專利名稱：絕緣柵雙極型晶體管逆變交直流氬弧焊機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種焊接設備，具體涉及絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊 機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的目前的交直流氬弧機絕大多數(shù)為可控硅(SRC)的工頻整流的電源。由 于可控硅的開關(guān)頻率為50-60HZ，所以主變壓器非常大和重。由U = 4. 44NBSf公式(其中 U表示變壓器的輸入電壓，N為繞制匝數(shù)，S為變壓器的鐵芯截面積，f為輸入電壓的頻率，B 為鐵芯的磁感應強度)。可知U、B和N不變的情況下，f增大，則S減小。工頻為50Hz，而 絕緣柵雙極晶體管的開關(guān)頻率為20000Hz，可見其它條件相同的情況下，絕緣柵雙極晶體管 的逆變電源的主變壓器可以比工頻整流的主變壓器小400倍左右?？梢娺@種工頻整流電源 耗材、耗電、體積大、重量重。再者由于工頻整流的交直流氬弧機電流過零時很平緩，就需要 加高壓來維弧，不然就會斷弧。逆變技術(shù)用于切割電源已近二十來年，當初是可控硅(SCR)逆變。由于逆變頻率 不高使得體積大、重量重、成本高，現(xiàn)已停止生產(chǎn)?，F(xiàn)有工業(yè)級的交直流氬弧電源幾乎都采 用絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor簡稱IGBT)逆變，但多數(shù)采 用硬開關(guān)技術(shù)，硬開關(guān)開關(guān)損耗大發(fā)熱量高，尖峰電壓也高，這樣吸收電路也復雜，且難以 達到理想的吸收效果，絕緣柵雙極晶體管易損壞。再者，中頻變壓器多改采用鐵氧體磁性材 料，初次級采用單股銅線或銅排，由于集膚效應的作用，電流密度大、發(fā)熱量高。另外，邏輯 控制電路很復雜，故障率高。鑒于上述問題，本實用新型公開了一種絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機。 其具有如下文所述之技術(shù)特征，以解決現(xiàn)有的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，是一種電 弧穩(wěn)定的可實現(xiàn)手工電弧焊、直流恒流氬弧焊、直流脈沖氬弧焊、交流恒流氬弧焊、交流脈 沖氬弧焊的多功能焊接設備，且節(jié)能、環(huán)保。本實用新型采用了絕緣柵雙極型大功率晶體管 絕緣柵雙極晶體管及脈寬調(diào)制(PWM)軟開關(guān)技術(shù)設計的逆變交直流氬弧機，同時采用單片 機進行邏輯控制和焊接參數(shù)的設定。它不僅體積小、重量輕，而且控制電路簡單故障率及 低，有合理的靜外特性和良好的動態(tài)性能，使得起弧容易，電弧穩(wěn)定，焊接質(zhì)量高，自調(diào)節(jié)能 力強，焊接電流連續(xù)可調(diào)，工件變形小，焊縫成型美觀等優(yōu)點。通過脈沖電流、脈沖頻率、脈 沖寬度、交流電流、交流頻率、清理比例及交流偏置比例的調(diào)節(jié)可得到焊縫所需之熔深、熔 寬及波紋數(shù)，延長鎢極壽命，特別適用于自動焊和機器人焊接，也是一種低噪音、高功率因 素、高效率的高效節(jié)能設備。本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機(WSME-500)的目的是通過以 下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機(WSME-500)，包括由前面
4板、后面板、下面板、上面板、左面板和右面板構(gòu)成的殼體及設置在殼體的前面板上的顯示 板、設置在殼體的后面板上的輸入接線端子、空氣開關(guān)和一對風機；所述的空氣開關(guān)設置在 輸入接線端子的一側(cè)；所述的一對風機豎直排列，位于輸入接線端子的下端；所述的前面 板的下端還設有焊接電纜負接線端子、焊接電纜直流接線端子及焊機電纜交流接線端子； 還包括設置在殼體中的控制裝置。所述的控制裝置包括一次逆變操作機構(gòu)、二次逆變操作機構(gòu)、水平設置在殼體內(nèi) 上端的元件板、水平設置在殼體內(nèi)中間位置的中板及設置在元件板上的主控制電路、驅(qū)動 電路、控制變壓器和三相電感，主控制電路分別與驅(qū)動電路、控制變壓器及三相電感連接。上述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其中，所述的一次逆變操作機構(gòu) 設置在中板上，位于元件板下方；所述的一次逆變操作機構(gòu)包括右側(cè)散熱器、工頻整流器、 濾波器及絕緣柵雙極晶體管逆變器；所述的工頻整流器設置在右側(cè)散熱器上；所述的濾波 器設置在右側(cè)散熱器上，位于工頻整流器的下側(cè)；所述的絕緣柵雙極晶體管逆變器設置在 右側(cè)散熱器上，位于工頻整流器的一側(cè)。上述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其中，所述的絕緣柵雙極晶體管 逆變器由超前臂和滯后臂構(gòu)成，所述的超前臂包括第一大功率絕緣柵雙極晶體管與第五二 極管并聯(lián)構(gòu)成的第一超前臂及第三大功率絕緣柵雙極晶體管與第六二極管并聯(lián)構(gòu)成的第 二超前臂，所述的滯后臂包括第二大功率絕緣柵雙極晶體管與第七二極管并聯(lián)構(gòu)成的第一 滯后臂及第四大功率絕緣柵雙極晶體管與第八二極管并聯(lián)構(gòu)成的第二滯后臂；所述的第一 超前臂與第二超前臂連接，第一滯后臂與第二滯后臂連接；第一大功率絕緣柵雙極晶體管、 第三大功率絕緣柵雙極晶體管、第二大功率絕緣柵雙極晶體管及第四大功率絕緣柵雙極晶 體管與驅(qū)動電路連接。上述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其中，還包括兩個電容串聯(lián) 構(gòu)成的全橋移相諧振式電路；該全橋移相諧振式電路設置在超前臂和滯后臂之間，第一超 前臂、第一滯后臂及第六電容并聯(lián)連接，第二超前臂、第二滯后臂及第五電容并聯(lián)連接。上述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其中，所述的二次逆變操作機構(gòu) 包括左側(cè)散熱器、中頻變壓器、中頻整流器、二次逆變快速二極管、二次逆變絕緣柵雙極晶 體管、電抗器、升壓變壓器及電流霍爾傳感器；中頻整流器由第一二極管、第二二極管、第 三二極管和第四二極管并聯(lián)構(gòu)成；所述的中頻變壓器吊裝在中板下方，位于絕緣柵雙極晶 體管逆變器的正下方；所述的中頻整流器設置在左側(cè)散熱器上，位于中頻變壓器的一側(cè)； 所述的二次逆變快速二極管設置在左側(cè)散熱器上，夾置在中頻變壓器及中頻整流器之間； 所述的二次逆變絕緣柵雙極晶體管設置在左側(cè)散熱器上，位于中板及元件板之間；所述的 電抗器設置在下面板的一側(cè)，該電抗器和二次逆變絕緣柵雙極晶體管構(gòu)成二次逆變電路； 所述的升壓變壓器吊裝在中板下，位于電抗器的上方；所述的電流霍爾傳感器套置在輸入 接線端子處，位于中板及元件板之間的二次逆變絕緣柵雙極晶體管的一側(cè)。上述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其中，第一超前臂、第二超前臂、 第一滯后臂和第二滯后臂分別與中頻變壓器的初級線圈的一端連接，第四大功率絕緣柵雙 極晶體管的集電極通過隔直電容和第一電感與中頻變壓器的初級線圈的另一端連接。上述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其中，所述的顯示板呈方形，顯示 板的中央設有數(shù)字顯示屏，顯示板的下端兩側(cè)分別設有兩個手動旋鈕，顯示板上還間隔設有多個指示燈，數(shù)字顯示屏的一側(cè)設有多個選擇按鈕。上述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其中，所述的三相電感設置在元 件板的一端邊緣上；所述的驅(qū)動電路設置在三相電感的一側(cè)；在驅(qū)動電路的一側(cè)固定設有 主控制電路。上述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其中，所述的輸入接線端子外接 380V三相交流電源，輸入接線端子的三個輸出端分別與空氣開關(guān)的三個輸入端對應連接， 空氣開關(guān)的三個輸出端分別與三相電感的三個輸入端對應連接，一對風機分別連接在空氣 開關(guān)的輸出端，三相電感的三個輸出端分別與工頻整流器的三個輸入端對應連接，工頻整 流器的兩個輸出端連接濾波器，工頻整流器向濾波器傳輸直流電壓，絕緣柵雙極晶體管逆 變器的輸入端與濾波器兩端連接，濾波器向絕緣柵雙極晶體管逆變器提供經(jīng)濾波器濾波后 的直流電壓，絕緣柵雙極晶體管逆變器的輸出端與中頻變壓器的輸入端連接，絕緣柵雙極 晶體管逆變器向中頻變壓器傳輸中頻脈沖電壓，絕緣柵雙極晶體管逆變器的輸出端還與驅(qū) 動電路的信號輸入端連接，絕緣柵雙極晶體管逆變器向驅(qū)動電路傳輸過流限制信號，中頻 變壓器的輸出端與中頻整流器的輸入端連接，中頻變壓器向中頻整流器傳輸?shù)椭蓄l矩形脈 沖電壓，中頻整流器的輸出端與二次逆變電路的輸入端連接，中頻整流器向二次逆變電路 傳輸直流電壓，電抗器的一端與中頻變壓器相接，電抗器的另一端與升壓變壓器的一端連 接，升壓變壓器的另一端與輸入接線端子的焊接電纜負接線端子連接，主控制電路通過保 險管與空氣開關(guān)的輸出端連接，驅(qū)動電路的輸入端與主控制電路的輸出端連接，中頻整流 器的輸出端及二次逆變電路的輸出端與電流霍爾傳感器的輸入端連接，電流霍爾傳感器的 輸出端與主控制電路的信號輸入端，電流霍爾傳感器向主控制電路傳輸電流反饋信號，控 制變壓器的輸入端外接380V三相交流電源，控制變壓器的輸出端與驅(qū)動電路、主控制電路 及顯示板連接，控制變壓器向驅(qū)動電路、主控制電路及顯示板提供交流電源。本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機由于采用了上述方案，使之與 現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果1、本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機由于采用軟開關(guān)技術(shù)，所以 開關(guān)損耗低，發(fā)熱量低，尖峰電壓也低，絕緣柵雙極晶體管工作可靠穩(wěn)定。2、本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機有合理的靜外特性和良好 的動態(tài)性能，使得起弧容易，電弧穩(wěn)定，焊接質(zhì)量高，自調(diào)節(jié)能力強，焊接電流連續(xù)可調(diào)，工 件變形小，焊縫成型美觀等。3、本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機由于采用了單片機進行邏 輯控制和焊接參數(shù)的設定，使得控制簡單可靠。以下，將通過具體的實施例做進一步的說明，然而實施例僅是本實用新型可選實 施方式的舉例，其所公開的特征僅用于說明及闡述本實用新型的技術(shù)方案，并不用于限定 本實用新型的保護范圍。

為了更好的理解本實用新型，可參照本說明書援引的以供參考的附圖，附圖中圖1是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的主視圖。圖2是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的后視圖。
6[0024]圖3是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的左視圖。圖4是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的右視圖。圖5是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的中板的俯視圖。圖6是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的結(jié)構(gòu)框圖。圖7是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的電路原理圖。圖8是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的實現(xiàn)軟開關(guān)主回路 和二次逆變主回路。圖9是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的顯示板的主視圖。圖10是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的兩步動作方式工作 過程的工作流程圖。圖11是本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的四步動作方式工作 過程的工作流程圖
具體實施方式
根據(jù)本實用新型的權(quán)利要求和實用新型內(nèi)容所公開的內(nèi)容，本實用新型的技術(shù)方 案具體如下所述。請參見附圖1、附圖2、附圖3、附圖4及附圖5所示，本實用新型絕緣柵雙極晶體 管逆變交直流氬弧焊機包括由前面板11、后面板12、下面板13、上面板14、左面板15和右 面板16構(gòu)成的殼體1及設置在殼體1的前面板11上的顯示板17、設置在殼體1的后面板 12上的輸入接線端子18、空氣開關(guān)19和一對風機10，空氣開關(guān)19，起過流保護作用，用于 當發(fā)生嚴重過載或短路時跳閘，一對10起對發(fā)熱的器件進行強迫風冷的作用，空氣開關(guān)19 設置在輸入接線端子18的一側(cè)；一對風機10豎直排列，位于輸入接線端子18的下端，前面 板11的下端還設有焊接電纜負接線端子(_) 111、焊接電纜直流接線端子(+)112及焊機電 纜交流接線端子C) 113，為三相380V的輸入接線端子；焊接電纜負接線端子(_) 111接氬 弧槍電纜，焊接電纜直流接線端子(+)112當直流焊時通過輸出電纜接被焊工件，焊機電纜 交流接線端子C) 113當交流焊時通過輸出電纜接被焊工件。還包括設置在殼體1內(nèi)部的 控制裝置2?？刂蒲b置2包括一次逆變操作機構(gòu)21、二次逆變操作機構(gòu)22、水平設置在殼體1 內(nèi)上端的元件板101、水平設置在殼體1內(nèi)中部的中板102及設置在元件板101上的主控 制電路103、驅(qū)動電路104、控制變壓器105和三相電感106。三相電感106設置在元件板 102的一端邊緣上；驅(qū)動電路104設置在三相電感106的一側(cè)；在驅(qū)動電路104的一側(cè)固定 設有主控制電路103。主控制電路103由焊接電流給定電路、電流反饋電路、過熱保護等電 路組成。三相電感106用于防干擾。主控制電路103分別與驅(qū)動電路104、控制變壓器105 及三相電感106連接。主控制電路103(HTME1)的作用是隨給定電流的大小來精確控制輸出電流的大 小，也就是隨焊接電流給定值的大小來確定送入驅(qū)動電路104的電壓信號大小，并受限于 電流反饋(外環(huán))的大小，當電流反饋值大于焊接電流給定值時，則無信號輸出；另外還有 對整過焊接過程進行邏輯控制的作用，同時還具有對二次逆變絕緣柵雙極晶體管225進行 控制和驅(qū)動的作用。
7[0037]驅(qū)動電路104(HTS2QD)隨主控制電路103來的信號大小去控制絕緣柵雙極晶體管 逆變器214的觸發(fā)脈沖的寬度，從而控制絕緣柵雙極晶體管逆變器214的導通寬度來調(diào)節(jié) 輸出電流的大小。觸發(fā)脈沖有無也受限于過流限制(內(nèi)環(huán))，也就是絕緣柵雙極晶體管逆變 器214的輸出的某個脈沖值大于設定的最大值時，則無觸發(fā)脈沖輸出，可見這就實現(xiàn)了逐 脈沖控制。一次逆變操作機構(gòu)21設置在中板102上，位于元件板101下方；一次逆變操作機 構(gòu)21包括右側(cè)散熱器211、工頻整流器212、濾波器213、絕緣柵雙極晶體管逆變器214 ；工 頻整流器212設置在右側(cè)散熱器211上，用于把三相交流電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓；濾波器213 設置在右側(cè)散熱器211上，位于工頻整流器212的下側(cè)，濾波器213是一個電容，該電容用 于把上述工頻整流器212整流電壓變成較平滑的直流電壓；絕緣柵雙極晶體管逆變器214 設置在右側(cè)散熱器211上，位于工頻整流器212的一側(cè)，絕緣柵雙極晶體管逆變器214是大 功率絕緣柵雙極晶體管(絕緣柵雙極晶體管)作為軟開關(guān)元件的逆變器，用于把上述整流 后輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成中頻矩形脈沖電壓，這個轉(zhuǎn)換過程稱為逆變。二次逆變操作機構(gòu)22包括左側(cè)散熱器221、中頻變壓器222、中頻整流器223、二次 逆變快速二極管224、二次逆變絕緣柵雙極晶體管225、電抗器226、升壓變壓器227及電流 霍爾傳感器228 ；中頻變壓器222吊裝在中板102下方，位于絕緣柵雙極晶體管逆變器214 的正下方，用于把上述絕緣柵雙極晶體管逆變器214輸出的中頻矩形脈沖電壓轉(zhuǎn)變成較低 的中頻矩形脈沖電壓，中頻變壓器222的鐵芯可采用納米晶材料，與鐵氧體相比，它具有飽 和磁感應強度Bm高，損耗低，磁導率高，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，中頻變壓器222的初、次級線圈 采用多股漆包線并聯(lián)；中頻整流器223設置在左側(cè)散熱器221上，位于中頻變壓器222的一 側(cè)，用于把上述中頻變壓器222輸出的中頻矩形脈沖電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓；二次逆變快速 二極管224設置在左側(cè)散熱器221上，夾置在中頻變壓器222及中頻整流器223之間；二 次逆變絕緣柵雙極晶體管225設置在左側(cè)散熱器221上，位于中板102及元件板101之間； 電抗器226設置在下面板13的一側(cè)，電抗器226起濾波和儲能的作用，該電抗器226和二 次逆變絕緣柵雙極晶體管225構(gòu)成二次逆變電路229，用于將中頻整流器223整流后的直 流電再次變成適合于焊接的交流電；升壓變壓器227吊裝在中板102下，位于電抗器226的 上方，起高壓引弧的作用；電流霍爾傳感器228套置在焊接電纜直流接線端子(+)112及焊 接電纜交流接線端子C) 113的公共部分處，位于中板102及元件板101之間的二次逆變絕 緣柵雙極晶體管225的一側(cè)，電流霍爾傳感器228套裝在直流輸出和交流輸出的公共部分 處，起電流隔離取樣，以便進行電流反饋和電流大小的顯示的作用；升壓變壓器227 —端與 電抗器226相接，另一端與焊接電纜負接線端子(_) 111相接，起高壓引弧的作用。后面板12上裝有兩個大功率冷卻風機10 ；再加上上述工頻整流器212、絕緣柵雙 極晶體管逆變器214和二次逆變快速二極管224設置在右側(cè)散熱器211及左側(cè)散熱器221 上，而右側(cè)散熱器211及左側(cè)散熱器221的散熱面很大，散熱效果非常好，所以常溫下暫載 率達 90% 以上(120A/128V)。請參見附圖9所示，顯示板17呈方形，顯示板17的中央設有數(shù)字顯示屏171，顯示 板17的下端兩側(cè)分別設有兩個手動旋鈕172，顯示板17上還間隔設有多個指示燈173，數(shù) 字顯示屏171的一側(cè)設有多個選擇按鈕174。數(shù)字顯示屏171顯示黃色數(shù)字，該數(shù)字顯示屏171與保護顯示燈173相對應，正常工作時保護顯示燈173不亮，當焊機過熱保護、過流保護、過壓保護時保護顯示燈173亮，同 時自動停機。顯示801 焊機內(nèi)部過壓保護；顯示802或803 焊機過流保護；顯示804 焊機 過熱保護，停止工作，等待降溫；顯示805 無電流時，長時間按下焊槍開關(guān)或開關(guān)損壞；顯 示806 缺水保護，如果選用氣冷焊槍，可以同時按住兩個手動旋鈕172，約3秒鐘后，缺水保 護取消；反之，若選用水冷時，同時按住兩手動旋鈕172，設置成缺水保護。兩個手動旋鈕172包括參數(shù)選擇旋鈕及參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕，參數(shù)選擇旋鈕用于上述各 被控量的選定；順地針旋轉(zhuǎn)依次向右選定，逆時針旋轉(zhuǎn)依次向左選定；手工電弧焊時，調(diào)節(jié) 推力電流；參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕用于調(diào)節(jié)各被控量的大小，順時針旋轉(zhuǎn)數(shù)值增加，逆時針旋轉(zhuǎn)數(shù)值 減小，按下該旋鈕左旋或者右旋，可實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)；手工電弧焊時，調(diào)節(jié)焊接電流。關(guān)機時， 焊機可自動保存數(shù)據(jù)，下次開機時可直接使用。多個指示燈173包括1、前氣-提前送氣時間(0.廣15s) ；2、起弧-起弧電流 (2(Γ160Α) ；3、緩升-焊接電流的上升時間(0. riOs) ；4、恒流-恒流輸出狀態(tài)時的焊接電 流(2(Γ500Α) ；5、清理-焊機輸出清理電流的時間比例(_4(Γ+40%) ；6、交流偏置-清理電 流相對于焊接電流的比例(_3(Γ+50%) ；7、交流-交流輸出時的工作頻率(2(Tl00Hz) ；8、 峰值-脈沖輸出時的峰值電流(2CT500A) ；9、占空-脈沖輸出時峰值電流所占的時間比例 (Γ100% )，可以控制焊縫熔深，以實現(xiàn)全位置焊接和薄板焊接；10、脈沖-脈沖輸出時的工 作頻率(0.2 20Ηζ) ；11、基值-脈沖輸出時的維弧電流(2(Γ180Α) ；12、衰減-焊接電流的下 降時間(0. 1 15s) ；13、收弧-焊接熄弧前的電流值(2CT500A) ； 14、延氣-焊接結(jié)束后繼續(xù) 送氣時間(0.廣60A)。還包括工作顯示燈工作顯示燈為紅色，合上電源開關(guān)即亮。多個選擇按鈕174包括交流氬弧焊和直流氬弧焊狀態(tài)的選擇切換、兩步動作(非 自鎖)和四步動作(自鎖)狀態(tài)的選擇切換及恒流氬弧焊、脈沖氬弧焊、手工電弧焊狀態(tài)的 選擇切換。兩步動作方式指當焊槍開關(guān)按下時開始焊接，當焊槍開關(guān)松開時停止焊接。四 步動作方式指第一次按下焊槍開關(guān)時焊機輸出起弧電流，松開焊槍開關(guān)時電流開始爬升至 正常焊接電流。當焊接完成后，再次按下焊槍開關(guān)，焊接電流開始下降至收弧電流并保持， 松開焊槍開關(guān)時，焊機停止輸出電流。請參見附圖10所示，兩步動作方式工作過程包括如下步驟步驟1，按下焊槍開 關(guān)；步驟2，提前送氣；步驟3，起??；步驟4，起始電流；步驟5，電流爬升；步驟6，正常焊接； 步驟7，在顯示板17上選擇直流恒流氬弧焊或直流脈沖氬弧焊或交流恒流氬弧焊或交流脈 沖氬弧焊；步驟8，松開焊槍開關(guān)；步驟9，電流衰減；步驟10，收??；步驟11，滯后送氣；步驟 12，結(jié)束焊接。請參見附圖11所示，四步動作方式工作流程包括如下步驟步驟1，按下焊槍開 關(guān)；步驟2，提前送氣；步驟3，起??；步驟4，起始電流；步驟5，松開焊槍開關(guān)；步驟6，電流 爬升；步驟7，正常焊接；步驟8，在顯示板17上選擇直流恒流氬弧焊或直流脈沖氬弧焊或 交流恒流氬弧焊或交流脈沖氬弧焊；步驟9，松開焊槍開關(guān)；步驟10，電流衰減；步驟11，收 ?。徊襟E12，松開焊接開關(guān)；步驟13，滯后送氣；步驟14，結(jié)束焊接。請參見附圖1、附圖6、附圖7及附圖8所示，輸入接線端子18外接380V三相交流 電源，輸入接線端子18的三個輸出端分別與空氣開關(guān)19的三個輸入端對應連接，空氣開關(guān) 19的三個輸出端分別與三相電感106的三個輸入端對應連接，一對風機10分別連接在空氣 開關(guān)19的輸出端，三相電感106的三個輸出端分別與工頻整流器212的三個輸入端對應連
9接，電容Cl、電容C2、電容C3裝在工頻整流器212的輸入端，用于吸收尖峰電壓，工頻整流 器212的兩個輸出端連接濾波器213，工頻整流器212向濾波器213傳輸直流電壓，壓敏電 阻RYl裝在工頻整流器212的輸出兩端，用于吸收尖峰電壓，絕緣柵雙極晶體管逆變器214 的輸入端與濾波器213兩端連接，濾波器213向絕緣柵雙極晶體管逆變器214提供經(jīng)濾波 器213濾波后的直流電壓，濾波器213是第四電容C4，絕緣柵雙極晶體管逆變器214的輸 出端與中頻變壓器222的輸入端連接，絕緣柵雙極晶體管逆變器214向中頻變壓器222傳 輸中頻脈沖電壓，絕緣柵雙極晶體管逆變器214的輸出端還與驅(qū)動電路104的信號輸入端 連接，絕緣柵雙極晶體管逆變器214向驅(qū)動電路104傳輸過流限制信號，中頻變壓器222的 輸出端與中頻整流器223的輸入端連接，中頻變壓器222向中頻整流器223傳輸?shù)椭蓄l矩 形脈沖電壓，中頻整流器223的輸出端與二次逆變電路229的輸入端連接，中頻整流器223 向二次逆變電路229傳輸直流電壓，電抗器226的一端與中頻變壓器222相接，電抗器226 的另一端與升壓變壓器227的一端連接，升壓變壓器227的另一端與焊接電纜負接線端子 (-)111連接，主控制電路103通過保險管3與空氣開關(guān)19的輸出端連接，保險管3保護控 制變壓器105，中頻整流器223的輸出端及二次逆變電路229的輸出端與電流霍爾傳感器 228的輸入端連接，電流霍爾傳感器228的輸出端與主控制電路103的信號輸入端，電流霍 爾傳感器228向主控制電路103傳輸電流反饋信號，驅(qū)動電路104的輸入端與主控制電路 103的輸出端連接，控制變壓器105的輸入端外接380V三相交流電源，控制變壓器105的輸 出端與驅(qū)動電路104、主控制電路103及顯示板17連接，控制變壓器105向驅(qū)動電路104、 主控制電路103及顯示板17提供交流電源。絕緣柵雙極晶體管逆變器214由超前臂和滯后臂構(gòu)成，超前臂包括第一大功率絕 緣柵雙極晶體管Ql與第五二極管D5并聯(lián)構(gòu)成的第一超前臂及第三大功率絕緣柵雙極晶體 管Q3與第六二極管D6并聯(lián)構(gòu)成的第二超前臂，滯后臂包括第二大功率絕緣柵雙極晶體管 Q2與第七二極管D7并聯(lián)構(gòu)成的第一滯后臂及第四大功率絕緣柵雙極晶體管Q4與第八二極 管D8并聯(lián)構(gòu)成的第二滯后臂；第一超前臂與第二超前臂連接，第一滯后臂與第二滯后臂連 接；第一大功率絕緣柵雙極晶體管Q1、第三大功率絕緣柵雙極晶體管Q3、第二大功率絕緣 柵雙極晶體管Q2及第四大功率絕緣柵雙極晶體管Q4與驅(qū)動電路104連接。本方案的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機不論是空載、輕載和重載，都能 實現(xiàn)軟開關(guān)，主要包括由第一大功率絕緣柵雙極晶體管Q1、第三大功率絕緣柵雙極晶體管 Q3分別與第五二極管D5、第六二極管D6并聯(lián)構(gòu)成超前臂，第二大功率絕緣柵雙極晶體管 Q2、第四大功率絕緣柵雙極晶體管Q4分別于第七二極管D7、第八二極管D8并聯(lián)構(gòu)成滯后 臂，第一超前臂、第一滯后臂及第六電容C6并聯(lián)連接，第二超前臂、第二滯后臂及第五電容 C5并聯(lián)連接，第五電容C5和第六電容C6串聯(lián)，第五電容C5與第一電阻Rl并聯(lián)構(gòu)成的全橋 移相諧振式電路HTME3，為實現(xiàn)軟開關(guān)提供條件，第一超前臂、第二超前臂、第一滯后臂和第 二滯后臂分別與中頻變壓器222的初級線圈m的一端連接，第四大功率絕緣柵雙極晶體管 Q4的集電極通過隔直電容C7和第一電感Ll與中頻變壓器222的初級線圈m的另一端連 接，第一電感Ll的作用是增大漏感，全橋移相諧振式電路HTME3通過中頻變壓器222初級 線圈W輸出，中頻變壓器222次級線圈N2輸出逆變電源。為增大漏感在中頻變壓器222的 次級增加了一個輔助線圈N3，輔助線圈N3的匝數(shù)與次級線圈N2的相接近，在輔助線圈N3 的兩端還接第二電感L2。第二電感L2的匝數(shù)根據(jù)輸出電流的大小而定。隔直電容C7為防
10止中頻變壓器222產(chǎn)生偏磁而飽和。由此可見，實現(xiàn)了超前臂的零電壓開關(guān)和滯后臂的近 零電流關(guān)和零電壓開。 過流保護板HTS4設置在第一電感與全橋移相諧振式電路HTME3之間，起初級過流 保護作用，實現(xiàn)逐波控制。吸收板HTS5由電阻和電容串接而成，設置在中頻整流器223上， 中頻整流器223由第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4并聯(lián)構(gòu) 成，吸收尖峰電壓，保護第一二極管Dl和第二二極管D2 ；第四電阻R4和第十電容ClO并聯(lián)， 并與第三二極管D3和第四二極管D4連接，第四電阻R4和第十電容ClO吸收尖峰電壓，保 護第三二極管D3和第四二極管D4。第一保護電容Cll和第二保護電容C12分別連接在二次逆變絕緣柵雙極晶體管 225(Q5、Q6)上，吸收尖峰電壓，保護Q5、Q6。維弧電路板HTMElO和HTMEll之間串接第九二 極管D9，并設置在下面板13上的左側(cè)散熱器221上，由它們共同組成的電路為交流過零時 提供維弧電流。兩個防靜電電路板HTS6設置在升壓變壓器227與電抗器226之間，用于防 干擾和靜電。第一保護電容Cll和第二保護電容C12與電抗器226之間串接第三電感L3， 第三電感L3起到吸收尖峰電壓的作用。另一個重要部分是當為交流輸出時電流霍爾傳感器228取樣的的實現(xiàn)當二次逆 變絕緣柵雙極晶體管225(Q5)開通時，電流的流向為D1、D2 —二次逆變絕緣柵雙極晶體 管225(Q5)—焊接電纜交流接線端子C) 113—焊接電纜負接線端子(-)lll —T2—第三 電感L3 —次級線圈N2 ；當二次逆變絕緣柵雙極晶體管225(Q6)開通時，電流的流向為次 級線圈N2 —第三電感L3 — T2 —焊接電纜負接線端子(_) 111 —焊接電纜交流接線端子 C) 113—二次逆變絕緣柵雙極晶體管225 (Q6) — D3、D4。可見無論是Q5還是Q6開通都保 證電流從同一方向流經(jīng)電流霍爾傳感器228，保證電流霍爾傳感器228能正常取樣。熱敏繼電器裝在各散熱器上，當散熱器的溫度達到一定值時，則熱敏繼電器自動 斷開，則主控制板(HTMEl)無輸出信號，同時裝在前面板上的保護燈亮，焊機無輸出電流。綜上所述，本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機由于采用軟開關(guān)技 術(shù)，所以開關(guān)損耗低，發(fā)熱量低，尖峰電壓也低，絕緣柵雙極晶體管工作可靠穩(wěn)定；本實用新 型有合理的靜外特性和良好的動態(tài)性能，使得起弧容易，電弧穩(wěn)定，焊接質(zhì)量高，自調(diào)節(jié)能 力強，焊接電流連續(xù)可調(diào)，工件變形小，焊縫成型美觀等；本實用新型由于采用了單片機進 行邏輯控制和焊接參數(shù)的設定，使得控制簡單可靠。上述內(nèi)容為本實用新型絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機的具體實施例的 列舉，對于其中未詳盡描述的設備和結(jié)構(gòu)，應當理解為采取本領(lǐng)域已有的通用設備及通用 方法來予以實施。
1權(quán)利要求一種絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，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)構(gòu)成的殼體(1)及設置在殼體(1)的前面板(11)上的顯示板(17)、設置在殼體(1)的后面板(12)上的輸入接線端子(18)、空氣開關(guān)(19)和一對風機(10)；所述的空氣開關(guān)(19)設置在輸入接線端子(18)的一側(cè)；所述的一對風機(10)豎直排列，位于輸入接線端子(18)的下端；所述的前面板(11)的下端還設有焊接電纜負接線端子(111)、焊接電纜直流接線端子(112)及焊機電纜交流接線端子(113)；其特征在于還包括設置在殼體(1)中的控制裝置(2)；所述的控制裝置(2)包括一次逆變操作機構(gòu)(21)、二次逆變操作機構(gòu)(22)、水平設置在殼體(1)內(nèi)上端的元件板(101)、水平設置在殼體(1)內(nèi)中間位置的中板(102)及設置在元件板(101)上的主控制電路(103)、驅(qū)動電路(104)、控制變壓器(105)和三相電感(106)；主控制電路(103)分別與驅(qū)動電路(104)、控制變壓器(105)及三相電感(106)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其特征在于所述 的一次逆變操作機構(gòu)(21)設置在中板(102)上，位于元件板(101)下方；所述的一次逆變 操作機構(gòu)(21)包括右側(cè)散熱器(211)、工頻整流器(212)、濾波器(213)及絕緣柵雙極晶 體管逆變器(214)；所述的工頻整流器(212)設置在右側(cè)散熱器(211)上；所述的濾波器 (213)設置在右側(cè)散熱器(211)上，位于工頻整流器(212)的下側(cè)；所述的絕緣柵雙極晶體 管逆變器(214)設置在右側(cè)散熱器(211)上，位于工頻整流器(212)的一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其特征在于所述 的絕緣柵雙極晶體管逆變器(214)由超前臂和滯后臂構(gòu)成，所述的超前臂包括第一大功率 絕緣柵雙極晶體管(Ql)與第五二極管(D5)并聯(lián)構(gòu)成的第一超前臂及第三大功率絕緣柵雙 極晶體管(Q3)與第六二極管(D6)并聯(lián)構(gòu)成的第二超前臂，所述的滯后臂包括第二大功率 絕緣柵雙極晶體管(Q2)與第七二極管(D7)并聯(lián)構(gòu)成的第一滯后臂及第四大功率絕緣柵雙 極晶體管(Q4)與第八二極管(D8)并聯(lián)構(gòu)成的第二滯后臂；所述的第一超前臂與第二超前 臂連接，第一滯后臂與第二滯后臂連接；第一大功率絕緣柵雙極晶體管(Ql)、第三大功率 絕緣柵雙極晶體管(Q3)、第二大功率絕緣柵雙極晶體管(Q2)及第四大功率絕緣柵雙極晶 體管(Q4)與驅(qū)動電路(104)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其特征在于還包 括兩個電容(C5、C6)串聯(lián)構(gòu)成的全橋移相諧振式電路；該全橋移相諧振式電路設置在超前 臂和滯后臂之間，第一超前臂、第一滯后臂及第六電容(C6)并聯(lián)連接，第二超前臂、第二滯 后臂及第五電容(C5)并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其特征在于所述 的二次逆變操作機構(gòu)(22)包括左側(cè)散熱器(221)、中頻變壓器(222)、中頻整流器(223)、 二次逆變快速二極管(224)、二次逆變絕緣柵雙極晶體管(225)、電抗器(226)、升壓變壓 器(227)及電流霍爾傳感器(228)；中頻整流器(223)由第一二極管D1、第二二極管D2、第 三二極管D3和第四二極管D4并聯(lián)構(gòu)成；所述的中頻變壓器(222)吊裝在中板(102)下方， 位于絕緣柵雙極晶體管逆變器(214)的正下方；所述的中頻整流器(223)設置在左側(cè)散熱 器(221)上，位于中頻變壓器(222)的一側(cè)；所述的二次逆變快速二極管(224)設置在左側(cè) 散熱器(221)上，夾置在中頻變壓器(222)及中頻整流器(223)之間；所述的二次逆變絕緣柵雙極晶體管(225)設置在左側(cè)散熱器(221)上，位于中板(102)及元件板(101)之間；所 述的電抗器(226)設置在下面板(13)的一側(cè)，該電抗器(226)和二次逆變絕緣柵雙極晶體 管(225)構(gòu)成二次逆變電路(229)；所述的升壓變壓器(227)吊裝在中板(102)下，位于電 抗器(226)的上方；所述的電流霍爾傳感器(228)套置在輸入接線端子(18)處，位于中板(102)及元件板(101)之間的二次逆變絕緣柵雙極晶體管(225)的一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其特征在于第一 超前臂、第二超前臂、第一滯后臂和第二滯后臂分別與中頻變壓器(222)的初級線圈m的 一端連接，第四大功率絕緣柵雙極晶體管(Q4)的集電極通過隔直電容(C7)和第一電感 (Li)與中頻變壓器(222)的初級線圈(Ni)的另一端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其特征在于 所述的顯示板(17)呈方形，顯示板(17)的中央設有數(shù)字顯示屏(171)，顯示板(17)的下端 兩側(cè)分別設有兩個手動旋鈕(172)，顯示板(17)上還間隔設有多個指示燈(173)，數(shù)字顯示 屏(171)的一側(cè)設有多個選擇按鈕(174)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其特征在于所述 的三相電感(106)設置在元件板(102)的一端邊緣上；所述的驅(qū)動電路(104)設置在三相 電感(106)的一側(cè)；在驅(qū)動電路(104)的一側(cè)固定設有主控制電路(103)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，其特征在于所述 的輸入接線端子(18)外接380V三相交流電源，輸入接線端子(18)的三個輸出端分別與空 氣開關(guān)(19)的三個輸入端對應連接，空氣開關(guān)(19)的三個輸出端分別與三相電感(106) 的三個輸入端對應連接，一對風機(10)分別連接在空氣開關(guān)(19)的輸出端，三相電感 (106)的三個輸出端分別與工頻整流器(212)的三個輸入端對應連接，工頻整流器(212)的 兩個輸出端連接濾波器(213)，工頻整流器(212)向濾波器(213)傳輸直流電壓，絕緣柵雙 極晶體管逆變器(214)的輸入端與濾波器(213)兩端連接，濾波器(213)向絕緣柵雙極晶 體管逆變器(214)提供經(jīng)濾波器(213)濾波后的直流電壓，絕緣柵雙極晶體管逆變器(214) 的輸出端與中頻變壓器(222)的輸入端連接，絕緣柵雙極晶體管逆變器(214)向中頻變壓 器(222)傳輸中頻脈沖電壓，絕緣柵雙極晶體管逆變器(214)的輸出端還與驅(qū)動電路(104) 的信號輸入端連接，絕緣柵雙極晶體管逆變器(214)向驅(qū)動電路(104)傳輸過流限制信號， 中頻變壓器(222)的輸出端與中頻整流器(223)的輸入端連接，中頻變壓器(222)向中頻 整流器(223)傳輸?shù)椭蓄l矩形脈沖電壓，中頻整流器(223)的輸出端與二次逆變電路(229) 的輸入端連接，中頻整流器(223)向二次逆變電路(229)傳輸直流電壓，電抗器(226)的一 端與中頻變壓器(222)相接，電抗器(226)的另一端與升壓變壓器(227)的一端連接，升 壓變壓器(227)的另一端與輸入接線端子(18)的焊接電纜負接線端子連接，主控制電路(103)通過保險管(3)與空氣開關(guān)(19)的輸出端連接，驅(qū)動電路(104)的輸入端與主控制 電路(103)的輸出端連接，中頻整流器(223)的輸出端及二次逆變電路(229)的輸出端與 電流霍爾傳感器(228)的輸入端連接，電流霍爾傳感器(228)的輸出端與主控制電路(103) 的信號輸入端，電流霍爾傳感器(228)向主控制電路(103)傳輸電流反饋信號，控制變壓器 (105)的輸入端外接380V三相交流電源，控制變壓器(105)的輸出端與驅(qū)動電路(104)、 主控制電路(103)及顯示板(17)連接，控制變壓器(105)向驅(qū)動電路(104)、主控制電路 (103)及顯示板(17)提供交流電源。
專利摘要一種絕緣柵雙極晶體管逆變交直流氬弧焊機，包括殼體及顯示板、輸入接線端子、空氣開關(guān)和一對風機；空氣開關(guān)設置在輸入接線端子的一側(cè)；一對風機位于輸入接線端子的下端；前面板的下端還設有焊接電纜負接線端子、焊接電纜直流接線端子及焊機電纜交流接線端子；還包括控制裝置，其包括一次逆變操作機構(gòu)、二次逆變操作機構(gòu)、元件板、中板、主控制電路、驅(qū)動電路、控制變壓器和三相電感，主控制電路分別與驅(qū)動電路、控制變壓器及三相電感連接。本實用新型開關(guān)損耗低，發(fā)熱量低，尖峰電壓也低，IGBT工作可靠穩(wěn)定；起弧容易，電弧穩(wěn)定，焊接質(zhì)量高，自調(diào)節(jié)能力強，焊接電流連續(xù)可調(diào)，工件變形小，焊縫成型美觀；控制簡單可靠。
文檔編號B23K9/10GK201677116SQ20102011092
公開日2010年12月22日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者張通淼 申請人:上海滬通焊接電器制造有限公司