用于電弧焊接的高頻方波直流脈沖耦合電源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于電弧焊接的高頻方波直流脈沖耦合電源裝置，包括整流濾波電路、峰值電流產(chǎn)生電路和基值電流檢測電路，所述峰值電流產(chǎn)生電路包括前置峰值電流產(chǎn)生電路和脈沖峰值電流產(chǎn)生電路，基值電流檢測電路對基值電流進(jìn)行感應(yīng)，經(jīng)過處理后對脈沖峰值電流產(chǎn)生電路進(jìn)行控制，同時(shí)對前置峰值電流產(chǎn)生電路進(jìn)行控制，前置峰值電流產(chǎn)生電路的輸出電流作為脈沖峰值電流產(chǎn)生電路的輸入電流，脈沖峰值電流產(chǎn)生電路的輸出電流與基值電流疊加后作為本電源裝置的輸出電流。本電源裝置中，峰值電流產(chǎn)生電路輸出高頻方波峰值電流，可與任何交直流弧焊電源產(chǎn)生的基值電流疊加輸出，基值電流檢測電路可自發(fā)控制高頻方波峰值電流與基值電流的疊加。
【專利說明】用于電弧焊接的高頻方波直流脈沖耦合電源裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于電弧焊接的直流脈沖耦合電源裝置，尤其涉及一種用于電弧焊接的高頻方波直流脈沖耦合電源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在電弧焊機(jī)領(lǐng)域，方波直流脈沖電流焊機(jī)得到廣泛應(yīng)用，如脈沖MIG焊接(即熔化極惰性氣體保護(hù)焊接)、脈沖TIG焊接(即惰性氣體鎢極保護(hù)焊接)等。方波直流焊接與傳統(tǒng)焊接相比有顯著的特點(diǎn)，如控制熔滴過渡、焊縫成型，減少氣孔等等，特別是高頻脈沖電流對熔池的攪拌作用，使得焊縫中的氣孔減少，變小。傳統(tǒng)的直流脈沖TIG、直流脈沖MIG，其頻率較低，一般在幾赫茲到幾百赫茲，其基本原理是通過電流反饋信號與電壓給定信號閉環(huán)負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)的。然而由于原理限制，及其線路電感的作用，使得該電源不具備輸出大于20KHz的高頻脈沖電流的能力，而且其電流上升率、下降率、電流幅值及波形可控性差。其次，若把高頻方波直流脈沖產(chǎn)生電源部分與基值電流產(chǎn)生電源部分構(gòu)成系統(tǒng)，聯(lián)動控制，這樣控制系統(tǒng)復(fù)雜，而且內(nèi)部干擾嚴(yán)重，不易于控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種可控性強(qiáng)的用于電弧焊接的高頻方波直流脈沖耦合電源裝置。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0005]一種用于電弧焊接的高頻方波直流脈沖耦合電源裝置，包括整流濾波電路和峰值電流產(chǎn)生電路，所述峰值電流產(chǎn)生電路包括前置峰值電流產(chǎn)生電路和脈沖峰值電流產(chǎn)生電路，所述前置峰值電流產(chǎn)生電路包括第一功率開關(guān)管?第四功率開關(guān)管、第一電容、第二電容、諧振電容、飽和電感、續(xù)流電感、變壓器、第一二極管、第二二極管、第一電流傳感器、閉環(huán)PWM控制電路和初級驅(qū)動電路，所述脈沖峰值電流產(chǎn)生電路包括第五功率開關(guān)管、第六功率開關(guān)管、第三三極管、接觸器、脈沖產(chǎn)生電路和次級驅(qū)動電路，所述電源裝置還包括基值電流檢測電路，所述基值電流檢測電路包括交直流弧焊電源、第二電流傳感器和基值電流處理電路，所述整流濾波電路的正極輸出端分別與所述第一功率開關(guān)管的集電極、所述第三功率開關(guān)管的集電極和所述第一電容的第一端連接，所述第一電容的第二端分別與所述第一功率開關(guān)管的發(fā)射極、所述第二功率開關(guān)管的集電極、所述第二電容的第一端和所述諧振電容的第一端連接，所述第三功率開關(guān)管的發(fā)射極分別與所述第四功率開關(guān)管的集電極和所述變壓器的初級繞組的第一端連接，所述變壓器的初級繞組的第二端與所述飽和電感串聯(lián)后與所述諧振電容的第二端連接，所述整流濾波電路的負(fù)極輸出端分別與所述第二功率開關(guān)管的發(fā)射極、所述第二電容的第二端和所述第四功率開關(guān)管的發(fā)射極連接，所述變壓器的次級繞組的第一端與所述第一二極管的正極連接，所述第一二極管的負(fù)極分別與所述第二二極管的負(fù)極和所述續(xù)流電感的第一端連接，所述第二二極管的正極與所述變壓器的次級繞組的第二端連接，所述變壓器的次級繞組的中段引出抽頭并與所述第五功率開關(guān)管的發(fā)射極連接，所述第一電流傳感器套裝于所述變壓器的次級繞組中段引出的抽頭與所述第五功率開關(guān)管的發(fā)射極之間的導(dǎo)線上，所述續(xù)流電感的第二端分別與所述第五功率開關(guān)管的集電極和所述第三二極管的正極連接，所述第三二極管的負(fù)極與所述交直流弧焊電源的正極輸出端連接并作為所述電源裝置的正極輸出端，所述第六功率開關(guān)管的集電極與所述接觸器的常開觸點(diǎn)的第一端連接，所述接觸器的常開觸點(diǎn)的第二端與所述交直流弧焊電源的負(fù)極輸出端連接并作為所述電源裝置的負(fù)極輸出端，所述第二電流傳感器套裝于所述第三二極管的負(fù)極與所述交直流弧焊電源的正極輸出端之間的導(dǎo)線上，所述第二電流傳感器的電流輸出端與所述基值電流處理電路的輸入端連接，所述基值電流處理電路的電流反饋輸出端與所述脈沖產(chǎn)生電路的反饋信號輸入端連接，所述脈沖產(chǎn)生電路的驅(qū)動脈沖信號輸出端與所述次級驅(qū)動電路的輸入端連接，所述脈沖產(chǎn)生電路的控制信號輸出端與所述接觸器的控制輸入端連接，所述次級驅(qū)動電路的兩個信號輸出端分別與所述第五功率開關(guān)管的基極和所述第六功率開關(guān)管的基極連接，所述基值電流處理電路的電壓反饋輸出端與所述閉環(huán)PWM控制電路的反饋電壓信號輸入端連接，所述第一電流傳感器的電流輸出端與所述閉環(huán)PWM控制電路的反饋電流信號輸入端連接，所述閉環(huán)PWM控制電路的驅(qū)動脈沖信號輸出端與所述初級驅(qū)動電路的輸入端連接，所述初級驅(qū)動電路的四個信號輸出端分別與所述第一功率開關(guān)管的基極、所述第二功率開關(guān)管的基極、所述第三功率開關(guān)管的基極和所述第四功率開關(guān)管的基極連接。
[0006]進(jìn)一步，所述電源裝置還包括第一尖峰電壓吸收電路和第二尖峰電壓吸收電路，所述第一尖峰電壓吸收電路的兩端分別與所述第五功率開關(guān)管的集電極和發(fā)射極連接，所述第二尖峰電壓吸收電路的兩端分別與所述第六功率開關(guān)管的集電極和發(fā)射極連接。兩個尖峰電壓吸收電路分別用于吸收第五功率開關(guān)管和第六功率開關(guān)管的集電極與發(fā)射極之間的電壓尖峰。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:
[0008]本發(fā)明所述電源裝置中，峰值電流產(chǎn)生電路輸出高頻方波峰值電流，可與任何交直流弧焊電源產(chǎn)生的基值電流疊加輸出，基值電流檢測電路可自發(fā)控制高頻方波峰值電流與基值電流的疊加；另外，本電源裝置的電流峰值與頻率獨(dú)立可調(diào)，能夠獨(dú)立產(chǎn)生上升率、下降率≥50A/us、頻率≥20KHz、幅值為20~200A的脈沖電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明所述高頻方波直流脈沖耦合電源裝置的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0010]圖2是本發(fā)明所述峰值電流產(chǎn)生電路輸出的電流波形示意圖；
[0011]圖3是本發(fā)明所述交直流弧焊電源輸出的基值電流的波形示意圖；
[0012]圖4是與本發(fā)明所述高頻方波直流脈沖耦合電源裝置輸出的電流的波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合 附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0014]如圖1所示，本發(fā)明所述用于電弧焊接的高頻方波直流脈沖耦合電源裝置包括整流濾波電路、峰值電流產(chǎn)生電路和基值電流檢測電路,所述整流濾波電路包括整流橋M和由電阻R與電容C組成的濾波器，所述峰值電流產(chǎn)生電路包括前置峰值電流產(chǎn)生電路和脈沖峰值電流產(chǎn)生電路，所述前置峰值電流產(chǎn)生電路包括第一功率開關(guān)管Tl、第二功率開關(guān)管T2、第三功率開關(guān)管T3、第四功率開關(guān)管T4、第一電容Cl、第二電容C2、諧振電容Cg、飽和電感Lx、續(xù)流電感L1、變壓器B、第一二極管D1、第二二極管D2、第一電流傳感器、閉環(huán)PWM控制電路和初級驅(qū)動電路，所述脈沖峰值電流產(chǎn)生電路包括第五功率開關(guān)管T5、第六功率開關(guān)管T6、第三二極管D3、接觸器K、脈沖產(chǎn)生電路、次級驅(qū)動電路、第一尖峰電壓吸收電路和第二尖峰電壓吸收電路，所述基值電流檢測電路包括交直流弧焊電源、第二電流傳感器和基值電流處理電路，所述整流濾波電路的正極輸出端即電容C的一端分別與第一功率開關(guān)管Tl的集電極、第三功率開關(guān)管T3的集電極和第一電容Cl的第一端連接，第一電容C2的第二端分別與第一功率開關(guān)管Tl的發(fā)射極、第二功率開關(guān)管T2的集電極、第二電容C2的第一端和諧振電容Cg的第一端連接，第三功率開關(guān)管T3的發(fā)射極分別與第四功率開關(guān)管T4的集電極和變壓器B的初級繞組的第一端連接，變壓器B的初級繞組的第二端與飽和電感Lx串聯(lián)后與諧振電容Cg的第二端連接，所述整流濾波電路的負(fù)極輸出端即電容C的另一端分別與第二功率開關(guān)管T2的發(fā)射極、第二電容C2的第二端和第四功率開關(guān)管T4的發(fā)射極連接，變壓器B的次級繞組的第一端與第一二極管Dl的正極連接，第一二極管Dl的負(fù)極分別與第二二極管D2的負(fù)極和續(xù)流電感LI的第一端連接，第二二極管D2的正極與變壓器B的次級繞組的第二端連接，變壓器B的次級繞組的中段引出抽頭并與第五功率開關(guān)管T5的發(fā)射極連接，第一電流傳感器套裝于變壓器B的次級繞組中段弓I出的抽頭與第五功率開關(guān)管T5的發(fā)射極之間的導(dǎo)線上，續(xù)流電感LI的第二端分別與第五功率開關(guān)管T5的集電極和第三二極管D3的正極連接，所述第一尖峰電壓吸收電路的兩端分別與所述第五功率開關(guān)管T5的集電極和發(fā)射極連接，第三二極管D3的負(fù)極與交直流弧焊電源的正極輸出端連接并作為所述電源裝置的正極輸出端，第六功率開關(guān)管T6的集電極與接觸器K的常開觸點(diǎn)的第一端連接，第二尖峰電壓吸收電路的兩端分別與第六功率開關(guān)管T6的集電極和發(fā)射極連接，接觸器K的常開觸點(diǎn)的第二端與交直流弧焊電源的負(fù)極輸出端連接并作為所述電源裝置的負(fù)極輸出端，第二電流傳感器套裝于第三二極管D3的負(fù)極與交直流弧焊電源的正極輸出端之間的導(dǎo)線上，第二電流傳感器的電流輸出端與基值電流處理電路的輸入端連接，基值電流處理電路的電流反饋輸出端與脈沖產(chǎn)生電路的反饋信號輸入端連接，脈沖產(chǎn)生電路的驅(qū)動脈沖信號輸出端與次級驅(qū)動電路的輸入端連接，脈沖產(chǎn)生電路的控制信號輸出端與接觸器K的控制輸入端連接，次級驅(qū)動電路的兩個信號輸出端分別與第五功率開關(guān)管T5的柵極和第六功率開關(guān)管T6的柵極連接，基值電流處理電路的電壓反饋輸出端與閉環(huán)PWM控制電路的反饋電壓信號輸入端連接，第一電流傳感器的電流輸出端與閉環(huán)PWM控制電路的反饋電流信號輸入端連接，閉環(huán)PWM控制電路的驅(qū)動脈沖信號輸出端與初級驅(qū)動電路的輸入端連接，初級驅(qū)動電路的四個信號輸出端分別與第一功率開關(guān)管Tl的柵極、第二功率開關(guān)管T2的柵極、第三功率開關(guān)管T3的柵極和第四功率開關(guān)管T4的柵極連接。
[0015]如圖1所示，使用時(shí)，將整流電路M的U、V、W端分別與三相交流電源的三根火線連接；將本電源裝置的正極輸出端與正電極連接，正電極夾持焊棒，將本電源裝置的負(fù)極輸出端與工件接觸連接，當(dāng)焊棒與工件接觸時(shí)即接通電路，焊棒與工件的接觸端產(chǎn)生高熱使焊棒端頭和工件表面熔化，達(dá)到焊接的目的。本電源裝置輸出電流的控制原理為:第二電流傳感器通過感應(yīng)方式采集交直流弧焊電源的正極輸出端的基值電流Ib，并將采集到的電流Ibf傳輸給基值電流處理電路，基值電流Ib的波形見圖3所示，基值電流處理電路將反饋電流If傳輸給脈沖產(chǎn)生電路、將反饋電壓Ubf傳輸給閉環(huán)PWM控制電路，脈沖產(chǎn)生電路根據(jù)反饋電流If、外部輸入的脈沖頻率f和占空比δ，產(chǎn)生控制信號控制接觸器K的開通與關(guān)斷，接觸器K開通時(shí)向次級驅(qū)動電路輸出脈沖信號(PWM2)，該脈沖信號經(jīng)次級驅(qū)動電路后分別作用于第五功率開關(guān)管Τ5的柵極和第六功率開關(guān)管Τ6的柵極；第一電流傳感器采集變壓器B的次級電流信號并將該反饋電流Ipf反饋給閉環(huán)PWM控制電路，閉環(huán)PWM控制電路根據(jù)反饋電流Ipf、反饋電壓Ubf和給定標(biāo)準(zhǔn)電壓Uf進(jìn)行比較判斷后輸出脈沖信號(PWM1)，該脈沖信號經(jīng)初級驅(qū)動電路后分別作用于第一功率開關(guān)管Tl的柵極、第二功率開關(guān)管Τ2的柵極、第三功率開關(guān)管Τ3的柵極和第四功率開關(guān)管Τ4的柵極；峰值電流產(chǎn)生電路輸出的電流Ip見圖2所示，為高頻方波脈沖直流電流；本電源裝置最終輸出的電流為峰值電流產(chǎn)生電路輸出的電流Ip和交直流弧焊電源輸出的電流Ib疊加后的復(fù)合電流，為高頻方波脈沖直流電流。
[0016]上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電弧焊接的高頻方波直流脈沖耦合電源裝置，包括整流濾波電路和峰值電流產(chǎn)生電路，其特征在于:所述峰值電流產(chǎn)生電路包括前置峰值電流產(chǎn)生電路和脈沖峰值電流產(chǎn)生電路，所述前置峰值電流產(chǎn)生電路包括第一功率開關(guān)管?第四功率開關(guān)管、第一電容、第二電容、諧振電容、飽和電感、續(xù)流電感、變壓器、第一二極管、第二二極管、第一電流傳感器、閉環(huán)PWM控制電路和初級驅(qū)動電路，所述脈沖峰值電流產(chǎn)生電路包括第五功率開關(guān)管、第六功率開關(guān)管、第三三極管、接觸器、脈沖產(chǎn)生電路和次級驅(qū)動電路，所述電源裝置還包括基值電流檢測電路，所述基值電流檢測電路包括交直流弧焊電源、第二電流傳感器和基值電流處理電路，所述整流濾波電路的正極輸出端分別與所述第一功率開關(guān)管的集電極、所述第三功率開關(guān)管的集電極和所述第一電容的第一端連接，所述第一電容的第二端分別與所述第一功率開關(guān)管的發(fā)射極、所述第二功率開關(guān)管的集電極、所述第二電容的第一端和所述諧振電容的第一端連接，所述第三功率開關(guān)管的發(fā)射極分別與所述第四功率開關(guān)管的集電極和所述變壓器的初級繞組的第一端連接，所述變壓器的初級繞組的第二端與所述飽和電感串聯(lián)后與所述諧振電容的第二端連接，所述整流濾波電路的負(fù)極輸出端分別與所述第二功率開關(guān)管的發(fā)射極、所述第二電容的第二端和所述第四功率開關(guān)管的發(fā)射極連接，所述變壓器的次級繞組的第一端與所述第一二極管的正極連接，所述第一二極管的負(fù)極分別與所述第二二極管的負(fù)極和所述續(xù)流電感的第一端連接，所述第二二極管的正極與所述變壓器的次級繞組的第二端連接，所述變壓器的次級繞組的中段引出抽頭并與所述第五功率開關(guān)管的發(fā)射極連接，所述第一電流傳感器套裝于所述變壓器的次級繞組中段引出的抽頭與所述第五功率開關(guān)管的發(fā)射極之間的導(dǎo)線上，所述續(xù)流電感的第二端分別與所述第五功率開關(guān)管的集電極和所述第三二極管的正極連接，所述第三二極管的負(fù)極與所述交直流弧焊電源的正極輸出端連接并作為所述電源裝置的正極輸出端，所述第六功率開關(guān)管的集電極與所述接觸器的常開觸點(diǎn)的第一端連接，所述接觸器的常開觸點(diǎn)的第二端與所述交直流弧焊電源的負(fù)極輸出端連接并作為所述電源裝置的負(fù)極輸出端，所述第二電流傳感器套裝于所述第三二極管的負(fù)極與所述交直流弧焊電源的正極輸出端之間的導(dǎo)線上，所述第二電流傳感器的電流輸出端與所述基值電流處理電路的輸入端連接，所述基值電流處理電路的電流反饋輸出端與所述脈沖產(chǎn)生電路的反饋信號輸入端連接，所述脈沖產(chǎn)生電路的驅(qū)動脈沖信號輸出端與所述次級驅(qū)動電路的輸入端連接，所述脈沖產(chǎn)生電路的控制信號輸出端與所述接觸器的控制輸入端連接，所述次級驅(qū)動電路的兩個信號輸出端分別與所述第五功率開關(guān)管的基極和所述第六功率開關(guān)管的基極連接，所述基值電流處理電路的電壓反饋輸出端與所述閉環(huán)PWM控制電路的反饋電壓信號輸入端連接，所述第一電流傳感器的電流輸出端與所述閉環(huán)PWM控制電路的反饋電流信號輸入端連接，所述閉環(huán)PWM控制電路的驅(qū)動脈沖信號輸出端與所述初級驅(qū)動電路的輸入端連接，所述初級驅(qū)動電路的四個信號輸出端分別與所述第一功率開關(guān)管的基極、所述第二功率開關(guān)管的基極、所述第三功率開關(guān)管的基極和所述第四功率開關(guān)管的基極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電弧焊接的高頻方波直流脈沖耦合電源裝置，其特征在于:所述電源裝置還包括第一尖峰電壓吸收電路和第二尖峰電壓吸收電路，所述第一尖峰電壓吸收電路的兩端分別與所述第五功率開關(guān)管的集電極和發(fā)射極連接，所述第二尖峰電壓吸收電路的兩端分別與所述第六功率開關(guān)管的集電極和發(fā)射極連接。
【文檔編號】B23K9/09GK103737154SQ201410035648
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】石鴻愷, 李毅, 邢敏周 申請人:成都熊谷加世電器有限公司