逆變式脈沖變極性tig焊電源的主回路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路，它采用全橋雙逆變結(jié)構(gòu)形式，其包括：具有電源接入端的交流接觸器；接于交流接觸器輸出端的輸入整流濾波模塊，其輸出端接于一次逆變模塊，該一次逆變模塊接有一次驅(qū)動模塊；接于一次逆變模塊的輸出整流濾波模塊，其輸出端接于二次逆變模塊，該二次逆變模塊接有二次驅(qū)動模塊；接于一次、二次驅(qū)動模塊的保護(hù)電路，其接有控制電路，該控制電路與設(shè)于二次逆變模塊的電壓檢測模塊、電流檢測模塊；所述二次逆變模塊接于電弧負(fù)載。本實(shí)用新型中，電流過零速度快有利于電弧穩(wěn)定；電流正負(fù)半波幅值和時間均可獨(dú)立調(diào)節(jié)，在形成良好的陰極霧化作用的情況下，可以最大限度的減少鎢極燒損，形成良好的焊接過程。
【專利說明】逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及ー種逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路。
【背景技術(shù)】
[0002]鎢極氬弧焊電弧燃燒穩(wěn)定，具有焊縫質(zhì)量好、焊接接頭的強(qiáng)度和塑性高的特點(diǎn)，因此在エ業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003]鋁及鋁合金具有較高的比強(qiáng)度和導(dǎo)熱性、良好的耐腐蝕性以及在低溫下能保持良好的力學(xué)性能等特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代科技及高新工程發(fā)展的需要，成為宇航、化工、交通運(yùn)輸?shù)去I(yè)重要的結(jié)構(gòu)材料之一。但是鋁及鋁合金焊接時，在鋁及鋁合金表面總會生成ー層附著力強(qiáng)的和難熔的(熔點(diǎn)為2050°C)氧化膜(主要成分為A1203)，該層氧化膜不溶于金屬并且妨礙被熔融填充金屬潤濕，焊接前需將其去除。因此鋁及其合金鎢極氬弧焊時要兼有陰極霧化作用(清除氧化膜)及減少鎢極過熱燒損的要求，一般采用交流鎢極氬弧焊(TIG)。
[0004]采用交流TIG焊焊鋁及其合金時，由于交流電流的極性周期性地變化，所以在每個周期里相當(dāng)于半波為直流正接，另一半波為直流反接。正接的半波期間，鎢極為負(fù)，可以發(fā)射足夠的電子而不至于過熱，防止其燒損，還能承載較大的電流容量，有利于焊接電弧的穩(wěn)定，并增大工件的可焊厚度。反接的半波期間，鋁板為負(fù)，其表面生成的氧化膜很容易被清理掉而獲得表面美觀、光亮、成型良好的焊縫。這樣，同時兼顧了陰極霧化作用和鎢極燒損減少的要求。但在電弧穩(wěn)定性以及電流正負(fù)半波幅值和時間是否可獨(dú)立調(diào)節(jié)的問題上不盡如人意，而且無法做到最大限度地減少鎢極燒損。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路。
[0006]本發(fā)明逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路采用了雙逆變結(jié)構(gòu)形式。一次逆變部分采用的電路形式是全橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)鎢極氬弧焊電源的恒流輸出焊接外特性及電源的動態(tài)特性。二次逆變部分可采用半橋或全橋結(jié)構(gòu)形式，其主要功能是把一次逆變部分輸出的平滑的直流逆變?yōu)榉悼烧{(diào)的方波交流(變極性)輸出。本發(fā)明所設(shè)計的逆變式脈沖變極性TIG焊電源采用全橋雙逆變結(jié)構(gòu)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路，其特征在于，它采用全橋雙逆變結(jié)構(gòu)形式，逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路包括兩次逆變主電路，兩次逆變主電路由依次連接的交流接觸器(I)、輸入整流濾波模塊(2 )、一次逆變模塊(3 )、輸出整流濾波模塊(4 )、二次逆變模塊(5)組成，其中，一次逆變模塊(3)連接有一次逆變驅(qū)動模塊(6)，二次逆變模塊連接有二次逆變驅(qū)動模塊(7)，所述一次、二次逆變驅(qū)動模塊連接于保護(hù)電路(8)，所述保護(hù)電路所連接的控制電路(9)接于安裝在二次逆變模塊輸出端的電壓檢測模塊(10)、電流檢測模塊(11)。0009]兩次逆變主電路中，一次逆變主電路包括依序連接的輸入整流濾波電路、全橋式 逆變電路、輸出整流濾波電路；
[0010]所述輸入整流濾波電路，其采用三相全控整流橋（Ml)，并在三相全控整流橋（Ml) 后并聯(lián)有電解電容（(：1、02、03、(：4)；
[0011]全橋式逆變電路，其包括IGBT功率開關(guān)管一、二、三、四（VT1、VT2、VT3、VT4)、二極 管一、二、三、四（VD1、VD2、VD3、VD4)、電容一、二、三、四（VC1、VC2、VC3、VC4)、電阻一、二、 三、四（R1、R2、R3、R4)、二極管七、八、九、十（D7、D8、D9、D10)和中頻變壓器（T1)，二極管一、 二、三、四（VD1、VD2、VD3、VD4)分別與 IGBT 功率開關(guān)管一、二、三、四(VT1、VT2、VT3、VT4) 反向并聯(lián)，電容一、二、三、四（VC1、VC2、VC3、VC4)分別與電阻一、二、三、四（Rl、R2、R3、R4) 串聯(lián)之后再分別與二極管一、二、三、四（VD1、VD2、VD3、VD4)并聯(lián)，二極管七、八、九、十（D7、 D8、D9、D10)分別與電阻一、二、三、四（R1、R2、R3、R4)并聯(lián)；
[0012]輸出整流濾波電路，其為帶有中心抽頭的全波整流電路，整流二極管為快恢復(fù)二 極管（D11，D12)，采用電感（L1)作為輸出濾波器。
[0013]兩次逆變主電路中，二次逆變主電路包括：續(xù)流二極管五、六、七、八（VD5、VD6、 ￥07、￥08)、輸出電容五、六、七、八（￥05、￥06、￥07、￥08)、1681'功率開關(guān)管五、六、七、八（￥丁5、 VT6、VI7、VT8)、緩沖電容（C5)、回路電感（L2)、電弧等效電阻（R5)，IGBT功率開關(guān)管五、六、 七、八（VT5、VT6、VT7、VT8)，續(xù)流二極管五、六、七、八（VD5、VD6、VD7、VD8)分別與IGBT功率 開關(guān)管五、六、七、八（VT5、VT6、VT7、VT8)反向并聯(lián)，輸出電容五、六、七、八（VC5、VC6、VC7、 VC8)分別與168!'功率開關(guān)管五、六、七、八（￥15、￥16、￥17、￥18)并聯(lián)，IGBT功率開關(guān)管五、 七構(gòu)成的電路一（A)與IGBT功率開關(guān)管六、八構(gòu)成的電路二（B)之前具有依次串聯(lián)的回路 電感（L2)和電弧等效電阻（R5)，所述緩沖電容（C5)與電路一（A)并聯(lián)，整個二次逆變主電 路串接有一次逆變主電路的輸出濾波電感（L1)。
[0014]本實(shí)用新型具有如下有益效果：
[0015]本發(fā)明逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路主電路，電流過零速度快有利于電 弧穩(wěn)定；電流正負(fù)半波幅值和時間均可獨(dú)立調(diào)節(jié)，在形成良好的陰極霧化作用的情況下，可 以最大限度的減少鎢極燒損，形成良好的焊接過程。
[0016]脈沖變極性鎢極氬弧焊是一種理想的鋁及其合金的電弧焊方法，可顯著改善和提 高鋁合金材料的電弧焊接質(zhì)量，從根本上突破并解決了實(shí)際工程應(yīng)用中急切希望解決的難 題，可替代傳統(tǒng)的氬弧焊接工藝，在發(fā)揮電弧焊接技術(shù)自身優(yōu)勢的基礎(chǔ)上顯著改善和提高 我國國防軍事、航空、航天工業(yè)中某些特殊結(jié)構(gòu)材料和關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，將具有 重要的工程應(yīng)用價值和推廣應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為逆變式脈沖變極性TIG電源系統(tǒng)框圖。
[0018]圖2為一次逆變主電路結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3為二次逆變主電路結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖4為逆變式脈沖變極性TIG焊電源使用時輸出的電流波形圖。
[0021]附圖標(biāo)記說明：
[0022]1.交流接觸器；2.輸入整流濾波模塊；3. —次逆變模塊；4.輸出整流濾波模塊；5.二次逆變模塊；6.—次逆變驅(qū)動模塊；7.二次逆變驅(qū)動模塊；8.保護(hù)電路；9.控制電路；10.電壓檢測模塊；11.電流檢測模塊；Ml.三相全控整流橋；Dl?D6.普通整流ニ極管/超快恢復(fù)ニ極管(FRED) ；C1?C4.電解電容；VT1?VT8.1GBT功率開關(guān)管一?八；VD1?VD4.ニ極管一?四；VC1?VC4.電容一?四；R1?R4.電阻一?四；D7?D10.ニ極管七?十；Tl.中頻變壓器；Dll、D12.快恢復(fù)ニ極管；L1.電感；VD5?VD8.續(xù)流ニ極管五?八；VC5?VC8.輸出電容五?八；C5.緩沖電容；L2.回路電感；R5.電弧等效電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)ー步闡述本實(shí)用新型。
[0024]文中，“/”代表“或”的含義。
[0025]如圖1所示，逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路，它采用全橋雙逆變結(jié)構(gòu)形式，逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路包括兩次逆變主電路，兩次逆變主電路由依次連接的交流接觸器1、輸入整流濾波模塊2、一次逆變模塊3、輸出整流濾波模塊4、二次逆變模塊5組成，其中，一次逆變模塊3連接有一次逆變驅(qū)動模塊6，二次逆變模塊連接有二次逆變驅(qū)動模塊7，所述一次、二次逆變驅(qū)動模塊連接于保護(hù)電路8，所述保護(hù)電路所連接的控制電路9接于安裝在二次逆變模塊輸出端的電壓檢測模塊10、電流檢測模塊11，在整個主回路末端接有電弧負(fù)載。
[0026]參見圖2，兩次逆變主電路中，一次逆變主電路包括依序連接的輸入整流濾波電路、全橋式逆變電路、輸出整流濾波電路，在輸入整流濾波電路之前接入交流接觸器，一次逆變部分采用的電路形式是全橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要功能在于實(shí)現(xiàn)鎢極氬弧焊電源的恒流輸出焊接外特性以及電源的動態(tài)特性；
[0027]所述輸入整流濾波電路可將電網(wǎng)的エ頻交流電整流成ー脈動的直流電。本設(shè)計采用三相全控整流橋Ml，并在后并聯(lián)有電解電容Cl、C2、C3、C4，DI?D6為普通整流ニ極管，相互連成三相全控整流橋，如果以超快恢復(fù)ニ極管(FRED)替代普通整流ニ極管亦可，其中，電解電容Cl與電解電容C2構(gòu)成并聯(lián)電路一，電解電容C3與電解電容C4構(gòu)成并聯(lián)ニ，并聯(lián)電路一、ニ再進(jìn)行串聯(lián)之后構(gòu)成的電路再并聯(lián)接入電源輸出電路中。采用大容量的電解電容進(jìn)行濾波，以達(dá)到逆變電路要求輸入電路提供的直流電紋波要盡量小的要求。整個焊機(jī)采用三相交流380V電壓經(jīng)過三相橋式整流、濾波后供給以IGBT為功率開關(guān)器件的逆變器進(jìn)行變頻處理后，由中頻變壓器降壓。
[0028]全橋式逆變電路，其包括IGBT功率開關(guān)管一、ニ、三、四VT1、VT2、VT3、VT4、ニ極管一、ニ、三、四 VD1、VD2、VD3、VD4、電容一、ニ、三、四 VC1、VC2、VC3、VC4、電阻一、ニ、三、四 R1、R2、R3、R4、ニ極管七、八、九、十D7、D8、D9、DlO和中頻變壓器Tl，ニ極管一、ニ、三、四VDUVD2、VD3、VD4分別與IGBT功率開關(guān)管一、ニ、三、四VT1、VT2、VT3、VT4反向并聯(lián)，其是為了承受負(fù)載產(chǎn)生的反向電流以保護(hù)IGBT功率開關(guān)管。電容一、ニ、三、四VC1、VC2、VC3、VC4分別與電阻一、ニ、三、四R1、R2、R3、R4串聯(lián)之后再分別與ニ極管一、ニ、三、四VD1、VD2、VD3、VD4并聯(lián)，ニ極管七、八、九、十D7、D8、D9、D10分別與電阻一、ニ、三、四R1、R2、R3、R4并聯(lián)，弓I入緩沖(吸收)環(huán)節(jié)可以避免IGBT功率開關(guān)管在關(guān)斷時產(chǎn)生過高的電壓上升速度(du/dt)和減少IGBT功率開關(guān)管的關(guān)斷損耗。電路正常工作時，橋臂對邊上的兩只IGBT功率開關(guān)管(VTl和VT4或VT2和VT3)同時導(dǎo)通和關(guān)斷，而對邊上的兩對IGBT功率開關(guān)管(VT1、VT4或VT2、VT3)交替通斷，相位差為108°。當(dāng)激勵脈沖性能好輪流驅(qū)動橋?qū)吷系膬申營GBT功率開關(guān)管時，逆變主電路把直流高壓(約540V)轉(zhuǎn)換為20kHz的中頻交流電壓送到中頻變壓器，經(jīng)降壓后送入輸出整流濾波電路。
[0029]輸出整流濾波電路是將中頻變壓器二次繞組輸出的電流整流為脈動的直流電，本發(fā)明采用的中頻變壓器二次繞組帶有中心抽頭的全波整流電路，整流ニ極管為快恢復(fù)ニ極管D11、快恢復(fù)ニ極管D12，采用電感LI作為輸出濾波器，對整流后的脈動直流電進(jìn)行平滑濾波。
[0030]參見圖3，二次逆變部分可采用半橋或全橋結(jié)構(gòu)形式(本案選用全橋結(jié)構(gòu)形式)，主要是把一次逆變部分輸出的平滑的直流逆變?yōu)榉悼烧{(diào)的方波交流(變極性)輸出，脈動變極性TIG焊電源最終輸出電流的頻率、正負(fù)半波導(dǎo)通時間由二次逆變部分所決定。兩次逆變主電路中，采用全橋結(jié)構(gòu)形式的二次逆變主電路包括:四個續(xù)流ニ極管，其分別為續(xù)流ニ極管五VD5、續(xù)流ニ極管六VD6、續(xù)流ニ極管七VD7、續(xù)流ニ極管八VD8 ;四個輸出電容，其分別為輸出電容五VC5、輸出電容六VC6、輸出電容七VC7、輸出電容八VC8 ;參與換向的四個IGBT功率開關(guān)管，其分別為IGBT功率開關(guān)管五VT5、IGBT功率開關(guān)管六VT6、IGBT功率開關(guān)管七VT7、IGBT功率開關(guān)管八VT8 ;緩沖電容C5 ;回路電感L2 ;電弧等效電阻R5，四個IGBT功率開關(guān)管分別反向井聯(lián)有續(xù)流ニ極管，且IGBT功率開關(guān)管還并聯(lián)有輸出電容；在這里，四個續(xù)流ニ極管五?八(VD5-VD8)和四個輸出電容五?八(VC5-VC8)分別為模塊自帶的反向并聯(lián)續(xù)流ニ極管和輸出電容，IGBT功率開關(guān)管五、IGBT功率開關(guān)管七構(gòu)成的電路ー A與IGBT功率開關(guān)管六、IGBT功率開關(guān)管八構(gòu)成的電路ニ B之前具有依次串聯(lián)的回路電感L2和電弧等效電阻R5，所述緩沖電容C5與電路ー A并聯(lián)，整個二次逆變主電路串接有一次逆變主電路的輸出濾波電感LI，從圖中可知此部分電路具有前級恒流源。當(dāng)IGBT功率開關(guān)管五VT5和IGBT功率開關(guān)管六VT6導(dǎo)通時，IGBT功率開關(guān)管七VI7和IGBT功率開關(guān)管八VT8截止，此時エ件接負(fù)，電源輸出極性DCEP ;當(dāng)IGBT功率開關(guān)管五VT5和IGBT功率開關(guān)管六VT6截止吋，IGBT功率開關(guān)管七VI7和IGBT功率開關(guān)管八VT8導(dǎo)通，此時エ件接正，電源輸出極性DCEN，兩組IGBT功率開關(guān)管相互交替導(dǎo)通，向電弧提供正負(fù)半波電流，二次逆變主電路中的IGBT功率開關(guān)管換向時電壓相對較低，電流較大，換向頻率也低。
[0031]參見圖4，逆變式脈沖編輯性TIG焊電源，它是ー種特殊的方波交流TIG焊，是ー種輸出電流頻率、占空比、正負(fù)半波導(dǎo)通時間及幅值均可獨(dú)立調(diào)節(jié)的鎢極氬弧焊方法。逆變式脈沖變極性TIG焊電源使用時輸出的電流波形圖參見圖4。
[0032]文中未闡述的結(jié)構(gòu)可以現(xiàn)有技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路，其特征在于，它采用全橋雙逆變結(jié)構(gòu)形式， 逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路包括兩次逆變主電路，兩次逆變主電路由依次連接 的交流接觸器（1)、輸入整流濾波模塊（2 )、一次逆變模塊（3 )、輸出整流濾波模塊（4 )、二次 逆變模塊（5 )組成，其中，一次逆變模塊（3 )連接有一次逆變驅(qū)動模塊（6 )，二次逆變模塊連 接有二次逆變驅(qū)動模塊（7)，所述一次、二次逆變驅(qū)動模塊連接于保護(hù)電路（8)，所述保護(hù) 電路所連接的控制電路（9)接于安裝在二次逆變模塊輸出端的電壓檢測模塊（10)、電流檢 測模塊（11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路，其特征在于，兩次逆 變主電路中，一次逆變主電路包括依序連接的輸入整流濾波電路、全橋式逆變電路、輸出整 流濾波電路；所述輸入整流濾波電路，其采用三相全控整流橋（Ml)，并在三相全控整流橋（Ml)后并 聯(lián)有電解電容（01、02、03、04)；全橋式逆變電路，其包括IGBT功率開關(guān)管一、二、三、四（VT1、VT2、VT3、VT4)、二極管 一、二、三、四（VD1、VD2、VD3、VD4)、電容一、二、三、四（VC1、VC2、VC3、VC4)、電阻一、二、三、 四（R1、R2、R3、R4)、二極管七、八、九、十（D7、D8、D9、D10)和中頻變壓器（T1)，二極管一、二、 三、四（VD1、VD2、VD3、VD4)分別與 IGBT 功率開關(guān)管一、二、三、四（VT1、VT2、VT3、VT4)反向 并聯(lián)，電容一、二、三、四（VC1、VC2、VC3、VC4)分別與電阻一、二、三、四（Rl、R2、R3、R4)串聯(lián) 之后再分別與二極管一、二、三、四（VD1、VD2、VD3、VD4)并聯(lián)，二極管七、八、九、十（D7、D8、 D9、D10)分別與電阻一、二、三、四（R1、R2、R3、R4)并聯(lián)；輸出整流濾波電路，其為帶有中心抽頭的全波整流電路，整流二極管為快恢復(fù)二極管 (Dll，D12)，采用電感（L1)作為輸出濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變式脈沖變極性TIG焊電源的主回路，其特征在于，兩次逆 變主電路中，二次逆變主電路包括：續(xù)流二極管五、六、七、八（VD5、VD6、VD7、VD8)、輸出電 容五、六、七、八（^5、￥06、￥07、￥08)、168!'功率開關(guān)管五、六、七、八（￥15、￥16、￥17、￥18)、緩 沖電容（C5)、回路電感（L2)、電弧等效電阻（R5)，續(xù)流二極管五、六、七、八（VD5、VD6、VD7、 VD8)分別與IGBT功率開關(guān)管五、六、七、八（VT5、VT6、VT7、VT8)反向并聯(lián)，輸出電容五、六、 七、八（VC5、VC6、VC7、VC8)分別與IGBT功率開關(guān)管五、六、七、八（VT5、VT6、VT7、VT8)并聯(lián)， IGBT功率開關(guān)管五、七串聯(lián)構(gòu)成的電路一（A)與IGBT功率開關(guān)管六、八構(gòu)成的電路二（B) 之前具有依次串聯(lián)的回路電感（L2 )和電弧等效電阻（R5 )，所述緩沖電容（C5 )與電路一（A) 并聯(lián)，整個二次逆變主電路串接有一次逆變主電路的輸出濾波電感（L1)。
【文檔編號】B23K9/10GK203426573SQ201320528615
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】林勤弟, 魏金劍, 葉玲平 申請人:上海熔易焊接機(jī)制造有限公司