弧焊電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了弧焊電源，包括直流供電單元、電弧穩(wěn)定單元、主功率變換單元、電流輸出單元和控制單元，電弧穩(wěn)定單元、主功率變換單元分別與電流輸出單元電路連接，控制單元設(shè)有線路分別與流供電單元、電弧穩(wěn)定單元、主功率變換單元、電流輸出單元電路連接，其中直流供電單元為整個(gè)弧焊電源的運(yùn)行提供電能，所述電弧穩(wěn)定單元和主功率變換單元在控制單元的控制下為焊接過(guò)程的電焊機(jī)的電弧提供電流，所述電弧穩(wěn)定單元起弧順利，并在焊接過(guò)程中減少電弧中斷的機(jī)會(huì)，所述主功率變換單元保證焊接電流的穩(wěn)定輸出。本發(fā)明是由電池直流供電的無(wú)變壓器，安全可靠，節(jié)能的弧焊電源，使電焊機(jī)在使用時(shí)場(chǎng)合與空間無(wú)限制。
【專利說(shuō)明】弧焊電源【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及弧焊電源的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說(shuō)是弧焊電源的改進(jìn)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接作為人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)中的一種基本加工方法，應(yīng)用非常廣泛。
[0003]電弧焊接是焊接方法中的最主要的一個(gè)大類(lèi)。電弧焊接工藝方法需要弧焊電源提供能量；弧焊電源為焊接過(guò)程提供電流、電壓條件，具有適合弧焊工藝的電氣特性。
[0004]當(dāng)前的弧焊電源，一般采用交流電220V/380V，50Hz等的公共用電供電，在主功率回路中需要一個(gè)電磁變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)滿足焊接電流的下降特性需求。一般的弧焊電源主功率變壓器的初級(jí)輸入電源是工頻交流電，或者是逆變后產(chǎn)生高頻的交流電向弧焊電源的主變壓器初級(jí)供電，再經(jīng)過(guò)弧焊電源主變壓器的次級(jí)輸出焊接電流，如圖1。目前弧焊電源存在的主要問(wèn)題在于:
I)弧焊電源主變壓器的存在消耗了一部分的焊接功率，使整個(gè)弧焊電源的效率減低。
[0005]2)利用220V/380V，50Hz等的公共用電網(wǎng)供電，必須要有一根連接弧焊電源與公共電網(wǎng)的電源線，使得弧焊電源只能在公共電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)附近工作，限制了弧焊電源的使用場(chǎng)合與空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種由電池直流供電的無(wú)變壓器，安全可靠，節(jié)能的弧焊電源，電焊機(jī)在使用時(shí)場(chǎng)合與空間無(wú)限制。
[0007]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0008]一種弧焊電源，其特征在于:所述弧焊電源包括直流供電單元、電弧穩(wěn)定單元、主功率變換單元、電流輸出單元和控制單元，電弧穩(wěn)定單元、主功率變換單元分別與電流輸出單元電路連接，控制單元設(shè)有線路分別與流供電單元、電弧穩(wěn)定單元、主功率變換單元、電流輸出單元電路連接，其中直流供電單元為整個(gè)弧焊電源的運(yùn)行提供電能，所述電弧穩(wěn)定單元和主功率變換單元在控制單元的控制下為焊接過(guò)程的電焊機(jī)的電弧提供電流，所述電弧穩(wěn)定單元的作用是在焊接電弧引燃過(guò)程中，為電弧建立并提供高空載電壓，使得焊接電弧引燃順利，并在焊接過(guò)程中提供較高的電弧電壓，減少電弧中斷的機(jī)會(huì)，所述主功率變換單元的作用是在焊接過(guò)程中為焊接電弧提供主要的電能，輸出低電壓大電流，保證焊接過(guò)程的穩(wěn)定，所述電流輸出單元包括電壓隔離電路、電流電壓采樣電路，電壓隔離電路用于對(duì)電弧穩(wěn)定單元的輸出的較高電壓和主功率變換單元的輸出的較低電壓進(jìn)行電壓隔離，電流電壓采樣電路的作用是把焊接電弧電流和電壓的實(shí)際輸出值反饋給控制單元，所述控制單元是對(duì)電路連接的各單元運(yùn)行進(jìn)行控制，包括對(duì)主功率變換單元的焊接特性控制、對(duì)電流輸出單元的反饋控制、對(duì)電弧穩(wěn)定單元的電弧穩(wěn)定控制以及對(duì)直流供電單元的直流供電保護(hù)，所述弧焊電源的輸出端通過(guò)焊炬和焊材工件接觸形成回路，在電弧穩(wěn)定單元的作用下在焊材工件的兩個(gè)電極接觸處迅速發(fā)生并且形成焊接電弧，弧焊電源的輸出端的電壓迅速下降且電壓低于主功率變換單元輸出的電壓時(shí)，主功率變換單元輸出較大工作電流，使焊接電弧得到足夠的電流融化母材和填充金屬。
[0009]所述控制單元包括單片機(jī)、焊接特性控制電路、反饋控制電路、電弧穩(wěn)定控制電路、直流電源保護(hù)電路、給定電路和控制供電電路，其中控制供電電路是用于向控制單元提供電源保證的電源電路，直流電源保護(hù)電路是當(dāng)直流電源處于過(guò)流、欠壓或過(guò)熱狀態(tài)時(shí)對(duì)直流電源提供保護(hù)措施，給定電路對(duì)弧焊電源的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行給定，所述焊接特性控制電路、反饋控制電路、電弧穩(wěn)定控制電路根據(jù)弧焊電源中各個(gè)對(duì)應(yīng)受控部分反饋的信號(hào)，經(jīng)過(guò)各種電路運(yùn)算處理后，對(duì)各個(gè)對(duì)應(yīng)受控部分輸出調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，以滿足外界輸入的調(diào)節(jié)信號(hào)所設(shè)定運(yùn)行狀態(tài)和焊接特性的要求。
[0010]所述電弧穩(wěn)定單元包括高電壓直流變換電路、電流采樣電路和電流取樣電路，所述高電壓直流變換電路是一個(gè)直流電壓變換電路，把電路電壓從電池的供電電壓變?yōu)楹附舆^(guò)程焊接電弧引燃所需的較高電壓，使電弧穩(wěn)定單元輸出較高的電弧穩(wěn)定電壓，為焊接電弧引燃過(guò)程和電弧維持提供足夠的電壓和電流，所述電壓采樣電路和電流采樣電路，通過(guò)對(duì)弧焊電源輸出端兩極間的電壓和電流監(jiān)測(cè)與反饋，調(diào)整電弧穩(wěn)定單元的直流變換輸出較高電壓電路運(yùn)行參數(shù)，保持電弧的持續(xù)穩(wěn)定，提供空載狀態(tài)下的安全保護(hù)措施。
[0011]所述電弧穩(wěn)定單元包括通過(guò)電感201、電感206、功率開(kāi)關(guān)管202、二極管205、電容器204、電容器207組成的單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器型升壓直流-直流變換電路，功率開(kāi)關(guān)管202的柵極G與控制單元的電弧穩(wěn)定控制電路連接，功率開(kāi)關(guān)管202的漏極D通過(guò)電感201與直流供電單元的輸出端連接，功率開(kāi)關(guān)管202的源極S連接有電流互感器203，電流互感器203、功率開(kāi)關(guān)管202的源極S還與控制單元的電弧穩(wěn)定控制電路連接，功率開(kāi)關(guān)管202的漏極D串聯(lián)連接電容器204后與功率開(kāi)關(guān)管202的源極S之間連接電感206與電容器207且電感206與電容器207為并聯(lián)連接狀態(tài)，跨接在電弧穩(wěn)定單元輸出端正負(fù)極之間，二極管205串聯(lián)連接在功率開(kāi)關(guān)管202的漏極D上，二極管205的正極與電容器204、電感201連接，二極管205的負(fù)極與電容器207連接且二極管205的負(fù)極與電弧穩(wěn)定單元輸出端連接，其中功率開(kāi)關(guān)管202通過(guò)柵極G施加驅(qū)動(dòng)電壓，控制其導(dǎo)通或截止，控制電壓的規(guī)律是脈沖寬度調(diào)制控制PWM方式。
[0012]當(dāng)PWM的導(dǎo)通比率大于50%，電弧穩(wěn)定單元工作于升壓狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)a4電壓將比節(jié)點(diǎn)al電壓高，為焊接負(fù)載回路提供高壓直流電源電壓的空載電壓，以利于電弧引燃和維持電弧弧長(zhǎng)；當(dāng)PWM的導(dǎo)通比率小于50%，電弧穩(wěn)定單元工作于降壓狀態(tài)，其輸出電流與焊接特性電流輸出單元的電流共同向焊接負(fù)載提供符合焊接特性的低壓大電流。
[0013]所述主功率變換單元包括低電壓變換電路，是一個(gè)直流電壓變換電路，把電路電壓從直流電源的供電電壓變?yōu)楹附舆^(guò)程工作電弧所需的較低電壓，使主功率變換單元輸出工作電壓，為焊接電弧引燃后焊接過(guò)程中的電弧提供電流，包括通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管301、二極管304、電感器303和電阻R4組成的降壓型直流-直流變換電路組成，功率開(kāi)關(guān)管301的柵極G與控制單元的焊接特性控制電路連接，功率開(kāi)關(guān)管301的漏極D直接與直流供電單元的輸出端連接，功率開(kāi)關(guān)管301的源極S串聯(lián)連接有電流互感器302，電流互感器302、功率開(kāi)關(guān)管301的源極S還與控制單元的電弧穩(wěn)定控制電路連接，電流互感器302串聯(lián)連接電感器303，電感器303的輸出端與主功率變換單元的輸出端連接，電感器303的輸入端與二極管304的負(fù)極連接，二極管304的正極與直流供電單元的負(fù)極連接，其中功率開(kāi)關(guān)管301通過(guò)柵極施加驅(qū)動(dòng)電壓，控制其導(dǎo)通或截止，控制電壓的規(guī)律是脈沖寬度調(diào)制控制PWM方式。
[0014]所述電流輸出單元包括電壓隔離電路，電流電壓采樣電路，在具體實(shí)施案例中，二極管401的正極與主功率變換單元的輸出端連接，二極管401的負(fù)極還與電弧穩(wěn)定單元輸出端連接，二極管401構(gòu)成電壓隔離電路。電流輸出單元輸出端上的霍爾傳感器404和跨接的輸出端正負(fù)極上的分壓電阻405和406構(gòu)成了電流電壓采樣電路。
[0015]所述直流供電單元包括、鎳鋅電池、鋰電池、鉛酸蓄電池或直流開(kāi)關(guān)電源，溫度傳感器和電流傳感器，在具體實(shí)施案例中，蓄電池組101為弧焊電源提供電能，蓄電池組101的正極分別與主功率變換單元和熱電弧穩(wěn)定單元的輸入端連接，蓄電池組101的正負(fù)極同時(shí)與控制單元中的直流電源保護(hù)電路連接，熱敏電阻102作為電池工作溫度傳感器與控制單元中的直流電源保護(hù)電路連接，霍爾傳感器103同樣與控制單元中的直流電源保護(hù)電路連接，把蓄電池組工作時(shí)的電壓、電流和溫度向控制單元反饋。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0017]本發(fā)明所述弧焊電源，由于由低壓直流的直流電源供電，由兩個(gè)具有不同輸出電壓的電弧穩(wěn)定單元和主功率變換單元，在控制單元的控制下，按照焊接特性的要求，為焊接過(guò)程的電弧提供電流。與傳統(tǒng)的弧焊電源主電路相比，在整個(gè)焊接主電路中，取消了電磁變壓器。同樣可以滿足焊接輸出特性要求。本發(fā)明具有如下效果:
I)本發(fā)明的弧焊電源中的主功率變換單元無(wú)電磁變壓器環(huán)節(jié)，因此不存在弧焊電源主電磁變壓器消耗弧焊電源功率，使整個(gè)弧焊電源的整體效率提高。
[0018]2)采用電池供電，就不需要有一根連接弧焊電源與公共電網(wǎng)的電源線，使得弧焊電源能在沒(méi)有公共電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)的地方應(yīng)用，如在野外和運(yùn)輸工具內(nèi)等場(chǎng)合，使弧焊電源的應(yīng)用的場(chǎng)合與空間得到了巨大的拓展。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1現(xiàn)有弧焊電源原理框圖；
圖2為本發(fā)明弧焊電源原理框示意圖；
圖3為本發(fā)明弧焊電源輸出特性圖；
圖4為本發(fā)明弧焊電源原理框圖；
圖5為本發(fā)明弧焊電源原理圖；
圖6為本發(fā)明弧焊電源實(shí)施方案原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明弧焊電源作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]如圖2、圖4，本發(fā)明提供了一種由直流電源如電池直流供電直流變換的無(wú)變壓器弧焊電源，利用直流變換(DC/DC)較低電壓電路和直流變換(DC/DC)較高電壓電路并聯(lián)，在弧焊電源控制電路的控制下，產(chǎn)生相似于一般弧焊電源變壓器次級(jí)輸出的焊接電流特性，取代傳統(tǒng)弧焊電源中的主變壓器，滿足了焊接過(guò)程的輸出特性要求，從而實(shí)現(xiàn)了由直流供電直流變換的無(wú)變壓器弧焊電源。
[0022]如圖5，本發(fā)明所述直流供電直流變換無(wú)變壓器弧焊電源主要有以下幾個(gè)單元組成:
直流供電單元:直流供電單元是由具有較大輸出電流和儲(chǔ)電量的蓄電池組成，一般種類(lèi)包括鎳鋅電池，鋰電池和鉛酸蓄電池等。直流供電單元的主要作用是為焊接過(guò)程和弧焊電源運(yùn)行提供電能。
[0023]電弧穩(wěn)定單元:電弧穩(wěn)定單元主要是由較高電壓直流變換(DC/DC)電路，電流采樣電路和電流電壓取樣電路組成。它可以輸出較高的電壓和較小的電流。電弧穩(wěn)定單元的作用是在焊接電弧引燃過(guò)程中，為電弧建立提供較高的電壓，使得焊接焊接電弧引燃順利，并在焊接過(guò)程中減少電弧中斷的機(jī)會(huì)。
[0024]主功率變換單元:主功率變換單元主要是由較低電壓直流變換(DC/DC)電路，較低電壓直流變換(DC/DC)電路可以輸出較低的電壓和較大的電流，主功率變換單元的作用是在焊接過(guò)程中，為焊接電弧提供主要的電能，保證焊接電流的穩(wěn)定輸出。
[0025]控制單元:控制單元主要由起不同控制作用的電子控制電路組成，包括焊接特性控制電路、反饋控制電路、電弧穩(wěn)定控制電路、電池組保護(hù)電路，給定電路和控制供電電路?？刂乒╇婋娐分饕且粋€(gè)以標(biāo)準(zhǔn)工作電壓向弧焊電源系統(tǒng)中的控制單元供電的電源電路，它的主要作用是向控制單元提供電源保證?？刂茊卧闹饕饔?，是對(duì)整個(gè)弧焊電源系統(tǒng)的各部分運(yùn)行進(jìn)行控制，保證在可控的狀態(tài)下完成工作任務(wù)。所述控制單元可以是MCS51系列單片機(jī)為核心組成的數(shù)字控制電路系統(tǒng)。其中電弧穩(wěn)定控制電路也叫穩(wěn)弧控制電路。電池組保護(hù)電路也叫直流電源保護(hù)電路。
[0026]電流輸出單元:包括電壓隔離電路、和電流電壓采樣電路。電壓隔離電路的作用是對(duì)兩個(gè)具有不同輸出電壓的電弧穩(wěn)定單元和主功率變換單元進(jìn)行電壓隔離。電流電壓采樣電路的作用是把焊接電流的實(shí)際輸出值反饋會(huì)控制單元。電流輸出單元的電壓隔離電路用二極管電路組成，電流輸出單元的焊接電流電壓采樣電路用霍爾傳感器和電阻分壓電子電路組成，
本發(fā)明所述電池直流供電直流變換無(wú)變壓器弧焊電源的工作原理:
I)在控制電源通電后，直流供電單元的向控制單元的控制電源供電電路供電，控制電源供電電路正常運(yùn)行后，向控制單元供電，然后控制單元運(yùn)行。
[0027]2)在主電源通電后，直流供電單元向電弧穩(wěn)定單元和主功率變換單元供電，通過(guò)電弧穩(wěn)定單元的直流變換(DC/DC)較高壓電路，電弧穩(wěn)定單元輸出了一個(gè)較高的電弧穩(wěn)定電壓202。通過(guò)主功率變換單元的直流變換(DC/DC)較低壓電路，主功率變換單元輸出了一個(gè)較低的工作電壓301。
[0028]3)當(dāng)弧焊電源的輸出端的兩個(gè)電極，通過(guò)焊炬和焊材工件接觸，形成回路時(shí)，首先在電弧穩(wěn)定單元較高電壓的作用下，在焊材接觸處，迅速產(chǎn)生焊接電弧，電弧穩(wěn)定單元輸出較小的電流。焊接電弧形成后，弧焊電源輸出端兩個(gè)電極間的的電壓迅速下降。當(dāng)弧焊電源輸出端兩個(gè)電極間的的電壓低于主功率變換單元輸出的電壓時(shí)，主功率變換單元輸出較大的工作電流，使焊接電弧得到足夠的電流融化母材和填充金屬。
[0029]4)控制單元的焊接特性控制電路、反饋控制電路、電弧穩(wěn)定控制電路，根據(jù)弧焊電源中各個(gè)對(duì)應(yīng)受控部分反饋的信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路運(yùn)算處理后，對(duì)各個(gè)對(duì)應(yīng)受控部分輸出調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，以滿足外界輸入的調(diào)節(jié)信號(hào)所設(shè)定運(yùn)行狀態(tài)和焊接特性的要求。
[0030]5)控制單元的電池組保護(hù)電路，在弧焊電源運(yùn)行的過(guò)程中，始終保持對(duì)電池組的輸出電壓和溫度，以及主功率變換單元的工作溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)過(guò)熱和欠壓狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警并對(duì)弧焊電源采取停止運(yùn)行等必要保護(hù)措施。
[0031]6)控制單元的給定電路，對(duì)弧焊電源的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行給定。
[0032]7)控制單元的控制供電電路為控制電源的各個(gè)部分電路運(yùn)行提供電源。
[0033]8)電弧穩(wěn)定單元中的電流采樣電路，通過(guò)對(duì)弧焊電源輸出端兩極間的電壓監(jiān)測(cè)與反饋，調(diào)整電弧穩(wěn)定單元的的直流變換(DC/DC)較高壓電路運(yùn)行參數(shù)，保持電弧的持續(xù)穩(wěn)定，提供空載狀態(tài)下的安全保護(hù)措施。對(duì)人體產(chǎn)生傷害。
[0034]9)電流輸出單元中的電壓隔離電路對(duì)電弧穩(wěn)定單元的輸出的較高電壓和主功率變換單元的輸出的較低電壓進(jìn)行電壓隔離，電流電壓采樣電路的作用是把焊接電弧電流和電壓的實(shí)際輸出值反饋給控制單元。為實(shí)現(xiàn)弧焊電源控制提供反饋信號(hào)。
[0035]以下是本發(fā)明電池驅(qū)動(dòng)直流變換無(wú)變壓器弧焊電源的具體實(shí)施方案:
主電路原理圖如圖6，1、直流供電單元反饋采樣電路即電流電壓采樣電路；2、電弧穩(wěn)定單元；3、焊接特性功率單元即主功率變換單元；4、電流輸出單元；5、控制單元；6、電壓隔離電路；7、給定電路；8、電池組保護(hù)電路；9、穩(wěn)弧控制電路即電弧穩(wěn)定控制電路；10、焊接特性控制電路；11、反饋控制電路；12、霍爾電流傳感器；13、霍爾電流傳感器；14、霍爾電流傳感器；15.熱敏電阻溫度傳感器。16、電池組即直流電源；17、輸出電流濾波電路即電流波形調(diào)節(jié)電路；圖中還有電流互感器203、302，以及電路節(jié)點(diǎn)al?電路節(jié)點(diǎn)al9。霍爾電流傳感器103連接在電池組正極端，并且與控制單元5連接。
[0036]電弧穩(wěn)定單元由電感201、電感206、功率開(kāi)關(guān)管202、二極管205、電容器204、電容器207、組成的單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)型直流-直流變換電路組成。具體電路連接關(guān)系式:功率開(kāi)關(guān)管202的漏極D通過(guò)電感201與直流供電單元的輸出端連接，功率開(kāi)關(guān)管202的源極S連接有電流互感器203，電流互感器203、功率開(kāi)關(guān)管202的源極S還與控制單元的電弧穩(wěn)定控制電路連接，功率開(kāi)關(guān)管202的漏極D串聯(lián)連接電容器204即電容器204串聯(lián)連接在節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)3之間后與功率開(kāi)關(guān)管202的源極S之間連接電感206與電容器207且電感206與電容器207為并聯(lián)連接狀態(tài)，其中電感206即是連接在節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)13之間，電容器207連接在節(jié)點(diǎn)4與節(jié)點(diǎn)14之間，二極管205串聯(lián)連接在功率開(kāi)關(guān)管202的漏極D上，二極管205的正極與電容器204、電感201連接，二極管205的負(fù)極與電容器207連接且二極管205的負(fù)極與電弧穩(wěn)定單元輸出端連接，其中二極管205即是連接在節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)4之間。其中，功率開(kāi)關(guān)管202通過(guò)柵極即節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)13之間施加驅(qū)動(dòng)電壓，控制其導(dǎo)通或截止?？刂齐妷旱囊?guī)律是脈沖寬度調(diào)制控制(PWM)方式，當(dāng)PWM的導(dǎo)通比率大于50%，電弧穩(wěn)定單元工作于升壓狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)4電壓將比節(jié)點(diǎn)I電壓高，為焊接負(fù)載回路提供高壓電池電壓的空載電壓，以利于電弧引燃和維持電弧弧長(zhǎng)；當(dāng)PWM的導(dǎo)通比率小于50%，電弧穩(wěn)定單元工作于降壓狀態(tài)，其輸出電流與焊接特性電流輸出單元的電流共同向焊接負(fù)載提供符合焊接特性的低壓大電流。本單元輸出特性被設(shè)計(jì)為恒流特性。
[0037]焊接特性電流輸出單元即主功率變換單元由功率開(kāi)關(guān)管301、二極管304、電感器303和電阻R4組成降壓型(Buck)直流-直流變換電路組成。具體電路連接關(guān)系是:功率開(kāi)關(guān)管301的柵極G與控制單元的焊接特性控制電路連接，功率開(kāi)關(guān)管301的漏極D直接與直流供電單元的輸出端連接，功率開(kāi)關(guān)管301的源極S串聯(lián)連接有電流互感器302，電流互感器302、功率開(kāi)關(guān)管301的源極S還與控制單元的焊接特性控制電路連接，電流互感器302串聯(lián)連接電感器303，電感器303的輸出端與主功率變換單元的輸出端連接，電感器303的輸入端與二極管304的負(fù)極連接，二極管304的正極與直流供電單元的負(fù)極連接。其中，功率開(kāi)關(guān)管301通過(guò)柵極即節(jié)點(diǎn)17和節(jié)點(diǎn)I之間施加驅(qū)動(dòng)電壓，控制其導(dǎo)通或截止。控制電壓的規(guī)律是脈沖寬度調(diào)制控制(PWM)方式。通過(guò)調(diào)節(jié)PWM的導(dǎo)通比率，從而調(diào)節(jié)本單元的輸出特性，以滿足不同焊接方法的需要。本單元的輸出特性可以被設(shè)計(jì)為恒流特性、恒壓特性、恒功率特性以及它們的組合。二極管304即是連接在節(jié)點(diǎn)16與節(jié)點(diǎn)10之間。
[0038]高低壓隔離單元電路即電流輸出單元的電壓隔離電路由二極管401構(gòu)成，利用二極管單向?qū)ǖ奶匦裕瑢㈦娀》€(wěn)定單元和焊接特性電流輸出單元電路互相隔離，互不影響。焊接回路的電流檢測(cè)由霍爾電流傳感器404完成，焊接回路的電壓檢測(cè)由電阻405和電阻406分壓完成。電流輸出單元輸出端的電感器403和跨接的輸出端正負(fù)極上的電容402對(duì)輸出電流進(jìn)行濾波，構(gòu)成了。
[0039]本發(fā)明中的直流電源為電池組由鎳鋅電池組成。鎳鋅電池具有輸出電壓高，內(nèi)阻小，額定電流大的優(yōu)點(diǎn)，所以采用22節(jié)輸出電壓為1.65V的鎳鋅電池，串聯(lián)成一個(gè)輸出電壓約36V的電池組直流電源。熱敏電阻102作為電池工作溫度傳感器與控制單元中的直流電源保護(hù)電路連接，霍爾傳感器103同樣與控制單元中的直流電源保護(hù)電路連接，把蓄電池組工作時(shí)的電壓、電流和溫度向控制單元反饋。電弧穩(wěn)定單元中的較高壓直流變換(DC/DC)電路是一個(gè)直流變換(DC/DC)升壓電路，把電路電壓從鎳鋅電池組的供電電壓36提升，使電弧穩(wěn)定單元的輸出電壓為72V，為焊接電弧引燃過(guò)程和電弧維持提供電流。電弧穩(wěn)定單元的電壓采樣電路和空載電壓保護(hù)電路由分壓電阻采樣電路組成。主功率變換單元的較低壓直流變換(DC/DC)電路是直流變換(DC/DC)降壓電路，把電路電壓從鎳鋅電池組的供電電壓36下降，使主功率變換單元輸出電壓為24V，為焊接電弧引燃后焊接過(guò)程中的電弧提供電流。電流輸出單元中用二極管電路組成電壓隔離電路，用電抗器組成輸出電流的，直接輸出直流焊接電流，用霍爾傳感器組件焊接電流采樣電路。分壓電阻組成電壓采樣電路組成。控制單元是一個(gè)以MCS51系列工業(yè)單片機(jī)為核心的多路電子控制電路系統(tǒng)。利用編程軟件和電路硬件的結(jié)合，可以承擔(dān)控制單元的控制運(yùn)算工作任務(wù)。用熱敏電阻作為電池工作溫度傳感器?？刂茊卧锌刂齐娫垂╇婋娐肥且粋€(gè)直流變換(DC/DC)降壓電路，建立一個(gè)輸出電壓為12V的直流電源，為智能集中控制單元供電。
【權(quán)利要求】
1.一種弧焊電源，其特征在于:所述弧焊電源包括直流供電單元、電弧穩(wěn)定單元、主功率變換單元、電流輸出單元和控制單元，電弧穩(wěn)定單元、主功率變換單元分別與電流輸出單元電路連接，控制單元設(shè)有線路分別與直流供電單元、電弧穩(wěn)定單元、主功率變換單元、電流輸出單元電路連接，其中直流供電單元為整個(gè)弧焊電源的運(yùn)行提供電能，所述電弧穩(wěn)定單元和主功率變換單元在控制單元的控制下為焊接過(guò)程的電焊機(jī)的電弧提供電流， 所述電弧穩(wěn)定單元的作用是在起弧過(guò)程中，為電弧建立并提供高電壓，使得焊接時(shí)起弧順利，并在焊接過(guò)程中減少電弧中斷的機(jī)會(huì)， 所述主功率變換單元的作用是在焊接過(guò)程中為焊接電弧提供主要的電能，輸出低電壓大電流，保證焊接電流的穩(wěn)定輸出， 所述電流輸出單元包括電壓隔離電路、電流電壓采樣電路，電壓隔離電路用于對(duì)電弧穩(wěn)定單元的輸出電壓和主功率變換單元的輸出電壓進(jìn)行電壓隔離，電流電壓采樣電路的作用是把焊接電流電壓的實(shí)際輸出值反饋給控制單元， 所述控制單元是電路連接的各單元進(jìn)行運(yùn)行控制，包括對(duì)主功率變換單元的焊接特性控制、對(duì)電流輸出單元的反饋控制、對(duì)電弧穩(wěn)定單元的電弧穩(wěn)定控制以及對(duì)直流供電單元的直流供電保護(hù)， 所述弧焊電源的輸出端通過(guò)焊炬和焊材工件接觸形成回路，在電弧穩(wěn)定單元的作用下在焊材工件的兩個(gè)電極接觸處迅速產(chǎn)生焊接電弧并且形成焊接電弧，弧焊電源的輸出端的電壓迅速下降且電壓低于主功率變換單元輸出的電壓時(shí)，主功率變換單元輸出大工作電流，使焊接電弧得到足夠的電流支持融化金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧焊電源，其特征在于:所述控制單元包括單片機(jī)、焊接特性控制電路、反饋控制電路、電弧穩(wěn)定控制電路、直流電源保護(hù)電路、給定電路和控制供電電路，其中控制供電電路是用于向控制單元提供電源保證的電源電路，直流電源保護(hù)電路是當(dāng)直流電源處于過(guò)流、欠壓或過(guò)熱狀態(tài)時(shí)對(duì)直流電源提供保護(hù)措施，給定電路對(duì)弧焊電源的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行給定，所述焊接特性控制電路、反饋控制電路、電弧穩(wěn)定控制電路根據(jù)弧焊電源中各個(gè)對(duì)應(yīng)受控部分反饋的信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路運(yùn)算處理后，對(duì)各個(gè)對(duì)應(yīng)受控部分輸出調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，以滿足外界輸入的調(diào)節(jié)信號(hào)所設(shè)定運(yùn)行狀態(tài)和焊接特性的要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的弧焊電源，其特征在于:所述電弧穩(wěn)定單元包括高電壓直流變換電路、和電壓取樣電路，所述高電壓直流變換電路是一個(gè)直流電壓變換電路，把電路電壓從電池的供電電壓變?yōu)楹附舆^(guò)程起弧所需的較高電壓，使電弧穩(wěn)定單元輸出較高的電弧穩(wěn)定電壓，為起弧過(guò)程和電弧維持提供電流，所述電壓采樣電路和空載保護(hù)電路，通過(guò)對(duì)弧焊電源輸出端兩極間的電壓監(jiān)測(cè)與反饋，調(diào)整電弧穩(wěn)定單元的的直流變換較高電壓電路運(yùn)行參數(shù)，保持電弧的持續(xù)穩(wěn)定，提供空載狀態(tài)下的安全保護(hù)措施。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的弧焊電源，其特征在于:所述電流輸出單元包括電壓隔離電路、電流電壓采樣電路，電壓隔離電路用于對(duì)電弧穩(wěn)定單元的輸出的較高電壓和主功率變換單元的輸出的較低電壓進(jìn)行電壓隔離，電流電壓采樣電路的作用是把焊接電弧電流和電壓的實(shí)際輸出值反饋給控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的弧焊電源，其特征在于:所述電流輸出單元包括二極管401的正極與主功率變換單元的輸出端連接，二極管401的負(fù)極還與電弧穩(wěn)定單元輸出端連接，二極管401構(gòu)成電壓隔離電路，電流輸出單元輸出端上的霍爾傳感器404和跨接的輸出端正負(fù)極上的分壓電阻405和406構(gòu)成了電流電壓采樣電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的弧焊電源，其特征在于:所述電弧穩(wěn)定單元包括通過(guò)電感201、電感206、功率開(kāi)關(guān)管202、二極管205、電容器204、電容器207組成的單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器型直流-直流變換電路，功率開(kāi)關(guān)管202的柵極G與控制單元的電弧穩(wěn)定控制電路連接，功率開(kāi)關(guān)管202的漏極D通過(guò)電感201與直流供電單元的輸出端連接，功率開(kāi)關(guān)管202的源極S連接有電流互感器203，電流互感器203、功率開(kāi)關(guān)管202的源極S還與控制單元的電弧穩(wěn)定控制電路連接，功率開(kāi)關(guān)管202的漏極D串聯(lián)連接電容器204后與功率開(kāi)關(guān)管202的源極S之間連接電感206與電容器207且電感206與電容器207為并聯(lián)連接狀態(tài)，二極管205串聯(lián)連接在功率開(kāi)關(guān)管202的漏極D上，二極管205的正極與電容器204、電感201連接，二極管205的負(fù)極與電容器207連接且二極管205的負(fù)極與電弧穩(wěn)定單元輸出端連接，其中功率開(kāi)關(guān)管202通過(guò)柵極G施加驅(qū)動(dòng)電壓，控制其導(dǎo)通或截止，控制電壓的規(guī)律是脈沖寬度調(diào)制控制PWM方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的弧焊電源，其特征在于:當(dāng)PWM的導(dǎo)通比率大于50%，電弧穩(wěn)定單元工作于升壓狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)a4電壓將比節(jié)點(diǎn)al電壓高，為焊接負(fù)載回路提供高壓直流電源電壓的空載電壓，以利于電弧引燃和維持電弧弧長(zhǎng)；當(dāng)PWM的導(dǎo)通比率小于50%，電弧穩(wěn)定單元工作于降壓狀態(tài)，其輸出電流與焊接特性電流輸出單元的電流共同向焊接負(fù)載提供符合焊接特性的低壓大電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的弧焊電源，其特征在于:所述主功率變換單元包括低電壓變換電路，是一個(gè)直流電壓變換電路，把電路電壓從直流電源的供電電壓變?yōu)楹附舆^(guò)程工作電弧所需的較低電壓，使主功率變換單元輸出工作電壓，為起弧后焊接過(guò)程中的電弧提供電流，包括通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管301、二極管304、電感器303和電阻R4組成的降壓型直流-直流變換電路組成，功率開(kāi)關(guān)管301的柵極G與控制單元的焊接特性控制電路連接，功率開(kāi)關(guān)管301的漏極D直接與直流供電單元的輸出端連接，功率開(kāi)關(guān)管301的源極S串聯(lián)連接有電流互感器302，電流互感器302、功率開(kāi)關(guān)管301的源極S還與控制單元的電弧穩(wěn)定控制電路連接，電流互感器302串聯(lián)連接電感器303，電感器303的輸出端與主功率變換單元的輸出端連接，電感器303的輸入端與二極管304的負(fù)極連接，二極管304的正極與直流供電單元的負(fù)極連接，其中功率開(kāi)關(guān)管301通過(guò)柵極施加驅(qū)動(dòng)電壓，控制其導(dǎo)通或截止，控制電壓的規(guī)律是脈沖寬度調(diào)制控制PWM方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的弧焊電源，其特征在于:所述主功率變換單元的輸出端連接二極管401的正極，二極管401的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管202的源極S連接，二極管401的負(fù)極還與電弧穩(wěn)定單元輸出端連接，二極管401構(gòu)成電壓隔離電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧焊電源，其特征在于:所述直流供電單元包括、鎳鋅電池、鋰電池、鉛酸蓄電池、直流開(kāi)關(guān)電源或其他直流電源。
【文檔編號(hào)】B23K9/10GK103692059SQ201410020726
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】李陽(yáng), 陳毅丹 申請(qǐng)人:李陽(yáng), 陳毅丹