用于埋弧焊的逆变交流波控电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于埋弧焊的逆变交流波控电路，属一种焊接控制电路，所述波控电路包括一次逆变单元与二次逆变单元，所述一次逆变单元接入电源输入端，并与二次逆变单元共同接入电源输出端，在电路中，交流电源的380V标准电压在被转换为高压直流电后，经过两次逆变再作为焊接电源输出，由波控电路针对当前交流波控信号对电路中的逆变单元进行控制，从而将埋弧焊小车给主机的给定信号通过单片机与相关控制电路变为幅值、占空比、频率均可独立调节的交流波控信号，实现交流波控焊接，且交流波控电路中的嵌入式模块与埋弧焊小车之间的波控信号需进行调制与解调，增加了逆变电路在实时波形控制时的抗干扰能力。
【专利说明】用于埋弧焊的逆变交流波控电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种焊接控制电路，更具体的说，本实用新型主要涉及一种用于埋弧焊的逆变交流波控电路。
【背景技术】
[0002]焊接是一种有着悠久历史的重要加工制造工艺，因其具有其他连接方法不可比拟的优点，而埋弧焊是自动化程度较高、生产效率高、焊缝成形好、无弧光辐射的一种焊接设备，被广泛应用于桥梁、锅炉、造船、石油化工、海洋工程、核工业等领域的厚板焊接。传统的交流方波埋弧焊电源是以串联电抗器式弧焊变压器和晶闸管电抗器式弧焊电源为主，其参数调节范围窄，输出频率单一，属于国家禁止的高能耗产品。逆变技术的问世推动了焊接电源技术的飞速发展，控制的多样性和灵活性是传统焊机不可比拟的。交直流(AC/DC)方波逆变埋弧焊采用新型大功率IGBT开关器件，纳米磁芯，脉宽调制器，将工频(50Hz)的三相交流整流后的直流电逆变成20KHz高频低压交流电，然后经MOSFET模块整流后进行二次逆变成IO-1OOHz交流电，具有电流波形调节容易(频率、占空比、正负半周幅值均可独立调节)、参数设置多、焊接工艺实用性广的特点。
[0003]目前，国内极少厂家推出的波控埋弧焊电源系统，焊接波形控制主要是电源主机控制器完成，主机与焊接小车之间的控制信号以直流模拟量或数字量衔接，二者之间连线复杂、抗干扰能力差、故障率较高、维修烦琐，大大阻碍了该类产品的推广应用，因此有必要针对用于埋弧焊电源的波控技术做进一步的改进和研究。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的之一在于针对上述不足，提供一种用于埋弧焊的逆变交流波控电路，以期望解决现有技术中埋弧焊的焊接波形控制主要是依赖电源主机控制器完成，造成主机与埋弧焊小车之间连线复杂，抗干扰能力差，且故障率高等技术问题。
[0005]为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]本实用新型所提供的一种用于埋弧焊的逆变交流波控电路，所述波控电路包括一次逆变单元与二次逆变单元，所述一次逆变单元接入电源输入端，并与二次逆变单元共同接入电源输出端，其中:
[0007]所述一次逆变单元中至少设有两个相互并联、且接入电源输入端的一次IGBT管，所述两个一次IGBT管分别接入各自的变压器，用于由变压器将一次IGBT管逆变后的高频高压脉冲电压变为高频低压脉冲电压并整流为直流，且分别传输至电源输出端与二次逆变单元；所述二次逆变单元中至少设有两个相互并联的二次IGBT管，所述两个二次IGBT管并联后与一次逆变单元整流后的低压直流回路连接，并通过各自的第一整流桥分别接入两个变压器，且所述两个二次IGBT管还同时接入波控电路的电源输出端，用于与一次逆变单元一并输出逆变后的焊接电源；所述波控电路中还包括嵌入式控制模块，所述嵌入式控制模块分别接入两个二次IGBT管，且还通过CC/CV特性控制模块接入两个PWM驱动电路，所述两个PWM驱动电路分别接入两个一次IGBT管，用于由嵌入式控制模块对一次IGBT管与二次IGBT管进行控制，对其逆变电流的正负半周幅值、频率和脉冲占空比进行独立调节。
[0008]作为优选，进一步的技术方案是:所述嵌入式控制模块还接入埋弧焊小车的波形控制电路，用于通过来自于埋弧焊小车的交流波控信号，对一次逆变单元与二次逆变单元中的一次IGBT管与二次IGBT管实施控制。
[0009]根据权利要求1或2所述的用于埋弧焊的逆变交流波控电路，其特征在于:所述的一次逆变单元中的两个一次IGBT管分别通过各自的第二整流桥接入波控电路的电源输入端，用于由第二整流桥将电源输入端的380V交流电整流为540V的直流电。
[0010]更进一步的技术方案是:所述PWM驱动电路还接入各自连接的一次IGBT管与变压器之间，用于进行峰值采样。
[0011]更进一步的技术方案是:所述两个一次IGBT管与各自的第二整流桥之间还分别并联有电容。
[0012]更进一步的技术方案是:所述变压器为纳米磁芯变压器。
[0013]更进一步的技术方案是:所述嵌入式控制模块还分别接入一次逆变单元整流后的低压直流回路，用于对电源输出电流的正半周与负半周进行采样。
[0014]更进一步的技术方案是:所述嵌入式控制模块还与二次逆变单元中的两个二次IGBT管接入的电源输出端相连接，用于进行输出电压采样。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是:在电路中，交流电源的380V标准电压在被转换为高压直流电后，经过两次逆变再作为焊接电源输出；并通过埋弧焊小车的控制系统反馈当前所需的交流波控信号至波控电路，由波控电路针对当前交流波控信号对电路中的逆变单元进行控制，从而将埋弧焊小车给主机的给定信号通过单片机与相关控制电路变为幅值、占空比、频率均可独立调节的交流波控信号，实现交流波控焊接，且交流波控电路中的嵌入式模块与埋弧焊小车之间的交流波控信号需进行调制与解调，增加了逆变电路在实时波形控制时的抗干扰能力，埋弧焊小车与主机之间接线简单，同时本实用新型所提供的一种用于埋弧焊的逆变交流波控电路结构简单，较适宜作为交流波控埋弧焊系统中主机的电源电路，应用范围广阔。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为用于说明本实用新型一个实施例的电路结构示意图；
[0017]图2为用于说明本实用新型另一个实施例的电路控制功能框图；
[0018]图3为用于说明本实用新型另一个应用实例的电路图；
[0019]图中，1为一次逆变单元、2为二次逆变单元、3为变压器、4为第一整流桥、5为第二整流桥。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
[0021]参考图1所示，本实用新型的一个实施例是一种用于埋弧焊的逆变交流波控电路，该波控电路包括一次逆变单元1与二次逆变单元2，所述一次逆变单元1接入电源输入端，并与二次逆变单元2共同接入电源输出端，即形成焊接输入电源的正负极，具体组成如下:
[0022]上述的一次逆变单元I中至少设有两个相互并联、且接入电源输入端的一次IGBT管，而两个一次IGBT管分别接入各自的变压器3，其作用是由变压器3将一次IGBT管逆变后的高频高压脉冲电压变为高频低压脉冲电压并整流为直流，且分别传输至电源输出端与二次逆变单元2 ；
[0023]上述的二次逆变单元2中至少设有两个相互并联的二次IGBT管，所述两个二次IGBT管并联后与一次逆变单元整流后的低压直流回路连接，并通过各自的第一整流桥4分别接入两个变压器3，且所述两个二次IGBT管还同时接入波控电路的电源输出端，其作用与一次逆变单元I一并输出逆变后的焊接电源；
[0024]结合图2所示，所述波控电路中还包括嵌入式控制模块，所述嵌入式控制模块分别接入两个二次IGBT管，且还通过CC/CV特性控制模块接入两个PWM驱动电路，所述两个PWM驱动电路分别接入两个一次IGBT管，用于由嵌入式控制模块对一次IGBT管与二次IGBT管进行控制，对其逆变电流的正负半周幅值、频率和脉冲占空比进行独立调节，即分别直接或间接的对两个一次IGBT管与二次IGBT管输出逆变控制信号。
[0025]在本实施例中所提到的IGBT为，绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor)的英文缩写；而上述的变压器3优先采用纳米磁芯变压器。
[0026]正如图2所示出的，在本实用新型的另一实施例中，为使电源波控电路输出与埋弧焊小车相对应的焊接波形，上述的嵌入式控制模块最好接入埋弧焊小车的波形控制电路，即其作用是通过来自于埋弧焊小车的交流波控信号，对一次逆变单元I与二次逆变单元2中的一次IGBT管与二次IGBT管实施控制。
[0027]进一步的，上述的一次逆变单元I中的两个一次IGBT管分别通过各自的第二整流桥5接入波控电路的电源输入端，用于由第二整流桥5将电源输入端的380V交流电整流为540V的直流电。优选地，上述两个一次IGBT管与各自的第二整流桥5之间还分别并联有电容。
[0028]上述的埋弧焊小车的控制箱的人机交互系统与主机配合输出给定信号，对埋弧焊输出电源进行波控，小车控制系统将操作者所设置的电压、电流正反向幅值、频率、占空比等信息转变为波控信号作为主机的给定信号。
[0029]使用过程中，380V三相交流电压分两路各自经三相整流桥整流为540V的直流电压，经电容滤波后再进入各自独立IGBT组成的一次逆变软开关系统，实现零电压和零电流关断，降低开关损耗，有效降低系统发热；通过控制IGBT的通断，产生高频脉冲电压，经谐振电感和谐振电容后进入纳米磁芯变压器3，将20KHZ的高频脉冲电压变为高频低压脉冲电压，再经二极管组成的桥式整流电路，整流为正负两路低压直流电，将两路低压直流电正极和负极分别并联后送至两个二次IGBT管组成的二次逆变电路输出。通过对两个二次IGBT管的控制，可实现直流正接焊、直流反接焊、交流方波焊等，其中交流焊接时可对其正负半周幅值、频率和脉冲占空比进行独立调节，满足不同焊接工艺要求。
[0030]在本实用新型用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，为使嵌入式模块在波控电路中获得更多的电源信息，最好将上述PWM驱动电路再接入各自连接的一次IGBT管与变压器3之间，用于进行峰值采样；将上述嵌入式控制模块还分别接入一次逆变单元整流后的低压直流回路，用于对电源输出电流的正半周与负半周进行采样。将上述嵌入式控制模块还与两个二次IGBT管接入的电源输出端相连接，用于进行输出电压采样。
[0031]参考图3所示，本实用新型上述优选的一个实施例在实际应用中，主机控制系统由反向器U5-1、跟随器U5-2，捡波二极管D1、D2和光藕U3、U4等组成。来自小车控制系统的给定交流波控信号Vgl经反向器U5-1、跟随器U5-2后。各自输出方波正信号，经捡波二极管D1、D2后输出给定信号Vg2，该给定信号去控制一次逆变的输出大小；给定交流波控信号Vgl经反向器U5-1、跟随器U5-2后驱动光藕U3、U4得到正反向波形的脉冲信号，该信号再去驱动二次逆变M0SFET功率模块，改变主机输出极性。从而使主机输出与给定信号完全一致的交流波控电压或电流。
[0032]在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
[0033]尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
【权利要求】
1.一种用于埋弧焊的逆变交流波控电路，其特征在于:所述波控电路包括一次逆变单元与二次逆变单元，所述一次逆变单元接入电源输入端，并与二次逆变单元共同接入电源输出端，其中:所述一次逆变单元中至少设有两个相互并联、且接入电源输入端的一次IGBT管，所述两个一次IGBT管分别接入各自的变压器，用于由变压器将一次IGBT管逆变后的高频高压脉冲电压变为高频低压脉冲电压并整流为直流，且分别传输至电源输出端与二次逆变单元;所述二次逆变单元中至少设有两个相互并联的二次IGBT管，所述两个二次IGBT管并联后与一次逆变单元整流后的低压直流回路连接，并通过各自的第一整流桥分别接入两个变压器，且所述两个二次IGBT管还同时接入波控电路的电源输出端，用于与一次逆变单元一并输出逆变后的焊接电源；所述波控电路中还包括嵌入式控制模块，所述嵌入式控制模块分别接入两个二次IGBT管，且还通过CC/CV特性控制模块接入两个PWM驱动电路，所述两个PWM驱动电路分别接入两个一次IGBT管，用于由嵌入式控制模块对一次IGBT管与二次IGBT管进行控制，对其逆变电流的正负半周幅值、频率和脉冲占空比进行独立调节。
2.根据权利要求1所述的用于埋弧焊的逆变交流波控电路，其特征在于:所述嵌入式控制模块还接入埋弧焊小车的波形控制电路，用于通过来自于埋弧焊小车的交流波控信号，对一次逆变单元与二次逆变单元中的一次IGBT管与二次IGBT管实施控制。
3.根据权利要求1或2所述的用于埋弧焊的逆变交流波控电路，其特征在于:所述的一次逆变单元中的两个一次IGBT管分别通过各自的第二整流桥接入波控电路的电源输入端，用于由第二整流桥将电源输入端的380V交流电整流为540V的直流电。
4.根据权利要求3所述的用于埋弧焊的逆变交流波控电路，其特征在于:所述PWM驱动电路还接入各自连接的一次IGBT管与变压器之间，用于进行峰值采样。
5.根据权利要求4所述的用于埋弧焊的逆变交流波控电路，其特征在于:所述两个一次IGBT管与各自的第二整流桥之间还分别并联有电容。
6.根据权利要求1所述的用于埋弧焊的逆变交流波控电路，其特征在于:所述变压器为纳米磁芯变压器。
7.根据权利要求1所述的用于埋弧焊的逆变交流波控电路，其特征在于:所述嵌入式控制模块还分别接入一次逆变单元整流后的低压直流回路，用于对电源输出电流的正半周与负半周进行采样。
8.根据权利要求1或7所述的用于埋弧焊的逆变交流波控电路，其特征在于:所述嵌入式控制模块还与二次逆变单元中的两个二次IGBT管接入的电源输出端相连接，用于进行输出电压米样。
【文档编号】B23K9/09GK203526771SQ201320685905
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】罗中才, 张颖宏 申请人:成都焊研威达科技股份有限公司