專利名稱：一種nbj集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管逆變技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種NBJ集 裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源。
背景技術(shù)：
目前，在集裝箱生產(chǎn)行業(yè)，適應(yīng)生產(chǎn)線上的連續(xù)作業(yè)和生產(chǎn)效率較高的 要求，MAG焊作為該行業(yè)中最主要的焊接方式之一，工藝上需要有大電流和 大功率，國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的MAG焊電源主要以硅整流和晶閘管整流式為主，整流 式電源工作相對(duì)可靠，技術(shù)上也比較成熟，但設(shè)備體積龐大、笨重、能耗低、 效率低，且由于結(jié)構(gòu)其原因，動(dòng)靜態(tài)特性方面也不夠理想。晶體管式弧焊逆 變器的出現(xiàn)，雖然提高了逆變頻率，有利于提高效率、減小體積重量，但是 存在二次擊穿和需要較大的電流驅(qū)動(dòng)。大功率場(chǎng)效應(yīng)管弧焊逆變器只需要極 微小的電流就能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制，而且速度更快、無(wú)二次擊穿。但是，場(chǎng)效應(yīng) 管也存在著一定的不足之處，其推廣應(yīng)用受到限制。具體說(shuō)來(lái)，大功率場(chǎng)效
應(yīng)管弧悍電源主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題
U)單管容量小。耐高壓(800V以上)僅有數(shù)安培，需釆用多管并聯(lián)， 生產(chǎn)和調(diào)試較麻煩?；『鸽娫吹氖褂铆h(huán)境惡劣，有些悍接現(xiàn)場(chǎng)是二十四小時(shí) 連續(xù)作業(yè)，所以對(duì)其可靠性要求非常高。目前，硬開(kāi)關(guān)逆變弧焊電源由于高 頻寄生振蕩、負(fù)載頻繁復(fù)雜變化、電磁干擾、偏磁等原因，特別是大功率焊 接條件下，弧焊電源存在可靠性的不夠的問(wèn)題。
(2) 管子功率損耗較大。場(chǎng)效應(yīng)管由于通道電阻比較大，飽和壓降一般 載3、 4V以上，導(dǎo)通管子功率損耗比較大。
(3) 場(chǎng)效應(yīng)管耐高壓性能較差。
(4) 不易實(shí)現(xiàn)焊接電源的大功率大電流化。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提出 一種NBJ集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源，該電源損耗低，可靠性高，焊接
速度快，焊接工藝可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)優(yōu)化匹配，焊接質(zhì)量高，適合大功率悍接。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)所述一種NBJ集裝箱專用氣 體保護(hù)焊弧焊電源，包括機(jī)箱和內(nèi)置電路，所述內(nèi)置電路包括主電路、電流 閉環(huán)控制電路組成，所述主電路主要由整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率 變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊外接三相交流輸 入電源，所述整流平滑模塊外接負(fù)載；所述電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓 檢測(cè)模塊、焊接參數(shù)給定模塊、比較器、單片機(jī)控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和 高頻驅(qū)動(dòng)模塊組成，所述電流電壓檢測(cè)模塊一端與負(fù)載相連接，另一端與比 較器輸入端相連接，所述焊接參數(shù)給定模塊與比較器另一輸入端相連接，所 述比較器輸出端與單片機(jī)控制模塊相連接，所述單片機(jī)控制模塊與脈寬調(diào)制 模塊相連接，所述脈寬調(diào)制模塊與高頻驅(qū)動(dòng)模塊相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊 與高頻逆變模塊相連接。
為了更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述主電路還包括安全保護(hù)電路，所述安 全保護(hù)電路包括網(wǎng)壓檢測(cè)模塊、電壓保護(hù)模塊組成，所述網(wǎng)壓檢測(cè)模塊一端 外接三相交流電源，另一端與電壓保護(hù)模塊相連接，所述電壓保護(hù)模塊與脈 寬調(diào)制模塊相連接。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理為本實(shí)用新型采用IGBT逆變技術(shù)，其單管或者
模塊的容量比較大，耐壓1200V，且最大容量可達(dá)600A特別適合較大功率焊 接應(yīng)用場(chǎng)合。飽和壓降比較低，有利于減少管子功率損耗。本實(shí)用新型中， 由三相工頻交流電經(jīng)過(guò)整流濾波模塊后成為平滑直流電后進(jìn)入高頻逆變模 塊，然后通過(guò)功率變壓模塊、整流平滑模塊進(jìn)入負(fù)載。與此同時(shí)，單片機(jī)控 制模塊根據(jù)電流電壓檢測(cè)模塊檢測(cè)到負(fù)載的電流、電壓信號(hào)與焊接參數(shù)給定 模塊給定的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制模塊的模糊控制算法運(yùn)算，發(fā)給 脈寬調(diào)制模塊一個(gè)信號(hào)，脈寬調(diào)制模塊根據(jù)單片機(jī)控制模塊的算法產(chǎn)生兩路 PWM信號(hào)，這兩路PWM信號(hào)通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊放大去控制高頻逆變模塊的 開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，從而得到20KHz高頻高壓電，高頻高壓電再經(jīng)過(guò)功率 變壓模塊轉(zhuǎn)換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓的焊接電流，再經(jīng)過(guò)整流 平滑模塊得到更加平滑的焊接電流，也就是外環(huán)電流模糊閉環(huán)控制過(guò)程；網(wǎng) 壓檢測(cè)模塊檢測(cè)三相工頻電壓，把檢測(cè)到的電壓信號(hào)送給電壓保護(hù)模塊，如 出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓的現(xiàn)象，電壓保護(hù)模塊將送給脈寬調(diào)制模塊一個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生
低電平通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊關(guān)斷高頻逆變模塊的開(kāi)關(guān)管，保護(hù)主電路安全工作。 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
1、 本實(shí)用新型釆用先進(jìn)的高頻IGBT逆變技術(shù)，可靠性高，效率高達(dá)88%, 節(jié)能，比可控硅式節(jié)電最高達(dá)30%，空載損耗為其十分之一以下，重量輕， 體積小。
2、 本實(shí)用新型以單片機(jī)為控制核心，易于實(shí)現(xiàn)多特性和多功能以及多種 焊接材料的轉(zhuǎn)換， 一元化調(diào)節(jié)、自動(dòng)匹配焊接參數(shù)，操作簡(jiǎn)單、快捷。
3、 本實(shí)用新型采用特有的電子電抗器無(wú)級(jí)控制動(dòng)特性以及波控技術(shù)，電 弧挺度大，焊接過(guò)程穩(wěn)定，飛濺少，成形美觀，優(yōu)化參數(shù)匹配，焊速可提高 100 200%。

圖l是本實(shí)用新型的電路方框圖； 圖2是本實(shí)用新型的主電路原理圖3是本實(shí)用新型的脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖4是本實(shí)用新型的單片機(jī)控制模塊中單片機(jī)及其外圍電路的電路原理
圖5是本實(shí)用新型的單片機(jī)控制模塊中熔滴過(guò)渡控制電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。但本實(shí)用 新型的實(shí)現(xiàn)方式并不限于此。
本實(shí)用新型所述一種NBJ集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源，包括機(jī)箱和
內(nèi)置電路，如圖1所示，內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制電路組成。主電 路由依次連接的整流濾波模塊101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103和整 流平滑模塊104組成，整流濾波模塊101與三相交流輸入電源相連接，整流平 滑模塊104與負(fù)載相連接。電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測(cè)模塊lll、焊 接參數(shù)給定模塊112、比較器115、單片機(jī)控制模塊113、脈寬調(diào)制模塊107和 高頻驅(qū)動(dòng)模塊108，電流電壓檢測(cè)模塊lll一端與負(fù)載相連接，另一端與比較 器115輸入端相連接，焊接參數(shù)給定模塊112與比較器115另一輸入端相連接， 比較器115輸出端與單片機(jī)控制模塊113相連接，單片機(jī)控制模塊113與脈寬調(diào) 制模塊107相連接，脈寬調(diào)制模塊107與高頻驅(qū)動(dòng)模塊108相連接，高頻驅(qū)動(dòng)模
塊108與高頻逆變模塊102相連接。主電路還包括安全保護(hù)電路，該電路包括
網(wǎng)壓檢測(cè)模塊105、電壓保護(hù)模塊106，網(wǎng)壓檢測(cè)模塊105—端與接入的三相交 流電源相連接，另一端與電壓保護(hù)模塊106相連接，電壓保護(hù)模塊106與脈寬 調(diào)制模塊107相連接。網(wǎng)壓檢測(cè)模塊105檢測(cè)三相交流輸入電壓，為常用的電 壓檢測(cè)裝置。電壓保護(hù)模塊106為一常用的比較器，實(shí)現(xiàn)欠壓或者過(guò)壓保護(hù)。 焊接參數(shù)給定模塊112由兩個(gè)電位器組成，給定焊接電壓和送絲速度。比較器 115采用TL082比較器，對(duì)外環(huán)檢測(cè)信號(hào)與焊接給定參數(shù)進(jìn)行比較。電流電壓
檢測(cè)模塊lll為電流電壓傳感器，與負(fù)載連接。
如圖2所示，主電路中，三相交流輸入電源接整流濾波模塊101的整流塊 BR1，然后連接濾波環(huán)節(jié)L1、 C5、 C6、 C7、 C8、 R3'、 R4，再連接高頻逆變 模塊102的逆變橋TR, TR2， C11 C14，輸出接功率變壓模塊的高頻功率變 壓器T1初級(jí)，變壓器次級(jí)串接整流平滑模塊4的飽和RC吸收電路，再經(jīng)過(guò)高 頻全波整流電路D1 D4快速二極管組、穩(wěn)弧吸收模塊濾波環(huán)節(jié)L2、 R9、 C9、 CIO、后輸出直流電，以上環(huán)節(jié)構(gòu)成功率主電路，高頻逆變模塊102的包括兩 個(gè)兩單元的IGBT TI^ TR2。
如圖3所示，脈寬調(diào)制模塊107和高頻驅(qū)動(dòng)模塊108主要由脈寬調(diào)制模塊 107的誤差放大電路、反相器芯片ULN2003A、集成控制芯片SG3525以及高頻 驅(qū)動(dòng)模塊108的兩個(gè)脈沖變壓器M1和M2、芯片2SK1417、 M74HC4049和 CD4011及輔助電路相互連接組成。其中，CN6接溫控模塊與過(guò)熱、過(guò)流以及 單片機(jī)關(guān)斷信號(hào)的信號(hào)線和三個(gè)與門邏輯電路以及反相器芯片ULN2003A連 接，通過(guò)ULN2003A的16腳與集成控制芯片SG3525的10腳相接。單片機(jī)控制 模塊113的輸出端與集成控制芯片SG3525的引腳2相連，作為集成控制芯片 SG3525的輸入信號(hào)，在SG3525內(nèi)部與誤差信號(hào)比較，使集成控制芯片SG3525 輸出相應(yīng)的兩路PWM信號(hào)。該四路兩兩互補(bǔ)的PWM信號(hào)分別進(jìn)入高頻驅(qū)動(dòng) 模塊SC0724M，作為逆變橋開(kāi)關(guān)管TR, TR2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
如圖4所示，單片機(jī)控制模塊113中的單片機(jī)及其外圍電路主要由單片機(jī) W77E58、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5620、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC()838、反相器74LHC240、 ULN2003A以及輔助電路相互連接組成。單片機(jī)W77E58系統(tǒng)作為電流模糊控
制的核心，采樣電流與給定信號(hào)的偏差在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行模糊控制運(yùn)算過(guò)程， 輸出信號(hào)作為脈寬調(diào)制模塊107中集成控制芯片SG3525的腳2輸入信號(hào)，該信
號(hào)同注入的電流比較，確定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的大小，從而控制電源的輸出。其中單
片機(jī)W77E58中的I / O端口P0口與數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換TLC5620和TLC0838 相連，完成模擬信號(hào)給定、釆樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5620 的12、 ll引腳的模擬信號(hào)分別比例放大，與傳感器反饋回來(lái)的電流電壓進(jìn)行 比較產(chǎn)生控制信號(hào)，再通過(guò)脈寬調(diào)制模塊107和高頻驅(qū)動(dòng)模塊108對(duì)焊接電流 和弧壓進(jìn)行控制。
如圖5所示，單片機(jī)控制模塊113中的熔滴過(guò)渡控制電路通過(guò)模擬電路的 方式來(lái)選擇電源的外特性以及控制熔滴過(guò)渡。當(dāng)采用MAG焊和C02氣保焊 時(shí)，繼電器的控制端上CSO-為低電平信號(hào)，從而UPWM1與PWMU導(dǎo)通，此 時(shí)電源的外特性為恒壓特性，它是通過(guò)給定焊接電壓(UREF)與反饋的實(shí)際 電壓(UFB)進(jìn)行比較，其偏差在通過(guò)運(yùn)算放大器以及電容電阻組成的模擬 的PI控制電路進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出用于控制SG3525的PWMU。當(dāng)反饋的實(shí)際焊 接電壓大于給定電壓時(shí)，亦即U1B的5腳輸入為一個(gè)正的偏差，7引腳上的輸 出就會(huì)相應(yīng)地減小，從而輸入到SG3525中的UPWM1信號(hào)減小，占空比減小， 焊機(jī)的輸出端的電壓就會(huì)降低，從而達(dá)到輸出恒壓特性的要求，當(dāng)反饋的實(shí) 際焊接電壓小于給定電壓時(shí)，情況類似。
上述電路中，圖2中的電流電壓檢測(cè)模塊111為傳感器HALL2，同比較器 115連接、再與單片機(jī)控制模塊113的單片機(jī)W77E58通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC0838連接。單片機(jī)控制模塊113輸出端同脈寬調(diào)制模塊107的集成控制芯 片SG3525的引腳2相連，集成控制芯片SG3525的輸出端11、 14腳分別與高頻 驅(qū)動(dòng)模塊108的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)5、 16管腳相連，驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的輸出分別與高頻逆 變模塊102的四個(gè)開(kāi)關(guān)管的G、 E極相連，上述環(huán)節(jié)構(gòu)成電流電壓閉環(huán)控制電 路。
應(yīng)用本實(shí)用新型時(shí)，三相工頻交流電經(jīng)過(guò)整流濾波模塊101后成為平滑直 流電后進(jìn)入高頻逆變模塊102，單片機(jī)控制模塊113根據(jù)電流電壓檢測(cè)模塊111 檢測(cè)到負(fù)載的電流、電壓信號(hào)與脈沖參數(shù)給定模塊112給定的參數(shù)進(jìn)行比較， 經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制模塊113的模糊控制算法運(yùn)算，發(fā)給脈寬調(diào)制模塊107—個(gè)信 號(hào)，脈寬調(diào)制模塊107根據(jù)單片機(jī)控制模塊113設(shè)定的算法產(chǎn)生兩路PWM信 號(hào)，這兩路PWM信號(hào)通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊108放大去控制高頻逆變模塊102的開(kāi) 關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，從而得到20KHz高頻高壓電，高頻高壓電再經(jīng)過(guò)功率變
壓模塊103轉(zhuǎn)換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓的焊接電流，再經(jīng)過(guò)整流 平滑模塊104得到焊接電流，也就是外環(huán)電流閉環(huán)控制過(guò)程。網(wǎng)壓檢測(cè)模塊105
檢測(cè)三相工頻電壓，把檢測(cè)到的電壓信號(hào)送給電壓保護(hù)模塊106，如出現(xiàn)過(guò)壓、 欠壓的現(xiàn)象，電壓保護(hù)模塊106將送給脈寬調(diào)制模塊107—個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生低電 平通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊108關(guān)斷高頻逆變模塊102的開(kāi)關(guān)管，保護(hù)主電路安全工 作。
如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1、一種NBJ集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源，包括機(jī)箱和內(nèi)置電路，其特征是，所述內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制電路組成，所述主電路主要由整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊外接三相交流輸入電源，所述整流平滑模塊外接負(fù)載；所述電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測(cè)模塊、焊接參數(shù)給定模塊、比較器、單片機(jī)控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊組成，所述電流電壓檢測(cè)模塊一端與負(fù)載相連接，另一端與比較器輸入端相連接，所述焊接參數(shù)給定模塊與比較器另一輸入端相連接，所述比較器輸出端與單片機(jī)控制模塊相連接，所述單片機(jī)控制模塊與脈寬調(diào)制模塊相連接，所述脈寬調(diào)制模塊與高頻驅(qū)動(dòng)模塊相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊與高頻逆變模塊相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源，其特征是，所述主電路還包括安全保護(hù)電路，所述安全保護(hù)電路包括網(wǎng)壓檢測(cè) 模塊、電壓保護(hù)模塊組成，所述網(wǎng)壓檢測(cè)模塊一端外接三相交流電源，另一端與電壓保護(hù)模塊相連接，所述電壓保護(hù)模塊與脈寬調(diào)制模塊相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源，其特征是，所述單片機(jī)控制模塊主要由單片機(jī)及其外圍電路、熔滴過(guò)渡控制電 路組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源，其 特征是，所述單片機(jī)及其外圍電路主要由單片機(jī)W77E58、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 TLC5620、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0838、反相器74LHC240、 ULN2003A及外圍電 路連接組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源，其 特征是，所述脈寬調(diào)制模塊主要由誤差放大電路、反相器芯片ULN2003A、 集成控制芯片SG3525及外圍電路連接組成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源，其 特征是，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊主要由兩個(gè)脈沖變壓器以及芯片2SK1417、 M74HC4049和CD4011及外圍電路組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種NBJ集裝箱專用氣體保護(hù)焊弧焊電源，包括機(jī)箱和內(nèi)置電路，內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制電路組成，主電路主要由整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測(cè)模塊、焊接參數(shù)給定模塊、比較器、單片機(jī)控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊組成。本實(shí)用新型可靠性高，效率達(dá)88％，節(jié)能，重量輕，體積小，易于實(shí)現(xiàn)多特性和多功能以及多種焊接材料的轉(zhuǎn)換，一元化調(diào)節(jié)、自動(dòng)匹配焊接參數(shù)，操作簡(jiǎn)單、快捷。本實(shí)用新型電弧挺度大，焊接過(guò)程穩(wěn)定，飛濺少，成形美觀，優(yōu)化參數(shù)匹配，焊速可提高100～200％。
文檔編號(hào)B23K9/16GK201002167SQ20062015452
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者王振民, 黃石生 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)