一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)的制作方法

專利名稱：一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的逆變式弧焊機(jī)是一種電子控制的焊接設(shè)備，具體是一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，電焊機(jī)產(chǎn)品市場的競爭十分激烈，對產(chǎn)品的性能要求也越來越高，特別是出口到歐盟、美國等國際市場的產(chǎn)品，除了要求滿足電焊機(jī)的各項(xiàng)涉及安全和電參數(shù)的性能指標(biāo)，即滿足相關(guān)產(chǎn)品認(rèn)證，如歐盟GS或CE認(rèn)證，美國UL認(rèn)證，中國CCC認(rèn)證外，還要求電焊機(jī)具有較高的抗干擾性能，即滿足電磁兼容性或EMC認(rèn)證的要求，否則，產(chǎn)品是不允許進(jìn)入這些國家或地區(qū)的。然而，目前的情況是很多企業(yè)生產(chǎn)的電焊機(jī)，能夠滿足電焊機(jī)的各項(xiàng)涉及安全和 電參數(shù)的性能指標(biāo)，即滿足相關(guān)產(chǎn)品認(rèn)證，如歐盟GS或CE認(rèn)證,美國UL認(rèn)證，中國CCC認(rèn)證等，但卻無法使焊機(jī)具有較高的抗干擾性能，即滿足電磁兼容性或EMC認(rèn)證的要求，能夠通過EMC認(rèn)證的電焊機(jī)產(chǎn)品是少之又少，因此，具有高的抗干擾性能，滿足電磁兼容性或EMC認(rèn)證的要求的逆變焊機(jī)，將具有更大的市場競爭優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)，能夠用于手工電弧焊和氬弧焊，焊機(jī)采用4個單管IGBT的全橋逆變主電路及其控制電路；具有輸入和輸出濾波電路等多種抗干擾措施，特有的各種濾波電路及整機(jī)的布局和結(jié)構(gòu)是保證焊機(jī)能夠通過德國萊茵GS認(rèn)證和EMC認(rèn)證的關(guān)鍵，也是本實(shí)用新型焊機(jī)的主要特征；此外，本實(shí)用新型焊機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低、生產(chǎn)效率高、制造技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)，包括全橋逆變主電路、逆變變壓器次級整流濾波電路、驅(qū)動電路和控制電路，所述的全橋逆變主電路包括電源開關(guān)K1、輸入EMC濾波器、冷卻電風(fēng)扇M、輸入濾波環(huán)節(jié)、電阻R2、繼電器K2、單相整流橋DI或I、濾波電解電容C4和C5、Q1 Q4 IGBT以及快恢復(fù)二極管和逆變變壓器T2 ;逆變變壓器的次級整流、濾波電路包括逆變變壓器T2、快恢復(fù)二極管D17和電感L ;其特征在于所述的驅(qū)動電路主要包括驅(qū)動脈沖變壓器T4 T5、Q5、Q6等場效應(yīng)管、電阻R7 R19、穩(wěn)壓管D20 D27 ;驅(qū)動電路連接控制電路和全橋逆變主電路。在所述的逆變變壓器次級整流濾波電路的兩個輸出端高接地的電容C17和C18。所述的控制電路主要包括集成運(yùn)算放大器U3、脈沖寬度調(diào)制器Ul、U2，以及它們周圍的電阻、電容和三極管。在所述的控制電路上還設(shè)置防粘控制電路，防粘控制電路主要包括脈沖寬度調(diào)制器U1、U2、Q1三極管和Q2雙向晶閘管，以及電阻、電容、二極管和穩(wěn)壓管。[0010]本實(shí)用新型良好的電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及可以滿足高抗干擾性或電磁兼容性和安全性的國際電焊機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證要求，是本實(shí)用新型焊機(jī)的優(yōu)勢所在，也是滿足高效、低成本、高工作可靠性的重要保證。


圖I是本實(shí)用新型焊機(jī)的電路原理框圖；圖2是本實(shí)用新型焊機(jī)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)爆炸圖；圖3是防粘控制板的原理圖。
具體實(shí)施方式

圖2中各部件名稱如下1背帶、2圓頭十字邊緣平墊自攻螺絲、3機(jī)箱外罩、4線路板支架、5脈沖變壓器、6主電路板、7控制貼片小板、8繼電器、9電解電容、10整流橋、11整流橋散熱器12、IGBT散熱器I、13IGBT散熱器2、14 IGBTU5 IGBT散熱器3、16平墊圈、17彈墊圈、18圓頭十字螺絲、19吸收小板、20帶平墊彈墊螺絲、21平頭十字螺絲、22快恢復(fù)二極管、23溫控器、24快恢復(fù)模塊散熱器、25絕緣條、26圓頭十字螺絲、27圓頭十字螺絲、28隔板、29防粘電路板、30白色飛機(jī)扣、31電流互感器固定架、32電流互感器、33螺母、34彈墊圈、35平墊圈、36圓頭十字螺絲、37支架、38主變壓器、39螺母、40電抗及支架、41圓頭十字螺絲、42平墊圈、43彈墊圈、44螺母、45外六角螺栓、46控制變壓器、47氣管、48氣管接頭、49電磁閥、50磁圈、51EMC濾波器、52接線盒、53塑料外罩、54電風(fēng)扇、55電源開關(guān)、56磁圈、57接地線、58銅螺母、59輸出氣嘴、60保險絲護(hù)套、61保險管、62抗拉器、63圓頭十字自攻螺絲、64電源線護(hù)套、65電源線、66插頭、67圓頭十字邊緣平墊自攻螺絲、68機(jī)器底珠、69輸出濾波組件、70底板、71電位器組合、72白色發(fā)光指示燈、73黃色發(fā)光指示燈、74指示燈帽螺母、75白色指示燈帽、76黃色指示燈帽、77環(huán)氧板絕緣墊圈、78電位器平墊圈、79電位器螺母、80電位器旋鈕、81電纜耦合器、82電纜線、83焊件接地夾、84電焊鉗。如圖I所示，本實(shí)用新型焊機(jī)的電路包括全橋逆變主電路、逆變變壓器次級整流濾波電路、驅(qū)動電路和控制電路，其中由電源開關(guān)K1、輸入EMC濾波器、冷卻電風(fēng)扇M、輸入濾波環(huán)節(jié)包含Rl、CI C3、電感TI、電阻R2、繼電器K2、單相整流橋DI或I、濾波電解電容C4和C5、Ql Q4 IGBT以及快恢復(fù)二極管和逆變變壓器T2組成的全橋逆變主電路；逆變變壓器的次級整流濾波電路則由快恢復(fù)二極管D17、電感L組成；所述的驅(qū)動電路主要包括驅(qū)動脈沖變壓器T4 T5、Q5、Q6等場效應(yīng)管、電阻R7 R19、穩(wěn)壓管D20 D27 ;控制電路主要包括集成運(yùn)算放大器U3、脈沖寬度調(diào)制器Ul、U2，以及它們周圍的電阻、電容和三極管；所述的驅(qū)動電路連接控制電路和全橋逆變主電路。本實(shí)用新型焊機(jī)可通過改變IGBT管以及輸出快速恢復(fù)二極管的型號并結(jié)合修改上層電路板上少量電阻的參數(shù)值，即可改變焊機(jī)的輸出電流或功率的大小，容易形成符合國家和國際標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，例如，制成100A、120A、140A、160A電流等級的手工電弧焊機(jī)產(chǎn)品，可使焊機(jī)的輸出功率大，額定輸出電流高達(dá)160A/26. 4V的水平?？刂齐娐分饕杉蛇\(yùn)算放大器U3、脈沖寬度調(diào)制器Ul、U2，以及它們周圍的很多電阻、電容、三極管等元器件組成。BKl部分電路的主要作用是控制電焊機(jī)的輸出特性。當(dāng)焊接電流調(diào)節(jié)電位器R56產(chǎn)生的電流給定信號增大時，輸出的焊接電流也會隨之增加。反之，則會減小。當(dāng)電位器R56產(chǎn)生的電流給定信號不變時，隨著焊接電流的增加，電流負(fù)反饋信號增大，由于它的極性與給定信號的極性相反，因此，通過BKl電路的控制，會使驅(qū)動IGBT的脈沖寬度減小，于是驅(qū)動電路BK2產(chǎn)生的IGBT的脈沖寬度也隨之減小，IGBT的導(dǎo)通時間縮短，這就會使輸出的電壓降低。通過上述控制作用，可使焊接電源的輸出特性滿足電弧焊工藝的要求。驅(qū)動電路部分的作用是在控制電路部分控制電路的作用下，可獲得25KHz左右的脈沖寬度調(diào)制PWM信號。通過該信號可使Q5、Q6等場效應(yīng)管處于高頻通、斷的控制狀態(tài)。再通過T4、T5、D20 D27等器件組成的驅(qū)動電路，獲得按一定規(guī)律變化可驅(qū)動Q1、Q4與Q2、Q3管組交替導(dǎo)通的控制信號；由于Q1、Q4與Q2、Q3管組交替的導(dǎo)通，因此，可在逆變主變壓器T2的初級繞組中產(chǎn)生高頻交變電流和電壓；通過T2的降壓作用，獲得一定的高頻交流電壓和電流，經(jīng)快速恢復(fù)二極管D17的整流、電感L的濾波作用，從而獲得滿足焊接要求的直流電壓和電流。如圖2本實(shí)用新型焊機(jī)的電路板結(jié)構(gòu)分為上、下兩層。 在下層部分,主要有輸出濾波組件69、EMC濾波器51、控制變壓器46、電磁氣閥49,氬弧焊功能時使用、電纜耦合器81、隔板28、逆變主變壓器38、電流檢測互感器32、快恢復(fù)二極管22及其散熱器24、防粘電路板29、輸出電抗器及支架40等零部件；快恢復(fù)二極管22可采用多種形式的器件；不同的快恢復(fù)二極管22，其安裝的方式及其阻容保護(hù)電路布置方式會有所不同，但焊機(jī)的電路原理是相同的。在上層部分，主要有IGBT功率開關(guān)管14及其散熱器12，13，15、整流橋10及其散熱器11、主電路板組件6及其貼片控制小板7組件、濾波電容9，470MF/400VDC，或采用680MF/400VDC等零部件；因本實(shí)用新型電焊機(jī)可制成不同額定電流等級的產(chǎn)品，其輸出電流或功率的不同，配置的IGBT功率開關(guān)管的電流等級14和整流橋10的電流等級也可以是不同的。圖1-2所示，WB為溫度保護(hù)繼電器，安裝在IGBT的鋁散熱器上，當(dāng)散熱器的溫度達(dá)到其動作溫度時，在電路的控制下，過熱指示燈D19亮，同時由Ul電路部分的P-I P-4輸出的驅(qū)動脈沖寬度調(diào)制信號會使電焊機(jī)的輸出電流和電壓很低，從而保護(hù)焊機(jī)不會因?yàn)檫^熱或過流而損壞IGBT。T3為電流檢測互感器，可檢測逆變主變壓器T2的初級電流；該電流的大小與流過濾波電感L的電流或者本焊機(jī)輸出的焊接電流成正比，輸出電流大，則T3檢測到電流信號也較大；該電流檢測信號作為電流負(fù)反饋信號，通過圖I中的P_9、P-17兩端輸入到貼片控制電路部分，并與調(diào)節(jié)焊接電流大小的電位器R56產(chǎn)生的電流給定信號進(jìn)行比較，通過電路的控制，可使Ul獲得所需的驅(qū)動脈沖寬度調(diào)制信號，該信號的頻率是固定的，可達(dá)25KHz左右；但是脈沖的寬度則是會改變的，其變化規(guī)律是，焊接時，當(dāng)電位器R56產(chǎn)生的電流給定信號增大時，輸出的焊接電流也會隨之增加，反之則會減??；當(dāng)電位器R56產(chǎn)生的電流給定信號不變時，隨著焊接電流的增加，電流負(fù)反饋信號增大，由于它的極性與給定信號的極性相反，因此，通過電路的控制，會使驅(qū)動脈沖寬度減小，于是產(chǎn)生的IGBT的脈沖寬度也隨之減小，IGBT的導(dǎo)通時間縮短，這就會使輸出的電壓降低，即在給定不變的情況下，焊接電流增大，輸出電壓降低。這也就是獲得了所謂的滿足手工電弧焊要求的下降外特性，位于大電路板上的微調(diào)電位器R57用于電焊機(jī)輸出電流的校準(zhǔn)。本焊機(jī)的直流電源電路的工作原理是交流電壓經(jīng)TR2控制變壓器降壓后，再經(jīng)過D6 D9整流、濾波后變?yōu)橹绷麟妷?24V，這個+ 24V電壓是繼電器K2的工作電壓；D101是發(fā)光二極管，當(dāng)+ 24V電壓產(chǎn)生時，該發(fā)光二極管會發(fā)光，從而指示焊機(jī)帶電工作，再通過三端集成穩(wěn)壓器Vl及其附屬電路，在Vl的輸出端獲得穩(wěn)定的十15V直流電壓。該電壓供給控制電路，使這些電路能夠正常工作，D18是發(fā)光二極管，當(dāng)+ 15V電壓產(chǎn)生時，該發(fā)光二極管會發(fā)光，可指示焊機(jī)帶電工作；電阻R2、繼電器K2及其控制電路構(gòu)成上電緩沖電路，當(dāng)接通供電電源時，由于電源開關(guān)Kl合上后的一段時間內(nèi)，十24V電壓還沒有產(chǎn)生，因此，繼電器K2的動作時間會落后于電源開關(guān)Kl的動作時間，在這段時間內(nèi)，繼電器K2的觸頭還沒有閉合，電流只能夠通過電阻R2給整流器Dl供電，進(jìn)而給濾波電解電容C4和C5充電，當(dāng)C4和C5充電達(dá)到穩(wěn)定的時候，繼電器K2才會動作。K2的常開觸點(diǎn)閉合，從而短接電阻R2，如果沒有R2、K2及其控制電路，則接通Kl后，由于電解電容C4和C5上的電壓為零，相當(dāng)于整流器Dl的輸出端處于短路狀態(tài)，因此，會在Dl的輸入端產(chǎn)生很大的電流，甚至?xí)龎恼髌鱀1，可見電阻R2的延時被短路，可起到減少啟動電流或者說上電緩沖的作用，進(jìn)而保護(hù)整流器D1、開關(guān)Kl不至于被過大的電流燒壞，當(dāng)然如果進(jìn)入正常的逆變輸出，而由于某種原因使繼電器K2沒有動作，則電阻R2會因流過較大的電流而燒壞，這是應(yīng)該盡量避免的電路故障。 圖3所示是焊機(jī)的防粘控制板的原理圖，電路上主要布置有U1、U2、Ql三極管和Q2雙向晶閘管，以及電阻、電容、二極管、穩(wěn)壓管等器件；圖3中，插頭線X1-3接到焊機(jī)輸出的“ + ”端，Xl — I接到焊機(jī)輸出的“一”端；插頭線X4 —2接到圖I中的P-12，即焊機(jī)電流調(diào)節(jié)電位器R56的中點(diǎn)，X4-3接到圖I中的GND，X4-1接到圖I中的+12V，插頭線X3-1和X3-4則串聯(lián)在電磁氣閥的供電回路中，若本實(shí)用新型焊機(jī)制作為單一功能的手工電弧焊機(jī)時，因?yàn)?，此時沒有電磁氣閥，則不接入，電磁氣閥的控制僅在焊機(jī)具有氬弧焊功能時使用；此部分電路的工作原理是當(dāng)焊機(jī)的輸出為空載時，D2穩(wěn)壓管被擊穿、穩(wěn)壓，光耦Ul導(dǎo)通，三極管Ql不工作；當(dāng)焊機(jī)的輸出負(fù)載電壓很低，此時焊條或者氬弧焊的鎢極與工件短路時，光耦Ul不導(dǎo)通，三極管Ql工作，會影響焊機(jī)電流調(diào)節(jié)電位器R56的給定信號大小，使焊機(jī)輸出電流減少，從而起到所謂的“防粘”即防止電極與工件發(fā)生粘住的現(xiàn)象的控制作用；當(dāng)焊機(jī)工作后，且氬弧焊的鎢極與工件短路進(jìn)行氬弧焊引弧操作時，通過電路的控制，可使焊機(jī)的電磁氣閥工作，焊機(jī)的氣路有氬氣流出；正常氬弧焊時，由于焊機(jī)輸出的工作電壓低，因此，電磁氣閥也能夠處于導(dǎo)通狀態(tài)，于是實(shí)現(xiàn)了保護(hù)氣體的控制。另外本實(shí)用新型在所述的逆變變壓器次級整流濾波電路的兩個輸出端高接地的電容C17和C18的目的是抗干擾，以提高焊機(jī)的工作可靠性。
權(quán)利要求1.一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)，包括全橋逆變主電路、逆變變壓器次級整流濾波電路、驅(qū)動電路和控制電路，所述的全橋逆變主電路包括電源開關(guān)K1、輸A EMC濾波器、冷卻電風(fēng)扇M、輸入濾波環(huán)節(jié)、電阻R2、繼電器K2、單相整流橋DI或I、濾波電解電容C4和C5、Ql Q4 IGBT以及快恢復(fù)二極管和逆變變壓器T2 ;逆變變壓器的次級整流、濾波電路包括逆變變壓器T2、快恢復(fù)二極管D17和電感L ;其特征在于所述的驅(qū)動電路主要包括驅(qū)動脈沖變壓器T4 T5、Q5、Q6等場效應(yīng)管、電阻R7 R19、穩(wěn)壓管D20 D27 ;驅(qū)動電路連接控制電路和全橋逆變主電路。
2.如權(quán)利要求I所述的一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述的逆變變壓器次級整流濾波電路的兩個輸出端高接地的電容C17和C18。
3.如權(quán)利要求I所述的一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的控制電路主要包括集成運(yùn)算放大器U3、脈沖寬度調(diào)制器U1、U2，以及它們周圍的電阻、電容和三極管。
4.如權(quán)利要求I所述的一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述的控制電路上還設(shè)置防粘控制電路，防粘控制電路主要包括脈沖寬度調(diào)制器U1、U2、Q1三極管和Q2雙向晶閘管，以及電阻、電容、二極管和穩(wěn)壓管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有高抗干擾性能的逆變式弧焊機(jī)的電路結(jié)構(gòu)，包括全橋逆變主電路、逆變變壓器次級整流濾波電路、驅(qū)動電路和控制電路，所述的驅(qū)動電路主要包括驅(qū)動脈沖變壓器T4～T5、Q5、Q6等場效應(yīng)管、電阻R7～R19、穩(wěn)壓管D20～D27；驅(qū)動電路連接控制電路和全橋逆變主電路；實(shí)用新型焊機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低、生產(chǎn)效率高、制造技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B23K9/10GK202506938SQ201220105969
公開日2012年10月31日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者孫敏, 朱宣東, 朱宣輝, 汪志金, 陳法慶, 魏繼昆 申請人:浙江肯得機(jī)電股份有限公司