专利名称：一种高频脉冲弧焊逆变器的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接设备。
弧焊逆变器是八十年代初开始出现在国际市场，被称为“弧焊电源的革命产品”，“第四代新型弧焊电源”。1979年在美国、荷兰、丹麦、挪威等四个国家首先研制出以大功率可控硅为快速开关元件的可控硅式弧焊逆变器，刊登在ZIS Mitteilung(焊接中心研究所通报)1979，〔H.维恩森克(Weinschenk·H·)，W·辉舍(Fischer·W·)〕，接着于1981年意大利又研制成功以大功率晶体管作为快速开关元件的晶体管式弧焊逆变器，在西德有同样的论文发表在ZIS Mitteilung1981.№12.〔W·罗仁费尔德(Rosenfeld·W·)，W·克拿伯(Knapp W·)〕。继晶闸管式、晶体管式之后，于1983年出现的场效应管式弧焊逆变器又是一个新的发展，而高频脉冲弧焊逆变器则是在场效应管式弧焊逆变器的基础上发展起来的一种新型弧焊电源，场效应管式弧焊逆变器的输出为直流电压、直流电流，而高频脉冲弧焊逆变器则输出频率高达120KHz的脉冲电压、脉冲电流，其电弧挺度较直流电弧大，并具有许多优点，迄今，采用其他结构形式的弧焊电源输出的高频脉冲，一般只在20～30KHz左右，否则波形陡度大大降低，甚至变成三角波。
本发明的目的就是为了获得脉冲频率更高而脉冲波形、陡峭的高频脉冲电弧，以便进一步提高电弧挺度，改善焊缝成型，提高焊接速度，进而提高生产率，同时使其设备具有高效、小体积等优点。
本发明的要点是采用快速开关性能特别好的大功率场效应管与频率特性特好的铁淦氧E型或罐形磁芯所制作的中频主变压器BT共同组成的逆变器和高频整流器，同时采用限浪涌电流电路和低压引弧电路。
附图中，图1为高频脉冲弧焊逆变器的基本原理方框图；图2a)、图2b)为高频脉冲弧焊逆变器的工作原理总电路图，其元件型号、规格见附表；图3为中频变压器BT结构图；图4为输出电抗器DK2的结构图。
本发明的电路工作过程如图1及图2a)、图2b)所示，单相220V(或三相380V)的交流网路电压；经输入整流器ZL1和滤波器变为直流电压，通过场效应管组T1－T8的快速开关作用，把该直流电压变成工作频率为40KHZ(或几十KHZ)的交变电压和断续电压，再经中频变压器BT降压为几十伏(根据不同弧焊工艺方法确定电压值)，然后通过输出整流器ZL2整流为单方向的矩形波电压，输出电抗器DK2是为获得一定的维持电流而设计的，稳压电源与操作电路分别用于提供电子控制电路、操作电路的稳定电压和控制主电路与控制电路的通电次序；电子控制电路用于产生脉冲控制信号来控制场效应管组T1－8的通断时间，亦控制脉冲宽度，调节焊接回路的电流、电压的输出值；软引弧电路从焊接回路的分流器FL取得电流反馈信号。再通过电子控制电路控制场效应管组T1－8，使输出脉冲宽度变窄，从而产生较低的引弧电压，实现低压引弧；限浪涌电流电路抑制了引弧冲击电流，防止场效应管损坏。
本发明的关键部分是场效应管式逆变器和焊接回路中的滤波环节、低压引弧电路及限浪涌电流电路。
如图2a)、图2b)所示，场效应管逆变器由若干只场效应管(管子数根据输出功率而定，例如50A需6只以上的管子，以此类推)T1－T8分两组连接成串联的半桥式电路，每只管子的动态电流分布可通过改变前置电阻Rg1－Rg8的阻值来调定，并尽可能使它们动态负荷均衡，中频主变压器BT起降压作用，使输出端获得所需的高频脉冲电压、电流。
焊接回路中的滤波环节、低压引弧电路和限浪涌电流电路是本发明又一关键部分，为了获得电流波形陡峭的高频脉冲，焊接输出回路的滤波环节参数的选择极为重要，发明人只采用电感量较小(20－30uH)的输出电抗器DK2，就可获得适量的维弧电流，并使电弧燃烧稳定，但不能并联容量较大的滤波电容，否则就不能获得脉冲电压或会使其波形畸变。由于输出是周期性变化很大的脉冲电流，在引弧时，为了保证大功率场效应管组不会因过大的冲击电流而损坏，所以在焊接回路和控制电路中接入低压引弧电路和限浪涌电流电路。限浪涌电流电路由晶闸管SCR、晶体管BG8、电阻R68～R69和电解电容C30等共同组成，引弧前，晶闸管SCR关断、引弧瞬间冲击电流通过电阻R68，正因为焊接回路中串入R68而限制了冲击电流(浪涌电流)的峰值，经一定时间的延时后，电阻R68上的电压降借助电阻R69和电容C30的分压，使BG8饱和导通而为晶闸管SCR提供触发脉冲，此时已置于正电位的晶闸管SCR便导通并把R68短路，这种状态一直保持在整个焊接过程中，以减小焊接功率的附加损耗。电阻R69的大小可通过试验来确定，一般要使其延时时间为1～3秒就可以。低压引弧电路用于接触式引弧时，输出较低的平均空载电压，以降低场效应管的冲击功率。低压引弧电路由电阻R62～R67、电容C31～C32、线性放大器KⅡ、光电耦合器件TC1、电位器W7、分流器FL等共同组成，在引弧前，逆变器开关脉冲的占空比由于电位器W4的存在而减为0.15，此时由于占空比小，输出的空载电压也减小。引弧后，经0.5～2秒的延时，分流器FL上的焊接电流反馈信号达一定值后，使光电耦合器件TC1的三极管因饱和导通而使电阻R47被短路，从而使逆变器开关脉冲的占空比恢复到预调定所需焊接电流的大小。
本发明与最相近的投术——晶体管式弧焊电源比较，具有如下显著的优点1.高频脉冲频率更高，晶体管式弧焊电源一般最高只可输出20～30KHZ的高频脉冲，而本发明可达到输出频率为140KHZ的高频脉冲，且脉冲波形仍然陡峭。
2.由于采用逆变式代替次级开关式，因而体积和重量可大大减小，重量仅为后者的1／8左右，而效率可提高20％左右。
3.高频脉冲弧焊逆变器控制功率极小，因此容易与微机配合使用，简化结构。
4.工作可靠性更好。绕制主变压器的工艺过程大大简化。
5.电弧挺度提高，焊缝成型较窄，焊接速度和生产率提高，并可采用钨极Ar弧焊代替微束等离子弧焊来对薄板或超薄板进行焊接。这样就可用工作可靠性好、结构简单的钨极Ar焊枪代替结构复杂的等离子弧焊枪，使工艺过程和调节参数大大简化。
对
如下附图3为中频主变压器BT结构图。图3中1为骨架；2为初级线圈，用16股φ0.6的漆包线扭合后，包上绝缘材料，然后绕制一层共16匝；3、5为屏蔽层，用极薄的铜片绕一匝并接地(接焊接机外壳)，且与N1及N2绝缘，铜片宽40mm；4为N2次级线圈，将两条宽为40mm、厚0.2mm的铜带，用绝缘材料隔离后迭合在一起绕制。每层绕一匝，共绕6层(即6匝)，这样可得到各为6匝的两个次级绕组。注意在抽头处一绕组的首与另一绕组的尾相连接作为中心抽头；6为磁芯，采用MXO——2000E型磁芯两对迭合起来使用。中心柱的面积S＝2×4＝8cm2，且要求磁芯接地，并按单相220伏电源变压器的规范要求浸漆，变压器用金属框架固定。
附图4为输出电抗器DK2的结构图。图中7为骨架，用绝缘材料制作；8为线圈，用厚0.4mm、宽42mm的铜带绕制，每层绕一匝，共绕12 3/4 匝，分别在0.5 3/4 、9 3/4 匝抽头，层与层之间要绝缘；9为屏蔽层，用极薄的铜片绕一匝，片宽为42mm，要求接地并与线圈绝缘；10为绝缘板；11为磁芯，采用E型磁芯E21－MXO－2000；电抗器要求用金属框架固定并要求浸漆。
实施本发明的最好方式是按照附图2a)、图2b)的工作原理总电路图及其元件附表所列元件型号、规格，按照本说明书制作出一台中试样机之后，进行中试投产。其中关键元件，如大功率场效应管、集成器件TDA4700和高频铁淦氧磁芯等尽可能采用进口元件。
元件附表
有*者为调机时再作调整
有*者为调机时再作调整
权利要求1.一种由输入整流器ZL1并接到把直流变成中频交变电压的逆变器(场效应管组T1～T8和中频变压器BJ)、再串接输出高频矩形脉冲电流的输出整流器ZL2、进而连接稳压电源和操作电路、串接通过电子控制电路控制场效应管组的软引弧电路及限浪涌电流电路而共同组成的高频脉冲弧焊逆变器，其特征在于具有采用若干只大功率场效应管分两组连接成串联的半桥式场效应管逆变器；降压输出高频脉冲电压、电流的中频变压器BT；在焊接回路中串联由晶闸管SCR、晶体管BG3、电阻R68～R69、电容C30等共同组成的限浪涌电流电路；在焊接回路与控制电路之间接入线性放大器KⅡ、光电耦合器件TC1、电位器W7、电阻R62～R67、电容C31～C32、分流器FL等共同组成的低压引弧电路。
专利摘要高频脉冲弧焊逆变器，采用大功率快速开关场效应管与中频变压器组成的逆变器和高频整流器，同时采用限浪涌电流电路和低压引弧电路。该逆变器输出频率高达140KH
文档编号B23K9/09GK2045344SQ87216329
公开日1989年10月4日 申请日期1987年12月9日 优先权日1987年12月9日
发明者黄石生 申请人:华南理工大学