本实用新型涉及电源领域，尤其涉及一种用于电弧焊机的数字化逆变电源。
背景技术：
目前，电弧焊机按现有的焊接电源形式来划分，其焊接形式可分为手工直流电弧焊、手工直流钨极氩弧焊、CO2直流气体保护焊、手工脉冲钨极氩弧焊、交流脉冲方波氩弧焊、单脉冲MAG\MIG气体保护焊、双脉冲MIG气体保护焊、等离子弧焊等，然而现有技术中焊接电源一般只能支持一种焊接形式，仅能形成一种输出静外特性，导致电弧焊机只能实现上述一种焊接形式满足特定的焊接需求。现有技术通常需要多种输出控制模式时均是采取近似输出静外特性形式，在需要实施较为精准的焊接性能时是无法满足的。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
技术实现要素：
为了克服现有技术的电弧焊机难以达到的涵盖电弧焊机所有输出类别的静外特性的技术问题，确有必要提供一种用于电弧焊机的数字化逆变电源，从而实现全性能电弧焊机，能够包含直流输出、脉冲输出、正负极性脉冲输出、模拟正弦波形输出等任意输出电压波形，使电弧焊机对输出特性电压达到更高精度。
为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型的技术方案如下：
一种用于电弧焊机的数字化逆变电源，包括第一高频变换逆变单元、第二高频变换逆变单元、输出切换单元以及控制系统，所述第一高频变换逆变单元和第二高频变换逆变单元结构相同，其输入端均与交流输入相连接，均包括一次整流电路、H桥开关电路、隔直耦合电容和高频变压器、二次整流电路、直流电抗和输出端，其在控制系统的同步控制下实现逆变并分别输出信号至第一输出端和第二输出端；所述输出切换单元串接在所述第一输出端和第二输出端之间，根据控制系统的指令使所述第一输出端和第二输出端之间实现隔离、同电位并联、串联或不同电位并联。
作为优选的技术方案，所述控制系统包括同步双驱动电路系统，所述同步双驱动电路系统用于产生驱动信号以控制第一高频变换逆变单元和第二高频变换逆变单元中IGBT开关管的开关。
作为优选的技术方案，所述输出切换单元进一步包括串接在所述第一输出端和第二输出端之间的第一继电器JDQ1和第二继电器JDQ2，所述第一继电器 JDQ1和第二继电器JDQ2包括控制端和多个控制触点，所述控制端与所述控制系统相连接，根据所述控制系统的控制指令控制所述第一继电器JDQ1和第二继电器JDQ2接通不同的控制触点从而在输出端实现隔离、同电位并联、串联或不同电位并联。
作为优选的技术方案，所述控制系统采用MCU实现。
作为优选的技术方案，所述第一高频变换逆变单元和第二高频变换逆变单元均设置4只IGBT开关管，所述控制系统产生8路独立驱动信号同步驱动8 只IGBT开关管。
作为优选的技术方案，所述第一高频变换逆变单元进一步包括第一电阻R1、第一电容C1、第三电容C3、第五电容C5、第七电容C7、第一IGBT开关管G1、第二IGBT开关管G2、第三IGBT开关管G3、第四IGBT开关管G4、第一变压器T1、第一二极管D1和第三二极管D3；
所述第二高频变换逆变单元进一步包括第二电阻R2、第二电容C2、第四电容C4、第六电容C6、第八电容C8、第五IGBT开关管G5、第六IGBT开关管 G6、第七IGBT开关管G7、第八IGBT开关管G8、第二变压器T2、第二二极管 D2和第四二极管D4。
作为优选的技术方案，所述第一高频变换逆变单元中作为全波整流二极管的第一二极管D1、第三二极管D3与所述第二高频变换逆变单元中作为全波整流二极管的第二二极管D2、第四二极管D4方向相反。
作为优选的技术方案，第一IGBT开关管G1、第二IGBT开关管G2、第三 IGBT开关管G3、第四IGBT开关管G4、第五IGBT开关管G5、第六IGBT开关管G6、第七IGBT开关管G7、第八IGBT开关管G8的栅极受控于所述控制系统。
作为优选的技术方案，所述控制系统产生的驱动信号为脉冲控制信号。
作为优选的技术方案，所述控制系统集成多个MCU。
与现有技术相比较，本实用新型采用复合集中驱动系统实现高频逆变多系统的同步控制；采用不同脉冲控制形式下实现的高精确焊接输出的技术；采用 MCU形式的规模化集成芯片，实现复杂系统的统一控制，在整体上提升或实现设备输出性能的高稳定和高质量。
附图说明
图1为本实用新型用于电弧焊机的数字化逆变电源的电路原理图。
图2为直流并联输出波形图。
图3为交替输出反极性并联输出波形。
图4为输出实现同极性串联模式实现的电压增幅模式输出的波形图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型提供的技术方案作进一步说明。
根据现有电弧焊接技术应用可按如下方式进行划分：按照交流配电输入采用三相供电还是单相供电、是否实现直流变换为高频交流的高频逆变、是否就脉冲输出型式正负半波实现分别的精确控制来划分、是否就焊接输出外特性和输出电压极性实现精确控制。上述焊接方式均存在各自的技术不足，而现有技术中焊接电源一般只能支持一种焊接形式，导致电弧焊机仅能应用于特定的技术领域。
在交流配电输入采用三相供电还是单相供电模式上主要体现在是否具备高效使用供电网络，用电设备不至于对供电网络造成破坏。三相供电设备因三相用电平衡即可具备这样的能力，而单相用电设备在用电功率达到一定额度后就会造成配电网络局部不平衡。现有技术多采用单相供电模式通过晶闸管控制或直接为单相降压变压器供电，变压器次级实现低压大电流输出。绝大部分工频类电弧焊机均采用该模式并在国内达到相当成熟稳定的应用。在引起供电网络出现相电压不平衡上、在引起供电网络三相相位差的精度保障上均出现技术性能限制的固有严重缺陷。
在是否实现直流变换为高频交流的高频逆变的技术应用方面，即是在相对于工频变压器实现降压和隔离的基本性能上采用功率开关管实现交替导通，形成较高频率的交流电流电压，在采用高频铁芯或磁芯的高频变压器上实现电磁能的交换。同样是达到了降压和隔离的效能，但转换效率得到明显的提高、转换器件即变压器实现较大的材料体积等的节约。同样的原理，转换频率越高上述两方面的优势更明显。但是，作为电弧焊类别，因为所需要输出的功率等级特别大，前述的工频类降压变压器即使很成熟，但其转换效率和采用晶闸管控制技术的劣势还是十分明显。在尽可能提升用电设备特别是大功率用电设备的用电效率上，在采用更高的逆变频率技术来达到其控制精度的提升更利于实现用电设备的实际作用效能方面，高频逆变式电弧焊产品已经在经济适应性、技术可靠性上显现其劣势。
在是否就脉冲输出型式正负半波实现分别的精确控制方面，在脉冲输出焊接电压波形型式上，现有的技术是通过控制系统产生可控脉冲，与给定电压调制实现给定电压的脉冲形式，产生输出电压的脉冲形式，这属于单极性脉冲输出形式；现有的技术还可以通过二次逆变技术，将直流输出电压通过半桥开关将半桥中点作为输出，形成中点电压的相对脉冲方波形式。
在是否就多种电压输出形式和多种输出静外特性控制方面，原有焊接电源一般只能形成一种根本的输出静外特性，而需要多种输出控制模式时均是采取近似输出静外特性形式。在需要实施较为精准的焊接性能时是无法满足的。
有上述可知，现有技术的电弧焊机难以达到的涵盖电弧焊机所有输出类别的静外特性技术，故针对上述技术缺陷，本实用新型采用了两部独立的脉冲输出电源，通过相同极性方式的串联，形成正负半波形式的脉冲输出。当正半波和负半波实现输出交替的时候即形成了整体形式的交替输出方波；正负半波分别予以控制可以实现更为丰富多样的交替方波输出模式；不出现独立交替方波输出形式的过零电压缺陷，电路更有效简单。本实用新型两部分电源分别实现脉冲连续输出，即占空比均达到100％时，等效为直流叠加模式，组合形成直流输出电压形式，等同于直流弧焊输出；其中一部电源实现脉冲占空比控制变化后，通过直流滤波电抗整形后，成为直流电压的控制变化；两部电源同步实施占空比调节时，等效于电压变换达到原有变化速度的两倍，等效于提升了动特性的响应速度。相对于本实用新型技术的应用，原有的采用脉冲与给定信号调制的脉冲焊输出形式，原有的采用二次逆变形式的变极性交替方波脉冲焊输出形式均有相对的劣势。
以下将详细描述本实用新型的实现原理。
参见图1，所示为本实用新型提供一种用于电弧焊机的数字化逆变电源的电路原理图，包括第一高频变换逆变单元、第二高频变换逆变单元、输出切换单元以及控制系统，第一高频变换逆变单元和第二高频变换逆变单元结构相同，其输入端均与交流输入相连接，均包括一次整流电路、H桥开关电路、隔直耦合电容和高频变压器、二次整流电路、直流电抗和输出端，其在控制系统的同步控制下实现逆变并分别输出信号至第一输出端和第二输出端；输出切换单元串接在第一输出端和第二输出端之间，根据控制系统的指令使第一输出端和第二输出端之间实现隔离、同电位并联、串联或不同电位并联。
进一步的，第一高频变换逆变单元进一步包括第一电阻R1、第一电容C1、第三电容C3、第五电容C5、第七电容C7、第一IGBT开关管G1、第二IGBT 开关管G2、第三IGBT开关管G3、第四IGBT开关管G4、第一变压器T1、第一二极管D1和第三二极管D3；
第二高频变换逆变单元进一步包括第二电阻R2、第二电容C2、第四电容 C4、第六电容C6、第八电容C8、第五IGBT开关管G5、第六IGBT开关管G6、第七IGBT开关管G7、第八IGBT开关管G8、第二变压器T2、第二二极管D2 和第四二极管D4。其中，第一IGBT开关管G1、第二IGBT开关管G2、第三IGBT 开关管G3、第四IGBT开关管G4、第五IGBT开关管G5、第六IGBT开关管G6、第七IGBT开关管G7、第八IGBT开关管G8的栅极受控于控制系统。具体的电路连接如图1所示，在此不再详述。
输出切换单元进一步包括串接在第一输出端和第二输出端之间的第一继电器JDQ1和第二继电器JDQ2，第一继电器JDQ1和第二继电器JDQ2包括控制端和多个控制触点，其中，第一继电器JDQ1至少包括控制触点A0、A1、A2、 A3；第二继电器JDQ2至少包括控制触点B0、B1、B2、B3；控制端与控制系统相连接，根据控制系统的控制指令控制第一继电器JDQ1和第二继电器JDQ2 接通不同的控制触点从而在输出端实现隔离、同电位并联、串联或不同电位并联。
由图1可知，AC1，AC2作为交流供电输入。分别提供给相同的两组电源电路，即第一高频变换逆变单元和第二高频变换逆变单元，两组逆变电源的输出实现直流正反极性两种连接模式。控制系统由产生驱动两组H桥的8只IGBT 开关的驱动信号的双驱动电路系统与其余控制等的控制系统组成，形成对两组逆变电路的同步控制。JDQ1和JDQ2组成的继电器的输出切换单元，能够将第一输出端1(OUT1)和第二输出端2(OUT2)之间实现隔离、同电位并联、串联或不同电位并联。
第一高频变换逆变单元中作为全波整流二极管的第一二极管D1、第三二极管D3与第二高频变换逆变单元中作为全波整流二极管的第二二极管D2、第四二极管D4方向相反。由于两个电源全波整流二极管方向相反，从而实现第一输出端和第二输出端极性相反，从而能够方便的实现各种输出状态组合，具体如下：
第一种状态，相同极性并联时，实际是电流的并联，增大输出电流能力；在这种状态取OUT1+和OUT1-的输出为本方案输出，实际是直流状态的输出。
第二种状态，相同极性串联时，实际是电压的串联，增大输出电压能力；在这种状态取OUT1-和OUT1+的输出时，电压输出能力增大，也是直流输出。
第三种状态，相反极性进行并联时，若都是直流连续输出即属于次级短路状态，电源会直接损坏。但就正好利用同步控制技术，两组电源实现完全错位工作形式，及不出现短路直通。在这种状态取OUT1+和OUT1-的输出为本方案输出。实际是交替变极性输出形式。
采用技术方案能够达到如下效能优势：
一个效能优势是和原有的单逆变系统或双逆变系统组成的逆变直流焊接电源一致，达到的各控制效能也一致。
二个效能优势是比原有的单逆变系统或双逆变系统组成的逆变直流焊接电源能形成更多形式的的电压输出形式，能够最大可能实现单机多功能焊接形式。
三个效能优势是比原有的二次逆变系统组成的逆变交直流焊接电源更适应特种焊接工艺需求。最主要的是形成正负方波半波是相对独立的电流回路，从根本上克服了原有交直流逆变系统由独立直流电源供电，二次逆变形成变极性输出的正负方波焊接电路的重大缺陷，就是过零时会断弧需要引入维弧电路。实际在焊接工艺角度看，是焊接电弧热能不能精准控制。
四个效能优势是比原有的单逆变系统或双逆变系统组成的逆变直流焊接电源能形成更多形式的的电压输出形式方面的提升，即是在两组电源上形成综合的统一控制基础上，分别实现脉冲控制形式，能够实现更多的焊接脉冲输出形式，达到电弧形成的各种输出形式。
另外，申请人在研究中发现，电弧焊接实际是电源系统的输出如何满足电弧热量实现对母材的加热熔化和对焊材的加热熔化两部分的供能的合理划分，还要满足焊材熔化形成的熔滴过渡到母材熔化形成的熔池，加入熔池形成焊缝，还要满足焊缝冷却后焊缝成形的高度一致性。甚至，还要尽可能在满足熔化效果的前提下以最小的热量形式形成焊接，防止母材热量挥发过程中的变形。
在焊接工艺中用线能量来表征单位长度焊缝获得的焊接热能。线能量过大，则焊接接头中的受热区增大，过热区晶粒变大，热影响区脆化，接头强度下降；线能量过小，则在钢类焊接中产生淬硬组织，接头韧性下降，易产生裂纹。
在焊接工艺中铝焊接时，因铝材质因素会吸附氢气，造成气孔。只能用直流脉冲焊焊接或交流脉冲焊焊接，目的是排出气体。
在焊接工艺中实现超薄板焊接时，熔化极焊接形式因效率高而希望被采用，但需要实现焊接时焊丝直径已大于板材厚度。只能采用交流脉冲焊焊接。
为了解决上述技术问题，在一种优选实施方式中，控制系统产生的驱动信号为脉冲控制信号，从在上述高频逆变系统同步控制实现的电路技术基础上，采用不同脉冲控制形式下实现的高精确焊接输出。
参见图2，表征了两组逆变电源均为连续输出时的并联输出波形和控制系统引入电流电压反馈后稳定的负载输出弧压波形。
这个状态下，电压维持到两电源同等输出幅值，而电流却实现两组电源输出电流的叠加。形成的焊接效果是电压能够实现波动互补，电压稳定度更高；电流输出在电压控制型焊接电源中是动态的，其动特性能力体现在瞬间电流上升率效果，实现熔滴短路瞬间爆断形成新的电弧。在平特性半自动或自动化焊接电源如CO2气体保护焊电源是十分有效的输出性能提升。
参见图3，表征了两组逆变电源为交替输出并实现相反极性的并联输出波形和控制系统引入电流电压反馈后稳定的负载输出弧压波形。
这个状态下，首先基于两组电源交替输出，即上电源输出时，下电源输出被屏蔽而禁止，下电源输出时，上电源输出被屏蔽而禁止。实现两组电源输出电流的叠加。形成的焊接效果是电压输出实现正负两种输出形式，等同于原有焊接电源的通过二次逆变实现的交替方波输出的形式。但本实用新型技术方案还有优点，在于其一：以逆变的基本频率20KHz为基础，可以将交替输出正负半波频率从0---1KHz这个足够大的范围予以实现。高于1KHz的交替输出效果因为大电流因素，交替频率过高引起的电磁辐射等问题的处置难度问题，作为暂不考虑的范畴。就1KHz的交替转换频率，以熔滴过渡达到脉冲过渡后需要实现的二次调制频率，已经完全满足其实现高速焊接的参数需要。在于其二：常规直流CO2气体半自动焊接再实现常规碳钢焊接时，飞溅损耗是焊接成形造就难题的最大因素，本实用新型技术方案可以通过图三所示状态连接形式，在短路过渡的瞬间，以主要直流输出承担部分的上组电源短期停止输出，由下组电源实现在此瞬间期间的输出，形成负极性输出，快速的实现熔滴的收缩，这样形成最为有效控制的波形控制实现形式。从根本上达到直流常规碳钢等焊接的无飞溅焊接实现。在平特性半自动或自动化焊接电源如CO2气体保护焊电源是十分有效的输出性能提升。
参见图4，表征了两组逆变电源以相同极性实现串联模式时的输出波形和控制系统引入电流电压反馈后稳定的负载输出弧压波形。
这个状态下，电压达到两电源直流输出幅值的和，而电流实现两组电源输出相等。相对于原有直流焊接电源本技术方案可以实现下电源工作、上电源停止的较低电压输出的氩弧焊功能，实现两电源均工作的较高电压输出的等离子焊功能。
综合上述几个连接状态所实现的焊接电源输出形式来讲，本实用新型技术方案所能够实现的焊接形式几乎涵盖了所有的现有焊接形式输出。即本实用新型技术方案所形成全性能数字化焊接电源，从而能够实现现有技术几乎全部的焊接形式，至少包括以下：手工直流电弧焊、手工直流钨极氩弧焊、CO2直流气体保护焊、手工脉冲钨极氩弧焊、交流脉冲方波氩弧焊、单脉冲MAG\MIG 气体保护焊、双脉冲MIG气体保护焊、等离子弧焊等。
进一步的，控制系统采用MCU实现。图1所示中，两组独立工作的逆变式焊接电源受统一的中央部件控制工作。其中首先实现其逆变开关驱动的驱动电路就具有其独特的新技术应用。其根本含义是指两组驱动电路产生的8路驱动信号需要实施统一管理，在不同的输出形式下，需要对其每一个信号进行时序和时间长度的控制，而且还需要至少2路信号作为和8个驱动信号之间实现同步运算管理的驱动触发信号来控制相关执行期间的工作时序配合。如此形成的驱动电路功能部分，还涵盖了部分保护功能中需要强制实施安全保护措施项目信号的介入，作为对最大驱动脉冲宽度的限制条件。
如此的驱动电路功能部件，是本实用新型技术方案的组成之一，是形成整体合理化技术方案得以实施的新型零部件。
一般的逆变式焊接电源的控制系统具有电源电路、给定输入电路、反馈采样电路、线性放大电路、PI/PD调节电路、PWM波形专用控制电路和外围部件工作控制电路等。本实用新型是采用双系统组合模式和控制驱动综合模式，相当于是多种控制电路的复合组成，采用多个大规模集成控制芯片，如多个MCU 芯片来实现。MCU相互之间实现通信，从而将十分纷繁复杂的部分由大规模集成控制芯片予以实现管理。将输入输出的各种参数均予以采集归纳，将各种工艺参数通过传感器类变更为电参数予以采集归纳，将各种操作模式通过分解分配变更为各执行零部件的控制状态电平形成执行模式，将各种工艺参数通过通信给面板显示器予以明确标识。
进一步的，自动化、智能化焊接系统的重要组成部分就是焊接电源，采用相同的焊接电源利用于不同的系统组成环节，其组合模态的建立和管理又会得到重大的提升。再有，就是这样的智能化系统中所采用的分支组成设备，也是其数据化管理越全面越好，通信接口无障碍最好。同时，自动化、智能化焊接系统和其配套作用的用电设备一起纳入中心控制系统，实现整个焊接系统的一体化管理，不仅能解决其安全、效能和智能的所有弊端，还能在出现不可预计的许多系统焊接异常、设备环境异常和工艺实现异常等很多方面的问题时得到高度的保障和故障记录，便于维护或调修。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。