專利名稱：一種雙熔化極轉(zhuǎn)移電弧復(fù)合焊接電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了 一種電弧復(fù)合焊接設(shè)備。
背景技術(shù)：
雙絲熔化極氣體保護(hù)焊接工藝是目前常用的一種高效焊接工藝，在薄板焊接時可以提高焊接速度，在厚板焊接時可以提高熔敷速度(相對于單絲焊接)。在薄板焊接中提高效率的主要方式是提高焊接速度，高速焊接和常規(guī)速度焊接在焊接熱輸入的分配方式顯著不同。雙絲焊接工藝由于熱量分配沿焊接方向拉長，所以對單位長度焊縫的加熱時間變長，其結(jié)果等效于低速焊接時的溫度場分布，所以容易實現(xiàn)高速焊接工藝。此外，由于兩個電弧之間的相互作用，提高了焊接熱量的利用率，所以在相同熱輸入的條件下，可以獲得更高的熔敷金屬量，利于避免咬邊等焊接缺陷的產(chǎn)生。但是，由于熔化極焊接工藝中每根焊絲的熔化都有一個最小臨界工作電流，熱輸入較大，容易造成薄板焊接時燒穿，難以滿足一些薄板焊接接頭的要求。而在厚板焊接中，主要是在保證焊接熱輸入的條件下，提高熔敷金屬量。常規(guī)雙絲焊接工藝采用雙弧直流反接并聯(lián)方式，母材為陰極，產(chǎn)熱量較大，熱輸入也較大，這對一些熱輸入敏感的高強(qiáng)鋼等是非常不利的。所以在保證熔敷速度的前提下降低熱輸入，或是在保證熱輸入的條件下熔化更多的焊絲具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，通過提供一種轉(zhuǎn)移熔化極電弧和固定直流熔化極電弧復(fù)合的焊接設(shè)備，降低常規(guī)雙絲焊接工藝的熱輸入，以擴(kuò)大雙絲焊接工藝的應(yīng)用范圍。該系統(tǒng)由一個直流熔化極電弧作為主弧，轉(zhuǎn)移熔化極電弧作為輔助電弧，輔助電弧可以在母材和主弧焊絲之間以及主弧焊絲和輔助弧焊絲之間交替建立。當(dāng)輔助電弧在主弧焊絲和母材之間建立時，可以使焊接熱輸入沿焊接方向上的分布拉長，獲得類似常規(guī)雙絲焊接工藝的溫度場；當(dāng)輔助電弧在焊絲和焊絲之間存在時，可以降低熱輸入，提高熔敷速度。所以本發(fā)明相比于常規(guī)雙絲焊接可以降低最小焊接熱輸入，從而適用于常規(guī)雙絲焊接無法解決的超薄板高速焊接工況，也可以用于表面堆焊等。本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的:一種雙熔化極轉(zhuǎn)移電弧復(fù)合焊接電源裝置，該裝置包括恒壓逆變電路(9 )、直流恒壓輸出電路(12)、恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)、直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路(2)、電流切換驅(qū)動電路(3)、核心控制電路(8)、輔助電弧電流采樣濾波電路(4)、第一輔助電弧電壓采樣濾波電路(10)，主弧電流采樣濾波電路(5)，主弧電壓采樣濾波電路(6)，第二輔助電弧電壓采樣濾波電路(11)，還包括電流切換電路(13)，所述的電流切換電路(13)包括整流二極管(D1,D2, D3，D4)，雙胞電感(LI，L2)，和功率開關(guān)管(T5，T6)，二極管Dl的陰極K端、二極管D3的陰極K端與雙胞電感中的LI的第一端相連，雙胞電感LI的第二端與功率開關(guān)管T5的集電極C端相連，功率開關(guān)T5的發(fā)射極E外接主弧焊絲，功率開關(guān)管T5的基極G受電流切換驅(qū)動電路(3)控制，二極管D2的陽極A端、二極管D4的陽極A端與雙胞電感L2中的第一端相連，雙胞電感L2中的二端與功率開關(guān)管T6的發(fā)射極E端相連，功率開關(guān)管T6的集電極C外接母材，功率開關(guān)管T6的基極G受電流切換驅(qū)動電路(3)控制，二極管Dl的陽極與二極管D2的陰極相連，二極管D3的陽極與二極管D4的陰極相連，電感L1、電感L2為繞在同一磁芯上的雙包電感，電感LI的第一端與電感L2的第二端為同名端，通過改變電流切換電路(13)中雙包電感的匝數(shù)比例，使切換的電流比例反比于匝數(shù)比例；電流切換電路，可以通過控制功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，使恒壓逆變電路從不同的端子輸出電流。當(dāng)功率開關(guān)管(T5)導(dǎo)通、功率開關(guān)管(T6)關(guān)斷時，電流從T5的E端，經(jīng)過主弧焊絲I，電弧，輔助弧焊絲2，從變壓器(BI)的中間抽頭端流回，輔助電弧建立于兩個焊絲之間。當(dāng)功率開關(guān)管(T6)導(dǎo)通、功率開關(guān)管(T5)關(guān)斷時，電流從變壓器中間抽頭端，經(jīng)過輔助弧焊絲、電弧，母材，從T6的C端流回，輔助電弧建立于輔助弧焊絲和母材之間。功率開關(guān)管T5，T6輪流導(dǎo)通，則輔助電弧在輔助弧焊絲2和主弧焊絲1，以及輔助弧焊絲2和母材之間同步轉(zhuǎn)移。所述的恒壓逆變電路(9)的輸出為帶中心抽頭的變壓器BI，其中變壓器中心BI的中心抽頭外接輔助弧焊絲，另外輸出端子三和輸出端子五分別接電流切換電路(13)中二極管Dl的陽極和二極管D3的陽極；恒壓逆變電路用于保持輸出恒壓，根據(jù)電流切換電路的不同狀態(tài)，輔助電弧可以存在于輔助弧焊絲和主弧焊絲之間，也可以存在于輔助弧焊絲和母材之間。在兩種條件下，恒壓逆變電路都可以使輔助電弧電壓實現(xiàn)恒定。本發(fā)明以全橋電路構(gòu)建恒壓逆變電路，也可以通過其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實現(xiàn)恒壓逆變電路，如半橋逆變電路，推挽逆變電路等。

所述的直流恒壓輸出電路的輸出的正極性端連接至電流切換電路中開關(guān)管Τ5的發(fā)射極Ε，該端外接主弧焊絲，而負(fù)極性端連接至電流切換電路中開關(guān)管Τ6的集電極C，該端外接母材；所述的核心控制電路(8)通過控制電流切換電路(13)中功率開關(guān)管(Τ5，Τ6)的交替導(dǎo)通，使輔助電弧在主弧焊絲和輔助弧焊絲，以及輔助焊絲和母材之間交替燃燒；當(dāng)功率開關(guān)管Τ5導(dǎo)通，Τ6關(guān)斷時，核心控制電路(8)通過輔助電弧電流采樣濾波電路(4)反饋流經(jīng)輔助電弧的電流，以及第一輔助電弧電壓采樣濾波電路(10)反饋輔助電弧的電壓，通過恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)控制恒壓逆變電路(9)功率開關(guān)元件，使輔助電弧的輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值；當(dāng)功率開關(guān)管Τ6導(dǎo)通，Τ5關(guān)斷時，核心控制電路(8)通過輔助電弧電流采樣濾波電路(4)反饋流經(jīng)輔助電弧的電流，以及第二輔助電弧電壓采樣濾波電路(11)反饋輔助電弧的電壓，通過恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)控制恒壓逆變電路(9)功率開關(guān)元件，使輔助電弧的輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值；核心控制電路(8)根據(jù)主弧電流采樣濾波電路(5)反饋的主弧電流信號，以及主弧電壓采樣濾波電路(6)反饋的主弧電壓信號，通過直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路(2)控制直流恒壓輸出電路(12)功率開關(guān)元件，使主弧輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值。直流恒壓輸出電路可以實現(xiàn)恒壓輸出，該電路輸出的正極性端接主弧焊絲，負(fù)極性端接母材，電弧在主弧焊絲和母材之間連續(xù)燃燒，本發(fā)明以全橋逆變電路構(gòu)建直流恒壓輸出電路，作為最佳實施方式。也可以通過其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實現(xiàn)直流恒壓輸出電路，如半橋電路，推挽電路等。直流輸出電路為主弧提供能量，主弧流經(jīng)主弧焊絲和母材，最后回到直流恒壓輸出電路的變壓器中心抽頭端。所述的恒壓逆變電路，包括整流橋81 1，電容(:1，功率開關(guān)管(1'1，了2，了3，了4)，和變壓器BI，三相交流電的U端、V端、W端分別與整流橋電路BRl的第一端、第二端、第三端連接，整流橋電路BRl的輸出端第四端、第五端之間并聯(lián)有濾波電容Cl，整流橋電路BRl的第四端連接至功率開關(guān)管Tl的集電極C端、功率開關(guān)管T2的集電極C端，整流橋電路BRl的第五端連接至功率開關(guān)管T3的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管T4的發(fā)射極E端；功率開關(guān)管Tl的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管T4的集電極C與變壓器BI原邊的第一端相連，功率開關(guān)管T2的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管T3的集電極C端與變壓器BI原邊的第二端相連，變壓器BI副邊的第三端與電流切換驅(qū)動電路(3)中二極管Dl的陽極A端、二極管D2的陰極K端相連，變壓器BI副邊的第五端與電流切換驅(qū)動電路(3)中二極管D3的陽極A端、二極管D4的陰極K端相連，變壓器BI副邊的中間抽頭與輔助弧焊絲相連，功率開關(guān)管(Tl，T2, T3, T4)的基極G受恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)控制。所述的直流恒壓輸出電路，包括整流橋BR2，電容C2，功率開關(guān)管T7，T8，T9，T10,變壓器B2，整流二極管D5，D6，和電感L3 ;該電路可以實現(xiàn)恒壓的直流輸出特性，為常規(guī)的平特性電弧焊接電路；三相交流電的U端、V端、W端分別與整流橋電路BR2的輸入端第一端、第二端、第三端連接，整流橋電路BR2的輸出端第四端、第五端之間并聯(lián)有濾波電容C2，整流橋電路BR2的輸出第四端與功率開關(guān)管T7的集電極C端、功率開關(guān)管T8的集電極C端相連，整流橋電路BR2的第五端與功率開關(guān)管T9的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管TlO的發(fā)射極E端相連；功率開關(guān)管T7的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管TlO的集電極C端與變壓器B2原邊的第一端相連，功率開關(guān)管T8的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管T9的集電極C端與變壓器B2原邊的第二端相連；變壓器B2副邊的第三端與二極管D5的陽極A端相連，變壓器B2副邊的中間抽頭第四端作為直流恒壓輸出電路的負(fù)極性輸出端，該端與電流切換電路的功率開關(guān)管T6的集電極C相連，變壓器B2副邊的第五端與二極管D6的陽極A端相連；二極管D5的陰極K端、二極管D6的陰極K端連接電感L3的一端，電感L3的二端作為正極性輸出端,該端與電流切換電路中功率開關(guān)管T5的發(fā)射極E相連；功率開關(guān)管(了7、了8、了9、110)的基極G受直流恒壓輸出電路的驅(qū)動電路控制。由于前述的電流切換電路的作用，雖然流經(jīng)輔助弧焊絲的電流是交流電流，但是輔助弧焊絲和母材，以及輔助弧焊絲和主弧焊絲之間的電壓為脈動直流電壓，電壓幅值為2 V—100V。所述的直流恒壓輸出電路輸出電壓為5V — 45V。所述的恒壓逆變電路的輸出電壓幅值為2V — 100V。當(dāng)功率開關(guān)管T5導(dǎo)通、功率開關(guān)管T6關(guān)斷時，雙胞電感中的能量以流過電感LI的電流的形式表現(xiàn)出來，輔助電弧存在于兩焊絲之間；當(dāng)功率開關(guān)管T6導(dǎo)通、功率開關(guān)管T5關(guān)斷時，雙胞電感中的能量以流過電感L2的電流的形式表現(xiàn)出來，輔助電弧存在于母材和輔助焊絲之間；通過控制功率開關(guān)管T5、功率開關(guān)管T6的相互切換實現(xiàn)輔助電弧在焊絲與焊絲和焊絲與母材之間的切換。有益.效果本發(fā)明為復(fù)合電弧焊接裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果:通過雙胞電感的磁場耦合作用，配合電流切換電路中兩只功率開關(guān)管的輪流導(dǎo)通關(guān)斷，實現(xiàn)了電源輸出回路的高速切換，輔助電弧可以高速的在主弧焊絲與輔助弧焊絲之間和焊絲與母材之間切換。相比于常規(guī)的雙熔化極焊絲電弧焊接工藝，可以降低焊接熱輸入的最低臨界值。由于輔助電弧的切換時間比例可以自由調(diào)節(jié)，所以輔助電弧能量在熔化極焊絲和母材之間的分配比例可以自由調(diào)節(jié)，從而提高焊接工藝的適應(yīng)范圍。本發(fā)明所述的復(fù)合電弧焊接裝置由于采用功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷來實現(xiàn)輔助電弧的切換，可以使電弧切換最高頻率大于20KHz，輔助電弧電壓在2V — 100V，恒壓電路的輸出電壓范圍為5V — 45V。相比于常規(guī)的單絲焊接系統(tǒng)可以達(dá)到更高的熔敷速度，相對于傳統(tǒng)的雙絲或多絲焊接系統(tǒng)具有更小的熱輸入，可以適用于高速焊接或表面堆焊等工藝。本發(fā)明由固定直流熔化極電弧作為主弧，轉(zhuǎn)移熔化極電弧作為輔助弧，輔助電弧在焊絲與母材之間和焊絲與焊絲之間交替導(dǎo)通。既可以調(diào)節(jié)焊接熱輸入的分配方式，又可以增加熔敷金屬的數(shù)量，從而有效提聞焊接效率。


圖1為主電路原理圖；圖2為系統(tǒng)總體框圖；圖3為恒壓逆變電路和電流切換電路工作過程圖(一)；圖4為恒壓逆變電路和電流切換電路工作過程圖(二)；圖5為恒壓逆變電路和電流切換電路工作過程圖(三)；圖6為恒壓逆變電路和電流切換電路工作過程圖(四)；圖7a為主弧焊絲和母材之間電弧電流波形圖；圖7b為主弧焊絲和母材之間電弧電壓波形圖；圖8a為電流切換電路功率開關(guān)管T5的電流波形圖；圖8b為電流切換電路功率開關(guān)管T6的電流波形圖；圖Sc為輔助弧存在于輔助焊絲和主弧焊絲之間時的脈動電流波形圖；圖8d為輔助弧存在于輔助焊絲和母材之間時的脈動電流波形圖；圖1中BR1、BR2——整流橋電路，Cl、C2——電容器，Tl TlO——功率開關(guān)管，B1、B2——變壓器，Dl D6——二極管，L1、L2、L3——電感器。圖2中LEM1、LEM2——電流傳感器，LEM3, LEM4，LEM5——電壓傳感器，(I)恒壓逆變電路的驅(qū)動電路，(2)直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路，(3)電流切換驅(qū)動電路，(4)輔助電弧電流采樣濾波電路，(5)主弧電流采樣濾波電路，(6)主弧電壓采樣濾波電路，(7)人機(jī)界面，(8)核心控制系統(tǒng)，(9)恒壓逆變電路，(10)第一輔助電弧電壓采樣濾波電路，(11)第二輔助電弧電壓采樣濾波電路，(12)直流恒壓輸出電路，(13)電流切換電路。
具體實施例方式以下結(jié)合

和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:本發(fā)明中恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)、直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路(2)、核心控制電路(8)、輔助電弧電流采樣濾波電路(4)、主弧電流采樣濾波電路(5)、主弧電壓采樣濾波電路(6)、第一輔助電弧電壓采樣濾波電路(10)、第二輔助電弧電壓采樣濾波電路(11)、電流切換驅(qū)動電路(13)屬于現(xiàn)有技術(shù)，其中恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)由IGBT專用驅(qū)動芯片M57962組成，直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路(2)由IGBT專用驅(qū)動芯片M57962組成，核心控制電路(8)由PIC30f2020組成，輔助電弧電流采樣濾波電路(4)以及主弧電流采樣濾波電路(5)由低通濾波器組成，主弧電壓采樣濾波電路(6)、第一輔助電弧電壓采樣濾波電路(10)以及第二輔助電弧電壓采樣濾波電路(11)由低通濾波器組成，電流切換驅(qū)動電路(13)由IGBT專用驅(qū)動芯片M57962 組成。請參閱圖1、圖2所示，雙熔化極轉(zhuǎn)移電弧復(fù)合焊接電源裝置主電路由恒壓逆變電路，電流切換電路，和直流恒壓輸出電路組成。三相交流電由恒壓逆變電路輸入端子輸入，經(jīng)整流橋電路BRl整流與電容濾波后變?yōu)槠街钡闹绷麟?，得到的直流電?jīng)逆變電路轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l方波電壓，經(jīng)變壓器降壓后輸出至電流切換電路，經(jīng)全橋整流電路獲得直流電壓。該直流電壓分兩個端子輸出，分別接到雙胞電感的兩個非同名端子上，然后分別經(jīng)由兩個IGBT模塊輸出至母材以及主弧焊絲。恒壓逆變電路中變壓器的中心抽頭外接輔助焊絲。直流恒壓輸出電路的輸出端也分別外接母材和主弧焊絲。當(dāng)電流切換電路中T5、T6兩個開關(guān)管交替導(dǎo)通工作時，輔助電弧分別存在于輔助弧焊絲與母材之間和輔助弧焊絲與主弧焊絲之間。通過調(diào)節(jié)兩個開關(guān)管的導(dǎo)通時間的比例，可以調(diào)節(jié)輔助電弧能量在母材和焊絲之間的分配。從而調(diào)節(jié)焊接溫度場的分布，以利于提高焊接速度，或增大熔敷金屬量。在本發(fā)明中，所述恒壓逆變電路由整流橋BR1，濾波電容Cl，功率開關(guān)管T1-T4構(gòu)成的全橋電路以及變壓器BI組成。其各端子之間的連接為:三相交流電的U端，V端，W端分別與整流橋BRl的第一端，第二端，第三端相連，整流橋BRl的第四端，第五端之間并聯(lián)有濾波電容Cl。整流橋的第四端連接至功率開關(guān)管Tl的集電極C端、功率開關(guān)管T2的集電極C端，整流橋電路的第五端連接至功率開關(guān)管T3的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管T4的發(fā)射極E端；功率開關(guān)管Tl的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管T4的集電極C端與變壓器BI原邊的第一端相連，功率開關(guān)管T2的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管T3的集電極C端與變壓器BI原邊的第二端相連；所述電流切換電路由二極管D1-D4、電感器LI和L2、開關(guān)管T5-T6組成。變壓器BI副邊的第三端與二極管Dl的A端、二極管D2的K端相連，變壓器副邊的第四端外接輔助電弧焊絲。變壓器副邊的第五端與二極管D3的A端、二極管D4的K端相連；二極管Dl的K端、二極管D3的K端與雙包電感中的LI的一端連接，雙包電感中的LI的二端與功率開關(guān)管T5的集電極C端相連，功率開關(guān)管T5的發(fā)射極E端與電源輸出端子一相連，該端外接主弧焊絲。二極管D2的A端、二極管D4的A端與雙胞電感中的L2的一端相連，雙包電感L2的二端與功率開關(guān)管T6的發(fā)射極E端相連，功率開關(guān)管T6的集電極C端外接焊接母材。圖3為功率開關(guān)管T5導(dǎo)通，T6關(guān)斷時，當(dāng)功率開關(guān)管Tl、T3導(dǎo)通的情況下，變壓器原副邊電流的流動情況。電流由變壓器BI的第三端流出，經(jīng)過二極管D1，電感LI，功率開關(guān)管T5，主弧焊絲，電弧，輔助弧焊絲，最終流回到變壓器BI的第四端。輔助電弧存在的位置在輔助焊絲和主弧焊絲之間。圖4為功率開關(guān)管T5導(dǎo)通，T6關(guān)斷時，當(dāng)功率開關(guān)管T2、T4導(dǎo)通的情況下，變壓器原副邊電流的流動情況。電流由變壓器BI的第五端流出，經(jīng)過二極管D3，電感LI，功率開關(guān)T5，主弧焊絲，電弧，輔助弧焊絲，最終流回到變壓器BI的第四端。輔助電弧存在的位置在輔助焊絲和主弧焊絲之間。圖5為功率開關(guān)管T6導(dǎo)通，T5關(guān)斷時，當(dāng)功率開關(guān)管Tl、T3導(dǎo)通的情況下，變壓器原副邊電流的流動情況。電流由變壓器BI的第四端流出，經(jīng)過電源輸出端二，輔助電弧焊絲，電弧，母材，開關(guān)管T6，電感L2，最后經(jīng)二極管D4，回到變壓器BI的五端。輔助電弧存在的位置在輔助電弧焊絲和母材之間。圖6為功率開關(guān)管T6導(dǎo)通，T5關(guān)斷時，當(dāng)功率開關(guān)管T2、T4導(dǎo)通的情況下，變壓器原副邊電流的流動情況。電流由變壓器BI的第四端流出，經(jīng)過電源輸出端2，輔助電弧焊絲，電弧，母材，開關(guān)管T6，電感L2，最后經(jīng)二極管D2，回到變壓器BI的三端。輔助電弧存在的位置在輔助電弧焊絲和母材之間。由以上過程分析可知，當(dāng)功率開關(guān)管T5導(dǎo)通，功率開關(guān)管T6關(guān)斷時，無論變壓器BI原邊的工作狀態(tài)如何，副邊一側(cè)電流均由電感LI經(jīng)過功率開關(guān)管T5，經(jīng)主弧焊絲，電弧，輔助焊絲，流回電源輸出端二，回到變壓器4端。電弧存在于主弧焊絲和輔助弧焊絲之間。當(dāng)功率開關(guān)管T6導(dǎo)通，功率開關(guān)管T5關(guān)斷時，無論變壓器BI原邊的工作狀態(tài)如何，副邊一側(cè)電流均由變壓器BI的第4端流出，經(jīng)過輔助電弧焊絲，電弧，母材，開關(guān)管T6，電感L2，最后回到變壓器BI。輔助電弧存在的位置均在輔助電弧焊絲和母材之間。上述電感LI，電感L2為繞在同一磁芯上的雙包電感，兩個電感的匝數(shù)可以相同，也可以不同，其匝數(shù)比可以在1:10至10:1之間變化。當(dāng)功率開關(guān)管T6關(guān)斷，功率開關(guān)T5導(dǎo)通時，在此前一時刻，電流方向為:電流從變壓器的四端輸出，流經(jīng)輔助焊絲，電弧，母材，功率開關(guān)管T6，電感L2，經(jīng)過整流二極管D2，或D4，最終返回到變壓器。由于電感LI，電感L2為雙包電感并且根據(jù)其特定的繞線方向，當(dāng)功率開關(guān)管T6關(guān)斷，功率開關(guān)管T5導(dǎo)通后，電感L2產(chǎn)生的磁場能完全耦合到電感LI上，所以在電感LI上瞬間感應(yīng)出安匝數(shù)和開關(guān)切換之前L2上的安匝數(shù)相同的電流，其方向由電感LI流向功率開關(guān)管T5，主弧焊絲，電弧，輔助電弧焊絲，最后回到變壓器端子四。此時輔助電弧存在于輔助電弧焊絲和主弧焊絲之間。同理當(dāng)功率開關(guān)管T5關(guān)斷，功率開關(guān)管T6導(dǎo)通時，使得電弧存在于母材和輔助電弧焊絲之間。由于L1，L2的匝數(shù)比可以不同，所以開關(guān)切換前后兩個電弧的電流也可以不同，但其電流和匝數(shù)的乘積保持相同。綜上所述，電弧可以在輔助電弧焊絲和主弧焊絲之間，以及輔助電弧焊絲和母材之間切換。該切換過程由功率開關(guān)管T5，功率開關(guān)管T6的導(dǎo)通與關(guān)斷控制，切換前后其電流大小和兩個電感的匝數(shù)成反比。在本發(fā)明中，所述直流恒壓輸出電路由開關(guān)管T7 TlO構(gòu)成的全橋電路、變壓器B2、二極管D5、二極管D6、電感L3組成。其各端子之間的連接為整流橋電路BR2的第四端與功率開關(guān)管T7的集電極C端、功率開關(guān)管T8的集電極C端相連，整流橋電路BR2的第五端與功率開關(guān)管T9的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管TlO的發(fā)射極E端相連；功率開關(guān)管T7的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管TlO的集電極C端與變壓器B2原邊的第一端相連，功率開關(guān)管T8的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管T9的集電極C端與變壓器B2原邊的第二端相連；變壓器B2副邊的第三端與二極管D5的A端相連，變壓器B2副邊的第四端外接母材。變壓器B2副邊的五端與二極管D6的A端相連；二極管D5的K端、二極管D6的K端經(jīng)電感L3與電源輸出端一相連。該端子外部和主弧焊絲相連。直流恒壓輸出電路將三相交流電連接到整流模塊BR2，然后經(jīng)C2濾波，后將直流電經(jīng)功率開關(guān)管T7 TlO構(gòu)成的逆變電路逆變?yōu)榻涣麟姡?jīng)變壓器變壓輸出再經(jīng)過二極管D5，二極管D6整流以及電感L3濾波后，輸出穩(wěn)定的直流電，其方向為由電感L3的二端輸出，該端為直流恒壓輸出電路的正極性端，經(jīng)主弧焊絲，電弧，母材，流回變壓器B3的中心抽頭四端，該端是直流恒壓輸出電路的負(fù)極性端。所述的恒壓逆變電路與直流恒壓輸出電路，均采用PWM(pluse widthmodulation)控制技術(shù)。控制功率開關(guān)管Tl T4的導(dǎo)通與關(guān)斷,調(diào)整占空比，即可控制恒壓逆變輸出電路輸出電壓的大小。控制功率開關(guān)管T7 TlO的導(dǎo)通與關(guān)斷，調(diào)整占空比，即可調(diào)整直流恒壓輸出電路輸出電壓的大小。圖7a、b為主弧焊絲和母材之間電弧電流及電壓波形圖，圖Sc、d為輔助電弧在輔助焊絲和主弧焊絲，及輔助焊絲和母材之間時的脈動電流波形圖。如圖2所示為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖，恒壓逆變電路由整流橋BR1，電容器Cl，功率開關(guān)管T1 T4，變壓器BI組成。電流切換電路由整流二極管Dl，D2，D3，D4，雙包電感LI，L2，功率開關(guān)管T5，T6組成。直流恒壓輸出電路由功率開關(guān)管T7 T10，變壓器B2，二極管D5，二極管D6，電感L3組成。恒壓逆變電路的驅(qū)動電路I連接在核心控制系統(tǒng)8與功率開關(guān)管Tl T4之間，直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路2連接在核心控制系統(tǒng)8與功率開關(guān)管T7 TlO之間，電流切換驅(qū)動電路3連接在核心控制系統(tǒng)8與功率開關(guān)管T5，功率開關(guān)管T6之間，輔助電弧電流采樣濾波電路4連接在電流傳感器LEMl與核心控制系統(tǒng)8之間，第一輔助電弧電壓采樣濾波電路10連接在傳感器LEM4與核心控制系統(tǒng)8之間，第二輔助電弧電壓采樣濾波電路11連接在傳感器LEM5與核心控制系統(tǒng)8之間，主弧電流采樣濾波電路5連接在電流傳感器LEM2與核心控制系統(tǒng)8之間，主弧電壓采樣濾波電路6連接在電壓傳感器LEM3與核心控制系統(tǒng)8之間，人機(jī)界面7與核心控制系統(tǒng)8相連。在工作過程中，電流傳感器LEMl對輔助電弧電流進(jìn)行采樣，電流傳感器LEM2分別對直流恒壓電路的輸出電流進(jìn)行采樣，電壓傳感器LEM3對直流恒壓輸出電路的輸出電壓進(jìn)行采樣，電壓傳感器LEM4對輔助電弧存在于輔助焊絲和主弧焊絲之間時的輔助電弧電壓進(jìn)行采樣，電壓傳感器LEM5對輔助電弧存在于輔助焊絲和母材之間時的輔助電弧電壓進(jìn)行采樣。將采樣結(jié)果送給核心控制系統(tǒng)8，核心控制系統(tǒng)8將采樣結(jié)果與人機(jī)界面7設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較運(yùn)算，傳遞信號給直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路2，恒壓逆變電路的驅(qū)動電路1，分別調(diào)節(jié)功率開關(guān)管Tl T4，功率開關(guān)管T7 TlO的占空比，最終實現(xiàn)輸出電壓參數(shù)分別與人機(jī)界面7設(shè)定值相等。并且核心控制系統(tǒng)8發(fā)送信號給電流切換驅(qū)動電路3，控制功率開關(guān)管T5，功率開關(guān)管T6的開通與關(guān)斷，實現(xiàn)交流恒壓輸出電流在輔助焊絲和主弧焊絲之間，以及輔助焊絲和母材之間的切換，由于輸出回路的切換是通過功率開關(guān)的開通與關(guān)斷實現(xiàn)的，所以此種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以使輔助電弧在輔助焊絲和母材，以及輔助焊絲和主弧焊絲之間高速切換。
權(quán)利要求
1.一種雙熔化極轉(zhuǎn)移電弧復(fù)合焊接電源裝置，該裝置包括恒壓逆變電路(9)、直流恒壓輸出電路(12)、恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)、直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路(2)、電流切換驅(qū)動電路(3)、核心控制電路(8)、輔助電弧電流采樣濾波電路(4)、第一輔助電弧電壓采樣濾波電路(10)，主弧電流采樣濾波電路(5)，主弧電壓采樣濾波電路(6)，第二輔助電弧電壓采樣濾波電路(11)，其特征在于:還包括電流切換電路(13)，所述的電流切換電路(13)包括整流二極管(Dl，D2，D3，D4)，雙胞電感(LI，L2)，和功率開關(guān)管(T5，T6)，二極管Dl的陰極K端、二極管D3的陰極K端與雙胞電感中的LI的第一端相連，雙胞電感LI的第二端與功率開關(guān)管T5的集電極C端相連，功率開關(guān)T5的發(fā)射極E外接主弧焊絲，功率開關(guān)管T5的基極G受電流切換驅(qū)動電路(3)控制，二極管D2的陽極A端、二極管D4的陽極A端與雙胞電感L2中的第一端相連，雙胞電感L2中的二端與功率開關(guān)管T6的發(fā)射極E端相連，功率開關(guān)管T6的集電極C外接母材，功率開關(guān)管T6的基極G受電流切換驅(qū)動電路(3)控制，二極管Dl的陽極與二極管D2的陰極相連，二極管D3的陽極與二極管D4的陰極相連，電感L1、電感L2為繞在同一磁芯上的雙包電感，電感LI的第一端與電感L2的第二端為同名端，通過改變電流切換電路(13 )中雙包電感的匝數(shù)比例，使切換的電流比例反比于匝數(shù)比例； 所述的恒壓逆變電路(9)的輸出為帶中心抽頭的變壓器BI，其中變壓器中心BI的中心抽頭外接輔助弧焊絲，另外輸出端子三和輸出端子五分別接電流切換電路(13)中二極管Dl的陽極和二極管D3的陽極； 所述的直流恒壓輸出電路的輸出的正極性端連接至電流切換電路中開關(guān)管T5的發(fā)射極E，該端外接主弧焊絲，而負(fù)極性端連接至電流切換電路中開關(guān)管T6的集電極C，該端外接母材；所述的核心控制電路(8)通過控制電流切換電路(13)中功率開關(guān)管(T5，T6)的交替導(dǎo)通，使輔助電弧在主弧焊絲和輔助弧焊絲，以及輔助焊絲和母材之間交替燃燒；當(dāng)功率開關(guān)管Τ5導(dǎo)通，Τ6關(guān)斷時，核心控制電路(8)通過輔助電弧電流采樣濾波電路(4)反饋流經(jīng)輔助電弧的電流，以及第一輔助電弧電壓采樣濾波電路(10)反饋輔助電弧的電壓，通過恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)控制恒壓逆變電路(9)功率開關(guān)元件，使輔助電弧的輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值；當(dāng)功率開關(guān)管Τ6導(dǎo)通，Τ5關(guān)斷時，核心控制電路(8)通過輔助電弧電流采樣濾波電路(4)反饋流經(jīng)輔助電弧的電流，以及第二輔助電弧電壓采樣濾波電路(11)反饋輔助電弧的電壓，通過恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)控制恒壓逆變電路(9 )功率開關(guān)元件，使輔助電弧的輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值；核心控制電路(8)根據(jù)主弧電流采樣濾波電路(5)反饋的主弧電流信號，以及主弧電壓采樣濾波電路(6 )反饋的主弧電壓信號，通過直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路(2)控制直流恒壓輸出電路(12)功率開關(guān)元件，使主弧輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙熔化極轉(zhuǎn)移電弧復(fù)合焊接電源裝置，其特征在于:所述的恒壓逆變電路，包括整流橋BRl，電容Cl，功率開關(guān)管(Tl，Τ2, Τ3, Τ4),和變壓器BI，三相交流電的U端、V端、W端分別與整流橋電路BRl的第一端、第二端、第三端連接，整流橋電路BRl的輸出端第四端、第五端之間并聯(lián)有濾波電容Cl，整流橋電路BRl的第四端連接至功率開關(guān)管Tl的集電極C端、功率開關(guān)管Τ2的集電極C端，整流橋電路BRl的第五端連接至功率開關(guān)管Τ3的發(fā)射極E 端、功率開關(guān)管Τ4的發(fā)射極E端；功率開關(guān)管Tl的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管Τ4的集電極C與變壓器BI原邊的第一端相連，功率開關(guān)管Τ2的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管Τ3的集電極C端與變壓器BI原邊的第二端相連，變壓器BI副邊的第三端與電流切換驅(qū)動電路(3)中二極管Dl的陽極A端、二極管D2的陰極K端相連，變壓器BI副邊的第五端與電流切換驅(qū)動電路(3)中二極管D3的陽極A端、二極管D4的陰極K端相連，變壓器BI副邊的中間抽頭與輔助弧焊絲相連，功率開關(guān)管(Tl，T2, T3, T4)的基極G受恒壓逆變電路驅(qū)動電路(I)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙熔化極轉(zhuǎn)移電弧復(fù)合焊接電源裝置，其特征在于:所述的直流恒壓輸出電路，包括整流橋BR2，電容C2，功率開關(guān)管T7，T8，T9，T10，變壓器B2，整流二極管D5，D6，和電感L3 ;三相交流電的U端、V端、W端分別與整流橋電路BR2的輸入端第一端、第二端、第三端連接，整流橋電路BR2的輸出端第四端、第五端之間并聯(lián)有濾波電容C2，整流橋電路BR2的輸出第四端與功率開關(guān)管T7的集電極C端、功率開關(guān)管T8的集電極C端相連，整流橋電路BR2的第五端與功率開關(guān)管T9的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管TlO的發(fā)射極E端相連；功率開關(guān)管T7的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管TlO的集電極C端與變壓器B2原邊的第一端相連，功率開關(guān)管T8的發(fā)射極E端、功率開關(guān)管T9的集電極C端與變壓器B2原邊的第二端相連；變壓器B2副邊的第三端與二極管D5的陽極A端相連，變壓器B2副邊的中間抽頭第四端作為直流恒壓輸出電路的負(fù)極性輸出端，該端與電流切換電路的功率開關(guān)管T6的集電極C相連，變壓器B2副邊的第五端與二極管D6的陽極A端相連；二極管D5的陰極K端、二極管D6的陰極K端連接電感L3的一端，電感L3的二端作為正極性輸出端，該端與電流切換電路中功率開關(guān)管T5的發(fā)射極E相連； 功率開關(guān)管(T7、T8、T9、T10)的基極G受直流恒壓輸出電路的驅(qū)動電路控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的一種雙熔化極轉(zhuǎn)移電弧復(fù)合焊接電源裝置，其特征在于:所述的直流恒壓輸出電路輸出電壓為5V — 45V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙熔化極轉(zhuǎn)移電弧復(fù)合焊接電源裝置，其特征在于:所述的恒壓逆變電路的輸出電壓幅值為2V — 100V。
全文摘要
一種雙熔化極轉(zhuǎn)移電弧復(fù)合焊接電源裝置，包括恒壓逆變電路、直流恒壓輸出電路、恒壓逆變電路驅(qū)動電路、直流恒壓輸出電路驅(qū)動電路、電流切換驅(qū)動電路、核心控制電路、輔助電弧電流采樣濾波電路、輔助電弧電壓采樣濾波電路，主弧電流采樣濾波電路，主弧電壓采樣濾波電路，還包括電流切換電路，核心控制電路通過控制電流切換電路中功率開關(guān)管的交替導(dǎo)通，使輔助電弧在主弧焊絲和輔助弧焊絲，以及輔助焊絲和母材之間交替燃燒，根據(jù)反饋的流經(jīng)輔助電弧的電流和電壓，控制恒壓逆變電路的功率開關(guān)元件，使輔助電弧的輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值；根據(jù)反饋的主弧電流信號，以及主弧電壓信號，通過控制直流恒壓輸出電路的功率開關(guān)元件，使主弧輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值。
文檔編號B23K9/173GK103192167SQ201310098059
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者黃鵬飛, 李泳格, 張濤, 盧振洋, 白立來 申請人:北京工業(yè)大學(xué)