专利名称：逆变式弧焊电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交流和直流之间以及用于电源的变换设备。
已有的手工弧焊电源普遍采用弧焊变压器、弧焊硅整流器和旋转式弧焊发电机，其主要缺点是效率与功率因数低(如旋转式弧焊发电机的效率仅为47％～50％，弧焊整流器的功率因数为0.64～0.78)，体积大，噪声大，动态反应慢。为此，逆变式弧焊整流器在市场上异军突起，但大多数为晶体管式、晶闸管式和场效应管式。由于受功率、频率不能同时增大(晶闸管虽然功率较大，但频率低，一般只有4～5KHz，最高不超过8KHz；场效应管频率虽可达几百千赫以上，然而功率却较小)，使其应用受到一定限制，即便是第四代功率器件绝缘门极管式，也由于其可靠性与稳定性差(因设计或制造上的种种原因)而难以推广应用。
本实用新型的目的旨在提供一种整机稳定性与可靠性高，多个主功率变压器能协调的联合工作，带自诊断显示，智能型就地保护与数字输入口的IGBT逆变式直流脉冲弧焊电源。
本实用新型设有电源整流滤波电路，电源整流滤波电路的输入端接交流供电电源。电源整流滤波电路将交流供电电压经整流滤波并输出直流电压。设有逆变电路，逆变电路的输入端接电源整流滤波电路的直流电压输出端。逆变电路将直流电压逆变成中频电压。设有多主功能变压器，多主功率变压器有2个以上(含2个)的主功率变压器，多主功率变压器的输入端接逆变电路的中频电压输出端。多主功率变压器将逆变电路输出的中频高压降压为中频低压。设有中频整流滤波电路，中频整流滤波电路的输入端接多主功率变压器的次级。中频整流滤波电路将多主功率变压器输出的中频低压经整流滤波成为直流或脉冲(0.5～500Hz)焊接电流。设有异常通道快速关断电路，异常通道快速关断电路的输入端接电源整流滤波电路的直流电压输出端。当逆变电路异常时，逆变电路的控制脉冲信号即快速关断异常通道快速关断电路的信号通道。设有振荡与脉宽调制电路，振荡与脉宽调制电路产生的相位差为半周期的一对脉冲信号输出端接异常通道快速关断电路的信号通道输出端。设有防共导通电路，防共导通电路的输入端接异常通道快速关断电路的信号通道输出端。防共导通电路提供一对相位差为半周期，波形一致的脉冲信号。设有整形推动电路，整形推动电路的输入端接防共导通电路的脉冲信号输出端，而经整形放大的控制信号输出端接逆变电路功率器件的控制端。当仅有正半周或负半周信号时，防共导通也能起通道快速关断的作用。
为了提高本实用新型的可靠性，可设超压保护电路和低压保护电路。超压保护电路的输入端外接交流供电电源，而输出端接电源整流滤波电路的输入端和低压保护电路的输入端，低压保护电路的输出端接振荡与脉宽调制电路。
本实用新型将工频交流电整流滤波后，经过逆变成约25KHz的中频电流，并再次整流成为一种非常稳定的直流或脉冲(0.5～500Hz)焊接电流。由于采用多主功率变压器，可协调联合工作，其工作性能稳定。变压器初级输入端可采用串联形式，而输出端采用并联形式，利用高频变压技术，使各主功率变压器在输出端进行负载功率的比较，并反馈至输入端进行调节，从而得到自动均分各主功率变压器的负载功率，能有效的把它们的电流、电压按负载功率进行调配。当发生偏差时，即进行自动修正，其效果良好。特别在较大的负载下，更为明显。这样，既解决了多个变压器难以联合使用，其负载功率不易均分而导致逆变颠覆的难题；又解决高频变压器磁芯尺寸不易造得太大(即功率大小受到限制)及易碎等缺点。
由于采用异常通道快速关断电路，可直接进入通道控制，不必通过任何放大器、比较器及储能电路，也不必通过主电路就能达到保护的目的。换句话说，在主电路还没有反应，功率器件还没超出安全数值前，就可对通道进行快速关断。另外，电路采用对逐个波形进行处理，故其反应速度更快，使逆变电路的工作更稳定可靠。
由于采用防共导通电路，保证上下臂波形一致，能有效防止功率器件上下臂同时导通。
由于采用整形推动电路，可输出一个符合逆变电路功率器件(开关管)的最佳波形的控制信号。此信号的波形能使功率器件深饱和，后进入较浅饱和，为能迅速退出饱和至截止作好准备，然后有一个很短时间反相，使功率管迅速截止，以减少损耗。比已有同类电源更为简洁，具有更大的推动功率，而使用元器件又较小。
另外，本实用新型能应用于脉冲或直流TIG焊和手工直流或直流脉冲电弧焊等，其效率、功率因数较高，焊接电流连续可调，调节范围宽，噪音低，动态响应快，过载、过流能力大。
图1为本实用新型的电路框图。
图2为本实用新型的超压保护电路、低压保护电路、电源整流滤波电路、异常通道快速关断电路、振荡与脉宽调制电路、防共导通电路、整形推动电路原理图。
图3为递变电路、多主功率变压器和中频整流滤波电路原理图。
实施例如
图1所示，本实用新型包括超压保护电路(1)、低压保护电路(2)、电源整流滤波电路(3)、异常通道快速关断电路(4)、振荡与脉宽调制电路(5)、防共导通电路(6)、整形推动电路(7)、递变电路(8)、多主功率变压器(9)和中频整流滤波电路(10)。以下将结合电路原理图对本实用新型作进一步的说明。
如图2、3所示，超压保护电路主要由压敏电阻Rt和快速熔断保险丝F串联组成，Rt与变压器初级并联。当超过其数值时，Rt迅速导通并短路，使输入端电压降为0，F迅速烧断，超压保护电路的输出端接低压保护电路输入端和电源整流滤波电路输入端。低压保护电路主要由稳压二极管D2、三极管Q1、光耦合集成块IC1(TLP521)、脉宽调制集成块IC2(TL494)及辅助元件组成，当输入电压低于工作电压时，稳压二极管D2不击穿，发光二极管LED2不亮(显示电压太低)，R3上的电压降小，三极管Q1的基极电位接近地电位，使三极管Q1截止，光耦合集成块IC1不通，集成块IC2的输出被关断，具有缓开缓关的功能，对递变电路的功率器件的电流冲击很小。电源整流滤波电路采用已有的桥式整流和RC滤波电路，在R01、C01、C02滤波电路与桥式整流二极管之间加入保护电路，由继电器J和R02、R03、R04、C03组成，J为常开触点，合闸时，整流后的直流电经电阻限流向电容充电(防止合闸时的浪涌电流向电容充电)，待电压上升到一定值后，继电器便自动吸合接通电阻。
振荡与脉宽调制电路由集成电路IC2完成，(14)脚为恒压5V，(4)脚是死区控制端，利用此脚进行振荡开关控制，同时R5保证(4)脚不为零电平，保证(8)、(11)脚不会有直流高电平输出(共导通)。利用当(4)脚电平等于5V时(8)、(11)脚没有输出的特点，通过IC2开关作用，使二极管D3导通或(反向)截止来控制(4)脚的电位，从而控制(8)、(11)脚有否输出。其中C2为缓开关作用。
逆变电路采用桥式逆变方式，功率器件由4只IGBT管(CM200DY-12H)按桥式连接，其控制信号输入端(即控制端)a、a’，b、b’，c、c’，d、d’接整形推动电路的两组输出推动电路的控制信号输出端a、a’，b、b’，c、c’，d、d’。功率器件的输入端通过异常通道快速关断电路的电流检测控制电阻R(零点几欧姆)接电源整流滤波电路的输出端(+315V)。桥式逆变电路的两端输出与几个主功率变压器B1，B2…Bn的初级(输入端)N11，N12…N1n串联，B1，B2…Bn的次级(输出端)N21，N22…N2n采用并联接法，并由快回复整流管DN1、DN1’，DN2、DN2’…DNn、DNn’和电抗器T1T2…Tn组成中频整流滤波电路，将中频低压信号整流滤波后输出所需的焊接电流。在逆变电路功率器件控制端与a、a’，b、b’，c、c’，d、d’端之间设保护电路(稳压管与电阻回路)，以保证IGBT管的栅压不超过15V。R35、R36、C9组成高次谐波滤波电路。
异常通道快速关断电路主要有电流检测控制电阻R的电流控制电路，电阻分压器电压控制电路。电流必须先通过电流检测控制电阻R，由于R取值很小，加快其控制速度，R的输入端接电源整流滤波电路的直流高压输出(约315V)端，R的输出端接逆变电路的功率器件。电阻分压器电压控制电路由电阻分压器(R7、R11、R12)比较器IC3(LM311)、单向可控硅(DT1、DT2)和二极管回路等组成，从D6、D8、D7、D9通道输出被调制过的一对相位差半个周期的脉冲信号至防共导通电路的输入端。防共导通电路的作用在于防止桥式逆变电路上下臂产生共导通现象，它的输入信号是一对相位差半个周期的脉冲信号，其输出信号也是一对相位差半个周期的脉冲信号，要使上下臂的波形一致，为此采用四或门集成电路IC4(CD4071)作与门用，而用反相器IC5(CD40106或CD4069)作整形和倒相用。输入的一对脉冲信号分别经电阻R15…R18，二极管D10、D11隔离和R19C5、R20C6延迟后经IC4的(5)、(9)和(1)、(13)脚至四或门电路CD4071，IC4的输出端(3)、(4)、(8)、(10)、(11)、(12)脚分别与反相器IC5(CD40106)的(9)、(11)、(8)、(5)、(3)、(10)脚连接，并分别从IC5的(4)、(13)、和(6)、(2)脚输出脉冲信号至两个整形推动电路的输入端。整流推动电路由同相放大器IC6…IC9(兼整形)、PNP、NPN三极管串接中功率放大器(Q2…Q9)、隔直电容(C7、C8)和变压器(B01、B02)等组成。输入脉冲经IC6…IC9同相放大和整形，由Q2…Q9组成输出推动电路，为逆变电路的功率开关器件IGBT管提供一种最佳波形的控制脉冲信号。
上述电路可用于单相220V，也适于三相380V交流供电，输出可达250A，暂载率为60％，电流调节范围为5～250A(连续可调)，额定输入容量为7.2KVA，脉宽为0％～100％(连续可调)，基值电流0％～100％(焊接电流，连续可调)，脉冲频率为0.5～500Hz(连续可调)，提前送气＞1.5S，滞后关气＞3S，空载电压为65V，效率≥89％，功率因数＞0.96。
权利要求1.逆变式弧焊电源，包括电源整流滤波电路、逆变电路、中频整流滤波电路，其特征在于1)逆变电路的输入端接电源整流滤波电路的直流电压输出端，逆变电路将直流电压逆变成中频电压；2)设有多主功能变压器，多主功率变压器有2个以上含2个，的主功率变压器，多主功率变压器的输入端接逆变电路的中频电压输出端，多主功率变压器将逆变电路输出的中频高压降压为中频低压；中频整流滤波电路的输入端接多主功率变压器的次级，中频整流滤波电路将多主功率变压器输出的中频低压经整流滤波成为直流或脉冲0.5～500Hz焊接电流；3)设有异常通道快速关断电路，异常通道快速关断电路的输入端接电源整流滤波电路的直流电压输出端；4)设有振荡与脉宽调制电路，振荡与脉宽调制电路产生的相位差为半周期的一对脉冲信号输出端接在异常通道快速关断电路的信号通道输出端；5)设有防共导通电路，防共导通电路的输入端接异常通道快速关断电路的信号通道输出端，防共导通电路提供一对相位差为半周期，波形一致的脉冲信号；6)设有整形推动电路，整形推动电路的输入端接防共导通电路的脉冲信号输出端，而经整形放大的控制信号输出端接逆变电路功率器件的控制端。
2.如权利要求1所述的逆变式弧焊电源，其特征在于在所述的电源整流滤波电路与交流供电电源间设超压保护电路，超压保护电路的输入端接交流供电电源，而输出端接电源整流滤波电路的输入端。
3.如权利要求1和2所述的逆变式弧焊电源，其特征在于在超压保护电路的输出端接低压保护电路，低压保护电路的输出端接振荡与脉宽调制电路。
4.如权利要求2所述的逆变式弧焊电源，其特征在于所说的超压保护电路由快速熔断保险丝与压敏电阻的串联回路组成，压敏电阻与电源变压器初级并联。
5.如权利要求1所述的逆变式弧焊电源，其特征在于所说的逆变电路采用4只IGBT管桥式连接，控制信号输入端接整形推动电路的两组输出推动电路的控制信号输出端，功率器件的输入端通过异常通道快速关断电路的电流检测控制电阻接电源整流滤波电路的输出端。
6.如权利要求1所述的逆变式弧焊电源，其特征在于几个N≥2主功率变压器的初级与桥式逆变电路的两端输出串联，主功率变压器的次级并联连接。
7.如权利要求5所述的逆变式弧焊电源，其特征在于在逆变电路功率器件控制端与整形推动电路的两组输出推动电路的控制信号输出端之间设有保护电路。
专利摘要涉及一种交流和直流之间以及用于电源的变换设备,包括逆变电路的输入端接电源整流滤波电路输出端,多主功率变压器的输入端接逆变电路的中频电压输出端,中频整流滤波电路的输入端接多主功率变压器的次级,异常通道快速关断电路的输入端接电源整流滤波电路的直流电压输出端,另设振荡与脉宽调制电路、防共导通电路、整形推动电路。其工作性能稳定,可靠性高,效率高,耗损少。
文档编号B23K9/06GK2284665SQ9721265
公开日1998年6月24日 申请日期1997年3月19日 优先权日1997年3月19日
发明者洪清山 申请人:洪清山