一種微處理器控制逆變多功能氬弧焊機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微處理器控制逆變多功能氬弧焊機(jī)，包括外殼部分、前面板部分、后面板部分和內(nèi)部控制部分；所述的內(nèi)部控制部分包括逆變主電路、單管IGBT控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、整流輸出電路、泄放回路電路、高頻電路和面板控制電路，管IGBT控制電路和整流輸出電路串接在逆變主電路上，驅(qū)動(dòng)電路連接單管IGBT控制電路和面板控制電路，驅(qū)動(dòng)電路在面板控制電路的控制下控制單管IGBT控制電路的通斷，高頻電路連接面板控制電路和逆變主電路，高頻電路在面板控制電路控制實(shí)現(xiàn)氬弧焊時(shí)的高頻或非接觸式引?。恍狗呕芈冯娐愤B接高頻電路和逆變主電路；本發(fā)明具有脈沖氬弧焊、直流氬弧焊和手工電弧焊三種功能，一機(jī)多用的特點(diǎn)。
【專利說明】
一種微處理器控制逆變多功能氬弧焊機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種微處理器控制逆變多功能氬弧焊機(jī)，焊機(jī)具有脈沖氬弧焊、直流氬弧焊和手工電弧焊三種功能，一機(jī)多用，屬于逆變焊機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]氬弧焊焊機(jī)的銷售量很大，應(yīng)用范圍較廣。然而，此類焊機(jī)，不同的電路、電路板和整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制原理和方式不同，電路板和整機(jī)的布局和連接方式，或者連接的復(fù)雜程度不同，其產(chǎn)品生產(chǎn)的工序和制作工藝等也會(huì)完全不同。這些都會(huì)影響產(chǎn)品的性能、可靠性、生產(chǎn)效率和運(yùn)輸成本等，最終影響產(chǎn)品的市場競爭力。
[0003]目前，國內(nèi)外市場上，IGBT逆變式氬弧焊焊機(jī)的額定電流通常在120?500A(負(fù)載持續(xù)率35?60%左右)的水平。對(duì)此類焊機(jī)產(chǎn)品來說，如果設(shè)計(jì)不好，會(huì)出現(xiàn)如下一些問題:I)輸出電流不滿足銘牌額定電流的要求;2)負(fù)載持續(xù)率低，有的焊機(jī)只能達(dá)到15?35%。原因:焊機(jī)冷卻風(fēng)扇的配置、關(guān)鍵器件(如IGBT及其散熱器、快恢復(fù)二極管及其散熱器、主變壓器等)的冷卻風(fēng)道設(shè)計(jì)不合理。這會(huì)導(dǎo)致焊機(jī)工作的負(fù)載持續(xù)率降低，即可焊接的時(shí)間較短。問題嚴(yán)重的，還會(huì)導(dǎo)致IGBT或快恢復(fù)二極管炸管或損壞、逆變變壓器燒壞；3)電路工作不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)故障;4)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，制作成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種微處理器控制逆變多功能氬弧焊機(jī)，在低成本的前提下，解決好上述問題，開發(fā)出結(jié)構(gòu)和性能好、可靠性高、制成成本與性能參數(shù)有較好匹配的，具有脈沖氬弧焊、直流氬弧焊和手工電弧焊功能的焊機(jī)，是本發(fā)明要解決的問題和目的。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案:
一種微處理器控制逆變多功能氬弧焊機(jī)，包括外殼部分、前面板部分、后面板部分和內(nèi)部控制部分;所述的外殼部分包括外蓋、機(jī)殼底板和提手手柄;所述的前面板部分主要有正負(fù)極輸出快速接頭和接頭座組件、塑料前面殼、氣接頭、與氬弧焊焊槍開關(guān)航空插頭連接的航空插座、控制面板;所述的后面板部分主要有三相空氣電源開關(guān)、電源輸入線接線盒、保險(xiǎn)管及其管座、冷卻風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)罩、塑料后面殼和檢流板；內(nèi)部控制部分包括中隔板上方部分和中隔板下方部分；中隔板上方部分包括有繼電器、控制變壓器、驅(qū)動(dòng)PCB板、風(fēng)機(jī)電容、整流橋、輸入阻容電路板和CBB電容，整流橋通過螺絲固定在中隔板上，利用中隔板進(jìn)行散熱，輸入阻容電路板則通過螺絲與整流橋進(jìn)行電氣連接；中隔板下方部分包括高頻高壓板、主變壓器、快恢復(fù)整流板1、磁環(huán)、上絕緣板、導(dǎo)風(fēng)罩、散熱器、下絕緣板、散熱器固定支架、逆變板、電磁閥、高頻泄放板、水泥電阻、電抗、引弧線圈、輸出連接件和電流互感器;磁環(huán)套在主變壓器的輸出導(dǎo)線上，其作用是抗干擾，快恢復(fù)整流板則通過螺絲與散熱器組的一側(cè)緊貼，以使快恢復(fù)整流管能夠通過鋁散熱器有效進(jìn)行散熱，逆變板也通過螺絲與散熱器組的另一側(cè)緊貼，以使IGBT器件能夠通過鋁散熱器有效進(jìn)行散熱，兩塊散熱器通過上絕緣板和下絕緣板進(jìn)行電氣絕緣，兩塊散熱器通過兩個(gè)散熱器固定支架固定在機(jī)殼的底板上;主變壓器和高頻高壓板通過螺絲固定在中隔板上；高頻泄放板、水泥電阻和電抗則通過螺絲固定在機(jī)殼底板上。導(dǎo)風(fēng)罩通過螺絲與兩塊散熱器固定在一起，作用是形成良好的風(fēng)道。
[0006]所述的內(nèi)部控制部分包括逆變主電路、單管IGBT控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、整流輸出電路、泄放回路電路、高頻電路和面板控制電路，管IGBT控制電路和整流輸出電路串接在逆變主電路上，驅(qū)動(dòng)電路連接單管IGBT控制電路和面板控制電路，驅(qū)動(dòng)電路在面板控制電路的控制下控制單管IGBT控制電路的通斷，高頻電路連接面板控制電路和逆變主電路，高頻電路在面板控制電路控制實(shí)現(xiàn)氬弧焊時(shí)的高頻或非接觸式引弧;泄放回路電路連接高頻電路和逆變主電路，防止高頻引弧信號(hào)產(chǎn)生干擾。
[0007]本發(fā)明具有脈沖氬弧焊、直流氬弧焊和手工電弧焊功能，一機(jī)多用，本發(fā)明通過通過采用單片微處理器控制，優(yōu)化焊機(jī)的電路、電路板和各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，較好解決了上述問題，同時(shí)簡化了生產(chǎn)工藝，有效降低了制作成本。
[0008]本發(fā)明通過采用單片微處理器控制，優(yōu)化焊機(jī)的電路、電路板和各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，較好解決了多功能焊機(jī)的性能、可靠性、生產(chǎn)效率、制作和運(yùn)輸成本等問題，采用本發(fā)明焊機(jī)的控制電路原理，通過對(duì)少量的器件和零部件進(jìn)行調(diào)整，可以制成不同額定電流等級(jí)的焊機(jī)產(chǎn)品，使其具有良好的性價(jià)比和市場競爭力。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明專利示例焊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖；
圖2是本發(fā)明焊機(jī)的電路原理接線圖；
圖3是本發(fā)明焊機(jī)單管IGBT及其控制板電路原理圖；
圖4是本發(fā)明焊機(jī)的驅(qū)動(dòng)PCB電路原理圖；
圖5是本發(fā)明焊機(jī)整流輸出板電路圖；
圖6是本發(fā)明焊機(jī)泄放回路電路原理圖；
圖7是本發(fā)明焊機(jī)高頻板電路原理圖；
圖8是本發(fā)明焊機(jī)的面板控制板電路原理圖(一)；
圖9是本發(fā)明焊機(jī)的面板控制板電路原理圖(二)；
圖10是本發(fā)明焊機(jī)的面板控制板電路原理圖(三)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1-10所示，一種微處理器控制逆變多功能氬弧焊機(jī)，主要組成部分包括:
I)前面板部分，主要有正極輸出快速接頭和接頭座組件43、負(fù)極輸出快速接頭和接頭座組件40、塑料前面殼39、氣接頭41、與氬弧焊焊槍開關(guān)航空插頭連接的航空插座42和控制面板44。
[0011]2)后面板部分主要有三相空氣電源開關(guān)27、電源輸入線接線盒24、接線盒罩25、保險(xiǎn)管及其管座26、冷卻風(fēng)機(jī)28、風(fēng)機(jī)罩29、塑料后面殼30和檢流板23;冷風(fēng)從焊機(jī)后部的進(jìn)氣孔進(jìn)入，可使焊機(jī)內(nèi)部的一些發(fā)熱器件或零部件有良好的冷卻效果。
[0012]3)外殼部分包括外蓋2、機(jī)殼底板32和提手手柄I。
[0013]4)內(nèi)部中隔板11上方部分包括繼電器3、控制變壓器4、控制變壓器5、控制和驅(qū)動(dòng)PCB板6、風(fēng)機(jī)電容7、整流橋8、輸入阻容電路板9、CBB電容1，整流橋8通過螺絲固定在中隔板11上，利用中隔板11進(jìn)行散熱。輸入阻容電路板9則通過螺絲與整流橋8進(jìn)行電氣連接，這樣可減少連接線，實(shí)現(xiàn)快速連接。
[0014]5)內(nèi)部中隔板11下方部分包括高頻高壓板12、主變壓器13、快恢復(fù)整流板14、磁環(huán)15、快恢復(fù)整流板16、上絕緣板17、導(dǎo)風(fēng)罩18、散熱器19、下絕緣板20、散熱器固定支架21、逆變板22、電磁閥31、高頻泄放板33、水泥電阻34、電抗35、引弧線圈36、輸出連接件37、電流互感器38等組成，磁環(huán)15套在主變壓器13的輸出導(dǎo)線上，其作用是抗干擾，提高焊機(jī)的工作可靠性;快恢復(fù)整流板14和快恢復(fù)整流板16則通過螺絲與散熱器19組的一側(cè)緊貼，以使快恢復(fù)整流管能夠通過鋁散熱器有效進(jìn)行散熱，確保器件的安全可靠工作。同樣地，逆變板22也通過螺絲與散熱器19組的另一側(cè)緊貼，以使IGBT器件能夠通過鋁散熱器有效進(jìn)行散熱，確保IGBT器件的安全可靠工作。兩塊散熱器通過上絕緣板17和下絕緣板20進(jìn)行電氣絕緣。兩塊散熱器19通過兩個(gè)散熱器固定支架21固定在機(jī)殼底板32上。主變壓器13和高頻高壓板12通過螺絲固定在中隔板11上。高頻泄放板33、水泥電阻34和電抗35則通過螺絲固定在機(jī)殼底板32上。導(dǎo)風(fēng)罩18通過螺絲與兩塊散熱器19固定在一起，由于導(dǎo)風(fēng)罩18位于大風(fēng)量冷卻風(fēng)機(jī)28與散熱器19之間，它的作用是形成良好的風(fēng)道，能夠改善發(fā)熱主功率關(guān)鍵零部件如各IGBT、各快恢復(fù)二極管、各散熱器、整流橋、逆變主變壓器等的冷卻效果。例如，可使冷風(fēng)更好地對(duì)散熱器19進(jìn)行冷卻，這樣對(duì)快恢復(fù)整流板14、快恢復(fù)整流板16和逆變板22的器件可靠工作提供了較好的保障。同時(shí)，也提高了焊機(jī)輸出時(shí)的負(fù)載持續(xù)率。如果焊機(jī)的輸出電流小，則負(fù)載持續(xù)率會(huì)更高，甚至可進(jìn)行連續(xù)不斷地焊接。這就較好解決了焊接時(shí)間短的問題，同時(shí)有效降低了IGBT或快恢復(fù)二極管、逆變變壓器等器件或零部件的故障率；由于上述各個(gè)部分是模塊化的設(shè)計(jì)，因此，各個(gè)部分的安裝也十分方便。通過上述組裝、連接方式，使本發(fā)明逆變焊機(jī)的主要零部件構(gòu)成一個(gè)整體。
[0015]在控制和驅(qū)動(dòng)PCB板6、高頻高壓板12、檢流板23、控制面板44等電路板上，還有很多的電子元器件及其組成的控制電路，如電阻、電容等器件，這些部分的組成需要查看本發(fā)明的電路原理圖相應(yīng)的部分。
[0016]本發(fā)明，對(duì)焊機(jī)的各個(gè)電路板電路和焊機(jī)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了優(yōu)化，所采用的電路都是經(jīng)過市場長期考核、被證明是可靠性高的控制電路。而且，電路板之間的控制連接線減少。調(diào)整少量零部件，即可形成不同規(guī)格型號(hào)的產(chǎn)品，使產(chǎn)品性價(jià)比較高。一些電路板，如驅(qū)動(dòng)PCB板和單片微處理器控制面板還采用了先進(jìn)的SMT貼片設(shè)計(jì)和高效加工。這就簡化了制作工序和生產(chǎn)工藝。采用本發(fā)明的電路板結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)，可縮小電路板和整機(jī)的尺寸，降低產(chǎn)品重量、生產(chǎn)和運(yùn)輸成本。
[0017]從電路的控制功能來看，主要是完成三相供電電源輸入控制、交流整流和濾波、IGBT管驅(qū)動(dòng)控制和中頻逆變、變壓和變流、整流和輸出濾波、氬弧焊高頻引弧和保護(hù)氣控制、供電電源的產(chǎn)生、保護(hù)控制，脈沖氬弧焊和直流氬弧焊和手工焊方法的參數(shù)(如空載、焊接電流和電壓、提前送氣和滯后閉氣時(shí)間、電流緩升和緩降時(shí)間、引弧和收弧電流、推力電流、脈沖頻率和占空比、基值電流)控制等工作。最終在控制電路的作用下，實(shí)現(xiàn)脈沖和直流氬弧焊、手工電弧焊的各項(xiàng)控制要求。
[0018]本發(fā)明焊機(jī)上述各部分電路的工作原理簡述如下:附圖2是本發(fā)明焊機(jī)的電路原理接線圖。由附圖2可見，焊機(jī)電路主要由SW-25A電源開關(guān)27、ICl?1C3電容和IRl?1R3組成的輸入阻容電路板9、冷卻風(fēng)扇28及其啟動(dòng)電容7、三相整流橋8、壓敏電阻IRVl和電容10、單管IGBT及其控制板或模塊IGBT及其控制板22、驅(qū)動(dòng)PCB板6、一次側(cè)電流檢測互感器T2及其整流電路23、逆變主變壓器13、整流輸出板、輸出濾波電抗器35、引弧高頻耦合變壓器36、高頻板12、泄放回路33、FL霍爾傳感器38、面板控制板44、WJ或RTI溫度繼電器(常閉型)、電磁閥31、氬弧焊焊槍開關(guān)S1、繼電器Kl(3)、控制變壓器Τ3和Τ4(等部分組成。
[0019]進(jìn)一步的工作原理說明如下:焊機(jī)通電后，供電電源開關(guān)SW-25A電源開關(guān)27接通電網(wǎng)電源。從電網(wǎng)來的交流電，先經(jīng)過ICl?1C3電容和IRl?1R3組成的輸入阻容電路板9，進(jìn)行輸入抗干擾，以提高焊機(jī)的可靠性。再經(jīng)過三相整流橋DBl整流后變?yōu)槊}動(dòng)直流電，之后，對(duì)電容C4進(jìn)行充電，電容C4上的電壓逐漸升高，最后變?yōu)檩^為穩(wěn)定的+540V直流電。電容C4起到濾波的作用。壓敏電阻IRVl起到過壓保護(hù)的作用。冷卻風(fēng)扇FAN及其啟動(dòng)電容CFl起到強(qiáng)迫風(fēng)冷的作用。+540V直流電供給由單管IGBT及其控制板或模塊IGBT及其控制板、驅(qū)動(dòng)PCB板、一次側(cè)電流檢測互感器Τ2及其整流電路(含D1~D4、RJ1，也稱為檢流板)、逆變主變壓器Tl、整流輸出板、輸出濾波電抗器L1、引弧高頻耦合變壓器T5(也稱為引弧線圈)、高頻板、泄放回路(含R5~R6)(也稱為高頻泄放板)、FL霍爾傳感器等組成的逆變主電路。其功能主要為:通過單管或模塊IGBT部分，在驅(qū)動(dòng)控制電路產(chǎn)生的PWM脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的控制作用下，把高壓直流電轉(zhuǎn)換為幾十KHz的中頻交流電。逆變主變壓器Tl實(shí)現(xiàn)電壓降壓和大電流輸出的變換，即把初級(jí)高壓小電流，變換為次級(jí)低壓大電流交流。整流輸出板中的快速恢復(fù)二極管則是把逆變變壓器輸出的中頻交流電變換為直流電。由于它變換后的電流波形是脈動(dòng)的，不穩(wěn)定，不利于焊接過程的穩(wěn)定，因此，采用輸出濾波電抗器LI進(jìn)行濾波。這樣，輸出的電流波形就會(huì)變得穩(wěn)定。有利于獲得高質(zhì)量的焊縫。最終通過OUT+和OUT-輸出到焊接回路。OUT+代表焊機(jī)的正極性輸出端;OUT-代表焊機(jī)的負(fù)極性輸出端。
[0020]驅(qū)動(dòng)PCB板6的作用是在面板控制板44等電路控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)單管或模塊IGBT開關(guān)的控制;高頻板12的作用是在(微處理器控制電路的)面板控制板44、焊槍開關(guān)SI等控制下，實(shí)現(xiàn)氬弧焊時(shí)的高頻或非接觸式引弧。手弧焊時(shí)，則不需要高頻引弧;泄放回路33的作用是確保氬弧焊高頻引弧的前提下，防止高頻引弧信號(hào)產(chǎn)生干擾，保障焊機(jī)其它控制電路的安全;一次側(cè)電流檢測互感器T2及其整流電路(含D1~D4、RJ1，也稱為檢流板)的作用是檢測一次側(cè)電流信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)過大的電流時(shí)，配合驅(qū)動(dòng)控制電路，實(shí)現(xiàn)焊機(jī)控制電路的過流保護(hù)功能;FL霍爾傳感器38的作用是檢測二次側(cè)電流信號(hào)，配合焊機(jī)面板控制電路44，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)不同焊接方法(脈沖氬弧焊、直流氬弧焊和手工電弧焊)下輸出電流和電壓等參數(shù)的控制；WJ或RTl溫度繼電器(常閉型)的作用是檢測焊機(jī)的零部件(如IGBT的散熱器等)是否發(fā)生過熱現(xiàn)象，如果出現(xiàn)過熱，則配合焊機(jī)面板控制電路44，實(shí)現(xiàn)焊機(jī)輸出電流和電壓的停止控制。直到過熱現(xiàn)象消除，焊機(jī)方可再次進(jìn)行焊接，即實(shí)現(xiàn)所謂的過熱保護(hù)功能；電磁閥31的作用是在焊槍開關(guān)S1、面板控制電路44的作用下，實(shí)現(xiàn)氬弧焊時(shí)保護(hù)氣體的通或斷控制?？刂谱儔浩鱐3和T4則負(fù)責(zé)給焊機(jī)控制電路中的電源電路部分進(jìn)行供電。
[0021]正如前文所述，采用本發(fā)明焊機(jī)的控制電路原理，通過對(duì)少量的器件和零部件進(jìn)行調(diào)整，可以制成不同額定電流等級(jí)的焊機(jī)產(chǎn)品，使其具有良好的性價(jià)比和市場競爭力。例如，額定電流為250A、280A的焊機(jī)，由于輸出電流小，因此，沒有必要采用模塊IGBT來制作焊機(jī)。采用單管IGBT，則可以降低制作成本。然而，額定電流為350A、400A的焊機(jī)，由于輸出電流大，為保障焊機(jī)的高可靠性，就需要采用模塊IGBT來制作焊機(jī)。進(jìn)一步說，在焊機(jī)控制系統(tǒng)基本不變的情況下，通過采用35A/1200V三相整流橋DBl、4個(gè)40A/1200V的單管IGBT(要同時(shí)配置相應(yīng)的單管IGBT的控制板)、300A逆變主變壓器Tl和電抗器L1、300A/4V霍爾傳感器等零部件，可以制成300型的焊機(jī)，其氬弧焊時(shí)的額定工作電流可達(dá)280A/22.6V(60%，負(fù)載持續(xù)率，下同)；采用60A/1200V三相整流橋DB1、2個(gè)雙75A/1200V的IGBT模塊(要同時(shí)配置相應(yīng)的模塊IGBT的控制板)、400A逆變主變壓器Tl和電抗器L1、400A/4V霍爾傳感器等零部件，可以制成400型的焊機(jī)，其氬弧焊時(shí)的額定工作電流可達(dá)400A/26V( 60%)等。當(dāng)然，在改變?nèi)嗾鳂蚝虸GBT的形式或規(guī)格時(shí)，它們的相應(yīng)散熱器或安裝部件上的安裝孔和布局要隨之改變。附圖1所示就是利用本發(fā)明制成的一種具有脈沖氬弧焊、直流氬弧焊和手工電弧焊功能的單管IGBT逆變焊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖。附圖3所示則是采用單管IGBT及其控制板電路原理圖。附圖9則是采用單管IGBT逆變板元器件布局圖。由附圖3可見，單管IGBT及其控制板電路由一些IGBT(VT1?VT4)、穩(wěn)壓管(DZl?DZ4)、電阻(Rl?R10)、電容(Cl?C6)器件組成。C5?C6電容主要是抗干擾電容，防止高頻高壓干擾信號(hào)引起IGBT炸管。R9?RlO電阻是為安全而設(shè)置的。其前級(jí)電路中有電容C4和C5?C6，這些電容在焊機(jī)工作中會(huì)帶有高壓電。當(dāng)焊機(jī)關(guān)閉供電電源不工作時(shí)，由于R9?RlO電阻的存在，可釋放電容C4和C5?C6上的電壓。這樣，對(duì)焊機(jī)的保養(yǎng)或維護(hù)人員來說，就不會(huì)造成高電壓電擊現(xiàn)象。每個(gè)IGBT都設(shè)有RC串聯(lián)阻容吸收電路，例如R5和Cl、R8和C4等，它們的存在可降低尖峰電壓，防止過高的尖峰電壓造成IGBT故障。另外，還有助于降低IGBT開關(guān)的熱損耗。這些RC串聯(lián)阻容吸收電路是非常重要的焊機(jī)可靠性保障措施之一。附圖3中，只表達(dá)了4只單管IGBT的情況。當(dāng)然，也可以采用8只單管IGBT，每2只并聯(lián)作為一個(gè)電子開關(guān)。這樣的做法，只需要修改一下相關(guān)電路原理圖和電路板設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，對(duì)于額定電流較大的機(jī)型，其IGBT也可采用模塊IGBT。采用兩個(gè)模塊，每個(gè)模塊中有2只IGBT開關(guān)。此時(shí)，也需要修改一下相關(guān)電路原理圖和電路板設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)。這對(duì)從事焊機(jī)開發(fā)的人來說，也是比較常見的方法。本發(fā)明焊機(jī)沒有給出本發(fā)明焊機(jī)采用模塊IGBT及其控制板時(shí)的電路原理圖。也沒有給出本發(fā)明焊機(jī)采用模塊IGBT逆變板元器件布局圖。其實(shí)，單管IGBT和模塊IGBT的結(jié)構(gòu)和特性是不相同的，因此，其采用的電阻、電容保護(hù)參數(shù)也是要隨之改變的。器件結(jié)構(gòu)和參數(shù)不同了，自然，與單管IGBT和模塊IGBT配合的電路板設(shè)計(jì)也會(huì)不同。但總的控制原理是相同的。因此，本發(fā)明不再對(duì)采用模塊IGBT時(shí)的控制板布局和電路原理圖進(jìn)行說明或給出示例。也沒有必要給出。
[0022]附圖5是本發(fā)明焊機(jī)整流輸出板電路圖，INl與IN2分別連接到逆變主變壓器Tl的次級(jí)輸出。OUT則連接到焊機(jī)的OUT+正極性輸出端。此電路板有兩塊。主要是實(shí)現(xiàn)輸出整流，把交流變換為直流輸出。由附圖5可見，有5只快恢復(fù)二極管(MUR6030BCT，60A/300V)，也設(shè)有RC串聯(lián)阻容吸收電路，例如Rl和Cl、R2和C2，它們的存在可降低尖峰電壓，防止過高的尖峰電壓造成快恢復(fù)二極管故障。另外，還有助于降低快恢復(fù)二極管的熱損耗。這些RC串聯(lián)阻容吸收電路是非常重要的焊機(jī)可靠性保障措施之一。當(dāng)然，采用單管快恢復(fù)二極管的機(jī)型，也是針對(duì)額定輸出電流小的機(jī)型。如果是大電流的機(jī)型，則可采用多只快恢復(fù)二極管并聯(lián)使用。當(dāng)然，工藝相對(duì)復(fù)雜。如果要簡化工藝，則可采用大電流等級(jí)(如100A)的快恢復(fù)二極管模塊來實(shí)現(xiàn)，例如采用4?5只快恢復(fù)二極管模塊，每個(gè)模塊中有2只二極管。
[0023]附圖7是本發(fā)明焊機(jī)高頻板電路原理圖，高頻板電路是為氬弧焊實(shí)現(xiàn)高頻(焊槍鎢極與工件)非接觸式引弧而設(shè)計(jì)的。手工焊時(shí)，控制電路的作用是不會(huì)產(chǎn)生高頻引弧的。由附圖7可見，高頻引弧電路由V1~V4 二極管、穩(wěn)壓管V5、晶閘管或可控硅V6 (BTl 51 )、高頻升壓變壓器GPB、火花放大器等器件組成。其98與99連接到焊機(jī)主輸出回路中的引弧高頻耦合變壓器T5(也稱為引弧線圈)(36)。68與90連接到控制變壓器T4的IlOV交流電源和面板控制電路。當(dāng)焊機(jī)選擇氬弧焊功能(包含脈沖和直流氬弧焊)，并且附圖2中的焊槍開關(guān)SI閉合時(shí)，在面板控制電路作用下，附圖2面板控制電路中的10與11號(hào)接通，IlOV交流電源供給高頻板電路。此時(shí)，穩(wěn)壓管V5會(huì)擊穿，使晶閘管或可控硅V6(BTl51)導(dǎo)通。附圖7中C4電容和高頻升壓變壓器GPB的初級(jí)會(huì)形成振蕩現(xiàn)象。并且，通過高頻升壓變壓器GPB耦合到該變壓器的次級(jí)。當(dāng)火花放大器兩端的電壓達(dá)到擊穿其氣隙后，電容C5和C6與焊機(jī)主輸出回路中的引弧高頻耦合變壓器Τ5(也稱為引弧線圈)(36)的初級(jí)也會(huì)形成振蕩現(xiàn)象。由于高頻升壓變壓器GPB和引弧高頻耦合變壓器Τ5的兩次升壓作用，可使氬弧焊焊槍中鎢極與工件之間的幾個(gè)毫米氣隙能夠被擊穿，從而立即引燃焊接電弧，并實(shí)施引弧焊接。以上就是本發(fā)明焊機(jī)高頻板部分的電路工作原理。
[0024]附圖6是本發(fā)明焊機(jī)泄放回路電路原理圖，泄放回路(含附圖2中R5~R6)(也稱為高頻泄放板)主要由I個(gè)壓敏電阻和6個(gè)電容組成。其接線方法見附圖2和附圖6。其作用是確保氬弧焊高頻引弧的前提下，防止高頻引弧信號(hào)產(chǎn)生干擾，保障焊機(jī)其它控制電路的安全。
[0025]附圖4是本發(fā)明焊機(jī)的驅(qū)動(dòng)PCB電路原理圖，附圖4中，DI~D4二極管，電容Cl~C3、〇24吒25、(:15、(:17丄30丄32，1]3(1117815)和1]4(1117915)器件組成電源電路。供電電源來自控制變壓器的ACl和402。1]3(1117815)和U4(LM7915)是集成穩(wěn)壓器，分別可輸出+15和-15V直流穩(wěn)壓電壓。供給驅(qū)動(dòng)控制電路和運(yùn)算放大器等控制電路部分工作。+5V電源電壓來自U2(UC3846)的2腳，是由該芯片的內(nèi)部參考電源(Vre )輸出的電壓，可供給相關(guān)的+5V電路使用。
[0026]附圖4中，QDBTl(或Tl)和QDBT2(或T2)是驅(qū)動(dòng)變壓器。每個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器有一個(gè)初級(jí)和兩個(gè)次級(jí)。QDBTl (或Tl)和QDBT2(或T2)及其外圍的DlO?D13 二極管、電阻R16?R19和R25?R35、電容C20~C23和C26~C29、M0S管Q1~Q4(或VTl?VT4)等組成逆變主電路中四組IGBT管的驅(qū)動(dòng)電路。四組G和E分別連接至逆變主電路中每組IGBT管的控制極，四路驅(qū)動(dòng)，每個(gè)部分的驅(qū)動(dòng)電路形式是一致的。由于附圖4中的U2(UC3846)芯片輸出的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率小，故需要經(jīng)過IGBT的驅(qū)動(dòng)控制電路進(jìn)行放大，再通過QDBTl (或Tl)和QDBT2(或T2)驅(qū)動(dòng)變壓器及其外圍的驅(qū)動(dòng)電路去控制逆變主電路中四組IGBT管的工作狀態(tài)。附圖4中，驅(qū)動(dòng)電路輸入的控制信號(hào)是由附圖4中的U2脈沖寬度調(diào)制(PWM)芯片(UC3846 ) 11腳和14腳輸出的控制信號(hào)。這些信號(hào)是一組方波脈沖信號(hào)。方波脈沖信號(hào)有一個(gè)固定的頻率。是保障IGBT開關(guān)工作的重要參數(shù)之一。該時(shí)間是通過UC3846芯片的外圍器件參數(shù)設(shè)置而確定的。至于如何確定，需要查看UC3846的相關(guān)使用資料或說明。介于篇幅的關(guān)系，這里不再重復(fù)說明。需要說明的是:PWM脈沖寬度調(diào)制信號(hào)是決定焊機(jī)逆變主電路輸出電壓和電流大小的信號(hào)。
[0027]附圖4中，U2(UC3846)是PWM脈沖寬度控制芯片;Ul是四運(yùn)算放大器芯片?！皺z流”與“GND”端連接至附圖2中逆變初級(jí)電流互感器T2等組成的檢測電路RJl電阻的兩端。通過T2互感器，檢測逆變主變壓器的初級(jí)電流，獲得焊機(jī)控制所需要的初級(jí)電流是否出現(xiàn)“過流”現(xiàn)象的控制信號(hào)。當(dāng)逆變初級(jí)電流互感器T2檢測到一次側(cè)“過流”現(xiàn)象時(shí)，過大的控制信號(hào)加至U2(UC3846)的16腳關(guān)閉控制端，因此，U2(UC3846)的11與14腳輸出P麗信號(hào)就會(huì)關(guān)閉。這樣，就可以停止焊機(jī)逆變主電路輸出，從而實(shí)現(xiàn)所謂的“過流”保護(hù)控制功能。
[0028]附圖4中，UlD運(yùn)算放大器電路部分是典型的電壓比較器。+15V電壓經(jīng)過R11、R12分壓電路后，R12上的電壓與+5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果R12上的電壓高于+5V基準(zhǔn)電壓，則UlD運(yùn)算放大器輸出低電平，二極管D5截止。不會(huì)關(guān)閉U2(UC3846)芯片的PffM輸出。如果供電電網(wǎng)電壓過低，造成+15V電壓不到15V，例如，只有+13V，那么R12上的電壓就會(huì)低于+5V基準(zhǔn)電壓，則UlD運(yùn)算放大器輸出高電平，二極管D5導(dǎo)通。就會(huì)關(guān)閉U2(UC3846)芯片的PffM輸出。這一控制過程，其實(shí)就是實(shí)現(xiàn)焊機(jī)的“欠壓”保護(hù)控制功能。
[0029]附圖4中，“GD-1N”與“GND”端連接至附圖2中面板控制板電路部分的“21”與“22”兩端。也就是來自面板控制電路部分的電流輸出控制信號(hào)Uk13UlB運(yùn)算放大器電路部分是典型的同相(電壓)跟隨器。即UlB的7腳輸出信號(hào)與“GD-1N”與“GND”兩端的、來自面板控制電路部分的電流輸出控制信號(hào)Uk是一致的。由于U2(UC3846)PWM芯片的6腳與7腳連接，在U2的內(nèi)部這個(gè)誤差放大器部分，其電路也是組成一個(gè)典型的同相(電壓)跟隨器。因此，U2的7腳輸出信號(hào)與電流輸出控制信號(hào)Uk是一致的。也就是說，Uk的大小將是決定本發(fā)明焊機(jī)輸出電流或電壓大小的控制信號(hào)。
[0030]附圖8是本發(fā)明焊機(jī)的面板控制板電路原理圖，本發(fā)明的控制面板，其電路采用了1]11(3了]\02?05104)單片微處理器控制系統(tǒng)電路。3了]\02?05104單片微處理器的一些接口連接到很多的電路部分。在Ull等組成的控制系統(tǒng)電路和系統(tǒng)軟件的控制下，實(shí)現(xiàn)焊機(jī)的相應(yīng)功能。在該控制面板上，設(shè)有SWl和SW2按鈕、P48按鈕數(shù)字調(diào)節(jié)電位器(也稱為編碼器)、DIG1和DIG2兩個(gè)數(shù)字顯示表、LEDl?LED15發(fā)光二極管，當(dāng)然，還有附圖8中的很多電子元器件。這些元器件，組成了很多的功能子電路部分。例如，I )B1和B2整流橋、N1~N4及其外圍的很多電容器件等，共同組成+3.3￥1、+3.3￥、+15￥、-15￥電源電路，供相關(guān)的器件或電路工作使用;2)J6是連接到焊機(jī)輸出回路的霍爾電流檢測器件的，Ul7A和Ul7B及其外圍的器件，組成電流反饋信號(hào)檢測電路。其輸出ADC-CURR送至U1USTM32F051C4)單片微處理器的A/D采樣接口10腳；3)U16A和U16B及其外圍的器件，組成電壓反饋信號(hào)檢測電路。其輸出ADC-VOLT送至Ul I (STM32F051C4)單片微處理器的A/D采樣接口 11腳;4) J3是連接到附圖4中⑶-1N和GND接口的，也就是驅(qū)動(dòng)PCB板的Uk控制信號(hào)。UlOB及其外圍的器件，組成焊機(jī)電流和電壓輸出控制電路。其輸入來自UlI(STM32R)51C4)單片微處理器的A/D接口 14腳，S卩DAC-OUT端。需要特別說明的是:該電路部分的輸出Uk控制信號(hào)，是電焊機(jī)電流給定等信號(hào)與電流負(fù)反饋、電壓反饋信號(hào)綜合、控制運(yùn)算后的結(jié)果，決定著不同焊接方法下的焊機(jī)輸出電流和電壓大小，以及焊機(jī)的輸出特性;5)J1是連接到附圖2中WJ或RTl的，也就是常閉型的溫度繼電器。而溫度繼電器又是安裝在主要零部件(如IGBT的鋁散熱器)表面的。由WJ或RTl溫度繼電器、電阻Rl?R3、電容C1~C2、光耦Ul組成“過熱”保護(hù)控制電路。其輸出OT連接至U11(STM32R)51C4)單片微處理器的39腳。當(dāng)WJ或RTl溫度繼電器沒有動(dòng)作，也就是沒有出現(xiàn)“過熱”現(xiàn)象時(shí)，光耦Ul中的發(fā)光二極管發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管導(dǎo)通，使OT為低電平。而當(dāng)WJ或RTl溫度繼電器動(dòng)作，也就是出現(xiàn)“過熱”現(xiàn)象時(shí)，光耦Ul中的發(fā)光二極管不發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管不導(dǎo)通或截止，使OT變?yōu)楦唠娖健1USTM32F051C4)單片微處理器控制系統(tǒng)通過掃描或檢測OT端或Ul I的39腳電平狀態(tài)，即可得知是否有“過熱”現(xiàn)象發(fā)生。一旦發(fā)現(xiàn)“過熱”，則通過Ul I(STM32F051C4)單片微處理器的A/D接口 14腳，S卩DAC-OUT端，也就是驅(qū)動(dòng)PCB板的Uk控制信號(hào)，停止逆變主電路輸出電流。直到“過熱”現(xiàn)象消除，焊機(jī)方可再次輸出電流。這就實(shí)現(xiàn)了焊機(jī)的“過熱”保護(hù);6)J2、電感L1、穩(wěn)壓管ZDl、光耦U2等器件，組成氬弧焊焊槍開關(guān)狀態(tài)控制電路。其輸出GUN-SW連接至U1USTM32F051C4)單片微處理器的46腳。U1USTM32F051C4)單片微處理器控制系統(tǒng)通過掃描或檢測其46腳電平狀態(tài)，即可得知是否有“按下焊槍開關(guān)”的狀態(tài)發(fā)生。之后，再根據(jù)氬弧焊方法的不同(如是脈沖氬弧焊，還是直流氬弧焊)以及輸入的一些控制參數(shù)(如提前送氣時(shí)間、引弧電流、焊接電流、電流緩升和下降時(shí)間、滯后閉氣時(shí)間等)進(jìn)行相應(yīng)的控制；7)光耦U3、三極管Q1、繼電器JDQl等組成高頻控制電路。該電路的輸入GAOPIN連接至U1USTM32F051C4)單片微處理器的27腳。通過J4插頭去控制附圖2中的高頻板電路部分。選擇氬弧焊操作時(shí)，當(dāng)按下焊槍開關(guān)，則U1USTM32F051C4)單片微處理器控制系統(tǒng)通過掃描或檢測其46腳電平狀態(tài)，即可得知有“按下焊槍開關(guān)”的狀態(tài)發(fā)生。此時(shí)，控制電路會(huì)根據(jù)時(shí)序控制要求，通過改變GAOPIN的電平為低，光耦U2中的發(fā)光二極管發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管導(dǎo)通，使三極管Ql和繼電器JDQl動(dòng)作，于是附圖2中的高頻控制電路部分產(chǎn)生高頻高壓引弧脈沖，最終引燃?xì)寤『笗r(shí)的焊接電弧;8)光耦U4、三極管Q2等組成電磁氣閥控制電路。該電路的輸入GAS-CTL連接至U1USTM32F051C4)單片微處理器的28腳。通過J4插頭去控制附圖2中的電磁氣閥部分。選擇氬弧焊操作時(shí)，當(dāng)按下焊槍開關(guān)，則Ul I(STM32F051C4)單片微處理器控制系統(tǒng)通過掃描或檢測其46腳電平狀態(tài)，即可得知有“按下焊槍開關(guān)”的狀態(tài)發(fā)生。此時(shí)，控制電路會(huì)根據(jù)時(shí)序控制要求，通過改變GAS-CTL的電平為低，光耦U4中的發(fā)光二極管發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管導(dǎo)通，使三極管Q2動(dòng)作，于是附圖2中的電磁氣閥動(dòng)作，焊槍中有保護(hù)氣體流動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)氬弧焊時(shí)的提前送氣和滯后閉氣控制要求;9)SW1和SW2按鈕電路部分，Keyl和Key2連接到Ull的35和42線，通過掃描這兩個(gè)接口線的狀態(tài)，系統(tǒng)能夠判定是按壓了哪個(gè)按鍵、按壓了幾次。并根據(jù)檢測結(jié)果等進(jìn)行相應(yīng)的控制和顯示；10)參數(shù)輸入、數(shù)顯表和指示燈控制電路部分。DIGl數(shù)字顯示表用于“電流/數(shù)值”顯示。DIG2數(shù)字顯示表用于“電壓/單位”顯示;SWl按鈕為焊接方法選擇按鈕。通過SWl，用戶可選擇“手弧焊”、“直流氬弧焊”、“脈沖氬弧焊”三種焊接方法。并且，分別有LED1、LED2、LED3進(jìn)行狀態(tài)指示；SW2按鈕為氬弧焊焊槍開關(guān)操作方式選擇按鈕。通過SW2，用戶可選擇“兩步”、“四步”氬弧焊焊槍開關(guān)操作方式控制。并且，分別有LED4、LED5進(jìn)行狀態(tài)指示;P48為按鈕數(shù)字調(diào)節(jié)電位器，也稱為編碼器。通過P48的操作，用戶配合相應(yīng)的指示燈和顯示表，可提前或預(yù)先調(diào)節(jié)好不同焊接方法控制下的焊機(jī)的各個(gè)參數(shù)。例如，點(diǎn)亮LED6，可調(diào)節(jié)氬弧焊時(shí)的提前送氣(簡稱前氣)時(shí)間。此時(shí)，DIGl數(shù)字顯示表顯示提前送氣時(shí)間的數(shù)值。DIG2數(shù)字顯示表顯示該數(shù)值的單位，也就是多少秒的時(shí)間；類似地，點(diǎn)亮LED7，可調(diào)節(jié)氬弧焊時(shí)的起弧或引弧電流(簡稱起弧)大??；點(diǎn)亮LED8，可調(diào)節(jié)氬弧焊時(shí)的電流緩升(簡稱緩升)時(shí)間；點(diǎn)亮LED9，可調(diào)節(jié)直流氬弧焊或手弧焊時(shí)的電流(簡稱恒流)大?。稽c(diǎn)亮LED10，可調(diào)節(jié)直流脈沖氬弧焊時(shí)的脈沖頻率(簡稱頻率)大?。稽c(diǎn)亮LEDll，可調(diào)節(jié)直流脈沖氬弧焊時(shí)的脈沖占空比(簡稱占空比)大小；點(diǎn)亮LED12，可調(diào)節(jié)直流脈沖氬弧焊時(shí)的脈沖基值或手弧焊時(shí)的推力電流(簡稱基值/推力)大?。稽c(diǎn)亮LED13，可調(diào)節(jié)氬弧焊時(shí)的電流緩降(簡稱緩降)時(shí)間；點(diǎn)亮LED14，可調(diào)節(jié)氬弧焊時(shí)的收弧電流(簡稱收弧)大??；點(diǎn)亮LED15，可調(diào)節(jié)氬弧焊時(shí)的滯后閉氣(簡稱后氣)時(shí)間。當(dāng)然，上述調(diào)節(jié)時(shí)，兩個(gè)顯示表都會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)數(shù)值和單位指示。用戶操作時(shí)，不僅直觀，而且也非常方便調(diào)節(jié)各個(gè)焊接狀態(tài)和參數(shù)預(yù)置。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)上述功能，都是在本發(fā)明焊機(jī)面板控制等電路共同作用下完成的。
[0031]附圖8部分的面板控制板電路是本發(fā)明焊機(jī)的核心電路之一，由附圖8可見，通過數(shù)字編碼器給出的電流給定參數(shù)，通過電路輸入到單片機(jī)控制系統(tǒng)中。輸出回路檢測到的電流、電壓信號(hào)，也通過各自電路輸入到單片機(jī)控制系統(tǒng)中。通過數(shù)字I運(yùn)算放大器控制，最終控制焊機(jī)的輸出電流和電壓大小。也就是說，電流給定信號(hào)、電流負(fù)反饋信號(hào)等共同決定著數(shù)字I運(yùn)算放大器輸出Uk控制信號(hào)大小，最終決定著附圖4中U2(UC3846)芯片輸出的PWM脈沖信號(hào)的時(shí)間寬度。當(dāng)電流給定信號(hào)和電流負(fù)反饋信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)使PWM脈沖信號(hào)的時(shí)間寬度發(fā)生改變，最終通過逆變主電路，實(shí)現(xiàn)焊機(jī)輸出電壓和電流的變化，以滿足不同焊接方法時(shí)焊接的輸出性能控制要求。
[0032]本發(fā)明的控制面板設(shè)計(jì)為雙面采用貼片器件的電路板，以使焊機(jī)的控制面板結(jié)構(gòu)緊湊。此部分，電路板上的器件是貼片的，另外，完全采用自動(dòng)化的設(shè)備自動(dòng)貼片和焊接加工，一次性合格率高。制作效率高，出錯(cuò)率低。生產(chǎn)質(zhì)量能夠得到保障。如果采用人工貼片加工，質(zhì)量難以保障，生產(chǎn)效率和部件質(zhì)量合格率都是大問題。如果采用非貼片的插件器件，則控制面板尺寸很大，生產(chǎn)效率等也是問題。
[0033]本發(fā)明焊機(jī)手工電弧焊輸出特性的簡要控制過程簡述如下:
焊機(jī)后面板的開關(guān)合上接通供電電源極短的時(shí)間后，焊機(jī)內(nèi)部的上述各控制板帶電工作。通過焊機(jī)前面板上的焊接方法按鈕選擇“手弧”(即手工電弧焊)方法。再通過編碼器選擇好恒流或焊接電流、推力電流參數(shù)大小。連接好電焊鉗電纜和工件電纜，選擇好焊接極性(即工件是接正極性輸出，還是接負(fù)極性輸出)，即可實(shí)施焊接?？蛰d時(shí)，焊機(jī)內(nèi)部的IGBTPWM脈沖寬度控制電路產(chǎn)生一個(gè)占空比較大的脈沖信號(hào)，使IGBT的驅(qū)動(dòng)電路工作，使IGBT處于交替導(dǎo)通狀態(tài)，最終使逆變主電路輸出空載電壓。當(dāng)操作者進(jìn)行焊接時(shí)，控制電路通過輸出霍爾電流互感器，可檢測到輸出電流信號(hào)。經(jīng)過信號(hào)處理，并以此作為電流負(fù)反饋控制信號(hào)，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中與焊接電流給定信號(hào)進(jìn)行比較。比較后的差值信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字PI(比例和積分)調(diào)節(jié)控制，再輸入到焊機(jī)驅(qū)動(dòng)PCB板中的HVM控制電路，其輸出的結(jié)果控制焊機(jī)輸出PWM芯片的脈沖寬度或占空比，決定焊機(jī)輸出電流和電壓的大小，實(shí)現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準(zhǔn)確控制。并使焊機(jī)的輸出特性滿足手工電弧焊接的要求。進(jìn)一步地說，引弧后，當(dāng)焊接電流給定信號(hào)不變時(shí)，隨著焊機(jī)電路檢測到的電流增加，并且，達(dá)到給定的設(shè)定值后，焊接電流給定信號(hào)與電流負(fù)反饋控制信號(hào)的差值會(huì)隨電流增加而減小，通過數(shù)字PI控制后，使焊機(jī)輸出PWM芯片的脈沖寬度或占空比減小，焊機(jī)的輸出電壓降低。這一過程，也就是所謂的電流截止負(fù)反饋控制。即只有當(dāng)電流達(dá)到焊接電流電位器的設(shè)定值后才起作用的反饋控制。此后，隨著電流微小的增加，電壓降低會(huì)很多。當(dāng)電壓下降到一定數(shù)值以下時(shí)，隨著電壓的降低，控制電路可使焊機(jī)輸出PWM芯片的脈沖寬度或占空比增加，使焊接電流按照設(shè)定的推力電流參數(shù)增大，最終形成恒流帶外拖的下降特性。實(shí)際測試結(jié)果表明:本發(fā)明焊機(jī)的推力電流大約為幾十安培。當(dāng)焊接電流給定信號(hào)變化時(shí)，電流截止負(fù)反饋設(shè)定值不同，但其它的控制過程是類似的。這樣，在電位器設(shè)定的最小和最大之間，就可獲得無數(shù)條下降特性曲線。這樣的控制，也是滿足手工電弧焊接的基本要求。關(guān)于電流的反饋和PWM及輸出特性控制過程，以及手弧焊時(shí)各個(gè)參數(shù)和指示燈、數(shù)顯表的狀態(tài)，可參見其它相關(guān)的控制原理說明作進(jìn)一步的了解。
[0034]本發(fā)明焊機(jī)直流氬弧焊輸出特性的簡要控制過程簡述如下:
焊機(jī)后面板的開關(guān)合上接通供電電源極短的時(shí)間后，焊機(jī)內(nèi)部的上述各控制板帶電工作。通過焊機(jī)前面板上的焊接方法按鈕選擇“恒流”(即直流氬弧焊)方法;通過焊機(jī)前面板上的焊槍開關(guān)操作方式按鈕選擇“兩步”(2T)或“四步”(4T)操作方式?！皟刹健?2T)是指按下焊槍開關(guān)開始焊接，松開焊槍開關(guān)則結(jié)束焊接?！八牟健?(4Τ)是指按下焊槍開關(guān)開始焊接，松開焊槍開關(guān)繼續(xù)保持焊接，再次按下焊槍開關(guān)，準(zhǔn)備收弧，再松開焊槍開關(guān)則結(jié)束焊接;通過編碼器選擇好提前送氣時(shí)間、引弧或起弧電流、電流緩升時(shí)間、恒流或焊接電流、電流緩降時(shí)間、收弧電流大小、滯后閉氣時(shí)間參數(shù)。連接好氬弧焊焊槍焊接電纜、焊槍開關(guān)控制電纜和工件電纜(工件是接正極性輸出，焊槍接負(fù)極性輸出)，連接好氣管，打開氣瓶開關(guān)并調(diào)節(jié)好氣流量，即可實(shí)施焊接。當(dāng)按下焊槍開關(guān)時(shí)，接通電磁氣閥，有保護(hù)氣體從焊槍流出，對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行保護(hù)。之后，焊機(jī)內(nèi)部的IGBT Pmi脈沖寬度控制電路產(chǎn)生一個(gè)占空比較大的脈沖信號(hào)，使IGBT的驅(qū)動(dòng)電路工作，使IGBT處于交替導(dǎo)通狀態(tài)，最終使逆變主電路輸出空載電壓。與此同時(shí)，焊機(jī)控制電路產(chǎn)生高頻高壓引弧脈沖，并引燃焊接電弧。當(dāng)操作者進(jìn)行焊接時(shí)，控制電路通過輸出霍爾電流互感器，可檢測到輸出電流信號(hào)。經(jīng)過信號(hào)處理，并以此作為電流負(fù)反饋控制信號(hào)，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中與焊接電流給定信號(hào)進(jìn)行比較。比較后的差值信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字PI (比例和積分)調(diào)節(jié)控制，再輸入到焊機(jī)驅(qū)動(dòng)PCB板中的PffM控制電路，其輸出的結(jié)果控制焊機(jī)輸出PWM芯片的脈沖寬度或占空比，決定焊機(jī)輸出電流和電壓的大小，實(shí)現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準(zhǔn)確控制。并使焊機(jī)的輸出特性滿足氬弧焊焊接的要求。進(jìn)一步地說，引弧時(shí)，按照引弧電流大小進(jìn)行控制。引弧后，電流緩慢上升到設(shè)定的焊接電流。當(dāng)焊接電流給定信號(hào)不變時(shí)，隨著焊機(jī)電路檢測到的電流增加，并且，達(dá)到給定的設(shè)定值后，焊接電流給定信號(hào)與電流負(fù)反饋控制信號(hào)的差值會(huì)隨電流增加而減小，通過數(shù)字PI控制后，使焊機(jī)輸出HVM芯片的脈沖寬度或占空比減小，焊機(jī)的輸出電壓降低。這一過程，也就是所謂的電流截止負(fù)反饋控制。即只有當(dāng)電流達(dá)到焊接電流電位器的設(shè)定值后才起作用的反饋控制。此后，隨著電流微小的增加，電壓降低會(huì)很多。最終形成恒流的下降特性。當(dāng)焊接電流給定信號(hào)變化時(shí)，電流截止負(fù)反饋設(shè)定值不同，但其它的控制過程是類似的。這樣，在焊接電流電位器設(shè)定的最小和最大之間，就可獲得無數(shù)條下降特性曲線。這樣的控制，也是滿足直流氬弧焊接的基本要求。關(guān)于直流氬弧焊時(shí)各個(gè)參數(shù)和指示燈、數(shù)顯表的狀態(tài)，可參閱前面的相關(guān)電路原理進(jìn)行了解。
本發(fā)明焊機(jī)直流脈沖氬弧焊輸出特性的簡要控制過程簡述如下:
焊機(jī)后面板的開關(guān)合上接通供電電源極短的時(shí)間后，焊機(jī)內(nèi)部的上述各控制板帶電工作。通過焊機(jī)前面板上的焊接方法按鈕選擇“脈沖”(即直流脈沖氬弧焊)方法;通過焊機(jī)前面板上的焊槍開關(guān)操作方式按鈕選擇“兩步”(2T)或“四步”(4T)操作方式;通過編碼器選擇好提前送氣時(shí)間、引弧或起弧電流、電流緩升時(shí)間、恒流或脈沖峰值焊接電流、脈沖頻率、脈沖占空比、基值電流、電流緩降時(shí)間、收弧電流大小、滯后閉氣時(shí)間參數(shù)。連接好氬弧焊焊槍焊接電纜、焊槍開關(guān)控制電纜和工件電纜(工件是接正極性輸出，焊槍接負(fù)極性輸出)，連接好氣管，打開氣瓶開關(guān)并調(diào)節(jié)好氣流量，即可實(shí)施焊接。當(dāng)按下焊槍開關(guān)時(shí)，接通電磁氣閥，有保護(hù)氣體從焊槍流出，對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行保護(hù)。之后，焊機(jī)內(nèi)部的IGBT PffM脈沖寬度控制電路產(chǎn)生一個(gè)占空比較大的脈沖信號(hào)，使IGBT的驅(qū)動(dòng)電路工作，使IGBT處于交替導(dǎo)通狀態(tài)，最終使逆變主電路輸出空載電壓。與此同時(shí)，焊機(jī)控制電路產(chǎn)生高頻高壓引弧脈沖，并引燃焊接電弧。當(dāng)操作者進(jìn)行焊接時(shí)，控制電路通過輸出霍爾電流互感器，可檢測到輸出電流信號(hào)。經(jīng)過信號(hào)處理，并以此作為電流負(fù)反饋控制信號(hào)，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中與焊接電流給定信號(hào)進(jìn)行比較。比較后的差值信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字PI(比例和積分)調(diào)節(jié)控制，再輸入到焊機(jī)驅(qū)動(dòng)PCB板中的PffM控制電路，其輸出的結(jié)果控制焊機(jī)輸出PffM芯片的脈沖寬度或占空比，決定焊機(jī)輸出電流和電壓的大小，實(shí)現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準(zhǔn)確控制。并使焊機(jī)的輸出特性滿足脈沖氬弧焊焊接的要求。進(jìn)一步地說，基本電流控制都是實(shí)現(xiàn)不同設(shè)定電流值的恒流控制。也就是前面所述的焊接電流數(shù)字PI電流截止負(fù)反饋控制。引弧時(shí)，按照引弧電流大小進(jìn)行控制。引弧后，電流緩慢上升到設(shè)定的脈沖峰值焊接電流。之后，就進(jìn)入脈沖控制階段。脈沖電流控制就相當(dāng)于在峰值焊接電流與基值電流之間跳變，當(dāng)然不是亂變，而是按照設(shè)定的脈沖頻率、脈沖占空比參數(shù)進(jìn)行變換。收弧控制時(shí)，則按照設(shè)定的電流緩降時(shí)間、收弧電流、滯后閉氣時(shí)間參數(shù)進(jìn)行不同階段的控制。這樣的控制，也是滿足直流脈沖氬弧焊接的基本要求。關(guān)于脈沖氬弧焊時(shí)各個(gè)參數(shù)和指示燈、數(shù)顯表的狀態(tài)，可參閱前面的相關(guān)電路原理進(jìn)行了解。
[0035]以上是本發(fā)明焊機(jī)各個(gè)電路板部分的簡要控制過程說明。由于本發(fā)明已經(jīng)給出了附圖1?附圖10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和電路及電路板設(shè)計(jì)，因此，對(duì)于有焊機(jī)結(jié)構(gòu)和電路閱讀能力(或具備相關(guān)知識(shí))的人來說，是完全可以讀懂的。電路圖就是一種無聲的語言。但是，對(duì)于沒有電路閱讀能力(或不具備相關(guān)電路知識(shí))的人來說，即使解釋的再多，他們也是難以理解的。鑒于篇幅的關(guān)系，本文只能闡述主要的部分，以使讀者能夠更好地理解相關(guān)的工作原理和過程。
[0036]通過上述說明可見，本發(fā)明有自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路和方法。不僅實(shí)現(xiàn)了焊機(jī)的脈沖氬弧焊、直流氬弧焊和手工焊方法輸出等控制，而且，所設(shè)計(jì)的控制電路，包括它們的電路板和相互之間的連接關(guān)系，以及焊機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是使本發(fā)明焊機(jī)產(chǎn)品具有控制性能良好、焊機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊等技術(shù)優(yōu)勢的根本原因所在，也是滿足產(chǎn)品高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造工藝技術(shù)先進(jìn)性的重要保障。本發(fā)明專利申請(qǐng)保護(hù)的內(nèi)容就在于保護(hù)這種焊機(jī)的結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)。
[0037]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的焊機(jī)結(jié)構(gòu)和電路板及控制功能對(duì)本發(fā)明所作的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只限于這些說明。對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域的其他技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干其它的推演和變換，這些都應(yīng)該視為屬于本發(fā)明保護(hù)的范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微處理器控制逆變多功能氬弧焊機(jī)，包括外殼部分、前面板部分、后面板部分和內(nèi)部控制部分;其特征在于:所述的外殼部分包括外蓋、機(jī)殼底板和提手手柄;所述的前面板部分主要有正負(fù)極輸出快速接頭和接頭座組件、塑料前面殼、氣接頭、與氬弧焊焊槍開關(guān)航空插頭連接的航空插座、控制面板;所述的后面板部分主要有三相空氣電源開關(guān)、電源輸入線接線盒、保險(xiǎn)管及其管座、冷卻風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)罩、塑料后面殼和檢流板；內(nèi)部控制部分包括中隔板上方部分和中隔板下方部分；中隔板上方部分包括有繼電器、控制變壓器、驅(qū)動(dòng)PCB板、風(fēng)機(jī)電容、整流橋、輸入阻容電路板和CBB電容，整流橋通過螺絲固定在中隔板上，利用中隔板進(jìn)行散熱，輸入阻容電路板則通過螺絲與整流橋進(jìn)行電氣連接；中隔板下方部分包括高頻高壓板、主變壓器、快恢復(fù)整流板1、磁環(huán)、上絕緣板、導(dǎo)風(fēng)罩、散熱器、下絕緣板、散熱器固定支架、逆變板、電磁閥、高頻泄放板、水泥電阻、電抗、引弧線圈、輸出連接件和電流互感器;磁環(huán)套在主變壓器的輸出導(dǎo)線上，其作用是抗干擾，快恢復(fù)整流板則通過螺絲與散熱器組的一側(cè)緊貼，以使快恢復(fù)整流管能夠通過鋁散熱器有效進(jìn)行散熱，逆變板也通過螺絲與散熱器組的另一側(cè)緊貼，以使IGBT器件能夠通過鋁散熱器有效進(jìn)行散熱，兩塊散熱器通過上絕緣板和下絕緣板進(jìn)行電氣絕緣，兩塊散熱器通過兩個(gè)散熱器固定支架固定在機(jī)殼的底板上;主變壓器和高頻高壓板通過螺絲固定在中隔板上;高頻泄放板、水泥電阻和電抗則通過螺絲固定在機(jī)殼底板上，導(dǎo)風(fēng)罩通過螺絲與兩塊散熱器固定在一起，作用是形成良好的風(fēng)道。2.如權(quán)利要求1所述的一種微處理器控制逆變多功能氬弧焊機(jī)，其特征在于:所述的內(nèi)部控制部分包括逆變主電路、單管IGBT控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、整流輸出電路、泄放回路電路、高頻電路和面板控制電路，管IGBT控制電路和整流輸出電路串接在逆變主電路上，驅(qū)動(dòng)電路連接單管IGBT控制電路和面板控制電路，驅(qū)動(dòng)電路在面板控制電路的控制下控制單管IGBT控制電路的通斷，高頻電路連接面板控制電路和逆變主電路，高頻電路在面板控制電路控制實(shí)現(xiàn)氬弧焊時(shí)的高頻或非接觸式引弧;泄放回路電路連接高頻電路和逆變主電路，防止高頻引弧信號(hào)產(chǎn)生干擾。
【文檔編號(hào)】B23K9/32GK106041267SQ201610485205
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】謝志峰, 魏繼昆, 陳法慶, 朱宣輝, 朱宣東
【申請(qǐng)人】浙江肯得機(jī)電股份有限公司