專利名稱：微束等離子弧焊主弧電源多功能主電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接電源技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種微束等離子弧焊電源多 功能輸出的主電路。
背景技術(shù)：
微束等離子弧焊的焊接電流范圍為0. 02A 30A，最小電流和最大電 流之間，電流范圍達(dá)3個數(shù)量級，適合于薄細(xì)等精密結(jié)構(gòu)件的各種不同 嚴(yán)格工藝要求的焊接、切割、重熔、噴涂、缺陷修補(bǔ)等的材料精密加工 和表面改性，對微束等離子弧焊焊接、切割、重熔、噴涂、缺陷修補(bǔ)等 這些不同的材料精密加工和表面改性工藝，要求的焊接電流波形是不相 同的，而對于同一種微束等離子弧焊的材料精密加工或材料表面改性工 藝在不同數(shù)量級、甚至于在同一數(shù)量級內(nèi)的'焊接電流，對其電流波形的 要求也不相同?，F(xiàn)有微束等離子弧焊焊接電源采用可控硅電源、模擬式 晶體管電源、逆變電源的主電路形式，可控硅電源的主電路由于受到其 自身主電路結(jié)構(gòu)的限制，只能實(shí)現(xiàn)直流焊接電流波形，并且可控硅電源 的主電路龐大而笨重；逆變電源的主電路由于受到逆變頻率的限制，只 能輸出直流或低頻脈沖焊接電流波形；模擬式晶體管電源的主電路可實(shí) 現(xiàn)任意波形的焊接電流波形輸出，但因工頻交流變壓、整流、濾波組成
模擬式晶體管電源的主電路中功率放大器件的供電部分，變壓器笨重， 體積龐大，而且功率放大器件的功耗大，不能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)專利與文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)， 一個專利申請?zhí)枮?9106259.9 的中國發(fā)明專利《微束等離子弧特種焊機(jī)》，該專利提出了一種用于微束 等離子弧焊的晶體管式弧焊電源，該弧焊電源實(shí)現(xiàn)了高頻脈沖輸出；但 該弧焊電源中模擬晶體管的供電部分采用通用的工頻交流變壓、整流、 濾波形式，變壓器笨重，體積龐大，更致命的是功耗大，無法達(dá)到節(jié)能 環(huán)保的要求。另一個專利申請?zhí)枮?9109052, 5的中國發(fā)明專利《晶體管 弧焊逆變器》，該專利提出了一種弧焊逆變電源，該弧焊電源實(shí)現(xiàn)了直流 和脈沖輸出；但該弧焊電源脈沖輸出的最高頻率只有200HZ，無法實(shí)現(xiàn) 超薄、超細(xì)等精細(xì)結(jié)構(gòu)部件精細(xì)微束等離子弧焊接的高頻(幾十kHz)脈 沖輸出。同時，這兩個專利均無法實(shí)現(xiàn)一個焊接電源的多功能輸出。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存,在的不足和缺陷，提供一種 微束等離子弧焊電源多功能輸出的主電路，使其一方面解決現(xiàn)有微束等 離子弧焊接電源笨重，體積龐大問題，使之更適應(yīng)于節(jié)能環(huán)保的焊接設(shè) 備；另一方面也使這種節(jié)能環(huán)保的微束等離子弧焊機(jī)實(shí)現(xiàn)直流輸出、低 頻脈沖輸出、高頻脈沖輸出、混合脈沖輸出等多個功能輸出模式，提供 適合于薄、細(xì)等精密結(jié)構(gòu)件的各種不同工藝要求的焊接、切割、重熔、 噴涂、缺陷修補(bǔ)等的材料精密加工和表面改性以及解決不同尺寸薄細(xì)等精密結(jié)構(gòu)部件精密焊接時的變形、燒穿等關(guān)鍵技術(shù)問題的焊接設(shè)備。本發(fā)明的技術(shù)方案包括輸入整流濾波電路、功率開關(guān)元件、中頻 變壓器、輸出整流濾波電路、電流反饋電路、逆變控制驅(qū)動電路、功能 選擇開關(guān)、高頻開關(guān)電路、基值輸出電路，高頻濾波電路，功能選擇開 關(guān)的輸入端與輸出整流濾波電路的一端連接，功能選擇開關(guān)的一個輸出 端同時與高頻開關(guān)電路和基值輸出電路連接，功能選擇開關(guān)的另一個輸 出端穿過電流傳感器與工件連接，高頻濾波電路的一端與電流反饋電路 連接，高頻濾波電路的另一端與電流傳感器連接，輸出整流濾波電路的 另一端與鎢棒連接。高頻開關(guān)電路由高頻開關(guān)晶體管、高頻開關(guān)驅(qū)動電 路、高頻開關(guān)控制電路組成，基值輸出電路由模擬晶體管、模擬驅(qū)動晶 體管、模擬控制電路組成，高頻開關(guān)晶體管和高頻開關(guān)控制電路之間連 接有高頻開關(guān)驅(qū)動電路，模擬晶體管和模擬控制電路之間連接有模擬驅(qū) 動晶體管，高頻開關(guān)晶體管的一端以及模擬晶體管一端均與功能選擇開 關(guān)連接，高頻開關(guān)晶體管的另一端以及模擬晶體管的另一端均穿過電流 傳感器與工件連接。本發(fā)明主電路中，高頻開關(guān)電路、基值輸出電路組成微束等離子弧 焊主弧電源主電路的后端高頻輸出或混合脈沖輸出部分，輸入整流濾波 電路、功率開關(guān)元件、中頻變壓器、輸出整流濾波電路組成微束等離子 弧焊主弧電源主電路的前端直流或低頻脈沖輸出部分，也作為后端高頻 輸出或混合脈沖輸出部分的供電電源。本發(fā)明主電路的一個關(guān)鍵技術(shù)是在前端直流或低頻脈沖輸出部分和
后端高頻輸出或混合脈沖輸出部分之間有功能選擇開關(guān)，通過該功能選 擇開關(guān)來切換選擇直流輸出或低頻脈沖輸出模式還是高頻脈沖輸出或混 合脈沖輸出模式當(dāng)功能選擇開關(guān)切換到微束等離子弧焊主弧電源主電 路的后端高頻輸出或混合脈沖輸出部分時，該主電路工作在高頻脈沖輸 出或混合脈沖輸出模式；當(dāng)功能選擇開關(guān)沒有切換到微束等離子弧焊主 弧電源主電路的后端高頻輸出部分或混合脈沖輸出時，該主電路工作在 直流輸出或低頻脈沖輸出模式。本發(fā)明主電路的另一個關(guān)鍵技術(shù)是采用高頻開關(guān)電路、基值輸出電 路實(shí)現(xiàn)微束等離子弧焊主弧電源主電路的高頻脈沖輸出或混合脈沖輸 出，在功能選擇開關(guān)切換到微束等離子弧焊主弧電源主電路的后端高頻 輸出或混合脈沖輸出部分時，由高頻開關(guān)控制電路控制并通過高頻開關(guān) 驅(qū)動電路的驅(qū)動，快速交替地導(dǎo)通和關(guān)斷高頻開關(guān)晶體管，當(dāng)高頻開關(guān) 晶體管被控制導(dǎo)通時，微束等離子弧焊主弧電源主電路輸出高頻峰值； 當(dāng)高頻開關(guān)晶體管被控制關(guān)斷時，微束等離子弧焊主弧電源主電路輸出 高頻基值。高頻脈沖輸出模式或混合脈沖輸出模式取決于前端直流或低 頻脈沖輸出部分，若前端直流或低頻脈沖輸出部分工作在直流輸出，則 微束等離子弧焊主弧電源主電路為高頻脈沖輸出模式；若前端直流或低 頻脈沖輸出部分工作在低頻脈沖輸出，則微束等離子弧焊主弧電源主電 路為混合脈沖輸出模式。本發(fā)明主電路的再一個關(guān)鍵技術(shù)是通過基值輸出電路的模擬晶體管 作為可變電阻，該可變電阻通過模擬控制電路控制并經(jīng)模擬驅(qū)動晶體管
驅(qū)動改變其電阻值，以達(dá)到獨(dú)立調(diào)節(jié)高頻基值的幅度的目的，而高頻峰 值的幅度則由逆變控制驅(qū)動電路控制前端直流或低頻脈沖輸出部分輸 出，以保證高頻峰值和高頻基值的獨(dú)立可調(diào)，目的。薄、細(xì)等精細(xì)結(jié)構(gòu)件精密焊接、切割、重熔、噴涂、缺陷修補(bǔ)等要 求精細(xì)的工藝參數(shù)控制以及不同輸出，特別是不同精密焊接特別需要的 脈沖電弧焊及高頻脈沖電弧焊對焊接電源主電路的脈沖輸出的各參數(shù)獨(dú) 立控制調(diào)節(jié)提出了很高的要求。本發(fā)明主電路通過采用前端直流或低頻 脈沖輸出部分和后端高頻輸出或混合脈沖輸出部分的結(jié)構(gòu)，達(dá)到分別獨(dú) 立調(diào)節(jié)直流輸出幅度、低頻脈沖輸出的低頻頻率、低頻占空比、低頻峰 值、低頻基值、高頻脈沖輸出的高頻頻率、，高頻占空比、高頻峰值、高 頻基值九個參數(shù)的獨(dú)立調(diào)節(jié)，并通過功能選擇開關(guān)，實(shí)現(xiàn)直流輸出、低 頻脈沖輸出、高頻脈沖輸出、混合脈沖輸出等多個功能輸出模式。綜上所述，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1. 利用功能選擇開關(guān)、前端逆變結(jié)構(gòu)的供電電源、高頻開關(guān)電路、 基值輸出電路的組合結(jié)構(gòu)，可獲得直流、低頻脈沖、高頻脈沖、混合脈 沖等多個功能的輸出模式；2. 利用高頻開關(guān)電路、前端逆變結(jié)構(gòu)的供電電源、基值輸出電路實(shí) 現(xiàn)微束等離子弧焊主弧電源多功能主電路多參數(shù)(高頻脈沖峰值、高頻 脈沖基值、高頻脈沖頻率、高頻脈沖占空比、低頻脈沖峰值、低頻脈沖 基值、低頻脈沖頻率、低頻脈沖占空比、直流)的各自獨(dú)立調(diào)節(jié)；3. 利用微束等離子弧焊主弧電源主電路的前端直流或低頻脈沖輸出
的逆變結(jié)構(gòu)，大大減小微束等離子弧焊接電源的體積和重量，同時在很 大程度上，提高了焊接電源的動態(tài)特性和運(yùn)行的可靠性，并且使微束等 離子弧焊接電源滿足節(jié)能環(huán)保的要求。


圖1本發(fā)明微束等離子弧焊主弧電源多功能主電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2本發(fā)明微束等離子弧焊主弧電源主電路的多功能輸出波形圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述 本發(fā)明微束等離子弧焊主弧電源多功能主電路(如附圖1所示)， 包括輸入整流濾波電路、功率開關(guān)元件、中頻變壓器、輸出整流濾波電 路、電流反饋電路、逆變控制驅(qū)動電路，以及功能選擇開關(guān)1、高頻開關(guān)電路2、基值輸出電路3，高頻濾波電路4等組成。其連接關(guān)系為功能選擇開關(guān)1的輸入端與輸出整流濾波電路的一端連接，功能選擇開關(guān)1的一個輸出端同時與高頻開關(guān)電路2和基值輸出電路3連接， 功能選擇開關(guān)1的另一個輸出端穿過電流傳感器11與工件12連接，高 頻濾波電路4的一端與電流反饋電路連接，高頻濾波電路4的另一端與 電流傳感器11連接，輸出整流濾波電路的另一端與鉤棒13連接。高頻開關(guān)電路2由高頻開關(guān)晶體管5、高頻開關(guān)驅(qū)動電路6、高頻開 關(guān)控制電路7組成，基值輸出電路3由模擬晶體管8、模擬驅(qū)動晶體管9、
模擬控制電路組成10，高頻開關(guān)晶體管5和高頻開關(guān)控制電路7之間連 接有高頻開關(guān)驅(qū)動電路6，模擬晶體管8和模擬控制電路10之間連接有 模擬驅(qū)動晶體管9，高頻開關(guān)晶體管5的一端以及模擬晶體管8 —端均 與功能選擇開關(guān)1連接，高頻開關(guān)晶體管5，的另一端以及模擬晶體管8 的另一端均穿過電流傳感器11與工件12連接。
主弧電源多功能主電路的組成有前端直流或低頻脈沖輸出、功能選 擇、后端高頻輸出或混合脈沖輸出三個部分。前端直流或低頻脈沖輸出 部分是輸入整流濾波電路將電網(wǎng)工頻交流電變?yōu)楦邏褐绷麟姡俳?jīng)功率 開關(guān)元件變?yōu)楦邏?、高頻交流信號，然后由中頻變壓器、輸出整流濾波 電路將高壓、逆變高頻交流信號變?yōu)橹绷骰虻皖l脈沖輸出，并且作為高 頻開關(guān)晶體管5和模擬晶體管8的供電電源，直流還是低頻脈沖的輸出 取決于逆變控制驅(qū)動電路的設(shè)定，當(dāng)設(shè)定為直流時，則逆變控制驅(qū)動電 路在直流給定下控制前端直流或低頻脈沖輸出部分輸出直流，當(dāng)設(shè)定為 脈沖時，則逆變控制驅(qū)動電路在低頻頻率、低頻占空比、低頻峰值、低 頻基值給定下控制前端直流或低頻脈沖輸出部分輸出低頻脈沖。功能選 擇部分是通過功能選擇開關(guān)1的開關(guān)切換進(jìn)行輸出模式選擇，當(dāng)功能選 擇開關(guān)1切換到后端高頻輸出或混合脈沖輸出位置，則選擇高頻輸出或 混合脈沖輸出模式，高頻輸出模式還是混合脈沖輸出模式取決于前端直 流或低頻脈沖輸出部分，若前端直流或低頻脈沖輸出部分輸出的是直流， 則是高頻輸出模式，若前端直流或低頻脈沖輸出部分輸出的是低頻脈沖， 則是混合脈沖輸出模式；當(dāng)功能選擇開關(guān)1未切換到后端高頻輸出或混
合脈沖輸出位置，則選擇直流輸出或低頻脈沖輸出模式，直流輸出模式 還是低頻脈沖輸出模式取決于前端直流或低頻脈沖輸出部分，若前端直 流或低頻脈沖輸出部分輸出的是直流，則是直流輸出模式，若前端直流 或低頻脈沖輸出部分輸出的是低頻脈沖，則是低頻脈沖輸出模式。后端高頻輸出或混合脈沖輸出部分由高頻開關(guān)電'路2、基值輸出電路3組成， 高頻開關(guān)電路1是高頻開關(guān)控制電路7在高頻頻率、高頻占空比給定下 通過高頻開關(guān)驅(qū)動電路6驅(qū)動來控制高頻開關(guān)晶體管5的快速交替地導(dǎo) 通和關(guān)斷，當(dāng)高頻開關(guān)晶體管被控制導(dǎo)通時，基值輸出電路不起作用， 微束等離子弧焊主弧電源主電路輸出高頻峰值，當(dāng)高頻開關(guān)晶體管被控 制關(guān)斷時，基值輸出電路起作用，微束等離子弧焊主弧電源主電路輸出 高頻基值；基值輸出電路3是模擬控制電路10在高頻基值給定下通過模 擬驅(qū)動晶體管9驅(qū)動來控制模擬晶體管8的'輸出，即微束等離子弧焊主 弧電源主電路輸出高頻基值。前端直流或低頻脈沖輸出部分獨(dú)立調(diào)節(jié)直 流、高頻脈沖峰值、低頻脈沖頻率、低頻脈沖占空比、低頻脈沖峰值、 低頻脈沖基值6個參數(shù)；后端高頻輸出或混合脈沖輸出部分中的高頻開 關(guān)電路2獨(dú)立調(diào)節(jié)高頻脈沖頻率和高頻脈沖占空比2個參數(shù)，基值輸出 電路3獨(dú)立調(diào)節(jié)高頻脈沖基值1個參數(shù)。高頻濾波電路4通過電流傳感器11快速檢測與高頻脈沖輸出同步的 高頻電流信號，并濾去高頻分量，通過電流'反饋電路，形成逆變控制驅(qū) 動電路的電流反饋信號，得到多功能輸出的恒流電源外特性。本發(fā)明微束等離子弧焊主弧電源主電路的多功能輸出波形圖(如附
圖2所示)，輸出的波形包括直流、低頻脈沖、高頻脈沖、混合脈沖這四 種模式的波形，這四種模式的波形分別為附圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、 圖2(d)。附圖2(a)中可調(diào)節(jié)直流，附圖2(b)中可調(diào)節(jié)低頻脈沖頻率、 低頻脈沖占空比、低頻脈沖峰值、低頻脈沖基值，附圖2(c)中可調(diào)節(jié) 高頻脈沖峰值、高頻脈沖基值、高頻脈沖頻，率、高頻脈沖占空比，附圖 2(d)中可調(diào)節(jié)低頻脈沖頻率、低頻脈沖占空比、低頻脈沖峰值、低頻脈 沖基值、高頻脈沖峰值、高頻脈沖基值、高頻脈沖頻率、高頻脈沖占空 比。
權(quán)利要求
1、一種微束等離子弧焊主弧電源多功能主電路，包括輸入整流濾波電路、功率開關(guān)元件、中頻變壓器、輸出整流濾波電路、電流反饋電路、逆變控制驅(qū)動電路，其特征是，還包括功能選擇開關(guān)(1)、高頻開關(guān)電路(2)、基值輸出電路(3)，高頻濾波電路(4)，功能選擇開關(guān)(1)的輸入端與輸出整流濾波電路的一端連接，功能選擇開關(guān)(1)的一個輸出端同時與高頻開關(guān)電路(2)和基值輸出電路(3)連接，功能選擇開關(guān)(1)的另一個輸出端穿過電流傳感器(11)與工件(12)連接，高頻濾波電路(4)的一端與電流反饋電路連接，高頻濾波電路(4)的另一端與電流傳感器(11)連接，輸出整流濾波電路的另一端與鎢棒(13)連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的微束等離子弧焊主弧電源多功能主電路， 其特征是，高頻開關(guān)電路(2)由高頻開關(guān)晶體管(5)、高頻開關(guān)驅(qū) 動電路(6)、高頻開關(guān)控制電路(7)組成，高頻開關(guān)晶體管(5) 經(jīng)高頻開關(guān)驅(qū)動電路(6)與高頻開關(guān)控制電路(7)連接，高頻開關(guān) 晶體管(5)的兩端分別與功能選擇開關(guān)(1)連接和穿過電流傳感器(11)與工件(12)連接。
3、 如權(quán)利要求1所述的微束等離子弧焊主弧電源多功能主電路， 其特征是，基值輸出電路(3)由模擬晶體管(8)、模擬驅(qū)動晶體管(9)、模擬控制電路(10)等組成，模擬晶體管(8)和模擬控制電 路(10)之間連接有模擬驅(qū)動晶體管(9)，模擬晶體管(8)的一端 與功能選擇開關(guān)(1)連接，模擬晶體管(8)的另一端穿過電流傳感 器(11)與工件(12)連接。
全文摘要
本發(fā)明微束等離子弧焊主弧電源多功能主電路，涉及焊接電源技術(shù)領(lǐng)域。其包括輸入整流濾波電路、功率開關(guān)元件、中頻變壓器、輸出整流濾波電路、電流反饋電路、逆變控制驅(qū)動電路，同時包括功能選擇開關(guān)(1)的輸入端與輸出整流濾波電路的一端連接，功能選擇開關(guān)(1)的一個輸出端同時與高頻開關(guān)電路(2)和基值輸出電路(3)連接，功能選擇開關(guān)(1)的另一個輸出端穿過電流傳感器(11)與工件(12)連接，高頻濾波電路(4)的兩端分別與電流反饋電路連接和電流傳感器(11)連接等組成。通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)微束等離子弧焊主弧電源主電路直流、低頻脈沖、高頻脈沖、混合脈沖等多功能輸出。
文檔編號B23K9/10GK101396758SQ20081020082
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者任江偉, 何建萍, 焦馥杰, 馬春偉, 晨 黃 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)