專利名稱：一種逆變直流埋弧焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種逆變直流埋弧焊機(jī)，屬于焊機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前的埋弧焊機(jī)絕大多數(shù)為可控硅(SRC)的工頻整流的埋弧焊電源。由于 可控硅的開關(guān)頻率為50-60HZ，所以主變壓器非常大和重。由U=4. 44NBSf公式 (其中U表示變壓器的輸入電壓，N為繞制匝數(shù)，S為變壓器的鐵芯截面積，f 為輸入電壓的頻率,B為鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度)?？芍猆、 B和N不變的情況下，f 增大，則S減小。工頻為50HZ，而大功率絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的開關(guān)頻率 為20000HZ，可見其他條件相同的情況下，IGBT的逆變焊機(jī)的主變壓器可以比工 頻整流的主變壓器小400倍左右。可見這種埋弧焊電源的耗材、耗電、體積大、
重量重o
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種高效、節(jié)能、環(huán)保的逆變直流埋弧焊機(jī)。 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種逆變直流埋弧焊機(jī)，包 括工頻整流器，工頻整流器設(shè)于中板上的左、右側(cè)散熱器上，濾波器設(shè)于中板上， 中頻變壓器設(shè)于底板上，中頻整流器設(shè)于底板上的左、右側(cè)的散熱器上，電抗器 設(shè)于中板上，其一端與中頻變壓器的中心抽頭相接，另一端與分流器連接，分流 器另一端與輸出負(fù)端相接，控制變壓器、控制板和驅(qū)動(dòng)板設(shè)于上元件板上，其特 征在于，在中板上的左、右側(cè)散熱器上設(shè)有逆變器和全橋移相諧振式電路，第一 電感在中板下、第二電感設(shè)于在中板上，在中板上設(shè)有第三電容，在中板下設(shè)有 電抗器.逆變器、中頻變壓器、中頻整流器、全橋移相諧振式電路，第一電感、 第二電感、第三電容和電抗器組成軟開關(guān)，中頻整流器和電抗器與中頻變壓器的 次級(jí)輸出線圈N2連接，第一電感與中頻變壓器的輔助線圈N3連接。
本實(shí)用新型提供的一種軟開關(guān)的逆變直流埋弧焊機(jī)，它不僅體積小、重量輕， 而且故障率低，有合理的靜外特性和良好的動(dòng)態(tài)性能，控制功能完備，使得焊接 電流在電網(wǎng)電壓波動(dòng)及電弧長度變化的情況下，高度平穩(wěn)，電弧自調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，電弧柔和，焊接飛濺小，變形小，焊縫成型美觀。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是
1. 可靠性方面由于采用軟開關(guān)技術(shù)，所以開關(guān)損耗低，發(fā)熱量低，尖峰 電壓也低，IGBT工作可靠穩(wěn)定；
2. 焊接性能方面由于有合理的靜外特性和良好的動(dòng)態(tài)性能，控制功能完 備，使得焊接電流在電網(wǎng)電壓波動(dòng)及電弧長度變化的情況下高度平穩(wěn)，電弧自調(diào) 節(jié)能力強(qiáng)，電弧柔和、焊接飛濺小、變形小、焊縫成型美觀，設(shè)有起弧電流調(diào)節(jié) 功能，極大地提高了引弧成功率，還設(shè)有推力電流調(diào)節(jié)功能，保證了焊縫成形， 方便了熔深調(diào)節(jié)，使埋弧焊機(jī)對(duì)焊接工藝的適應(yīng)性更強(qiáng)， 一機(jī)多用，還可以碳弧 氣刨和手工電弧焊。
圖1為一種逆變直流埋弧焊機(jī)左視圖； 圖2為一種逆變直流埋弧焊機(jī)俯視圖； 圖3為一種逆變直流埋弧焊機(jī)前視圖； 圖4為一種逆變直流埋弧焊機(jī)后視圖5為一種逆變直流埋弧焊機(jī)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的主回路原理具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例
如圖l、 2、 3、 4所示，為一種逆變直流埋弧焊機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，所述的一種 逆變直流埋弧焊機(jī)由工頻整流器1、濾波器2、逆變器3、中頻變壓器4、中頻整 流器5、電抗器6、分流器7、控制變壓器8、控制板9、驅(qū)動(dòng)板IO、風(fēng)機(jī)ll、 第一散熱器12、中板13、上元件板14、底板15、第二散熱器16、全橋移相諧 振式電路17、第一電感18、第三電容19、焊接電纜負(fù)接線端子20、電流數(shù)顯表 頭21、電壓數(shù)顯表頭22、后面板23、第二電感24、輸入接線端子25、三相電 感26、吸收板27(HTS5)、過流保護(hù)板28 (HTS4)、熱敏繼電器29、前面板30、 起弧電流調(diào)節(jié)旋鈕31、工作指示燈32、電源指示燈33、推力電流調(diào)節(jié)旋鈕34、 焊接電流調(diào)節(jié)旋鈕35、控制方式選擇開關(guān)36、工作方式選擇開關(guān)37、控制箱保 護(hù)器38、保護(hù)燈39、前下面板40、焊接電纜正接線端子41、控制電纜插座42、
5控制回路源電開關(guān)43、空氣開關(guān)44組成。
工頻整流器1裝在中板13上的左、右側(cè)散熱器12上，以把三相交流電壓轉(zhuǎn) 變成直流電壓；濾波器2裝在中板13上，就是用電容把上述整流器l整流電壓 變成較平滑的直流電壓；逆變器3裝在中板13上的左、右側(cè)散熱器12上，它是 大功率絕緣柵雙極晶體管(IGBT)作為軟開關(guān)元件的逆變器，用于把上述整流輸 出的直流電壓轉(zhuǎn)換成中頻矩形脈沖電壓，這個(gè)轉(zhuǎn)換過程稱為逆變；中頻變壓器4 裝在底板15上，用于把上述逆變器3輸出的中頻矩形脈沖電壓轉(zhuǎn)變成較低的中 頻矩形脈沖電壓，鐵芯采用納米晶材料，與鐵氧體相比，它具有飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bm高，損耗低，磁導(dǎo)率高，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，初、次級(jí)線圈采用多股漆包線 并聯(lián)。
中頻整流器5:裝在底板15上的左、右側(cè)的散熱器16上，用于把上述中頻 變壓器4輸出的中頻矩形脈沖電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓，由于散熱器的散熱面很大， 散熱效果非常好，所以常溫下暫載率達(dá)90%以上(1000A/44V)。
電抗器6吊裝在中板13上， 一端與中頻變壓器4的中心抽頭相接，另一端 與分流器7相接，起濾波和儲(chǔ)能的作用；分流器7—端與電抗器6相接，另一端 與輸出負(fù)端20相接，電流取樣的作用，取樣信號(hào)用于實(shí)際電流的顯示和電流反 饋的作用。
控制變壓器8裝在上元件板14上，為控制板9和數(shù)顯表頭21、 22提供相應(yīng) 的交流電源。
控制板9裝在上元件板14上，它由焊接電流給定電路、起弧電路、推力電 路、電流反饋電路、過熱保護(hù)等電路組成，隨焊接電流給定值的大小來確定送入 驅(qū)動(dòng)板10的電壓信號(hào)大小，并受限于電流反饋(外環(huán))的大小，也就是當(dāng)電流 反饋值大于焊接電流給定值時(shí)，則無信號(hào)輸出。
驅(qū)動(dòng)板10裝在上元件板14上，根據(jù)控制板9(MZ1)送來的信號(hào)大小，去控制 逆變器3觸發(fā)脈沖的寬度，并受制于過流保護(hù)板28(HTS4)的信號(hào)，當(dāng)過流保護(hù) 板28(HTS4)的信號(hào)超過設(shè)定值，則無脈沖輸出，IGBT則不導(dǎo)通。其通過控制逆 變器3的觸發(fā)脈沖的寬度，從而控制IGBT的導(dǎo)通寬度來調(diào)節(jié)輸出電流的大小。 觸發(fā)脈沖有無也受限于過流限制(內(nèi)環(huán))，也就是逆變器3的輸出的某個(gè)脈沖值 大于設(shè)定的最大值時(shí)，則無觸發(fā)脈沖輸出，這就實(shí)現(xiàn)了逐脈沖控制。大功率冷卻風(fēng)扇11裝在后面板23上，起強(qiáng)迫風(fēng)冷的作用。第二電感24(L1) 設(shè)于在中板13上，第一電感18(L2)吊裝在中板13下，匝數(shù)根據(jù)輸出電流的大 小而定，可以增大漏感。
電容19(C9)裝在中板13上，起隔直作用，防止中頻變壓器4偏磁而飽和。 焊接電纜負(fù)接線端子20裝在前下面板40上，埋弧焊機(jī)輸出負(fù)極。電流數(shù)顯表頭 21裝在前面板30上，指示埋弧焊機(jī)電流預(yù)置值和焊接電流實(shí)際值。電壓數(shù)顯表 頭22裝在前面板30上，指示埋弧焊機(jī)的焊接電壓值和預(yù)置值。輸入接線端子 25裝在后面板23上，為三相380V的輸入接線端子。三相電感26裝在上元件板 14上，防干擾。吸收板27裝在中頻整流器5上，吸收尖峰電壓，保護(hù)中頻整流 器5。過流保護(hù)板28起初級(jí)過流保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)逐波控制。
熱敏繼電器29裝在散熱器12上，當(dāng)散熱器的溫度達(dá)到一定值時(shí)，則熱敏繼 電器29自動(dòng)斷開，則控制板9(MZ1)無輸出信號(hào)，同時(shí)裝在前面板30上的保護(hù) 燈39亮，焊機(jī)無輸出電流。
起弧電流調(diào)節(jié)旋鈕31裝在前面板30上，用于調(diào)節(jié)起弧電流，改變電源起弧 性能，使焊機(jī)能適應(yīng)各種焊接規(guī)范的起弧要求。工作指示燈32裝在前面板30 上，燈亮表示埋弧焊機(jī)已啟動(dòng)。電源指示燈33裝在前面板30上，燈亮表示已接 入三相380V的電源。推力電流調(diào)節(jié)旋鈕34裝在前面板30上，用于調(diào)節(jié)推力電 流，控制焊縫熔深，改善焊縫成型。焊接電流調(diào)節(jié)旋鈕35裝在前面板30上，用 于調(diào)節(jié)焊接電流大小。 控制方式選擇開關(guān)36裝在前面板30上，此開關(guān)置"近控"位置時(shí)，在控制 面板上調(diào)節(jié)焊接電流大??；此開關(guān)置"遙控"時(shí)，可用埋弧焊控制箱調(diào)節(jié)焊接電 流大小。工作方式選擇開關(guān)37裝在前面板30上，此開關(guān)置"手弧焊"位置時(shí)可 進(jìn)行手工電弧焊接；此開關(guān)置"埋弧焊"位置時(shí)，可進(jìn)行埋弧焊接。控制箱保護(hù) 器38裝在前面板30上，對(duì)控制箱120V電壓起保險(xiǎn)作用。
焊接電纜正接線端子41裝在前下面板40上，埋弧焊機(jī)輸出正極。控制電纜 插座42:裝在前下面板40上，用于連接埋弧焊機(jī)與控制箱，提供控制箱工作電 源，傳輸埋弧焊機(jī)與控制箱之間的控制信號(hào)。控制回路源電開關(guān)43裝在前面板 30上，控制回路電源的開關(guān)。
空氣開關(guān)44裝在上元件板14上，起過流保護(hù)作用，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重過載或短路時(shí)跳閘。
其中逆變器3、中頻變壓器4、中頻整流器5、全橋移相諧振式電路17，第 一電感18、第二電感24、第三電容19和電抗器6組成軟開關(guān)。中頻整流器5 和電抗器6與中頻變壓器4的次級(jí)輸出線圈N2連接，第一電感18與中頻變壓器 4的輔助線圈N3連接。輔助線圈N3的匝數(shù)與輸出線圈N2的相接近。
所述的逆變器3由第一大功率絕緣柵雙極晶體管Ql和第三二極管D3并聯(lián)組 成的第一超前臂、第三大功率絕緣柵雙極晶體管Q3和第四二極管D4并聯(lián)組成的 第二超前臂、第二大功率絕緣柵雙極晶體管Q2和第五二極管D5并聯(lián)組成的第一 滯后臂、第四大功率絕緣柵雙極晶體管Q4和第六二極管D6并聯(lián)組成的第二滯后 臂組成，第一超前臂與第二超前臂連接，第一滯后臂與第二滯后臂連接，第一大 功率絕緣柵雙極晶體管Q1、第二大功率絕緣柵雙極晶體管Q2、第三大功率絕緣 柵雙極晶體管Q3和第四大功率絕緣柵雙極晶體管Q4的基極與驅(qū)動(dòng)板10連接。
所述的中頻整流器5由第一二極管Dl和第二二極管D2并聯(lián)組成。
所述的全橋移相諧振式電路17由第一電容C7和第二電容C8串聯(lián)組成，全 橋移相諧振式電路17設(shè)于超前臂和滯后臂之間，第一超前臂與第二電容C8和第 一滯后臂并聯(lián)，第二超前臂與第一電容C7和第二滯后臂并聯(lián)，第一超前臂、第 二電容C8、第一滯后臂、第二超前臂、第一電容C7和第二滯后臂與中頻變壓器 4的初級(jí)線圈Nl —端連接，第四大功率絕緣柵雙極晶體管Q4的集電極通過第二 電感24、第三電容19與中頻變壓器4的初級(jí)線圈Nl的另一端連接。
全橋移相諧振式軟開關(guān)電路的連接見圖5，其中虛線框3-1和3-2內(nèi)的為兩 只大功率絕緣柵雙極晶體管(簡(jiǎn)稱IGBT)封裝在一起，組成一個(gè)半橋模塊，其 中的IGBT的Q1、 Q2、 Q3、 Q4均反并快速二極管D3、 D4、 D5、 D6，第一半橋模 塊內(nèi)的兩只IGBT的Ql、 Q3均并電容C8、 C7。第一半橋模塊3-1和第二半橋模 塊3-2的"+"端與工頻整流后的直流+相接，它們的"_"端和工頻整流后的直 流-相接，第一模塊3-1的公供端Bl與中頻變壓器4 (Tl)的初級(jí)線圈Nl的一 端相接，初級(jí)線圈Nl另一端與第三電容19 (C9)的一端相接，第三電容19 (C9) 另一端與第二電感24 (Ll)的一端相接，第二電感24 (Ll)另一端與第二模塊 3-1的公供端B2相接。中頻變壓器的次級(jí)線圈N2的中心抽頭接電抗器6 (L3) 的一端相接，電抗器6 (L3)另一端接至焊機(jī)的輸出負(fù)端；次級(jí)線圈N2的另外兩端分別去接中頻整流器5的Dl、 D2的正極，Dl、 D2的負(fù)極與焊機(jī)輸出的正極 相接，中頻變壓器的次級(jí)線圈N3的兩端分別與第一電感18 (L2)的兩端相接。 全橋移相諧振式軟開關(guān)的工作過程當(dāng)Ql、 Q4同時(shí)開通后(此時(shí)Q2、 Q3 關(guān)閉)，電流的流向直流+—Ql的"+ " —Bl—N1—19 (C9) —24 (Ll) —B2 —Q4的"-"—直流-。關(guān)閉時(shí)Q1先于Q4關(guān)閉，待Q4完全關(guān)閉后，Q2、 Q3同 時(shí)開通，電流的流向?yàn)橹绷?—Q2的"+ " —B2—24 (Ll) —19 (C9) —N1 — Bl—Q3的"-"—直流-。關(guān)閉時(shí)Q3先與Q2關(guān)閉，由于濾感和電容C7、 C8的 作用，這就使第一模塊3-1的Ql、 Q3實(shí)現(xiàn)了零電壓開、關(guān)；第二模塊3-2的Q2、 Q4就實(shí)現(xiàn)了零電壓開，零電流關(guān)。這種就是常說的軟開關(guān)的一種。
權(quán)利要求1.一種逆變直流埋弧焊機(jī)，包括工頻整流器(1)，工頻整流器(1)設(shè)于中板(13)上的左、右側(cè)散熱器(12)上，濾波器(2)設(shè)于中板(13)上，中頻變壓器(4)設(shè)于底板(15)上，中頻整流器(5)設(shè)于底板(15)上的左、右側(cè)的散熱器(16)上，電抗器(6)設(shè)于中板(13)上，其一端與中頻變壓器(4)的中心抽頭相接，另一端與分流器(7)連接，分流器(7)另一端與焊接電纜負(fù)接線端子(20)相接，控制變壓器(8)、控制板(9)和驅(qū)動(dòng)板(10)設(shè)于上元件板(14)上，其特征在于，在中板(13)上的左、右側(cè)散熱器(12)上設(shè)有逆變器(3)和全橋移相諧振式電路(17)，第一電感(18)在中板(13)下，第二電感(24)設(shè)于在中板(13)上，在中板(13)上設(shè)有第三電容(19)，在中板(13)下設(shè)有電抗器(6)，逆變器(3)、中頻變壓器(4)、中頻整流器(5)、全橋移相諧振式電路(17)，第一電感(18)、第二電感(24)、第三電容(19)和電抗器(6)組成軟開關(guān)，中頻整流器(5)和電抗器(6)與中頻變壓器(4)的次級(jí)輸出線圈N2連接，第一電感(18)與中頻變壓器(4)的輔助線圈N3連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種逆變直流埋弧焊機(jī)，其特征在于，所述的逆變器 (3)由第一大功率絕緣柵雙極晶體管Ql和第三二極管D3并聯(lián)組成的第一超前臂、第三大功率絕緣柵雙極晶體管Q3和第四二極管D4并聯(lián)組成的第二超 前臂、第二大功率絕緣柵雙極晶體管Q2和第五二極管D5并聯(lián)組成的第一滯 后臂、第四大功率絕緣柵雙極晶體管Q4和第六二極管D6并聯(lián)組成的第二滯 后臂組成，第一超前臂與第二超前臂連接，第一滯后臂與第二滯后臂連接， 第一大功率絕緣柵雙極晶體管Q1、第二大功率絕緣柵雙極晶體管Q2、第三 大功率絕緣柵雙極晶體管Q3和第四大功率絕緣柵雙極晶體管Q4的基極與驅(qū) 動(dòng)板(10)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種逆變直流埋弧焊機(jī)，其特征在于，所述的中頻整 流器(5)由第一二極管D1和第二二極管D2并聯(lián)組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種逆變直流埋弧焊機(jī)，其特征在于，所述的全橋移 相諧振式電路(17)由第一電容C7和第二電容C8串聯(lián)組成，全橋移相諧振式電路(17)設(shè)于超前臂和滯后臂之間，第一超前臂與第二電容C8和第一滯 后臂并聯(lián)，第二超前臂與第一電容C7和第二滯后臂并聯(lián)，第一超前臂、第二 電容C8、第一滯后臂、第二超前臂、第一電容C7和第二滯后臂與中頻變壓 器(4)的初級(jí)線圈Nl —端連接，第四大功率絕緣柵雙極晶體管Q4的集電極 通過第二電感(24)、第三電容(19)與中頻變壓器(4)的初級(jí)線圈N1的另一 端連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種逆變直流埋弧焊機(jī)，其特征在于，在中板上的左、右側(cè)散熱器上設(shè)有逆變器和全橋移相諧振式電路，第一電感在中板下、第二電感設(shè)于在中板上，在中板上設(shè)有第三電容，在中板下設(shè)有電抗器，逆變器、中頻變壓器、中頻整流器、全橋移相諧振式電路，第一電感、第二電感、第三電容和電抗器組成軟開關(guān)，中頻整流器和電抗器與中頻變壓器的次級(jí)輸出線圈N2連接，第一電感與中頻變壓器的輔助線圈N3連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)損耗低，發(fā)熱量低，尖峰電壓也低，IGBT工作可靠穩(wěn)定，電弧自調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，電弧柔和、焊接飛濺小、變形小、焊縫成型美觀。
文檔編號(hào)H02M1/00GK201291348SQ20082015244
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者張通淼 申請(qǐng)人:上海滬通焊接電器制造有限公司