专利名称：绝缘栅双极型晶体管逆变交直流氩弧焊机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种焊接设备，具体涉及绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊 机。
背景技术：
现有技术的目前的交直流氩弧机绝大多数为可控硅(SRC)的工频整流的电源。由 于可控硅的开关频率为50-60HZ，所以主变压器非常大和重。由U = 4. 44NBSf公式(其中 U表示变压器的输入电压，N为绕制匝数，S为变压器的铁芯截面积，f为输入电压的频率，B 为铁芯的磁感应强度)。可知U、B和N不变的情况下，f增大，则S减小。工频为50Hz，而 绝缘栅双极晶体管的开关频率为20000Hz，可见其它条件相同的情况下，绝缘栅双极晶体管 的逆变电源的主变压器可以比工频整流的主变压器小400倍左右。可见这种工频整流电源 耗材、耗电、体积大、重量重。再者由于工频整流的交直流氩弧机电流过零时很平缓，就需要 加高压来维弧，不然就会断弧。逆变技术用于切割电源已近二十来年，当初是可控硅(SCR)逆变。由于逆变频率 不高使得体积大、重量重、成本高，现已停止生产。现有工业级的交直流氩弧电源几乎都采 用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor简称IGBT)逆变，但多数采 用硬开关技术，硬开关开关损耗大发热量高，尖峰电压也高，这样吸收电路也复杂，且难以 达到理想的吸收效果，绝缘栅双极晶体管易损坏。再者，中频变压器多改采用铁氧体磁性材 料，初次级采用单股铜线或铜排，由于集肤效应的作用，电流密度大、发热量高。另外，逻辑 控制电路很复杂，故障率高。鉴于上述问题，本实用新型公开了一种绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机。 其具有如下文所述之技术特征，以解决现有的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，是一种电 弧稳定的可实现手工电弧焊、直流恒流氩弧焊、直流脉冲氩弧焊、交流恒流氩弧焊、交流脉 冲氩弧焊的多功能焊接设备，且节能、环保。本实用新型采用了绝缘栅双极型大功率晶体管 绝缘栅双极晶体管及脉宽调制(PWM)软开关技术设计的逆变交直流氩弧机，同时采用单片 机进行逻辑控制和焊接参数的设定。它不仅体积小、重量轻，而且控制电路简单故障率及 低，有合理的静外特性和良好的动态性能，使得起弧容易，电弧稳定，焊接质量高，自调节能 力强，焊接电流连续可调，工件变形小，焊缝成型美观等优点。通过脉冲电流、脉冲频率、脉 冲宽度、交流电流、交流频率、清理比例及交流偏置比例的调节可得到焊缝所需之熔深、熔 宽及波纹数，延长钨极寿命，特别适用于自动焊和机器人焊接，也是一种低噪音、高功率因 素、高效率的高效节能设备。本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机(WSME-500)的目的是通过以 下技术方案实现的一种绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机(WSME-500)，包括由前面
4板、后面板、下面板、上面板、左面板和右面板构成的壳体及设置在壳体的前面板上的显示 板、设置在壳体的后面板上的输入接线端子、空气开关和一对风机；所述的空气开关设置在 输入接线端子的一侧；所述的一对风机竖直排列，位于输入接线端子的下端；所述的前面 板的下端还设有焊接电缆负接线端子、焊接电缆直流接线端子及焊机电缆交流接线端子； 还包括设置在壳体中的控制装置。所述的控制装置包括一次逆变操作机构、二次逆变操作机构、水平设置在壳体内 上端的元件板、水平设置在壳体内中间位置的中板及设置在元件板上的主控制电路、驱动 电路、控制变压器和三相电感，主控制电路分别与驱动电路、控制变压器及三相电感连接。上述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其中，所述的一次逆变操作机构 设置在中板上，位于元件板下方；所述的一次逆变操作机构包括右侧散热器、工频整流器、 滤波器及绝缘栅双极晶体管逆变器；所述的工频整流器设置在右侧散热器上；所述的滤波 器设置在右侧散热器上，位于工频整流器的下侧；所述的绝缘栅双极晶体管逆变器设置在 右侧散热器上，位于工频整流器的一侧。上述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其中，所述的绝缘栅双极晶体管 逆变器由超前臂和滞后臂构成，所述的超前臂包括第一大功率绝缘栅双极晶体管与第五二 极管并联构成的第一超前臂及第三大功率绝缘栅双极晶体管与第六二极管并联构成的第 二超前臂，所述的滞后臂包括第二大功率绝缘栅双极晶体管与第七二极管并联构成的第一 滞后臂及第四大功率绝缘栅双极晶体管与第八二极管并联构成的第二滞后臂；所述的第一 超前臂与第二超前臂连接，第一滞后臂与第二滞后臂连接；第一大功率绝缘栅双极晶体管、 第三大功率绝缘栅双极晶体管、第二大功率绝缘栅双极晶体管及第四大功率绝缘栅双极晶 体管与驱动电路连接。上述的一种绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其中，还包括两个电容串联 构成的全桥移相谐振式电路；该全桥移相谐振式电路设置在超前臂和滞后臂之间，第一超 前臂、第一滞后臂及第六电容并联连接，第二超前臂、第二滞后臂及第五电容并联连接。上述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其中，所述的二次逆变操作机构 包括左侧散热器、中频变压器、中频整流器、二次逆变快速二极管、二次逆变绝缘栅双极晶 体管、电抗器、升压变压器及电流霍尔传感器；中频整流器由第一二极管、第二二极管、第 三二极管和第四二极管并联构成；所述的中频变压器吊装在中板下方，位于绝缘栅双极晶 体管逆变器的正下方；所述的中频整流器设置在左侧散热器上，位于中频变压器的一侧； 所述的二次逆变快速二极管设置在左侧散热器上，夹置在中频变压器及中频整流器之间； 所述的二次逆变绝缘栅双极晶体管设置在左侧散热器上，位于中板及元件板之间；所述的 电抗器设置在下面板的一侧，该电抗器和二次逆变绝缘栅双极晶体管构成二次逆变电路； 所述的升压变压器吊装在中板下，位于电抗器的上方；所述的电流霍尔传感器套置在输入 接线端子处，位于中板及元件板之间的二次逆变绝缘栅双极晶体管的一侧。上述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其中，第一超前臂、第二超前臂、 第一滞后臂和第二滞后臂分别与中频变压器的初级线圈的一端连接，第四大功率绝缘栅双 极晶体管的集电极通过隔直电容和第一电感与中频变压器的初级线圈的另一端连接。上述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其中，所述的显示板呈方形，显示 板的中央设有数字显示屏，显示板的下端两侧分别设有两个手动旋钮，显示板上还间隔设有多个指示灯，数字显示屏的一侧设有多个选择按钮。上述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其中，所述的三相电感设置在元 件板的一端边缘上；所述的驱动电路设置在三相电感的一侧；在驱动电路的一侧固定设有 主控制电路。上述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其中，所述的输入接线端子外接 380V三相交流电源，输入接线端子的三个输出端分别与空气开关的三个输入端对应连接， 空气开关的三个输出端分别与三相电感的三个输入端对应连接，一对风机分别连接在空气 开关的输出端，三相电感的三个输出端分别与工频整流器的三个输入端对应连接，工频整 流器的两个输出端连接滤波器，工频整流器向滤波器传输直流电压，绝缘栅双极晶体管逆 变器的输入端与滤波器两端连接，滤波器向绝缘栅双极晶体管逆变器提供经滤波器滤波后 的直流电压，绝缘栅双极晶体管逆变器的输出端与中频变压器的输入端连接，绝缘栅双极 晶体管逆变器向中频变压器传输中频脉冲电压，绝缘栅双极晶体管逆变器的输出端还与驱 动电路的信号输入端连接，绝缘栅双极晶体管逆变器向驱动电路传输过流限制信号，中频 变压器的输出端与中频整流器的输入端连接，中频变压器向中频整流器传输低中频矩形脉 冲电压，中频整流器的输出端与二次逆变电路的输入端连接，中频整流器向二次逆变电路 传输直流电压，电抗器的一端与中频变压器相接，电抗器的另一端与升压变压器的一端连 接，升压变压器的另一端与输入接线端子的焊接电缆负接线端子连接，主控制电路通过保 险管与空气开关的输出端连接，驱动电路的输入端与主控制电路的输出端连接，中频整流 器的输出端及二次逆变电路的输出端与电流霍尔传感器的输入端连接，电流霍尔传感器的 输出端与主控制电路的信号输入端，电流霍尔传感器向主控制电路传输电流反馈信号，控 制变压器的输入端外接380V三相交流电源，控制变压器的输出端与驱动电路、主控制电路 及显示板连接，控制变压器向驱动电路、主控制电路及显示板提供交流电源。本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机由于采用了上述方案，使之与 现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1、本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机由于采用软开关技术，所以 开关损耗低，发热量低，尖峰电压也低，绝缘栅双极晶体管工作可靠稳定。2、本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机有合理的静外特性和良好 的动态性能，使得起弧容易，电弧稳定，焊接质量高，自调节能力强，焊接电流连续可调，工 件变形小，焊缝成型美观等。3、本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机由于采用了单片机进行逻 辑控制和焊接参数的设定，使得控制简单可靠。以下，将通过具体的实施例做进一步的说明，然而实施例仅是本实用新型可选实 施方式的举例，其所公开的特征仅用于说明及阐述本实用新型的技术方案，并不用于限定 本实用新型的保护范围。
为了更好的理解本实用新型，可参照本说明书援引的以供参考的附图，附图中图1是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的主视图。图2是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的后视图。
6[0024]图3是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的左视图。图4是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的右视图。图5是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的中板的俯视图。图6是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的结构框图。图7是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的电路原理图。图8是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的实现软开关主回路 和二次逆变主回路。图9是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的显示板的主视图。图10是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的两步动作方式工作 过程的工作流程图。图11是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的四步动作方式工作 过程的工作流程图
具体实施方式
根据本实用新型的权利要求和实用新型内容所公开的内容，本实用新型的技术方 案具体如下所述。请参见附图1、附图2、附图3、附图4及附图5所示，本实用新型绝缘栅双极晶体 管逆变交直流氩弧焊机包括由前面板11、后面板12、下面板13、上面板14、左面板15和右 面板16构成的壳体1及设置在壳体1的前面板11上的显示板17、设置在壳体1的后面板 12上的输入接线端子18、空气开关19和一对风机10，空气开关19，起过流保护作用，用于 当发生严重过载或短路时跳闸，一对10起对发热的器件进行强迫风冷的作用，空气开关19 设置在输入接线端子18的一侧；一对风机10竖直排列，位于输入接线端子18的下端，前面 板11的下端还设有焊接电缆负接线端子(_) 111、焊接电缆直流接线端子(+)112及焊机电 缆交流接线端子C) 113，为三相380V的输入接线端子；焊接电缆负接线端子(_) 111接氩 弧枪电缆，焊接电缆直流接线端子(+)112当直流焊时通过输出电缆接被焊工件，焊机电缆 交流接线端子C) 113当交流焊时通过输出电缆接被焊工件。还包括设置在壳体1内部的 控制装置2。控制装置2包括一次逆变操作机构21、二次逆变操作机构22、水平设置在壳体1 内上端的元件板101、水平设置在壳体1内中部的中板102及设置在元件板101上的主控 制电路103、驱动电路104、控制变压器105和三相电感106。三相电感106设置在元件板 102的一端边缘上；驱动电路104设置在三相电感106的一侧；在驱动电路104的一侧固定 设有主控制电路103。主控制电路103由焊接电流给定电路、电流反馈电路、过热保护等电 路组成。三相电感106用于防干扰。主控制电路103分别与驱动电路104、控制变压器105 及三相电感106连接。主控制电路103(HTME1)的作用是随给定电流的大小来精确控制输出电流的大 小，也就是随焊接电流给定值的大小来确定送入驱动电路104的电压信号大小，并受限于 电流反馈(外环)的大小，当电流反馈值大于焊接电流给定值时，则无信号输出；另外还有 对整过焊接过程进行逻辑控制的作用，同时还具有对二次逆变绝缘栅双极晶体管225进行 控制和驱动的作用。
7[0037]驱动电路104(HTS2QD)随主控制电路103来的信号大小去控制绝缘栅双极晶体管 逆变器214的触发脉冲的宽度，从而控制绝缘栅双极晶体管逆变器214的导通宽度来调节 输出电流的大小。触发脉冲有无也受限于过流限制(内环)，也就是绝缘栅双极晶体管逆变 器214的输出的某个脉冲值大于设定的最大值时，则无触发脉冲输出，可见这就实现了逐 脉冲控制。一次逆变操作机构21设置在中板102上，位于元件板101下方；一次逆变操作机 构21包括右侧散热器211、工频整流器212、滤波器213、绝缘栅双极晶体管逆变器214 ；工 频整流器212设置在右侧散热器211上，用于把三相交流电压转变成直流电压；滤波器213 设置在右侧散热器211上，位于工频整流器212的下侧，滤波器213是一个电容，该电容用 于把上述工频整流器212整流电压变成较平滑的直流电压；绝缘栅双极晶体管逆变器214 设置在右侧散热器211上，位于工频整流器212的一侧，绝缘栅双极晶体管逆变器214是大 功率绝缘栅双极晶体管(绝缘栅双极晶体管)作为软开关元件的逆变器，用于把上述整流 后输出的直流电压转换成中频矩形脉冲电压，这个转换过程称为逆变。二次逆变操作机构22包括左侧散热器221、中频变压器222、中频整流器223、二次 逆变快速二极管224、二次逆变绝缘栅双极晶体管225、电抗器226、升压变压器227及电流 霍尔传感器228 ；中频变压器222吊装在中板102下方，位于绝缘栅双极晶体管逆变器214 的正下方，用于把上述绝缘栅双极晶体管逆变器214输出的中频矩形脉冲电压转变成较低 的中频矩形脉冲电压，中频变压器222的铁芯可采用纳米晶材料，与铁氧体相比，它具有饱 和磁感应强度Bm高，损耗低，磁导率高，热稳定性好等优点，中频变压器222的初、次级线圈 采用多股漆包线并联；中频整流器223设置在左侧散热器221上，位于中频变压器222的一 侧，用于把上述中频变压器222输出的中频矩形脉冲电压转变成直流电压；二次逆变快速 二极管224设置在左侧散热器221上，夹置在中频变压器222及中频整流器223之间；二 次逆变绝缘栅双极晶体管225设置在左侧散热器221上，位于中板102及元件板101之间； 电抗器226设置在下面板13的一侧，电抗器226起滤波和储能的作用，该电抗器226和二 次逆变绝缘栅双极晶体管225构成二次逆变电路229，用于将中频整流器223整流后的直 流电再次变成适合于焊接的交流电；升压变压器227吊装在中板102下，位于电抗器226的 上方，起高压引弧的作用；电流霍尔传感器228套置在焊接电缆直流接线端子(+)112及焊 接电缆交流接线端子C) 113的公共部分处，位于中板102及元件板101之间的二次逆变绝 缘栅双极晶体管225的一侧，电流霍尔传感器228套装在直流输出和交流输出的公共部分 处，起电流隔离取样，以便进行电流反馈和电流大小的显示的作用；升压变压器227 —端与 电抗器226相接，另一端与焊接电缆负接线端子(_) 111相接，起高压引弧的作用。后面板12上装有两个大功率冷却风机10 ；再加上上述工频整流器212、绝缘栅双 极晶体管逆变器214和二次逆变快速二极管224设置在右侧散热器211及左侧散热器221 上，而右侧散热器211及左侧散热器221的散热面很大，散热效果非常好，所以常温下暂载 率达 90% 以上(120A/128V)。请参见附图9所示，显示板17呈方形，显示板17的中央设有数字显示屏171，显示 板17的下端两侧分别设有两个手动旋钮172，显示板17上还间隔设有多个指示灯173，数 字显示屏171的一侧设有多个选择按钮174。数字显示屏171显示黄色数字，该数字显示屏171与保护显示灯173相对应，正常工作时保护显示灯173不亮，当焊机过热保护、过流保护、过压保护时保护显示灯173亮，同 时自动停机。显示801 焊机内部过压保护；显示802或803 焊机过流保护；显示804 焊机 过热保护，停止工作，等待降温；显示805 无电流时，长时间按下焊枪开关或开关损坏；显 示806 缺水保护，如果选用气冷焊枪，可以同时按住两个手动旋钮172，约3秒钟后，缺水保 护取消；反之，若选用水冷时，同时按住两手动旋钮172，设置成缺水保护。两个手动旋钮172包括参数选择旋钮及参数调节旋钮，参数选择旋钮用于上述各 被控量的选定；顺地针旋转依次向右选定，逆时针旋转依次向左选定；手工电弧焊时，调节 推力电流；参数调节旋钮用于调节各被控量的大小，顺时针旋转数值增加，逆时针旋转数值 减小，按下该旋钮左旋或者右旋，可实现快速调节；手工电弧焊时，调节焊接电流。关机时， 焊机可自动保存数据，下次开机时可直接使用。多个指示灯173包括1、前气-提前送气时间(0.广15s) ；2、起弧-起弧电流 (2(Γ160Α) ；3、缓升-焊接电流的上升时间(0. riOs) ；4、恒流-恒流输出状态时的焊接电 流(2(Γ500Α) ；5、清理-焊机输出清理电流的时间比例(_4(Γ+40%) ；6、交流偏置-清理电 流相对于焊接电流的比例(_3(Γ+50%) ；7、交流-交流输出时的工作频率(2(Tl00Hz) ；8、 峰值-脉冲输出时的峰值电流(2CT500A) ；9、占空-脉冲输出时峰值电流所占的时间比例 (Γ100% )，可以控制焊缝熔深，以实现全位置焊接和薄板焊接；10、脉冲-脉冲输出时的工 作频率(0.2 20Ηζ) ；11、基值-脉冲输出时的维弧电流(2(Γ180Α) ；12、衰减-焊接电流的下 降时间(0. 1 15s) ；13、收弧-焊接熄弧前的电流值(2CT500A) ； 14、延气-焊接结束后继续 送气时间(0.广60A)。还包括工作显示灯工作显示灯为红色，合上电源开关即亮。多个选择按钮174包括交流氩弧焊和直流氩弧焊状态的选择切换、两步动作(非 自锁)和四步动作(自锁)状态的选择切换及恒流氩弧焊、脉冲氩弧焊、手工电弧焊状态的 选择切换。两步动作方式指当焊枪开关按下时开始焊接，当焊枪开关松开时停止焊接。四 步动作方式指第一次按下焊枪开关时焊机输出起弧电流，松开焊枪开关时电流开始爬升至 正常焊接电流。当焊接完成后，再次按下焊枪开关，焊接电流开始下降至收弧电流并保持， 松开焊枪开关时，焊机停止输出电流。请参见附图10所示，两步动作方式工作过程包括如下步骤步骤1，按下焊枪开 关；步骤2，提前送气；步骤3，起弧；步骤4，起始电流；步骤5，电流爬升；步骤6，正常焊接； 步骤7，在显示板17上选择直流恒流氩弧焊或直流脉冲氩弧焊或交流恒流氩弧焊或交流脉 冲氩弧焊；步骤8，松开焊枪开关；步骤9，电流衰减；步骤10，收弧；步骤11，滞后送气；步骤 12，结束焊接。请参见附图11所示，四步动作方式工作流程包括如下步骤步骤1，按下焊枪开 关；步骤2，提前送气；步骤3，起弧；步骤4，起始电流；步骤5，松开焊枪开关；步骤6，电流 爬升；步骤7，正常焊接；步骤8，在显示板17上选择直流恒流氩弧焊或直流脉冲氩弧焊或 交流恒流氩弧焊或交流脉冲氩弧焊；步骤9，松开焊枪开关；步骤10，电流衰减；步骤11，收 弧；步骤12，松开焊接开关；步骤13，滞后送气；步骤14，结束焊接。请参见附图1、附图6、附图7及附图8所示，输入接线端子18外接380V三相交流 电源，输入接线端子18的三个输出端分别与空气开关19的三个输入端对应连接，空气开关 19的三个输出端分别与三相电感106的三个输入端对应连接，一对风机10分别连接在空气 开关19的输出端，三相电感106的三个输出端分别与工频整流器212的三个输入端对应连
9接，电容Cl、电容C2、电容C3装在工频整流器212的输入端，用于吸收尖峰电压，工频整流 器212的两个输出端连接滤波器213，工频整流器212向滤波器213传输直流电压，压敏电 阻RYl装在工频整流器212的输出两端，用于吸收尖峰电压，绝缘栅双极晶体管逆变器214 的输入端与滤波器213两端连接，滤波器213向绝缘栅双极晶体管逆变器214提供经滤波 器213滤波后的直流电压，滤波器213是第四电容C4，绝缘栅双极晶体管逆变器214的输 出端与中频变压器222的输入端连接，绝缘栅双极晶体管逆变器214向中频变压器222传 输中频脉冲电压，绝缘栅双极晶体管逆变器214的输出端还与驱动电路104的信号输入端 连接，绝缘栅双极晶体管逆变器214向驱动电路104传输过流限制信号，中频变压器222的 输出端与中频整流器223的输入端连接，中频变压器222向中频整流器223传输低中频矩 形脉冲电压，中频整流器223的输出端与二次逆变电路229的输入端连接，中频整流器223 向二次逆变电路229传输直流电压，电抗器226的一端与中频变压器222相接，电抗器226 的另一端与升压变压器227的一端连接，升压变压器227的另一端与焊接电缆负接线端子 (-)111连接，主控制电路103通过保险管3与空气开关19的输出端连接，保险管3保护控 制变压器105，中频整流器223的输出端及二次逆变电路229的输出端与电流霍尔传感器 228的输入端连接，电流霍尔传感器228的输出端与主控制电路103的信号输入端，电流霍 尔传感器228向主控制电路103传输电流反馈信号，驱动电路104的输入端与主控制电路 103的输出端连接，控制变压器105的输入端外接380V三相交流电源，控制变压器105的输 出端与驱动电路104、主控制电路103及显示板17连接，控制变压器105向驱动电路104、 主控制电路103及显示板17提供交流电源。绝缘栅双极晶体管逆变器214由超前臂和滞后臂构成，超前臂包括第一大功率绝 缘栅双极晶体管Ql与第五二极管D5并联构成的第一超前臂及第三大功率绝缘栅双极晶体 管Q3与第六二极管D6并联构成的第二超前臂，滞后臂包括第二大功率绝缘栅双极晶体管 Q2与第七二极管D7并联构成的第一滞后臂及第四大功率绝缘栅双极晶体管Q4与第八二极 管D8并联构成的第二滞后臂；第一超前臂与第二超前臂连接，第一滞后臂与第二滞后臂连 接；第一大功率绝缘栅双极晶体管Q1、第三大功率绝缘栅双极晶体管Q3、第二大功率绝缘 栅双极晶体管Q2及第四大功率绝缘栅双极晶体管Q4与驱动电路104连接。本方案的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机不论是空载、轻载和重载，都能 实现软开关，主要包括由第一大功率绝缘栅双极晶体管Q1、第三大功率绝缘栅双极晶体管 Q3分别与第五二极管D5、第六二极管D6并联构成超前臂，第二大功率绝缘栅双极晶体管 Q2、第四大功率绝缘栅双极晶体管Q4分别于第七二极管D7、第八二极管D8并联构成滞后 臂，第一超前臂、第一滞后臂及第六电容C6并联连接，第二超前臂、第二滞后臂及第五电容 C5并联连接，第五电容C5和第六电容C6串联，第五电容C5与第一电阻Rl并联构成的全桥 移相谐振式电路HTME3，为实现软开关提供条件，第一超前臂、第二超前臂、第一滞后臂和第 二滞后臂分别与中频变压器222的初级线圈m的一端连接，第四大功率绝缘栅双极晶体管 Q4的集电极通过隔直电容C7和第一电感Ll与中频变压器222的初级线圈m的另一端连 接，第一电感Ll的作用是增大漏感，全桥移相谐振式电路HTME3通过中频变压器222初级 线圈W输出，中频变压器222次级线圈N2输出逆变电源。为增大漏感在中频变压器222的 次级增加了一个辅助线圈N3，辅助线圈N3的匝数与次级线圈N2的相接近，在辅助线圈N3 的两端还接第二电感L2。第二电感L2的匝数根据输出电流的大小而定。隔直电容C7为防
10止中频变压器222产生偏磁而饱和。由此可见，实现了超前臂的零电压开关和滞后臂的近 零电流关和零电压开。 过流保护板HTS4设置在第一电感与全桥移相谐振式电路HTME3之间，起初级过流 保护作用，实现逐波控制。吸收板HTS5由电阻和电容串接而成，设置在中频整流器223上， 中频整流器223由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4并联构 成，吸收尖峰电压，保护第一二极管Dl和第二二极管D2 ；第四电阻R4和第十电容ClO并联， 并与第三二极管D3和第四二极管D4连接，第四电阻R4和第十电容ClO吸收尖峰电压，保 护第三二极管D3和第四二极管D4。第一保护电容Cll和第二保护电容C12分别连接在二次逆变绝缘栅双极晶体管 225(Q5、Q6)上，吸收尖峰电压，保护Q5、Q6。维弧电路板HTMElO和HTMEll之间串接第九二 极管D9，并设置在下面板13上的左侧散热器221上，由它们共同组成的电路为交流过零时 提供维弧电流。两个防静电电路板HTS6设置在升压变压器227与电抗器226之间，用于防 干扰和静电。第一保护电容Cll和第二保护电容C12与电抗器226之间串接第三电感L3， 第三电感L3起到吸收尖峰电压的作用。另一个重要部分是当为交流输出时电流霍尔传感器228取样的的实现当二次逆 变绝缘栅双极晶体管225(Q5)开通时，电流的流向为D1、D2 —二次逆变绝缘栅双极晶体 管225(Q5)—焊接电缆交流接线端子C) 113—焊接电缆负接线端子(-)lll —T2—第三 电感L3 —次级线圈N2 ；当二次逆变绝缘栅双极晶体管225(Q6)开通时，电流的流向为次 级线圈N2 —第三电感L3 — T2 —焊接电缆负接线端子(_) 111 —焊接电缆交流接线端子 C) 113—二次逆变绝缘栅双极晶体管225 (Q6) — D3、D4。可见无论是Q5还是Q6开通都保 证电流从同一方向流经电流霍尔传感器228，保证电流霍尔传感器228能正常取样。热敏继电器装在各散热器上，当散热器的温度达到一定值时，则热敏继电器自动 断开，则主控制板(HTMEl)无输出信号，同时装在前面板上的保护灯亮，焊机无输出电流。综上所述，本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机由于采用软开关技 术，所以开关损耗低，发热量低，尖峰电压也低，绝缘栅双极晶体管工作可靠稳定；本实用新 型有合理的静外特性和良好的动态性能，使得起弧容易，电弧稳定，焊接质量高，自调节能 力强，焊接电流连续可调，工件变形小，焊缝成型美观等；本实用新型由于采用了单片机进 行逻辑控制和焊接参数的设定，使得控制简单可靠。上述内容为本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机的具体实施例的 列举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用 方法来予以实施。
1权利要求一种绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，包括由前面板(11)、后面板(12)、下面板(13)、上面板(14)、左面板(15)和右面板(16)构成的壳体(1)及设置在壳体(1)的前面板(11)上的显示板(17)、设置在壳体(1)的后面板(12)上的输入接线端子(18)、空气开关(19)和一对风机(10)；所述的空气开关(19)设置在输入接线端子(18)的一侧；所述的一对风机(10)竖直排列，位于输入接线端子(18)的下端；所述的前面板(11)的下端还设有焊接电缆负接线端子(111)、焊接电缆直流接线端子(112)及焊机电缆交流接线端子(113)；其特征在于还包括设置在壳体(1)中的控制装置(2)；所述的控制装置(2)包括一次逆变操作机构(21)、二次逆变操作机构(22)、水平设置在壳体(1)内上端的元件板(101)、水平设置在壳体(1)内中间位置的中板(102)及设置在元件板(101)上的主控制电路(103)、驱动电路(104)、控制变压器(105)和三相电感(106)；主控制电路(103)分别与驱动电路(104)、控制变压器(105)及三相电感(106)连接。
2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其特征在于所述 的一次逆变操作机构(21)设置在中板(102)上，位于元件板(101)下方；所述的一次逆变 操作机构(21)包括右侧散热器(211)、工频整流器(212)、滤波器(213)及绝缘栅双极晶 体管逆变器(214)；所述的工频整流器(212)设置在右侧散热器(211)上；所述的滤波器 (213)设置在右侧散热器(211)上，位于工频整流器(212)的下侧；所述的绝缘栅双极晶体 管逆变器(214)设置在右侧散热器(211)上，位于工频整流器(212)的一侧。
3.根据权利要求2所述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其特征在于所述 的绝缘栅双极晶体管逆变器(214)由超前臂和滞后臂构成，所述的超前臂包括第一大功率 绝缘栅双极晶体管(Ql)与第五二极管(D5)并联构成的第一超前臂及第三大功率绝缘栅双 极晶体管(Q3)与第六二极管(D6)并联构成的第二超前臂，所述的滞后臂包括第二大功率 绝缘栅双极晶体管(Q2)与第七二极管(D7)并联构成的第一滞后臂及第四大功率绝缘栅双 极晶体管(Q4)与第八二极管(D8)并联构成的第二滞后臂；所述的第一超前臂与第二超前 臂连接，第一滞后臂与第二滞后臂连接；第一大功率绝缘栅双极晶体管(Ql)、第三大功率 绝缘栅双极晶体管(Q3)、第二大功率绝缘栅双极晶体管(Q2)及第四大功率绝缘栅双极晶 体管(Q4)与驱动电路(104)连接。
4.根据权利要求3所述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其特征在于还包 括两个电容(C5、C6)串联构成的全桥移相谐振式电路；该全桥移相谐振式电路设置在超前 臂和滞后臂之间，第一超前臂、第一滞后臂及第六电容(C6)并联连接，第二超前臂、第二滞 后臂及第五电容(C5)并联连接。
5.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其特征在于所述 的二次逆变操作机构(22)包括左侧散热器(221)、中频变压器(222)、中频整流器(223)、 二次逆变快速二极管(224)、二次逆变绝缘栅双极晶体管(225)、电抗器(226)、升压变压 器(227)及电流霍尔传感器(228)；中频整流器(223)由第一二极管D1、第二二极管D2、第 三二极管D3和第四二极管D4并联构成；所述的中频变压器(222)吊装在中板(102)下方， 位于绝缘栅双极晶体管逆变器(214)的正下方；所述的中频整流器(223)设置在左侧散热 器(221)上，位于中频变压器(222)的一侧；所述的二次逆变快速二极管(224)设置在左侧 散热器(221)上，夹置在中频变压器(222)及中频整流器(223)之间；所述的二次逆变绝缘栅双极晶体管(225)设置在左侧散热器(221)上，位于中板(102)及元件板(101)之间；所 述的电抗器(226)设置在下面板(13)的一侧，该电抗器(226)和二次逆变绝缘栅双极晶体 管(225)构成二次逆变电路(229)；所述的升压变压器(227)吊装在中板(102)下，位于电 抗器(226)的上方；所述的电流霍尔传感器(228)套置在输入接线端子(18)处，位于中板(102)及元件板(101)之间的二次逆变绝缘栅双极晶体管(225)的一侧。
6.根据权利要求5所述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其特征在于第一 超前臂、第二超前臂、第一滞后臂和第二滞后臂分别与中频变压器(222)的初级线圈m的 一端连接，第四大功率绝缘栅双极晶体管(Q4)的集电极通过隔直电容(C7)和第一电感 (Li)与中频变压器(222)的初级线圈(Ni)的另一端连接。
7.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其特征在于 所述的显示板(17)呈方形，显示板(17)的中央设有数字显示屏(171)，显示板(17)的下端 两侧分别设有两个手动旋钮(172)，显示板(17)上还间隔设有多个指示灯(173)，数字显示 屏(171)的一侧设有多个选择按钮(174)。
8.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其特征在于所述 的三相电感(106)设置在元件板(102)的一端边缘上；所述的驱动电路(104)设置在三相 电感(106)的一侧；在驱动电路(104)的一侧固定设有主控制电路(103)。
9.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，其特征在于所述 的输入接线端子(18)外接380V三相交流电源，输入接线端子(18)的三个输出端分别与空 气开关(19)的三个输入端对应连接，空气开关(19)的三个输出端分别与三相电感(106) 的三个输入端对应连接，一对风机(10)分别连接在空气开关(19)的输出端，三相电感 (106)的三个输出端分别与工频整流器(212)的三个输入端对应连接，工频整流器(212)的 两个输出端连接滤波器(213)，工频整流器(212)向滤波器(213)传输直流电压，绝缘栅双 极晶体管逆变器(214)的输入端与滤波器(213)两端连接，滤波器(213)向绝缘栅双极晶 体管逆变器(214)提供经滤波器(213)滤波后的直流电压，绝缘栅双极晶体管逆变器(214) 的输出端与中频变压器(222)的输入端连接，绝缘栅双极晶体管逆变器(214)向中频变压 器(222)传输中频脉冲电压，绝缘栅双极晶体管逆变器(214)的输出端还与驱动电路(104) 的信号输入端连接，绝缘栅双极晶体管逆变器(214)向驱动电路(104)传输过流限制信号， 中频变压器(222)的输出端与中频整流器(223)的输入端连接，中频变压器(222)向中频 整流器(223)传输低中频矩形脉冲电压，中频整流器(223)的输出端与二次逆变电路(229) 的输入端连接，中频整流器(223)向二次逆变电路(229)传输直流电压，电抗器(226)的一 端与中频变压器(222)相接，电抗器(226)的另一端与升压变压器(227)的一端连接，升 压变压器(227)的另一端与输入接线端子(18)的焊接电缆负接线端子连接，主控制电路(103)通过保险管(3)与空气开关(19)的输出端连接，驱动电路(104)的输入端与主控制 电路(103)的输出端连接，中频整流器(223)的输出端及二次逆变电路(229)的输出端与 电流霍尔传感器(228)的输入端连接，电流霍尔传感器(228)的输出端与主控制电路(103) 的信号输入端，电流霍尔传感器(228)向主控制电路(103)传输电流反馈信号，控制变压器 (105)的输入端外接380V三相交流电源，控制变压器(105)的输出端与驱动电路(104)、 主控制电路(103)及显示板(17)连接，控制变压器(105)向驱动电路(104)、主控制电路 (103)及显示板(17)提供交流电源。
专利摘要一种绝缘栅双极晶体管逆变交直流氩弧焊机，包括壳体及显示板、输入接线端子、空气开关和一对风机；空气开关设置在输入接线端子的一侧；一对风机位于输入接线端子的下端；前面板的下端还设有焊接电缆负接线端子、焊接电缆直流接线端子及焊机电缆交流接线端子；还包括控制装置，其包括一次逆变操作机构、二次逆变操作机构、元件板、中板、主控制电路、驱动电路、控制变压器和三相电感，主控制电路分别与驱动电路、控制变压器及三相电感连接。本实用新型开关损耗低，发热量低，尖峰电压也低，IGBT工作可靠稳定；起弧容易，电弧稳定，焊接质量高，自调节能力强，焊接电流连续可调，工件变形小，焊缝成型美观；控制简单可靠。
文档编号B23K9/10GK201677116SQ20102011092
公开日2010年12月22日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者张通淼 申请人:上海沪通焊接电器制造有限公司