专利名称：高频逆变直流弧焊工频汽油发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种由汽油机驱动发电机提供220V、50Hz交流电的高频逆变直流弧焊装置。
背景技术：
目前公知的由汽油机驱动的直流电焊机，多是装有专用的工频或中频电焊发电机提供100V以下交流电经相控整流后作为焊接用直流电源，工作在硬开关状态，开关损耗严重，能耗高，体积大，成本高，且只能作为单一电焊机用。
实用新型内容本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种集电焊、发电为一体的高频逆变直流弧焊工频发电机装置。为完成上述目的，本实用新型提供了一种高频逆变直流弧焊工频发电机，其特殊之处在于包括1)交流发电机装置，包括机架、油箱、发动机、交流发电机、控制面板，发动机驱动发电机发出220V、50Hz交流电，通过控制面板中发电、市电转换开关转接后给高频逆变直流弧装置供电，电位器用于调节焊接电流大小；2)控制盒装置，包括一个排风扇、散热器、二块电路板、一个有百叶窗开孔的机壳， 排风扇装在散热器右侧，散热器前后各装一块电路板；3)整流滤波装置，包括整流桥、滤波电容、继电器，整流桥、继电器同4只滤波电容装在一块电路板上，电路板固定在控制盒顶部；4)全桥逆变装置，包括单相全桥变换电路、高频变压器、快恢复整流二极管、滤波电抗器，单相全桥变换电路中4只功率开关MOSFET场效应管同2只快恢复整流二极管装在散热器上，滤波电抗器同高频变压器装在散热器后面一块电路板上，单相全桥变换电路，高频变压器，快恢复整流二极管是两路相同器件并联工作的；5)控制电路装置，包括高频驱动电路芯片，PWM专用集成电路，外特性控制电路， 保护电路，这些器件均装在散热器前面一块电路板上。本实用新型全桥逆变装置中的单相全桥变换电路4只功率开关MOSFET场效应管中的场效应管VT2的源极与场效管VT4的源极分别与滤波电容负极连接，场效应管VTl的漏极与场效管VT3的漏极分别与所述继电器J的常开触点出端连接，场效应管VTl的源极与场效应管VT2的漏极连接，该接点与高频变压器原边头端间串接一只电感，场效应管VT3 的源极与场效应管VT4的漏极连接，该接点与另一只电感和电容串接后再与高频变压器原边尾端连接，高频变压器副边头、尾端分别与两只快恢复整流二极管正极相连，两只快恢复整流二极管负极分别与滤波电抗器进端相连，滤波电抗器出端与焊接输正极出插座相连， 高频变压器副边中心抽头端与焊接负极输出插座相连。场效应管VT1、VT4的柵极分别与高频驱动电路芯片输出端连接，场效应管VT3、VT2的柵极分别与另一路高频驱动电路芯片输出端连接。本实用新型中整流滤波装置中继电器J的常开触点串联接在整流桥的正极与滤波电容正极间，常开触点出端与整流桥的负极之间并联有滤波电容。本实用新型中全桥逆变装置中单相全桥变换电路是由4只功率开关MOSFET场效应管构成的单相全桥变换电路。
图1是本实用新型的原理框图；图2是本实用新型整机电路示意图；图3是本实用新型第一个实施例的整机结构示意图；图4是本实用新型第二个实施例的控制盒装置结构示意图；图5是本实用新型控制电路装置中高频驱动电路芯片与PWM专用集成电路组成的电路示意图；图6是本实用新型控制电路装置中外特性控制电路示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型包括一个交流发电机装置1、整流滤波装置2、控制电路装置3、全桥逆变装置4和控制盒装置5，交流发电机装置1通过整流滤波装置2启动控制盒装置5电风扇工作，同时启动控制电路装置3，使全桥逆变装置4工作，一旦高频逆变直流弧焊装置工作出现异常，通过控制电路装置3关断整流滤波装置2。参见图2、图3，第一个实施例包括一个机架6、一个油箱7、一个发动机8、一个发电机M、一个控制面板9。发电机M发出的220V、50Hz交流电经两芯电缆10分别与控制面板上纽指开关Ka的触点Kl-1、K1-2连接，市电输入接线柱A、Al分别与纽指开关Ka的触点 K2-UK2-2连接，触点Kl与断路器D串联后再与翅扳开关Kb入端连接，断路器D的出端与纽指开关Ka的触点K2间并联一个0-300V交流电压表与二个电源输出插座Z，翅扳开关Kb 的出端与纽指开关Ka的触点K2间并联接有所述排风扇MF与整流滤波装置2，电位器Wl与外特性控制电路中运算放大器U2连接。翅板开关K控制发电机起动，纽指开关ka控制发电、市电转换，交流电压表V是220V电源电压指示，Z是两个电源输出插座，断路器D是总电路保险，当总电流超过^A时，断路器D自动断开。B、B1是电焊输出正负极插座，电位器 Wl用于调节焊接电流大小，翅扳开关Kb控制排风扇MF与整流滤波装置2电源通断。参见图2、图4，第二个实施例包括整流滤波装置2固定装在控制盒装置的盖板14 上，MOSFET场效应管VTl、VT2、VT3、VT4与快恢复整流二极管D5、D6装在铝散热器11上， 电风扇MF装在铝散热器11的右边，高频驱动电路芯片MAX4^6装在电路板12上，PWM专用集成电路SG3525装在电路板13上，滤波电抗器Lf同高频变压器T装在电路板15上。控制电路装置中的高频驱动电路芯片内部有两个驱动电路，PWM专用集成电路是 16脚封装集成电路，外特性控制电路是由4个运算放大器构成的外特性控制电路。参见图2、图5、图6，场效应管VTl、VT4的柵极Gl、G4分别与高频驱动电路芯片 MAX4426输出端OUTl连接，场效应管VT3、VT2的柵极G3、G2分别与另一路高频驱动电路芯片MAX4^6输出端0UT2连接，所述控制电路装置中的高频驱动电路芯片MAX4^6经隔离光耦6W37输入端mi与PWM专用集成电路SG3525的11脚连接，另一路高频驱动电路芯片 MAX4426的隔离光耦6附37输入端IN2与PWM专用集有成电路SG3525的14脚连接，外特性控制电路输出端Ia与PWM专用集成电路2脚、9脚连接，保护电路中继电器J由PWM专用集成电路10脚输入故障信号控制，外特性控制电路比较器U3的Vfb与取样电阻R相连。以下将参照图2、图5、图6叙述高频逆变直流弧焊工频汽油发电机的工作过程，先接通翅扳开关K启动发动机驱动发电机M发电，220V、50Hz交流电经两芯电缆10分别与控制面板9上纽指开关Ka的触点Kl-1、K1-2连接，打开纽指开关Ka，使触点ΚΙ、K2与触点 Kl-I、K1-2接通，高频逆变直流弧焊工频汽油发电机工作在发电位置，打开断路器D，交流电压表V指示220V 二个电源输出插座Z得电，打开翅扳开关Kb使排风扇MF与整流滤波装置2中的整流桥Dz得电工作，排风扇MF扇风，整流滤波装置2中整流桥Dz将220V、50Hz交流电整流为脉动直流并向滤波电容Co充电，为避免过大的充电浪涌电流损坏开关及断路器跳闸，在开机接入起动电阻CPT，以限制浪涌电流。工作正常后，起动电阻被继电器J触点 Jl短路，起动电阻采用了热敏电阻，它具有良好的耐冲出性。当PWM专用集成电路10脚有故障信号时控制继电器J触点Jl断开，当用电总电流超过29A断路器D自动断开。继电器 J触点Jl接通后启动控制电路装置3，使全桥逆变装置4工作，经整流滤波后300V的直流电压，正极加在功率MOSFET场效应管VTl的漏极Dl与场效管VT3的漏极D3上，负极加在功率MOSFET场效应管VT2的源极S2与场效管VT4的源极S4上，场效应管VT1、VT4的柵极 G1、G4分别受高频驱动电路芯片MAX4^6输出端OUTl的PWM脉冲信号控制，场效应管VT3、 VT2的柵极G3、G2分别受另一路高频驱动电路芯片MAX4^6输出端0UT2的PWM脉冲信号控制，场效应管VTl与VT2互补通、断。场效应管VT3与VT4互补通、断。正弦正半周，场效应管VT1、VT4通，电流由正极经VTl的Dl-Sl-Ls-Tl-T2-C-Lik-VT4的D4-S4到负极。正弦负半周，场效应管VT3、VT2通，电流由正极经VT3的D3-S3-Lik-C-T2-Tl-Ls-VT2的D2-S2 到负极。在高频变压器T的原边流过交变电流，经高频变压器T隔离降压到60V后，由快恢复整流二极管D5、D6整流后经滤波电抗器Lf滤波得到满足焊接要求的直流电源，经焊接正负输出插座B、B1引出。本实施例设计频率为100kHz，主开关管处于高频动作状态，要求尽可能缩短MOSFET场效应管柵极电压的上升时间和下降时间，减小开关损耗。因此驱动电路要有较大的驱动电流，MAX4^6是一个专门用于MOSFET场效应管的高频驱动电路芯片，其内部有两个驱动电路，可以很容易地提供较大的输出功率。典型上升、下降时间仅为20ns， 延迟时间小于40ns，可工作于1MHz，可以提供1. 5A的峰值输出电流。6附37是一个高速光耦，传输延迟时间仅有40ns，从专用集成电路SC3525的11脚、14脚来的PWM信号经过两路 6N137高速光耦隔离后分别送至两路高频驱动电路芯片MAX4426，使得控制电路和驱动电路有较好的电气隔离，消出对控制电路的干扰。本实施例选用专用集成电路SG3525是一种进行相位脉宽调制的PWM专用集成电路，其相位脉宽调制原理为给定的指令信号由集成电路SG3525的9脚输入，经内部误差放大器放大后输出误差信号，与集成电路SG3525的5 脚输入的锯齿波进行比较，分别由11脚、14脚输出脉宽可调的PWM信号到光耦6N137的输入端INI、IN2，去改变两桥臂的相位关系。本实用新型中外特性控制电路中的Wl为恒流控制电位器，Iref为电流峰值绐定值。正常工作时，输出电压反馈值Vfb大于外拖给定值Vz，比较器U3的输出为零，对加法器 U4没有影响，焊接电流由恒流给定值Iref决定；当焊枪与工件粘连短路时，Vfb小于Vz，比较器U3的输出为高，相当于增大了 Iref，集成电路SG3525内部误差放大器输出的误差信号也增大，焊接电流则随之增大，从而实现外特性控制。如果仅对电流进行负反馈控制，那么空载时集成电路SG3525将始终以最大脉冲输出，造成不必要的浪费且安全性降低，单独设计一路比较器Ul构成的电压调节器，对焊机的空载电压进行负反馈控制，当Vfb大于空载电压绐定值Vk时，Ul输出一个较高电平封锁Ic点输出，并使集成电路SC3525输出脉冲移相角为180°，即有效脉冲宽为0°，使输出电压减小。这样，集成电路SC3525输出控制信号的移相角在0°和180°之间交替变化，不仅获得恒定的空载电压，而且减小了空载损耗。 结合上述实施例可以看出，本实用新型相比现有技术的优点在于采用PWM脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间环节直流无关，因而加快了调节速度，改善了调节性能。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使功率因数大大改善。利用PWM逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，由于频率提高到100kHz， 使体积大大减小，重量轻，成本降低，由于工作在软开关状态，开关损耗降低，输出波形可以非常接近正弦波，而且能电焊同发电两用。
权利要求1.一种高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于，包括1)交流发电机装置，包括机架、油箱、发动机、交流发电机、控制面板，发动机驱动发电机发出220V、50Hz交流电，通过控制面板中发电、市电转换开关转接后给高频逆变直流弧机供电，电位器用于调节焊接电流大小；2)控制盒装置，包括一个排风扇、散热器、二块电路板、一个有百叶窗开孔的机壳，排风扇装在散热器右侧，散热器前后各装一块电路板；3)整流滤波装置，包括整流桥、滤波电容、继电器，整流桥、继电器同4只滤波电容装在一块电路板上，电路板固定在控制盒顶部；4)全桥逆变装置，包括单相全桥变换电路、高频变压器、快恢复整流二极管、滤波电抗器，单相全桥变换电路中4只功率开关MOSFET场效应管同2只快恢复整流二极管装在散热器上，滤波电抗器同高频变压器装在散热器后面一块电路板上，单相全桥变换电路，高频变压器，快恢复整流二极管是两路相同器件并联工作的；5)控制电路装置，包括高频驱动电路芯片，PWM专用集成电路，外特性控制电路，保护电路，这些器件均装在散热器前面一块电路板上。
2.根据权利要求1所述的高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于所述全桥逆变装置的单相全桥变换电路中4只功率开关MOSFET场效应管中的场效应管VT2的源极与场效管VT4的源极分别与滤波电容负极连接，场效应管VTl的漏极与场效管VT3的漏极分别与所述继电器J的常开触点出端连接，场效应管VTl的源极与场效应管VT2的漏极连接，该接点与高频变压器原边头端接点间串接一只电感，场效应管VT3的源极与场效应管 VT4的漏极连接，该接点与另一只电感与电容串接后再与高频变压器尾端连接，高频变压器副边头、尾端分别与二只快恢复整流二极管正极相连，二只快恢复整流二极管负极分别与滤波电抗器进端相连，滤波电抗器出端与焊接正极输出插座相连，高频变压器副边中心抽头端与焊接负极输出插座相连，场效应管VT1、VT4的栅极分别与高频驱动电路芯片输出端连接，场效应管VT3、VT2的栅极分别与另一路高频驱动电路芯片输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于所述整流滤波装置中继电器J的常开触点串联接在整流桥的正极与滤波电容正极间，常开触点出端与整流桥的负极之间并联有滤波电容。
4.根据权利要求3所述的高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于所述全桥逆变装置中单相全桥变换电路是由4只功率开关MOSFET场效应管构成的单相全桥变换电路。
5.根据权利要求3所述的高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于所述控制电路装置中的高频驱动电路芯片内部有两个驱动电路，PWM专用集成电路是16脚封装集成电路，外特性控制电路是由4个运算放大器构成的外特性控制电路。
专利摘要本实用新型涉及一种由汽油机驱动发电机提供220V、50Hz交流电的高频逆变直流弧焊装置，具体说是一种高频逆变直流弧焊工频汽油发电机。该机包括交流发电机装置、控制盒装置、整流滤波装置、全桥逆变装置和控制电路装置。全桥变换器由于自身结构特点，工作于软开关模式下，具有变压器利用率高、滤波电感小等优点，取代了专用的电焊发电机，集电焊、发电为一体，将软开关技术引入逆变焊机领域，对减小开关损耗、提高开关频率到100kHz、减小体积重量、降低成本以及节约能源具有至关重要的作用。它解决了现有汽油机驱动的直流电焊机，能耗高，体积大，成本高，且只能作为单一电焊机用等问题。
文档编号H02M7/5387GK201963397SQ20102068065
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者黎皆乐 申请人:黎皆乐