專利名稱：一種逆變直流弧焊機(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弧焊機(jī)，屬于焊機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
逆變技術(shù)用于焊接裝置的電源己近二十來年，當(dāng)初是可控硅(SCR)逆變。 由于逆變頻率不高使得體積大、重量重、成本高，現(xiàn)己停止生產(chǎn)。現(xiàn)有工業(yè)級(jí)的 手工電弧焊焊接裝置的電源幾乎都采用大功率絕緣柵雙極晶體管(IGBT)逆變， 但多數(shù)采用硬開關(guān)技術(shù)，硬開關(guān)損耗大發(fā)熱量高，尖峰電壓也高，這樣吸收電路 也復(fù)雜，且難以達(dá)到理想的吸收效果，IGBT易損壞。另外，中頻變壓器多采用 鐵氧體磁性材料，初次級(jí)采用單股銅線或銅排，由于集膚效應(yīng)的作用，電流密度 大、發(fā)熱量高<= 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種體積小、重量輕，而且故障率低的逆變直流弧 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弧焊機(jī)，包括 工頻整流器，工頻整流器設(shè)于右散熱器上，濾波器設(shè)于底板上，中頻變壓器設(shè)于 元件板下，中頻整流器設(shè)于左散熱器上，電抗器設(shè)于底板上，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，分流器另一端與焊接電纜負(fù)接線端子 相接，控制變壓器、控制板和驅(qū)動(dòng)板設(shè)于元件板上，其特征在于，在右側(cè)散熱器 上設(shè)有逆變器和電容板，第一電感設(shè)于左散熱器上、第二電感設(shè)于元件板下，在 元件板下面設(shè)有第三電容，在底板上設(shè)有電抗器，逆變器、中頻變壓器、中頻整 流器、電容板，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)用新型提供一種軟開關(guān)的逆變直流弧焊機(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，使得電弧自調(diào)節(jié)能力強(qiáng)， 電弧柔和，焊接飛濺小，熔敷率高，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，使得電弧自 調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，電弧柔和、焊接飛濺小、熔敷率高、變形小、焊縫成型美觀。


圖1是逆變直流弧焊機(jī)的右視圖； 圖2是逆變直流弧焊機(jī)的左視圖； 圖3是逆變直流弧焊機(jī)的俯視圖； 圖4是逆變直流弧焊機(jī)的前視圖； 圖5是逆變直流弧焊機(jī)的后視圖； 圖6是^^變直流弧焊機(jī)軟開關(guān)的主回路原理圖。
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、 5所示，為一種逆變直流弧焊機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，所述的一種 逆變直流弧焊機(jī)由工頻整流器l、濾波器2、逆變器3、中頻變壓器4、中頻整流 器5、電抗器6 (L3)、分流器7、控制變壓器8、控制板9 (HTS1)、驅(qū)動(dòng)板10 (HTS2)、風(fēng)機(jī)ll、右側(cè)散熱器12、底板13、元件板14、左側(cè)k熱器15、焊接 電纜負(fù)接線端子16、電容板17 (HTS3)、第一電感18 (L2)、第三電容19 (C9)、 后面板20、輸入接線端子21、空氣開關(guān)22、三相電感23、第二電感24 (Ll)、 過流保護(hù)板25 (HTS4)、吸收板26 (HTS5)、數(shù)顯表頭27、前面板28、保護(hù)燈 29、起弧電流調(diào)節(jié)旋鈕30、工作指示燈31、推力電流調(diào)節(jié)旋鈕32、焊接電流調(diào) 節(jié)旋鈕33、'近控/遠(yuǎn)控'轉(zhuǎn)換開關(guān)34、遠(yuǎn)控接口35、焊接電纜正接線端子36、 前下面板37、熱敏繼電器38和'A/V'轉(zhuǎn)換開關(guān)39組成。
工頻整流器1裝在右側(cè)散熱器12上，將工頻交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?；濾波 器2裝在底板13上，將工頻整流器輸出的直流電壓變成較平滑的直流電壓；逆 變器3裝在右側(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吊裝在元件板14下，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裝在左側(cè)散熱器15上，將較低的中頻脈沖電壓整流成直流電 壓，由于散熱器15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(400A/36V)。
電抗器6 (L3)裝在底板13上， 一端與中頻變壓器5的中心抽頭相接，另一 端與分流器3相接，起濾波和儲(chǔ)能的作用，分流器7裝在焊接電纜負(fù)接線端子 16， 一端與電抗器6相接，另一端與輸出負(fù)端16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裝在元件板14上，為控制板9 (HTS1)，驅(qū)動(dòng)板IO (HTS2)和 數(shù)顯表頭27提供交流電源。
控制板9 (HTS1)裝在元件板14上，它由電流給定電路，起弧、推力電路， 過熱保護(hù)電路，電流反饋電路等電路組成，它是隨焊接電流給定值的大小來確定 送入驅(qū)動(dòng)板10 (HTS2)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 (HTS2)裝在元件板14上，根據(jù)9 (HTS1)板送來的信號(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)25 (HTS4)板的信號(hào)，當(dāng) 過流保護(hù)板25 (HTS4)的信號(hào)超過設(shè)定值，則無脈沖輸出，IGBT則不導(dǎo)通，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20上，起強(qiáng)迫風(fēng)冷的作用。
焊接電纜負(fù)接線端子16裝在前下面板37上，通過輸出電纜接被焊工件。電 容板17裝在逆變器3上，為實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)提供條件。第一電感18 (L2)設(shè)于左側(cè) 散熱器15上，為增大漏感，它的匝數(shù)根據(jù)輸出電流的大小而定。第三電容19(C9) 吊裝在元件板下，起隔直作用，防止中頻變壓器偏磁而飽和。
輸入接線端子21裝在后面板20上，為三相380V的輸入接線端子?？諝忾_ 關(guān)22裝在后面板20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；三相電感23裝在元件板14上，防干擾。第二電感(24)設(shè)于元件板(14)下。過流 保護(hù)板25 (HTS4)初級(jí)過流保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)逐波控制。吸收板26 (HTS5)裝 在中頻整流器5上，吸收尖峰電壓，保護(hù)中頻整流器5。
數(shù)顯表頭27裝在前面板28上，當(dāng)'A/V'轉(zhuǎn)換開關(guān)39 (裝在前面板28上) 轉(zhuǎn)換到A時(shí)，則數(shù)顯表頭27顯示電流，當(dāng)'A/V'轉(zhuǎn)換開關(guān)39轉(zhuǎn)換到V時(shí)，則 數(shù)顯表頭27顯示電壓。
起弧電流調(diào)節(jié)旋鈕30裝在前面板28上，當(dāng)起弧電流電位器往右旋起，則焊 條起弧的瞬間有起弧電流輸出，往右旋的角度越大，則起弧電流越大。
工作指示燈31裝在前面板28上，當(dāng)焊機(jī)通電時(shí)，則此燈亮。
推力電流調(diào)節(jié)旋鈕32裝在前面板28上，當(dāng)推力電流電位器往右旋起，則在 焊接過程中，當(dāng)弧壓較低時(shí)就有推力電流輸出，往右旋的角度越大，則推力電流 越大。
焊接電流調(diào)節(jié)旋鈕33裝在前面板28上，當(dāng)'近控/遠(yuǎn)控'轉(zhuǎn)換開關(guān)34 (裝 在前面板上28)置近控時(shí)，隨著此電位器往右旋的角度的加大，則焊機(jī)輸出的 電流也加大；當(dāng)'近/遠(yuǎn)控'轉(zhuǎn)換開關(guān)34置遠(yuǎn)控時(shí)，則通過裝在前下面板的遠(yuǎn) 控接口 35接出的遠(yuǎn)控盒上的焊接電流電位器往右旋的角度大小來調(diào)節(jié)輸出電流 的大小。
焊接電纜正接線端子36裝在前下面板37上，通過輸出電纜接焊鉗。 熱敏繼電器38:裝在右側(cè)散熱器12上，當(dāng)散熱器12的溫度達(dá)到一定值時(shí)， 則熱敏繼電器12自動(dòng)斷開，則控制板9 (HTS1)無輸出信號(hào)，同時(shí)裝在前面板 28上的保護(hù)燈29亮，焊機(jī)無輸出電流。
其中逆變器3、中頻變壓器4、中頻整流器5、電容板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)，如圖6所示，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)與次級(jí)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。 所述的驅(qū)動(dòng)板17上設(shè)有串聯(lián)的第一電容C7和第二電容C8，第一電容C7和 第二電容C8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的次級(jí)輸出線圈N2的另一端連接。
全橋移相諧振式軟開關(guān)電路的連接見圖6，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Q1、 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，電抗器6 (L3)另一端接至焊機(jī)的焊接電纜負(fù)接線端子；次級(jí)線圈N2 的另外兩端分別去接中頻整流器5的D1、 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"-"一直流-。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. 一種逆變直流弧焊機(jī)，包括工頻整流器(1)，工頻整流器(1)設(shè)于右散熱器(12)上，濾波器(2)設(shè)于底板(13)上，中頻變壓器(4)設(shè)于元件板(14)下，中頻整流器(5)設(shè)于左散熱器(15)上，電抗器(6)設(shè)于底板(13)上，其一端與中頻變壓器(5)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(16)相接，控制變壓器(8)、控制板(9)和驅(qū)動(dòng)板(10)設(shè)于元件板(14)上，其特征在于，在右側(cè)散熱器(12)上設(shè)有逆變器(3)和電容板(17)，第一電感(18)設(shè)于左散熱器(15)上、第二電感(24)設(shè)于元件板(14)下，在元件板(14)下面設(shè)有第三電容(19)，在底板(13)上設(shè)有電抗器(6)，逆變器(3)、中頻變壓器(4)、中頻整流器(5)、電容板(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弧焊機(jī)，其特征在于，所述的電容板(17) 上設(shè)有串聯(lián)的第一電容C7和第二電容C8，第一電容C7和第二電容C8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)的次級(jí)輸出線圈N2的另一端連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種逆變直流弧焊機(jī)，其特征在于，在右側(cè)散熱器上設(shè)有逆變器和電容板，第一電感設(shè)于左散熱器上、第二電感設(shè)于元件板下，在元件板下面設(shè)有第三電容，在底板上設(shè)有電抗器，逆變器、中頻變壓器、中頻整流器、電容板，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、熔敷率高、變形小、焊縫成型美觀。
文檔編號(hào)B23K9/10GK201249323SQ20082015244
公開日2009年6月3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