专利名称：手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备的制作方法
技术领域：
手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备
技术领域：
本实用新型涉及电弧焊接或电弧切割，以及用等离子焊接或切割的组合设备, 特别涉及手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割的组合设备。
背景技术：
现有技术手工电弧焊的工作电压为U-20+0. 04 x 1, U为焊接时的工作电压，I 为焊接时的工作电流，若1=160安，则U=26.4伏；现有技术氩弧焯的工作电压为 U=10+0. 04x1,若1=160安，则U-16. 4V;等离子切割的工作电压为U=80+0. 4 x I，
若1=40安，则U-96V。假若在同一台设备的焊接电源上实现手工电弧焊、氩弧焊和 等离子切割的功能，则需要提供三种不同的工作电压，即必须在主变压器和整流电 路上进行电压切换以得到所需要的输出电压。现有技术是在主变压器的初级线圈或 次级线圈上增加抽头，然后通过继电器来转换得到不同的输出电压；或者是，釆用两 套变压器和整流电路构建焊接和切割的组合设备。现有技术的缺点如下
1、 增加变压器的初级线圈或次级线圈上的抽头数量或另外增加一套变压器和 整流电路虽然可以构建焊接和切割的组合设备，但主要功率部件如变压器、整流二 极管、电抗器和开关器件均不能完全共用，需要另外设计变压器和整流电路，造成 变压器绕组利用率低下、温升高和变压器初级线圈或次级线圈绕制复杂；
2、 手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三种功能的转换电路复杂，体积大，性 能价格比不高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种 手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备，该三用一体式焊接设备具 有体积小、性价比高、效率高和结构简单的优点。
本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是
提供一种手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备，依次包括电 源接入及过电压防护模块、工频整流及滤波模块、高频逆变-变压模块、高频整流 模块和直流电力输出模块，以及电流给定与反馈电路、驱动电路模块、包含有控制
单元电路的控制电路模块和辅助电源；所述辅助电源由所述工频整流及滤波模块提 供输入电力，其输出为所述驱动电路模块和控制电路模块提供稳定直流电压；所述电流给定与反馈电路对所述直流电力输出模块的输出电流采样，然后给所述控制电 路模块提供反馈信号，以保证所述焊接设备按预先设定的功能稳定输出；所述驱动 电路模块接受所述控制电路模块的输入信号，为所述高频逆变-变压模块提供所需
驱动信号；所述高频逆变-变压模块的变压器绕组包括两组以上的次级线圈；所述 高频整流模块还包括串并联转换单元;所述控制电路模块包括设有单刀三掷开关的 功能转换单元；通过所述控制电路模块的功能转换单元来控制所述高频整流模块中 的串并联转换单元，使所述高频逆变-变压模块之变压器两组以上的次级线圈的电 连接为并联或者串联,从而使所述焊接设备分别为手工电弧焊或氩弧焊或等离子切 割工作方式提供不同的输出电压和输出电流。
同现有技术相比较，本实用新型手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式 焊接设备其有益效果在于
1、 主变压器的初级线圈或次级线圈不需要用抽头来切换电压，而是直接釆用 2-3台变压器初级线圈并联,各次级线圈通过两只继电器的触点变换连接，共用同 一套主变压器及工频整流电路，通过控制电路来改变两只继电器的触点状态来转换 主变压器次级线圈的串联和并联的连接方式来达到一台设备有多种用途如手工电 弧焊、氩弧焊和等离子切割的目的；
2、 主要功率部件如变压器、整流二极管、电抗器和开关器件等完全共用，体积 小、性价比高、效率高和结构简单。
图l是本实用新型手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备的电 原理方框示意图2是所述焊接设备的控制电路模块用于控制电力输出绕组串并联换接的功能 转换单元之电路原理示意图3是所述焊接设备的高频整流模块之串并联转换单元的电路原理示意图4是所述高频整流模块内串并联转换单元将各次级绕组转换成并联连接的 "简化"电原理示意图5是所述高频整流模块内串并联转换单元将各次级绕组转换成串联连接的 "简化"电原理示意图。
具体实施方式
下面结合各附图对本实用新型作进一步详细说明。
6参见图1至图5，一种手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备, 依次包括电源接入及过电压防护模块IO、工频整流及滤波模块20、高频逆变-变压 模块30、高频整流模块40和直流电力输出模块50,以及电流给定与反馈电路70、 驱动电路模块80、包含有控制单元电路96的控制电路模块90和辅助电源60;所述 辅助电源60由所述工频整流及滤波模块20提供输入电力，其输出为所述驱动电路 模块80和控制电路模块90提供稳定直流电压；所述电流给定与反馈电路70对所述 直流电力输出模块50的输出电流釆样，然后给所述控制电路模块90提供反馈信号， 以保证所述焊接设备按预先设定的功能稳定输出；所述驱动电路模块80接受所述控 制电路模块90的输入信号，为所述高频逆变-变压模块30提供所需驱动信号；所述 高频逆变-变压模块30的变压器绕组包括两组以上的次级线圈；所述高频整流模块 40还包括串并联转换单元41;所述控制电路模块90包括设有单刀三掷开关Kl的功 能转换单元91;通过所述控制电路模块90的功能转换单元91来控制所述高频整流 模块40中的串并联转换单元41,使所述高频逆变-变压模块30之变压器两组以上的 次级线圈的电连接为并联或者串联,从而使所述焊接设备分别为手工电弧焊或氩弧 焊或等离子切割工作方式提供不同的输出电压和输出电流。
参见图1和图3，上述高频逆变-变压模块30包括两台高频变压器T1、 T2,每 台变压器有两组次级线圈Tl2、 T13，T"、 T73,所述四组次级线圏TIL T13、 H2、 T23都各自设置有中间抽头T121、 T131、 T221、 T231;所述串并联转换单元41包括 两个各三组触点的继电器的各组触点；所述四束中间抽头T121、 T1M、 T"l分别通 过继电器J5、 J6的动断触点J5a、 J5c、 J6b与所述中间抽头T231电连接在一起， 然后再经电流互感器CTl连接至所述高频整流模块40输出端V。uT/ V。UT'的负极；所 述两组次级线圈T13、 T22的各两束输出线各自经自己的二极管D33、 D34、 D35、 D36 后合并为两東线，再分别经滤波电感L2、 L3后分别通过继电器J5、 J6的动断触点 J5b、J6a与所述高频整流模块40输出端V咖/V,'的正极电连接；所述次级线圏TU 的两東输出线经各自的二极管D31、 D32后合并为一東线，再经滤波电感Ll后也与 所述高频整流模块40输出端V,/ V。u/的正极电连接；所述次级线圈T23的两束输 出线经各自的二极管D37、 D38后合并为一束线，再经滤波电感L4后通过串联的釆 样电阻R39及继电器J6的动断触点J6c与所述高频整流模块40输出端V。UT/ VM/ 的正极电连接；所述继电器J5的动合触点"a与动触点J化电连接；所述继电器J5 的动合触点J5c与所述继电器J6的动触点J6a电连接；所述继电器J6的动合触点 J6b与另一动合触点J6c电连接。
参见图1和图2,所述功能转换单元91还包括光藕合器GD1、气阀控制继电器 J2、高电压控制继电器J3、四只二极管D3-D5、两个各三组触点的继电器的励磁线圈和场效应晶体管CS1;所述单刀三掷开关Kl的脚2电连接所述辅助电源60的正 极,本实用新型中，脚2电连接24伏的直流电源，其两脚1、 3之间接有所述二极管 D4,其中该二极管IM的正极接脚l，脚3通过电阻R6接所述光藕合器GD1内部发光 二极管的正极;所述两继电器J5、 J6的励磁线圏并联再与所述二极管D5并联后其 一个接线端接所述功能切换开关Kl的脚l，其中该二极管D5的负极接脚l;所述高 电压控制继电器J3的励磁线圈与所述二极管D6并联后其一个接线端接所述单刀三 掷开关Kl的脚3,其中该二极管D6的负极接脚3;所述光藕合器GD1内部发光二极 管的负极接三极管Q3的集电极,所述光藕合器GD1内部三极管的集电极接所述控制 单元电路96的脚18;所述气阀控制继电器J2的励磁线圈与所述二极管D3并联后其 一个接线端接所述场效应晶体管CS1的漏极，其另一个接线端接所述辅助电源60的 正极，即24伏的直流电源，其中该二极管D3的正极接场效应晶体管CS1的漏极。
所述两个各三组触点的继电器是微型电磁继电器。
所述光藕合器GDI的型号是PC817-3。
所述控制单元电路96是用于控制所述驱动电路模块80为所述高频逆变-变压 模块30作P丽逆变提供驱动信号的电路。
需要说明如下图2是所述焊接设备的控制电路模块用于控制电力输出绕组串 并联换接的功能转换单元之电路原理示意图；图3是所述焊接设备的高频整流模块 之串并联转换单元的电路原理示意图。在图2和图3中，用标号97和49表示的各 倒三角形是表示各该电路中的电压参考点，即信号接地。
参见图1，所述控制电路模块90还电连接有过电流防护电路99，对主电路电流 进行釆样，当主电路电流超过允许值，便通过所述控制电路模块90停止所述高频 逆变-变压模块30的工作。
参见图1，所述控制电路模块90还电连接有保护指示电路98。
现有技术的单功能氩弧焊和手工电弧焊的区别除了主变压器参数及相应的工 作电压不同外，氩弧焊多了高频高压产生及控制电路、增压起弧电路、高频防护电 路，气阀时序控制电路等。实际上，氩弧焊和手工电弧焊因工作电压相差不大，可 以共用同一套主变压器及次级绕组整流电路，无需改变主变压器的匝数比.只要添 加手动开关及高频高压和气阀控制电路并把气阀控制电路置于手动开关的控制之 下即可，使用时更换焊枪，添加气瓶便行。
等离子切割与氩弧焊的主要区别在于主变压器次级绕组输出电压、输出电流的差异很大，而高频和气阀的控制电路基本相同。同时使用两个或两个以上的焊接电 源，通过并联与串联的转换，便可方便地实现在不同功能下输出电压、电流的变换, 如图4和图5所示。
由图4和图5可知，当四组次级绕组并联时，输出电压低、输出电流大，此时 为手工电弧焊或氩弧焊的状态。而当四组次级绕组串联时，输出电压高、输出电流 小，此时为等离子切割的状态。本实用新型就是根据此原理，为了提高性价比，将 主要功率器件共用，使焊接设备变换不同的输出电压、输出电流，该变换是通过改 变主变压器输出回路中继电器各触点的通或断的连接关系，将多组主变压器次级绕 组进行并联或串联。
本实用新型所述三用一体式焊接设备的工作原理，参见图2至图5:
一、 手工电弧焊功能。单刀三掷开关K1打到中间位置，即脚2的位置，光藕合 器GDI输入为低电平，光藕合器GDI为关断状态，控制单元电路96的脚18为高电 平，所述三用一体式焊接设备有电压输出。同时场效应晶体管CS1的栅极为低电平， 气阀控制继电器J2不动作，气闽关闭。高电压控制继电器J3由于没有24V的直流 电源供电而不动作。由于继电器J5、 J6也没有动作，变压器T1、 T2的四组次级线 圈T12、 T13、 T22、 T23并联，此时所述三用 一体式焊接设备总输出电流由变压器 二次侧的四路电流并联，流过采样电阻R39的电流为全部输出电流的1/4。
二、 氩弧焊功能。单刀三掷开关K1打到上方位置，即脚3的位置。手动开关n 断开，光藕合器GDI输入的1脚为高电平，即光藕合器GDI内部发光二极管的正极 为高电平，三极管Q3导通，光藕合器GDI输入的2脚为低电平，即光藕合器GD1 内部发光二极管的负极为低电平，光藕合器GDI为开通状态，控制单元电路96的脚 18为低电平，所述三用一体式焊接设备无电压输出。
当手动开关K2闭合，此时三极管Q3截止，光藕合器GD1输入的2脚为高电平， 即光藕合器GDI内部发光二极管的负极为高电平，光藕合器GDI不导通，控制单元 电路96的脚18为高电平，所述三用一体式焊接设备有电压输出。同时场效应晶体 管CS1的栅极为高电平，气阀控制继电器J2动作，气闽开通。高电压控制继电器 J3由于有24V的直流电源供电，高电压控制继电器J3动作。由于二极管04的隔离 作用，继电器J5、 J6仍然没有24V的直流电源供电而保持不动作。由于继电器J5、 J6还是没有动作，变压器T1、 T7的四组次级线圈T12、 T13、 T22、 T23并联，此时
所述三用一体式焊接设备总输出电流由变压器二次侧的四路电流并联而成，流过采 样电阻R39的电流为全部输出电流的1/4。
三、 等离子切割功能。单刀三掷开关K1打到下方位置，即脚1的位置。手动开关K2断开，光藕合器GD1输入的1脚为高电平，即光藕合器GD1内部发光二极管的 正极为高电平，三极管Q3导通，光藕合器GD1输入的2脚为低电平，即光藕合器 GDI内部发光二极管的负极为低电平,光藕合器GDI为开通状态，控制单元电路96 的脚18为低电平，所述三用一体式焊接设备无电压输出。
当手动开关K2闭合，此时三极管Q3截止，光藕合器GD1输入的2脚为高电平， 即光藕合器GD1内部发光二极管的负极为高电平，光藕合器GDI不导通，控制单元 电路96的脚18为高电平，所述三用一体式焊接设备有电压输出。同时场效应晶体 管CS1的栅极为高电平，气阀控制继电器J2动作，气阀开通。高电压控制继电器 J3由于有24V的直流电源供电，高电压控制继电器J3动作。此时，两只继电器J5、 J6有24V的直流电源供电，继电器J5、 J6开始动作，两个继电器J5、 J6的各三组 触点吸合，变压器T1、 T2 二次侧的四组次级线圈Tl2、 T13、 T"、 T23串联；此时 所述三用 一体式焊接设备总输出电压由变压器二次侧的四路电压串联而成，流过采 样电阻R39的电流等于输出电流。
通过以上各电路的转换，本实用新型就以简单高效的方法实现了手工电弧焊、 氩弧焊和等离子切割共用的所述焊接设备。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详 细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领 域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形 和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所 做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。
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权利要求1. 一种手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备，依次包括电源接入及过电压防护模块(10)、工频整流及滤波模块(20)、高频逆变-变压模块(30)、高频整流模块(40)和直流电力输出模块(50)，以及电流给定与反馈电路(70)、驱动电路模块(80)、包含有控制单元电路(96)的控制电路模块(90)和辅助电源(60)；所述辅助电源(60)由所述工频整流及滤波模块(20)提供输入电力，其输出为所述驱动电路模块(80)和控制电路模块(90)提供稳定直流电压；所述电流给定与反馈电路(70)对所述直流电力输出模块(50)的输出电流采样，然后给所述控制电路模块(90)提供反馈信号，以保证所述焊接设备按预先设定的功能稳定输出；所述驱动电路模块(80)接受所述控制电路模块(90)的输入信号，为所述高频逆变-变压模块(30)提供所需驱动信号；其特征在于所述高频逆变-变压模块(30)的变压器绕组包括两组以上的次级线圈；所述高频整流模块(40)还包括串并联转换单元(41)；所述控制电路模块(90)包括设有单刀三掷开关(K1)的功能转换单元(91)；通过所述控制电路模块(90)的功能转换单元(91)来控制所述高频整流模块(40)中的串并联转换单元(41)，使所述高频逆变-变压模块(30)之变压器两组以上次级线圈的电连接为并联或者串联，从而使所述焊接设备分别为手工电弧焊或氩弧焊或等离子切割工作方式提供不同的输出电压和输出电流。
2. 根据权利要求l所述的手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备， 其特征在于所述高频逆变-变压模块(30)包括两台高频变压器(T1、 n)，每台变压器有 两组次级线圈(T12、 T13,T22、 T23),所述四组次级线圃(T12、 T13、 T22、 T23) 都各自设置有中间抽头(T121、 T131、 T221、 ;所述串并联转换单元"1)包括两个各三组触点的继电器的各组触点；所述四束中间抽头(T121、 T131、 H21) 分别通过继电器(J5、 J6)的动断触点(J5a、 J5c、 J6b)与所述中间抽头(H31)电 连接在一起，然后再经电流互感器(CT1)连接至所述高频整流模块010)输出端 (W V。u/ )的负极;所述两组次级线圈(T13、 T22)的各两東输出线各自经自己 的二极管(D33、 D34、 D35、 D36)后合并为两東线，再分别经滤波电感(Lh L"后 分别通过继电器(J5、 J6)的动断触点(J5b、 J6a)与所述高频整流模块(40)输出 端(V。J V。ut')的正极电连接；所述次级线圈(T12)的两束输出线经各自的二极管 (D31、 D32)后合并为一束线，再经滤波电感(L1)后也与所述高频整流模块H0)输出端0U/ V。u/ )的正极电连接；所述次级线圈(T23)的两東输出线经各自的二极 管(D37、 DM)后合并为一束线，再经滤波电感(L4)后通过串联的采样电阻(R39) 及继电器(JO的动断触点(J6c)与所述高频整流模块(40)输出端OU/ V叫/ )的 正极电连接；所述继电器(J5)的动合触点(J5a)与动触点(J5b)电连接；所述继电 器(J5)的动合触点(J5c)与所述继电器(J6)的动触点(J6a)电连接；所述继电器 (J6)的动合触点(J6b)与另 一动合触点(J6c)电连接。
3. 根据权利要求l所述的手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备， 其特征在于所述功能转换单元(91)还包括光藕合器(GD1)、气阀控制继电器(J2)、高电 压控制继电器(J3)、四只二极管(D3-D5)、两个各三组触点的继电器的励磁线 圈和场效应晶体管(CS1);所述单刀三掷开关(Kl)的脚(2)电连接所述辅助电源 (60)的正极，其两脚(1、 3)之间接有所述二极管(D4),其中该二极管(D4)的正极 接脚(1)，脚(3)通过电阻(R6)接所述光藕合器(GDI)内部发光二极管的正极；所 述两继电器(J5、 J6)的励磁线圈并联再与所述二极管(D5)并联后其一个接线端 接所述功能切换开关(n)的脚(1),其中该二极管(D5)的负极接脚(1);所述高电 压控制继电器(J3)的励磁线圈与所述二极管(D6)并联后其一个接线端接所述单 刀三掷开关(Kl)的脚(3)，其中该二极管(D6)的负极接脚(3);所述光藕合器(GDI) 内部发光二极管的负极接三极管(Q3)的集电极,所述光藕合器(GDI)内部三极管 的集电极接所述控制单元电路(96)的脚(18);所述气阀控制继电器(J2)的励磁 线圈与所述二极管(D3)并联后其一个接线端接所述场效应晶体管(CS1)的漏极， 其另 一个接线端接所述辅助电源(60)的正极，其中该二极管(D3)的正极接场效 应晶体管(CS1)的漏极。
4. 根据权利要求3所述的手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备， 其特征在于所述两个各三组触点的继电器是微型电磁继电器。
5. 根据权利要求3所述的手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备，其特征在于所述光藕合器(GDI)的型号是PC817-3。
6. 根据权利要求3所述的手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备，其特征在于所述控制单元电路(96)是用于控制所述驱动电路模块(80)为所述高频逆变 -变压模块(30)作PWM逆变提供驱动信号的电路。
7. 根据权利要求1 6任一项所述的手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式 焊接设备，其特征在于所述控制电路模块(90)还电连接有过电流防护电路(99),对主电路电流进 行采样，当主电路电流超过允许值，便通过所述控制电路模块(90)停止所述高 频逆变-变压模块(30)的工作。
8. 根据权利要求7所述的手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备， 其特征在于所述控制电路模块(90)还电连接有保护指示电路(98)。
专利摘要一种手工电弧焊、氩弧焊和等离子切割三用一体式焊接设备，依次包括电源接入及过电压防护模块、工频整流及滤波模块、高频逆变-变压模块、包含有串并联转换单元的高频整流模块和直流电力输出模块，以及电流给定与反馈电路、驱动电路模块、包含有功能转换单元的控制电路模块和辅助电源；高频逆变-变压模块的变压器绕组包括两组以上的次级线圈；通过控制电路模块的功能转换单元来控制高频整流模块中的串并联转换单元，使高频逆变-变压模块之变压器两组以上的次级线圈的电连接为并联或者串联，从而使焊接设备分别为手工电弧焊或氩弧焊或等离子切割工作方式提供不同的输出电压和输出电流。本实用新型三用一体式焊接设备具有体积小、性价比高、效率高和结构简单的优点。
文档编号B23K28/02GK201287244SQ20082021286
公开日2009年8月12日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者光 邱 申请人:深圳市瑞凌实业有限公司