專利名稱：場效應(yīng)管逆變節(jié)能弧焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
場效應(yīng)管逆變節(jié)能弧焊機(jī)，屬于機(jī)械加工上工件焊接專用設(shè)備。
現(xiàn)在使用的整流焊機(jī)工作原理是，市電先經(jīng)變壓器降到適應(yīng)焊接的電壓，再經(jīng)一組串聯(lián)的可調(diào)阻抗器進(jìn)一步調(diào)整電壓，最后經(jīng)一組整流元件變換為可供焊接的直流電。由于變壓器的電磁性能較差、工作頻率很低，其體積很大，繞組導(dǎo)線的有效長度很長，導(dǎo)線中的電阻也就較大，其銅損、鐵損都很大變壓器、阻抗器、整流器都會(huì)散發(fā)出不少熱量，所以效率很低，一般只有(40％～75％)左右。另外焊機(jī)的空載損耗也很大，功率因數(shù)較低一般只有0、5～0、8之間。
針對上述缺點(diǎn)國內(nèi)一些科研單位和生產(chǎn)廠家已研制出幾種逆變焊機(jī)，多為半橋式的電路結(jié)構(gòu)。其工作原理就是頻率放大原理，就是將三相交流電直接整流成式動(dòng)較大的高壓直流后，供給兩只快速可控硅進(jìn)行變頻《逆變環(huán)帶》，得到幾百到幾千HZ的中頻電流再經(jīng)變壓器輸出。由于將工頻變壓器換成了中頻變壓器，減小了體積減輕了重量，效率也提高了很多。
但是由于其頻率變化范圍較大，在小電流焊接時(shí)即頻率較低時(shí)，效率還是較低，空載損耗減少的也不夠理想，空載電壓和常規(guī)的整流焊機(jī)一樣也是70－80V，所以其引弧時(shí)電流沖擊值還很大，對逆變元件很不利逆變元件的利用率較低，因此造價(jià)很高。還有由于快速可控硅的工作頻率只限于10千HZ以下，中頻變壓器的體積和質(zhì)量還有比較大。
本實(shí)用新型場效應(yīng)管逆變節(jié)能弧焊機(jī)的主要目的減輕電焊機(jī)的重量，提高效率和功率因數(shù)節(jié)約電能，減少焊機(jī)對電網(wǎng)的沖擊、提高焊接質(zhì)量。
本實(shí)用新型場效應(yīng)管逆變節(jié)能弧焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是(1)、焊機(jī)無需電子計(jì)算機(jī)控制，就能發(fā)揮其特別優(yōu)良的焊接性能，電子線路結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低。
(2)、短路引弧電壓低，具有理想的上升恒流的外特性。
(3)、具有高精度的電流調(diào)節(jié)系流。
(4)、對電網(wǎng)波動(dòng)有有較強(qiáng)的補(bǔ)嘗能力。
此外，本焊機(jī)由于采用高頻鐵氧體鐵芯的變壓器，用Vmos場效應(yīng)晶體管作逆變原件，頻率可以提高很多，體積進(jìn)一步的減小，重量更輕，采用全橋式的逆變方式其負(fù)載性能好，性能優(yōu)良的低壓引弧線路使引弧功率、引弧電流很小，短路引弧電流呈上升特性，提高了逆變元件的利用率，較理想的解決了上述問題。
本焊機(jī)系定頻調(diào)寬式中頻弧焊機(jī)，它是一種節(jié)能效果非常顯著的新型弧焊電源，有以下特點(diǎn)。
1、效率和功率因數(shù)高、空載損耗小；2、體積小重量輕，便于攜帶和操作；3、電源適應(yīng)性強(qiáng)；4、焊接性能好；5、振動(dòng)和噪聲??；6、適用范圍廣，由于其體特別小重量很輕，不但適用于一切固定的場合，而且也適用于一些非固定的場合如鉆井平臺(tái)、船塢、建筑工地及設(shè)備維修等需頻繁移動(dòng)焊機(jī)的場合。
本實(shí)用新型場效應(yīng)管逆變節(jié)能弧焊機(jī)，主要發(fā)明內(nèi)容是一、通斷電的電壓緩沖電路這部分電路是由SJ與R1串聯(lián)與C1并聯(lián)之后與2J串聯(lián)接到整流橋D7－10的輸出端，2J常開點(diǎn)AN、CD線圈SJ的斷電延時(shí)開啟的常開點(diǎn)串聯(lián)接到零線與相線之間，R2與于1J的常開點(diǎn)并聯(lián)與HZ、CD常開點(diǎn)串聯(lián)接到整流橋D11－14的輸入端、R3與1J線圈串聯(lián)與C2并聯(lián)接到整流橋D11－14的輸出端組成。
由于逆變器的負(fù)載是電感性的中頻焊接變壓器，在電源接通或斷開時(shí)將產(chǎn)生很大的浪涌電流和很高的尖蜂電壓，對開關(guān)元件有很大的沖擊，為減小對開關(guān)元件的沖擊設(shè)計(jì)了緩沖電路。逆變主回路和驅(qū)動(dòng)回路分別由相對獨(dú)立的電源供電。當(dāng)接通電源時(shí)合上組合開關(guān)HZ驅(qū)動(dòng)電路先通電，將脈寬可調(diào)的25KHZ方波信號(hào)領(lǐng)先一步加到逆變橋然后逆變橋上的電壓才由低到高建立起來。即220V交流電經(jīng)D7－10整流后的直流電壓加到由ZJ2、R1和SJ線圈組成的串聯(lián)回路上，ZJ2和SJ通電吸合，其常開觸點(diǎn)閉合。B1控制變壓器通電，其二次整流濾波經(jīng)7815穩(wěn)壓后的15V直流電壓加到494的8、11、12和7腳之間，由494的9腳和10腳輸出互差180°的脈寬可調(diào)兩路方波信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)T5與T6，驅(qū)動(dòng)變壓器B3或B4的二次經(jīng)整形電路T7－T10、D24－27、R37－40、D29－32、R41－44整形后輸出的方波信號(hào)加到T1T4或T2T3逆變橋臂。這時(shí)按下按鈕AN、CD通電吸合、CD的常開觸點(diǎn)接通主回路整流橋回路逆變電壓建立，即220V交流電經(jīng)D11－14整流后的直流電壓加到逆變橋，在主回接通電源的時(shí)刻，并接在主回路上的濾波電容C2相當(dāng)于主回路整流橋D11－14的負(fù)載，C2兩端也就是逆變電壓是經(jīng)一定的時(shí)間由低到高升上去的，因?yàn)轵?qū)動(dòng)信號(hào)是先一步加到逆變橋然后逆變主電源才通電，所以逆變電壓的建立是逆變著進(jìn)行的，對逆變器起到了電壓緩沖的作用。
斷電時(shí)，將組合開關(guān)HZ扳開，整流橋D7－10、D11－14都與電源斷開，C1通過R1、SJ線圈放電，使SJ中間繼電器保持吸合，驅(qū)動(dòng)電路繼續(xù)工作一段時(shí)間。C2向逆變橋放電，逆變電壓逐漸降低焊接變壓器輸出電壓也逐漸降低，當(dāng)逆變電壓基本消失時(shí)，C1上的電壓也降到了SJ的保持電壓以下，SJ釋放，驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)斷電。逆變電壓的建立和消失都是經(jīng)一定的時(shí)間從低到高或從高到低逆變著進(jìn)行的，從根本上消除了通斷電時(shí)產(chǎn)生的大電流和高電壓。
二、低壓引弧與上升的外特征這部分電路是由C13、C14、C15、R15、R16、D22－23、CW317，組成的標(biāo)準(zhǔn)線路，三端可調(diào)穩(wěn)壓塊與R14、R19、W2串聯(lián)，由W2分壓與R18串聯(lián)接到494的1腳，由C18、R23并聯(lián)與D33和R25串聯(lián)接到494的2腳3腳與地之間所組成。
短路接觸引弧的最大弱點(diǎn)是引弧時(shí)短路充擊電流太大，特別是對于逆變焊機(jī)的開關(guān)元件產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，對電網(wǎng)的沖擊也較大。若能設(shè)法既能順利的引弧又能有效的減少引弧前的空載電壓，就可大大的減小短路電流的沖擊值。本焊機(jī)設(shè)計(jì)了一種新穎的低壓引弧電路較圓滿的解決了上述問題，。其原理是中頻焊接變壓器的二次空載電壓額定值設(shè)計(jì)的36V，整流濾波后經(jīng)R14、CW317、R19、W2、R18加到494的1腳，CW317的整定值調(diào)到31V以上穩(wěn)壓、31V以下不穩(wěn)壓，當(dāng)接通電源主變壓器B2的輸出也就是C11上的電壓高于31V時(shí)，494的1腳電位高于2腳電位，驅(qū)動(dòng)電路的輸出脈沖寬度變窄，當(dāng)空載電壓達(dá)36V時(shí)驅(qū)動(dòng)電路的輸出脈沖寬度小于3uS，焊接變壓器B2輸出電壓平均值是6V左右。但是其電壓幅值沒有變，從C11點(diǎn)取到的反饋電壓信號(hào)還是36伏所以空載時(shí)的窄脈沖不變。當(dāng)短路引弧時(shí)電容器C11上的電壓很快就降到31V以下，這時(shí)因引弧電壓平均值很低，低于焊接電壓很多所以短路電流很小基本上沒有沖擊，當(dāng)CW317輸出低于31V時(shí)驅(qū)動(dòng)電路脈沖馬上變寬，短路引弧電流很快增長到焊接電流值，變壓器B2二次輸出電壓平均值很快增長到焊接電壓值然后焊機(jī)恒流輸出。改變C14的電容值便可改變引弧電流的增長速度用以改變電弧的彈性。引弧時(shí)電流和電壓平均值都是呈上升的特征，有效的保護(hù)了開關(guān)的元件可以大大的提高開關(guān)元件的利用率，并減小了對電網(wǎng)的沖擊。
三、電流的調(diào)節(jié)與過電流保護(hù)由R22、C19并聯(lián)與D19、R25串聯(lián)接到494的3腳15腳與地之間，由電路互感器H的二次經(jīng)整流橋D17－20，整流后與R17、D21、W1、R36串聯(lián)以后接到494的16腳和地之間，以上電路組成了電流調(diào)節(jié)與過電流保護(hù)環(huán)節(jié)。
由494的3腳和15腳元件參數(shù)決定，494的16腳電位高于2、5V時(shí)輸出脈沖寬度變窄。R36就決定了焊機(jī)的焊接電流最大值，當(dāng)焊接電流由于某種原因大于最大值時(shí)，H的二次電壓增高，494的16腳電位高于2、5V，使輸出脈沖寬度變窄，焊接電流減小。調(diào)節(jié)W1的阻值能很方便的調(diào)節(jié)焊接電流，W1阻值減小焊接電流增大，反之焊接電流減小。
四、逆變頻率的選擇從減小變壓器體積方便考慮，頻率高一些有利，但由于鐵芯的材質(zhì)，二次整流元件的頻率特征等因素的影響，逆變頻率又不能過高。從減小噪聲方面考慮逆變頻率要高于聲頻，所以選擇了25KHZ的逆變頻率效果很好。
五、逆變器開關(guān)元件的選擇對于逆變器而言開關(guān)元件的好壞是至關(guān)重要的。由于本焊機(jī)采用VMOS元件來代替人們常用的可控硅和雙極晶體管做逆變器的開關(guān)元件，使它和可控硅、雙極晶管弧焊電源相比具有許多優(yōu)良性能。比如VMOS場效應(yīng)管是電壓控制型元件，控制容易、驅(qū)動(dòng)功率小便于集成化等。
六、逆變方式的選擇本機(jī)采用的全橋式的逆變方式，就是T1與T3串聯(lián)，T2與T4串聯(lián)然后并聯(lián)接到整流濾波后的直流電源上。即T1和T2的漏極接電源正極，T3和T4的原極接電源的負(fù)極，由X2和Y2兩點(diǎn)輸出。
大功率逆變電源的逆變方式一般有三種，推挽式、半橋式和全橋。推挽式的電路結(jié)構(gòu)簡單，但開關(guān)元件承受的電壓是電源電壓的2倍，作為高壓大功率逆變電源不宜采用。半橋式的電路結(jié)構(gòu)也比全橋式的簡單，開關(guān)元件承受的電壓就是電源電壓，從原理圖上看開關(guān)元件比全橋的減少了一半，但換向電容的交換電流也得流過開關(guān)元件，但換向電容的交換電流也得流過開關(guān)元件，因此開關(guān)元件上流過的電流是負(fù)載電流的2倍左右。實(shí)際上所用的開關(guān)元件并不比全橋式的少，而且負(fù)載性能較差，所以本型焊機(jī)采用了全橋式的逆變方式。
焊機(jī)的控制部分是以494為核心，由494輸出的兩路脈沖信號(hào)經(jīng)放大隔離后加到逆變橋，再由兩路反饋電路將輸出的電壓信號(hào)和電流信號(hào)反饋到494，對脈沖信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的控制，構(gòu)成一個(gè)優(yōu)良的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
最佳實(shí)施例


圖1電路圖，按圖采用以下電子元件D1－D4快速二極管6A600VD5－D6″″200A700VD7－D10整流二極管3A600VD11－D14″″20A800VD15－D16″″3A600VD17－D28開關(guān)二極管0、3A70VD29－D32穩(wěn)壓管1A10VD33－D34開關(guān)二極管0、3A70VT1－T4VMOS場效應(yīng)管40A500VT5－T6″″R1－R36電阻W1－W2電位器C1－C25電容器494集成電路塊7815三端固定穩(wěn)壓塊CW317三端可調(diào)穩(wěn)壓塊HZ組合開關(guān)H電流互感器
ZJ1、ZJ2、SJ直流中間繼電器AN啟動(dòng)按鈕B1驅(qū)動(dòng)電路變壓器B2中頻焊接變壓器B3、B4中頻脈沖變壓器根據(jù)電路圖將上述元件組裝，即成為場效應(yīng)管逆變節(jié)能弧焊機(jī)，此機(jī)在大興安嶺地區(qū)松嶺林業(yè)局機(jī)些廠試驗(yàn)達(dá)到指標(biāo)要求。
權(quán)利要求1.場效應(yīng)管逆變節(jié)能弧焊機(jī)，屬于機(jī)械加工上工件焊接專用設(shè)備，其特征在于由C13、C14、C15、R15、R16、D22、D23、CW317組成的標(biāo)準(zhǔn)線路三端可調(diào)穩(wěn)壓塊與R14、R19、W2串聯(lián)，由W2分壓與R18串聯(lián)接到494的1腳，由C18、R23并聯(lián)與D33和R25串聯(lián)接到494的2腳、3腳與地之間。
2.如權(quán)利要求1所述場效應(yīng)管逆變節(jié)能弧焊機(jī)，其特征在于R22、C19并聯(lián)與D19、R25串聯(lián)接到494的3腳、15腳與地之間，由電流互感器H的二次經(jīng)整流橋D17－20，整流后與R17、D21、W1、R36串聯(lián)以后接到494的16腳和地之間。
3.如權(quán)利要求1、2所述場效應(yīng)管逆變節(jié)能弧焊機(jī)，其特征在于SJ與R1串聯(lián)與C1并聯(lián)之后與2J串聯(lián)接到整流橋D7－10的輸出端，2J常開點(diǎn)AN、CD線圈SJ的斷電延時(shí)開啟的常開點(diǎn)串聯(lián)接到零線與相線之間，R2與1J的常開點(diǎn)并聯(lián)與HZ、CD常開點(diǎn)串聯(lián)接到整流橋D11－14的輸入端，R3與1J線圈串聯(lián)與C2并聯(lián)接到整流橋D11－14的輸出端。
專利摘要場效應(yīng)逆變節(jié)能弧焊機(jī)，屬于機(jī)械加工上工件焊接專用設(shè)備，解決了原焊機(jī)功率因數(shù)低和體積大的缺點(diǎn)，本焊機(jī)由CB、C14、C15、R15、R16、D22、D23、CW319組成的標(biāo)準(zhǔn)線路三端可調(diào)穩(wěn)壓電路的一端與R14、R19、W2串聯(lián)，由W2分壓與R18串聯(lián)接到494的1腳，由R18、R23并聯(lián)與D33和R25串聯(lián)接到494的2腳、3腳與地之間。本實(shí)用新型具有功率因數(shù)高、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K9/10GK2147924SQ9224111
公開日1993年12月1日 申請日期1992年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月9日
發(fā)明者賀業(yè)開, 趙均安, 于連波, 王良, 遲永慶 申請人:大興安嶺林管局松嶺林業(yè)局機(jī)械修造廠