易，不易断弧。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型结构框图。图2是本实用新型一个实施例的电原理图。
由附图可见，本实用新型由主电源1、辅助电源2、振荡驱动级3和功率放大输出电路4等四部分组成。辅助电源由三极管BG3、BG4变压器B1、桥式整流器DK、二极管D7、D8、三端稳压器7812、温控开关K2及电阻器R12至R17、电容器C17至C24等外围元件组成。交流220V电压经DK桥整供给BG3、BG4的工作电源电压，C19、C20滤波电容起分压作用，BG3、BG4与B1构成自激振荡，R12、R14分别是两管的启动电阻。BG3、BG4两管交替导通、截止，11中流过振荡主电流，经B1降压，14、15的低压经D7、D8全波整流得到约24V直流电压，滤波后经三端稳压器7812输出12V稳定电压给振荡驱动级。
振荡驱动级由集成电路IC1、三极管BG5、BG6、变压器B2、电阻器R18、R19、电容器C24至C27组成。IC1为NE555时基电路，它在此接成自激多谐振荡器，其2脚低电位时触发置1，6脚高电位时置0，3脚输出脉冲方波，当R18远小于R19时，输出方波占空比为50％。R19、C25决定振荡频率，一般选在20KC。3脚输出直接驱动BG5、BG6作功率放大，当3脚高电位时BG6截止，BG5导通；当3脚低电位时BG5截止，BG6导通；3脚输出的脉冲方波经BG5、BG6放大后在B2的初级中流过的是放大的交流方波电压，经B2升压输出两组相位相反的交流方波电压分别驱动BG1、BG2两只大功率IGBT模块作主功率放大。本驱动电路要比通常的直流驱动电路简单得多。交流隔离的驱动方式即使本单元出现故障也不会象直流驱动电路那样会造成主功放误导通而损坏。其输出波形好、实用效果也很好。
主电源由线圈L、桥式整流器DA、电容器C1、C2、C3、C12、C13、电阻器R7、R8、功率压敏电阻RU、开关K1等元件组成。交流输入电压经L、DA桥整、C3滤波输出直流高压，L一方面能限制C3的充电速率，另一方面可阻止主功放的高频成分流出外电源造成不必要的干扰，C1、C2进一步滤除高频分量。功率压敏电阻RU防止过高输入电压造成本机损坏，输入交流220V时功率压敏电阻RU选331，输入交流380V时选561。
功率放大输出电路由IGBT功率模块BG1、BG2、二极管D1、D2、D3、D4、变压器Bo、电阻器R1至R10、电容器C4至C11、C14至C16等元件组成。C6至C11与Bo的初级串接组成串联谐振回路并接于IGBT功率模块BG1、BG2的并接点和C12、C13的串接中点之间。C12、C13又是主电源高频滤波电容并兼作分压用，R7、R8为均压电阻。由R5、D1、C4和R6、D2、C5组成的两支吸收回路分别并接在BG1、BG2两端，以吸收BG1、BG2两管关断时产生的尖峰电压。Bo为高频大功率输出变压器，其初级的高压交变电压经Bo降为约40V的低压，经D3、D4全波整流从D(+)、C(-)两点输出直流焊接主电压。C15、R9吸收D3两端的尖峰电压，C16、R10吸收D4两端的尖峰电压，在变压器Bo的输出端E、F两点之间并联有高次谐波谐振电容器C14，改变其容量可使空载引弧电压从60V到130V变化。这足以满足多数电弧焊的引弧要求，而且调整又很方便。B2的两组相位相反的14V交流方波电压分别接至BG1、BG2的G、e点。正半周时，BG1的G极为正电位，其c-e导通，同时BG2的G极反相位为负电压，其c-e截止，电流给回路中的电容充电，此时的Bo初级上正下负；负半周时，Bo的初级上负下正，周而复始，Bo的初级流过放大的20KC交流电流。回路中C13的容量远大于C6-C11的并联值，所以C6-C11的并联容抗与Bo的初级L1感抗决定串联谐振参数。当输出空载时，L1的感抗远大于C6-C11的容抗，回路呈感抗，输出E、F点的波形为方波，顶部的高次谐波振荡电压幅值较高而能量较小，作为引弧实用证明已足够。串联谐振时，容抗等于感抗，且输入阻抗最小，即有最大电流，小电流焊接时D、C点波形近似于锯齿波，其峰值是焊接时D、C点电压有效值的约3倍，且底部较窄，这是由于输出电流较少折射回初级且其阻抗较大的缘故。为作于串联谐振，就要增加容抗即减小容量，如图2中只用C6和C7并联以维持其容抗与感抗相等，其谐振曲线较尖锐。此时如果输出端短路，初级电流由于串联回路失谐而此时的焊接电流还小。这种尖而窄的波形电压十分有利于小电流焊接时的电弧稳定。大电流焊接时的波形其下降沿没有小电流时的那么徒，其峰值是焊接时输出电压有效值的2倍多一点，且底部输出较宽，这是由于输出电流大时折射回初级的阻抗较小，为工作于串联谐振状态，就要减小容抗即增加容量，如图2中将C6至C10并联，维持C6至C10的并联容抗与L1的感抗相等，则其谐振曲线较平缓。
为防止焊机工作在环境恶劣或电路的某些故障可能引起的IGBT功率模块工作温度过高，可在其散热板上安装一个温控开关K2，当出现过热时自动断开辅助电源和振荡驱动级并使功率放大输出电路也停止工作。
试产的一批样机经长期试用效果良好，无一损坏。本机的成本低于参数相近的交流焊机的成本，重量为其四分之一，体积为其三分之一，售价略高，但焊接性能要好得多。
权利要求1，一种串联谐振式高频逆变直流弧焊机，包括主电源(1)、辅助电源(2)、振荡驱动级(3)和功率放大输出电路(4)四部分，其特征是辅助电源(2)接于主电源(1)和振荡驱动级(3)之间，它将主电源的交流电变成直流后供给振荡驱动级，工作于电容与电感串联谐振状态的功率放大输出电路(4)接于主电源(1)和振荡驱动级(3)之后，振荡驱动级的输出控制功率放大输出电路的开通与关断，使主电源的交流电经功率放大输出电路转变成焊接用的直流电输出。
2，按权利要求1所述的串联谐振式高频逆变直流弧焊机，其特征是功率放大输出电路(4)由IGBT功率模块BG1、BG2、二极管D1、D2、D3、D4、变压器Bo、电阻器R1至R10、电容器C4至C16等元件组成，C6至C11与Bo的初级串接组成串联谐振回路并接于IGBT功率模块BG1、BG2的并接点和C12、C13的串接中点之间，在变压器Bo的输出端并联有高次谐波谐振电容器C14。
专利摘要本实用新型属有高频逆变电路的直流电弧焊机，由主电源、辅助电源、振荡驱动级和功率放大输出电路四部分组成，功率放大输出电路工作于电容与电感串联谐振状态，在输出变压器的输出端并联有高次谐波谐振电容器，它电路简单，输出短路也无过流现象，只要改变高次谐波谐振电容器的值，就可得到合适的引弧电压，调整方便、焊接质量好。
文档编号B23K9/09GK2524878SQ01271310
公开日2002年12月11日 申请日期2001年12月24日 优先权日2001年12月24日
发明者肖定忠, 张煌仁 申请人:肖定忠, 张煌仁