專(zhuān)利名稱(chēng)：一種全電壓范圍的焊接電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電焊機(jī)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效節(jié)能的適用于全電壓范圍的焊接電源。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及全球?qū)?jié)能減排要求的提高，弧焊逆變器在焊接行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并逐步占據(jù)主流市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)對(duì)弧焊逆變電源的研究起步較晚，直到上世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者、專(zhuān)家以及企業(yè)才開(kāi)始關(guān)注逆變技術(shù)在弧焊電源中的應(yīng)用。 2000年之后，少數(shù)國(guó)內(nèi)焊機(jī)研發(fā)成功并投入生產(chǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)焊接電源來(lái)說(shuō)大多采用如圖I中所示的結(jié)構(gòu)。如圖I中所示，工頻電源 11經(jīng)過(guò)整流后高頻逆變12，然后全波整流13的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)存在著很大的缺陷。首先，現(xiàn)有技術(shù)所使用的焊接電源，能夠適用的電壓等級(jí)固定。當(dāng)電網(wǎng)電壓有波動(dòng)其焊接性能以及電源性能都會(huì)很差。其次，焊機(jī)作為大功率負(fù)載在滿(mǎn)負(fù)載使用時(shí)，由于其功率因素很低對(duì)電網(wǎng)造成很大的污染。再者，現(xiàn)有技術(shù)中所使用的焊接電源，其單相、三相輸入電源不通用，如不小心接錯(cuò)電壓等級(jí)會(huì)有炸機(jī)的危險(xiǎn)。最后，現(xiàn)有技術(shù)中所使用的焊接電源，其逆變部分采用傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)電路，不僅使其開(kāi)關(guān)管發(fā)熱量增大而且還降低了整個(gè)電焊機(jī)的暫載率。因此為了提高焊機(jī)的通用性，提高其功率因數(shù)，減小發(fā)熱損耗，達(dá)到高效節(jié)能通用的目的，僅僅降低改變開(kāi)關(guān)管的性能是不夠的，必須同時(shí)改變其電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此現(xiàn)有技術(shù)中急需要一種新的焊接電源結(jié)構(gòu)，既能提高其通用性，還能提高其功率因數(shù)，減小發(fā)熱損耗，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種高效節(jié)能的適用于全電壓范圍的焊接電源，該電源能夠有效提高焊機(jī)功率因素，減小無(wú)功損耗，增加焊機(jī)的通用性。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種全電壓范圍的焊接電源，其特征在于，包括電源輸入整流電路，前級(jí)升壓電路、后級(jí)全橋移相逆變電路，該電源輸入整流電路將單相或三相的全電壓范圍的交流電經(jīng)整流后作為電極升壓電路的輸入電壓，該前級(jí)升壓電路將輸入電壓升壓為一固定電壓值，該后級(jí)全橋移相逆變電路用于減少開(kāi)關(guān)損耗。更進(jìn)一步地，該前級(jí)升壓電路由電容、儲(chǔ)能電感、開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管以及PFC控制電路組成。更進(jìn)一步地，該后級(jí)全橋移相逆變電路包括四個(gè)開(kāi)關(guān)管，分別與該的四個(gè)開(kāi)關(guān)管并聯(lián)的電容以及飽和電感。更進(jìn)一步地，該后級(jí)全橋移相逆變電路的四個(gè)開(kāi)關(guān)管、分別與該的四個(gè)開(kāi)關(guān)管并聯(lián)的電容以及飽和電感與變壓器的漏電感組成一諧振元件，使該后級(jí)全橋移相逆變電路的四個(gè)開(kāi)關(guān)管依次在零電壓條件下開(kāi)關(guān)。
更進(jìn)一步地，該全電壓范圍的交流電為208伏特至460伏特。該固定電壓值為700 伏特。更進(jìn)一步地，該前級(jí)升壓電路的該輸出電壓Upv與輸入電壓Udc的關(guān)系式為 I# +++ 其中D為斬波電路的占空比，D=ton/T，ton為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通周期。更進(jìn)一步地，該焊接電源還包括一全波整流電路，該全波整流電路包括至少2個(gè)并聯(lián)的二極管以及一電容。更進(jìn)一步地，該焊接電源還包括一焊接控制系統(tǒng)，該焊接控制系統(tǒng)包括一與電源輸入相連接的電壓值及單項(xiàng)/三相檢測(cè)模塊以及與該全部整流電路的輸出端相連接的輸出電壓電流檢測(cè)模塊。該焊接控制系統(tǒng)還包括輸入模塊以及一顯示模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所提供的適用于全電壓范圍的焊接電源，該電源能夠有效提高焊機(jī)功率因素，減小無(wú)功損耗，增加焊機(jī)的通用性。該焊接電源的輸入電壓范圍為208160V，且單相交流電和三相交流電通用。利用本發(fā)明所提供的焊接電源，其功率因素可以達(dá)到99%，效率可以達(dá)到90%，總諧波失真THD〈5%。


關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過(guò)以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中所使用的焊接電源的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明所提供的全電壓范圍的焊接電源的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明所提供的全電壓范圍的焊接電源的詳細(xì)電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例?，F(xiàn)有技術(shù)中所使用的焊接電源，由于采用工頻電源經(jīng)過(guò)整流后高頻逆變器逆變， 然后再經(jīng)過(guò)全波整流電路整流的結(jié)構(gòu)，因此具有諸多技術(shù)缺陷。其中一個(gè)較為重要的技術(shù)缺陷就是現(xiàn)有技術(shù)所使用的焊接電源能夠適用的電壓等級(jí)固定。當(dāng)電網(wǎng)電壓有波動(dòng)其焊接性能以及電源性能都會(huì)很差。本發(fā)明的目的在于提供一種適用于全電壓范圍的焊接電源。 通常而言，全電壓范圍指的是世界范圍內(nèi)絕大多數(shù)國(guó)家所使用的交流點(diǎn)的電壓范圍，在208 伏特至460伏特之間。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種全電壓范圍的焊接電源，包括電源輸入整流電路，前級(jí)升壓電路、后級(jí)全橋移相逆變電路，該電源輸入整流電路將單相或三相的全電壓范圍的交流電經(jīng)整流后作為電極升壓電路的輸入電壓，該前級(jí)升壓電路將輸入電壓升壓為一固定電壓值，該后級(jí)全橋移相逆變電路用于減少開(kāi)關(guān)損耗。如圖2中所示，圖2是本發(fā)明所提供的全電壓范圍的焊接電源的結(jié)構(gòu)示意圖。電源101的輸入電壓為208伏特至 460伏特之間，提供單相或者三相交流電。電源101的輸入電壓經(jīng)過(guò)工頻整流器102后經(jīng)過(guò)包含一智能PFC芯片(Power Factor Correction功率因數(shù)電路)的升壓電路103進(jìn)行升壓。該升壓電路103使整流后的輸入電壓升到后級(jí)電路全橋移相逆變電路所需的電壓。在本發(fā)明中，該升壓電路103包括一 IGBT開(kāi)關(guān)管，當(dāng)輸入電壓在全電壓范圍內(nèi)時(shí)，均可被該壓電路103升至一固定電壓值。具有軟開(kāi)關(guān)功能的全橋移相逆變電路104用于減少開(kāi)關(guān)損耗。軟開(kāi)關(guān)功能是指應(yīng)用諧振的原理，使開(kāi)關(guān)器件中的電流(或電壓)按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化。當(dāng)電流自然過(guò)零時(shí)，使器件關(guān)斷(或電壓為零時(shí)，使器件開(kāi)通)，從而減少開(kāi)關(guān)損耗。然后再經(jīng)過(guò)變壓器105變壓和全波整流電路106整流獲得一焊接輸出電壓(或電流)。為了實(shí)現(xiàn)更好的技術(shù)效果，本發(fā)明還同時(shí)提供一焊接控制系統(tǒng)200，該焊接控制系統(tǒng)可以控制IGBT開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)。該焊接控制系統(tǒng)還包括一電壓值檢測(cè)以及單相三相檢測(cè)模塊201和輸出電壓電流檢測(cè)模塊，甚至一輸入顯示模塊203，用于更好地控制該全電壓焊接電源。以下將結(jié)合圖3，詳細(xì)說(shuō)明該全電壓焊接電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3中所示， 該電路包括輸入電源101，工頻整流器102，前級(jí)升壓電路103，后級(jí)全橋移相逆變電路104， 變壓器105以及全波整流電路106。輸入電源101用于提供單相或者三相電壓值為208V160V的交流電。交流電經(jīng)過(guò)工頻整流器102整流后作為前級(jí)升壓型PFC電路103輸入，通過(guò)控制Q開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)控制電感LI儲(chǔ)能和釋放。從而使得電壓升到后級(jí)電路全橋移相逆變電路所需的電壓。其中開(kāi)關(guān)管Q的控制主要有PFC控制芯片來(lái)完成從而提高了功率因素。該前級(jí)升壓電路103由電容Cl、儲(chǔ)能電感LI、開(kāi)關(guān)管Q和續(xù)流二級(jí)管D以及PFC 控制電路(見(jiàn)圖2)組成。PFC控制芯片通過(guò)檢測(cè)整流橋102 (如圖3所示)的輸出電壓，以及電感LI電流波形，在芯片內(nèi)部計(jì)算出開(kāi)關(guān)管Q的門(mén)級(jí)控制脈沖的占空比，通過(guò)調(diào)節(jié)其占空比的大小，來(lái)對(duì)機(jī)器的功率因素繼續(xù)矯正，從而使得其功率因素達(dá)到O. 99以上。由于前級(jí)升壓電路103的開(kāi)關(guān)管Q是IGBT開(kāi)關(guān)管，因此由IGBT開(kāi)關(guān)管組成的升壓電路，可以使各種電壓等級(jí)的交流電，升到以固定的值。舉例而言，無(wú)論輸入電壓的電壓值為208伏或460 伏，經(jīng)過(guò)該前級(jí)升壓電路后均被升至700伏特。其中前級(jí)升壓PFC電路輸出電壓Upv與輸
入電壓Udc的關(guān)系式為IipY =Uclc，其中D為斬波電路的占空比，D=ton/T, ton為開(kāi)
關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通周期。前級(jí)升壓電路103通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管Q的通占空比按正弦規(guī)律，且與輸入電壓同相， 從而控制電感L的電流波形為正弦的絕對(duì)值，從而使輸入電流波形為正弦波。且與輸入電壓同相，使得功率因素接近I。后級(jí)全橋移相逆變電路104是通過(guò)全橋移相控制芯片實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖2)。如圖3所示，全橋移相控制電路由全橋移相控制芯片，放大器Ul，霍爾電流互感器組成，通過(guò)調(diào)節(jié)電流給定與電流反饋的值進(jìn)行比較，經(jīng)放大器計(jì)算后的電壓值作為全橋移相控制芯片的給定，來(lái)調(diào)節(jié)Ql和Q4以及Q2和Q3之間移相角的大小，來(lái)控制機(jī)器電流的大小。利用Q1 Q4 的輸出兩端并聯(lián)的電容(C3 C6)和飽和電感L2以及變壓器的漏電感作為諧振元件，使FB (Full-Bridge簡(jiǎn)稱(chēng)FB) PWM變換器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管依次在零電壓條件下開(kāi)關(guān)。這樣，就改善了開(kāi)關(guān)管的工作條件，減少了開(kāi)關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)了恒頻軟開(kāi)關(guān)，提高了效率。經(jīng)過(guò)后級(jí)全橋移相逆變電路104后的電壓經(jīng)過(guò)變壓器105降壓，降壓后的電流經(jīng)全波整流電路106整流后輸入。如圖3中所示，該全波整流電路106至少包括一并聯(lián)的二級(jí)管Dl個(gè)D2，以及電感L2。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所提供的適用于全電壓范圍的焊接電源，該電源能夠有效提高焊機(jī)功率因素，減小無(wú)功損耗，增加焊機(jī)的通用性。該焊接電源的輸入電壓范圍為208160V，且單相交流電和三相交流電通用。利用本發(fā)明所提供的焊接電源，其功率因素可以達(dá)到99%，效率可以達(dá)到90%，THD〈5%。本說(shuō)明書(shū)中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種全電壓范圍的焊接電源，其特征在于，包括電源輸入整流電路，前級(jí)升壓電路、后級(jí)全橋移相逆變電路，所述電源輸入整流電路將單相或三相的全電壓范圍的交流電經(jīng)整流后作為電極升壓電路的輸入電壓，所述前級(jí)升壓電路將輸入電壓升壓為一固定電壓值，所述后級(jí)全橋移相逆變電路用于減少開(kāi)關(guān)損耗。
2.如權(quán)利要求I所述的焊接電源，所述前級(jí)升壓電路由電容、儲(chǔ)能電感、開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管以及PFC控制電路組成。
3.如權(quán)利要求I所述的焊接電源，所述后級(jí)全橋移相逆變電路包括四個(gè)開(kāi)關(guān)管，分別與所述的四個(gè)開(kāi)關(guān)管并聯(lián)的電容以及飽和電感。
4.如權(quán)利要求3所述的焊接電源，所述后級(jí)全橋移相逆變電路的四個(gè)開(kāi)關(guān)管、分別與所述的四個(gè)開(kāi)關(guān)管并聯(lián)的電容以及飽和電感與變壓器的漏電感組成一諧振元件，使所述后級(jí)全橋移相逆變電路的四個(gè)開(kāi)關(guān)管依次在零電壓條件下開(kāi)關(guān)。
5.如權(quán)利要求I所述的焊接電源，所述全電壓范圍的交流電為208伏特至460伏特。
6.如權(quán)利要求I所述的焊接電源，所述固定電壓值為700伏特。
7.如權(quán)利要求I所述的焊接電源，所述前級(jí)升壓電路的所述輸出電壓Upv與輸入電壓Udc的關(guān)系式為古::..14.,其中D為斬波電路的占空比，D=ton/T, ton為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通周期。
8.如權(quán)利要求I所述的焊接電源，所述焊接電源還包括一全波整流電路，所述全波整流電路包括至少2個(gè)并聯(lián)的二極管以及一電容。
9.如權(quán)利要求I所述的焊接電源，所述焊接電源還包括一焊接控制系統(tǒng)，所述焊接控制系統(tǒng)包括一與電源輸入相連接的電壓值及單項(xiàng)/三相檢測(cè)模塊以及與所述全部整流電路的輸出端相連接的輸出電壓電流檢測(cè)模塊。
10.如權(quán)利要求9所述的焊接電源，所述焊接控制系統(tǒng)還包括輸入模塊以及一顯示模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種高效節(jié)能的適用于全電壓范圍的焊接電源，該電源能夠有效提高焊機(jī)功率因素，減小無(wú)功損耗，增加焊機(jī)的通用性。該全電壓范圍的焊接電源包括電源輸入整流電路，前級(jí)升壓電路、后級(jí)全橋移相逆變電路，該電源輸入整流電路將單相或三相的全電壓范圍的交流電經(jīng)整流后作為電極升壓電路的輸入電壓，該前級(jí)升壓電路將輸入電壓升壓為一固定電壓值，該后級(jí)全橋移相逆變電路用于減少開(kāi)關(guān)損耗。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102594174SQ20121003078
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者尤志春, 張輝 申請(qǐng)人:上海威特力焊接設(shè)備制造股份有限公司