一種雙電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換igbt逆變手弧焊機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種雙電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換IGBT逆變手弧焊機(jī)，控制板分為大控制板、P1控制板、P2控制板和轉(zhuǎn)換板， P1控制板和P2控制板焊裝到大控制板上，各控制板之間通過少量插件和連接線連接，本實(shí)用新型在轉(zhuǎn)換板中增加了晶閘管或可控硅及其控制電路，可防止380V輸入下轉(zhuǎn)換控制電路誤動(dòng)作而產(chǎn)生倍壓；兩個(gè)倍壓轉(zhuǎn)換繼電器是并聯(lián)工作的，開關(guān)電源電路的輸入直流電源是獨(dú)立的，不會(huì)因倍壓而造成過高輸入電壓，轉(zhuǎn)換電壓的U2/U3檢測(cè)光電耦合器采用并聯(lián)方式，提高了轉(zhuǎn)換電路的可靠性；本實(shí)用新型焊機(jī)電路不僅解決了220V和380V雙電壓供電自動(dòng)識(shí)別、轉(zhuǎn)換的問題，而且焊機(jī)的可靠性明顯優(yōu)于市場(chǎng)上其它產(chǎn)品。
【專利說明】
一種雙電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換IGBT逆變手弧焊機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種單管IGBT逆變的、220V和380V雙電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換的手工電弧焊機(jī)，屬于逆變焊機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]目前，逆變焊機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，不僅體現(xiàn)在價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)上，還在很大程度上取決于焊機(jī)的電路功能和可靠性等方面。
[0003]國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上，小型IGBT管逆變手弧焊機(jī)的額定電流通常在120?200A(負(fù)載持續(xù)率100?35%)的水平。大多數(shù)的手弧焊機(jī)產(chǎn)品都是單一220V供電的，其應(yīng)用范圍會(huì)受到一定的限制。
[0004]對(duì)于220V和380V雙電源電壓下都可使用的手工電弧焊機(jī)，由于其適應(yīng)性更強(qiáng)，因而其應(yīng)用的范圍會(huì)更廣。產(chǎn)品銷售會(huì)更加有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而，此類焊機(jī)，不同的電路設(shè)計(jì)，控制原理不同，電路板連接的復(fù)雜程度不同，其產(chǎn)品的可靠性、生產(chǎn)工序和制作工藝等也會(huì)完全不同。這些都會(huì)影響產(chǎn)品的銷售和生產(chǎn)成本。例如市場(chǎng)上的一些220V和380V雙電源電壓焊機(jī)，有的產(chǎn)品是MOS管逆變的，有的產(chǎn)品是IGBT逆變的。不管是哪一種類型，都有220V和380V雙電源電壓的自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制電路。但是，很多的此類產(chǎn)品，用戶反饋質(zhì)量嚴(yán)重問題，其中，最主要的就是220V和380V雙電源電壓的自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制電路工作不可靠，容易導(dǎo)致炸轉(zhuǎn)換板上電解電容和損壞其它控制元器件，造成用戶大量抱怨、退貨、索賠和生產(chǎn)廠家返修費(fèi)用高的問題。如何解決上述問題，是研發(fā)人員面臨的技術(shù)難題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種220V和380V雙電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換IGBT逆變手弧焊機(jī)，設(shè)計(jì)了新的控制電路，不僅解決了過去此類焊機(jī)220V和380V雙電源電壓的自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換不可靠的問題，而且具有220V和380V雙電源電壓自動(dòng)識(shí)別和高可靠性轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到了大幅度提高。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種220V和380V雙電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換IGBT逆變手弧焊機(jī)，包括殼體部分、前面板部分、后面板部分和內(nèi)部的控制板部分，其特征在于:所述的控制板包括轉(zhuǎn)換板、大控制板、Pl和P2控制板，Pl和P2控制板焊裝在大控制板上，各控制板電路之間，按照本實(shí)用新型的電路原理圖關(guān)系連接在一起;所述的轉(zhuǎn)換板的控制電路中增加了晶閘管或可控硅及其控制電路，可防止380V輸入下轉(zhuǎn)換控制電路誤動(dòng)作而產(chǎn)生倍壓;兩個(gè)倍壓轉(zhuǎn)換繼電器是并聯(lián)連接，并將繼電器觸頭布置位置從直流母線上改到交流電源輸入端。
[0008]所述的前面板部分上安裝有:正、負(fù)極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件、數(shù)顯表、220V電源指示燈、380V電源指示燈、保護(hù)指示燈、手工焊電流調(diào)節(jié)旋鈕和電位器、電源開關(guān);正、負(fù)極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用于分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜，連接時(shí)的極性可根據(jù)電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。
[0009]所述的后面板部分上安裝有:電源開關(guān)、供電電源線、固線器、冷卻風(fēng)扇；電源線連接到供電電網(wǎng)，電源開關(guān)控制焊機(jī)電源的通或斷，冷卻風(fēng)扇位于焊機(jī)的后部，冷風(fēng)從焊機(jī)機(jī)箱后面板后部的進(jìn)氣孔進(jìn)入，對(duì)焊機(jī)內(nèi)部的一些發(fā)熱器件或零部件。
[0010]本實(shí)用新型焊機(jī)是一款220V和380V雙電源電壓下可進(jìn)行手弧焊的產(chǎn)品；本實(shí)用新型焊機(jī)前面板上安裝的零部件主要有:正、負(fù)極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件、數(shù)顯表、220V電源指示燈(綠色)、380V電源指示燈(綠色)、(過流或過熱)保護(hù)指示燈(黃色)、手工焊電流調(diào)節(jié)旋鈕和電位器、電源開關(guān)(有的產(chǎn)品電源開關(guān)設(shè)計(jì)在前面板上)等部分。正、負(fù)極的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用于分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜。連接時(shí)的極性(即工件接正還是接負(fù)極性輸出)可根據(jù)電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。(過流或過熱)保護(hù)指示燈(黃色)用于指示過熱或過流狀態(tài)是否發(fā)生。例如，當(dāng)內(nèi)部器件溫度過高，超過溫度繼電器的動(dòng)作溫度時(shí)，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點(diǎn)亮。另一方面，可使焊機(jī)停止焊接或輸出。在焊機(jī)不輸出的情況下，風(fēng)機(jī)的冷卻作用會(huì)使器件的溫度降低。當(dāng)降低到熱保護(hù)器的恢復(fù)動(dòng)作溫度時(shí)，熱保護(hù)器恢復(fù)，焊機(jī)過熱現(xiàn)象消除。該指示燈熄滅。焊機(jī)可再次進(jìn)行焊接；當(dāng)控制電路發(fā)生過流現(xiàn)象時(shí)，該指示燈也會(huì)點(diǎn)亮?？刂齐娐肥购笝C(jī)停止焊接或輸出。直到過流現(xiàn)象消除，該指示燈熄滅。焊機(jī)方可再次進(jìn)行焊接。電流調(diào)節(jié)電位器用于進(jìn)行輸出電流調(diào)節(jié)；電流表則用于顯示電流參數(shù)。
[0011]由于轉(zhuǎn)換板控制電路中增加了Q2SCR晶閘管或可控硅(SCR)及其控制電路，可將兩個(gè)轉(zhuǎn)換繼電器J2A和J3A鎖定?？煞乐?80V輸入電壓下轉(zhuǎn)換控制電路因電網(wǎng)波動(dòng)或干擾等原因造成誤動(dòng)作而產(chǎn)生倍壓工作，避免逆變主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一。
[0012]逆變主回路中，倍壓轉(zhuǎn)換繼電器J2A和J3A的控制線包是并聯(lián)的。在380V交流輸入下，繼電器J2A和J3A是不動(dòng)作的。但是，在220V交流輸入下，則可使繼電器同時(shí)動(dòng)作。并且兩個(gè)繼電器的觸頭J2B和J3B不是并聯(lián)使用的，而是采用了兩個(gè)觸頭串聯(lián)的方式。其目的是:能夠大幅度減小因繼電器觸點(diǎn)粘住而造成380V輸入電壓下產(chǎn)生倍壓工作，避免逆變主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一。而市場(chǎng)上有的逆變焊機(jī)，由于控制電路設(shè)計(jì)不同，工作穩(wěn)定性和抗干擾性差，容易導(dǎo)致在380V交流輸入下倍壓轉(zhuǎn)換控制繼電器誤動(dòng)作。380V輸入時(shí)，單相整流器整流、濾波后的直流電壓已經(jīng)是近530VDC，此時(shí)，控制電路若再倍壓的話，整流器整流和濾波后的直流電壓會(huì)超過上千伏特，從而導(dǎo)致倍壓電解電容過壓燒壞。同時(shí)，控制電路中的部分器件也會(huì)出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。這是必須加以克服或絕對(duì)防止的。
[0013]此外，市場(chǎng)上很多的220V/380V雙電源電壓逆變焊機(jī)，其主繼電器的觸頭位置原來(lái)是布置在直流母線上，即整流橋輸出回路中的。在220V輸入電源電壓下，這樣的設(shè)計(jì)，當(dāng)倍壓轉(zhuǎn)換繼電器動(dòng)作而形成倍壓開通狀態(tài)時(shí)，主繼電器的觸頭會(huì)承受近620VDC的高直流電壓，繼電器的觸點(diǎn)之間很容易形成拉弧現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)燒壞或粘住觸頭問題。大大影響了焊機(jī)的工作可靠性。然而，如附圖2所示，在本實(shí)用新型電路中，將主繼電器JlA的觸頭JlB布置位置從直流母線(即整流橋BI輸出的回路)上改到交流電源輸入端(圖中靠近AC2的位置)。焊機(jī)電路工作時(shí)，一方面，輸入電流，也就是流過繼電器觸點(diǎn)JIB的電流，受PTC熱敏電阻NR1、RV3限制不會(huì)很大。另一方面，新的輸入端位置，不像原來(lái)在直流母線回路中那樣，其回路承受的電壓相對(duì)較低了很多，這樣繼電器JlA的觸點(diǎn)JlB就不會(huì)出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，因而可提高繼電器JlA的使用壽命。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一O
[0014]一路獨(dú)立的直流輸出電源(見CN5插頭部分)給開關(guān)電源變壓器(見附圖3中的X3插頭部分)供電。使開關(guān)電源的輸入直流電源不會(huì)因倍壓轉(zhuǎn)換而造成輸入電壓過高的現(xiàn)象。這就提尚了尚壓開關(guān)電源電路工作的穩(wěn)定性和可靠性。而市場(chǎng)上很多的逆變焊機(jī)，其開關(guān)電源的供電取自整流濾波后的直流母線之間的電壓，一旦倍壓電路產(chǎn)生異常，形成上千伏特的高電壓，必然會(huì)導(dǎo)致主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一。
[0015]轉(zhuǎn)換電壓的U2/U3檢測(cè)光電耦合器采用并聯(lián)使用方式，提高了轉(zhuǎn)換電路的可靠性。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一。
[0016]對(duì)不同電流等級(jí)和負(fù)載持續(xù)率要求的本實(shí)用新型焊機(jī)，可通過調(diào)整電路板上少量的零部件規(guī)格參數(shù)，形成不同輸出額定電流和負(fù)載持續(xù)率的產(chǎn)品，使產(chǎn)品系列化。例如，改變IGBT器件的電流等級(jí)和散熱器尺寸；改變快速恢復(fù)二極管的型號(hào)和參數(shù);改變逆變主變壓器和輸出濾波電抗器的規(guī)格和參數(shù)等，即可容易形成不同規(guī)格的系列產(chǎn)品。如180A/27.2V(35%，負(fù)載持續(xù)率，下同)、160A/26.4V(60%)等多種電流等級(jí)和規(guī)格型號(hào)的產(chǎn)品。額定電流越小的，則額定負(fù)載持續(xù)率越高。當(dāng)然，這些變化，目的是使產(chǎn)品的制作成本與相應(yīng)機(jī)器的規(guī)格參數(shù)和性能指標(biāo)相匹配。這樣，每種規(guī)格型號(hào)的焊機(jī)才能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的成本控制。這就提升了所開發(fā)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0017]本實(shí)用新型焊機(jī)，由于解決了 220V/380V雙電源電壓焊機(jī)控制電路的可靠性問題，因而有更好的可靠性。其良好的電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)所在，也是滿足高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造技術(shù)先進(jìn)性的重要保障。本實(shí)用新型焊機(jī)的電路原理設(shè)計(jì)有自己的獨(dú)特之處。本實(shí)用新型專利申請(qǐng)保護(hù)的內(nèi)容就在于保護(hù)這種焊機(jī)的電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【附圖說明】
[0018]附圖1是本實(shí)用新型示例焊機(jī)的控制電路原理框圖；
[0019]附圖2是本實(shí)用新型焊機(jī)的轉(zhuǎn)換板電路原理圖；
[0020]附圖3是本實(shí)用新型焊機(jī)的大控制板電路原理圖；
[0021]附圖4是本實(shí)用新型焊機(jī)的Pl和P2控制板電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型的焊機(jī)的主要組成部分包括:I)外殼部分。零部件主要有:提手、機(jī)殼和底板、支腳等部分。
[0023]2)前面板部分。安裝的零部件主要有:正、負(fù)極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件、數(shù)顯表、220V電源指示燈(綠色)、380V電源指示燈(綠色)、(過流或過熱)保護(hù)指示燈(黃色)、手工焊電流調(diào)節(jié)旋鈕和電位器、電源開關(guān)(有的產(chǎn)品電源開關(guān)設(shè)計(jì)在前面板上)等部分。正、負(fù)極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用于分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜。連接時(shí)的極性(即工件接正還是接負(fù)極性輸出)可根據(jù)電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。(過流或過熱)保護(hù)指示燈(黃色)用于指示過熱或過流狀態(tài)是否發(fā)生。例如，當(dāng)內(nèi)部器件溫度過高，超過溫度繼電器的動(dòng)作溫度時(shí)，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點(diǎn)亮。另一方面，可使焊機(jī)停止焊接或輸出。在焊機(jī)不輸出的情況下，風(fēng)機(jī)的冷卻作用會(huì)使器件的溫度降低。當(dāng)降低到熱保護(hù)器的恢復(fù)動(dòng)作溫度時(shí)，熱保護(hù)器恢復(fù)，焊機(jī)過熱現(xiàn)象消除。該指示燈熄滅。焊機(jī)可再次進(jìn)行焊接；當(dāng)控制電路發(fā)生過流現(xiàn)象時(shí)，該指示燈也會(huì)點(diǎn)亮?？刂齐娐肥购笝C(jī)停止焊接或輸出。直到過流現(xiàn)象消除，該指示燈熄滅。焊機(jī)方可再次進(jìn)行焊接。電流調(diào)節(jié)電位器用于進(jìn)行輸出電流調(diào)節(jié)；電流表則用于顯示電流參數(shù)。
[0024]3)后面板部分。安裝的零部件主要有:電源開關(guān)(有的產(chǎn)品電源開關(guān)設(shè)計(jì)在后面板上)、供電電源線、電源線拉不脫(也稱為固線器)、冷卻風(fēng)扇部分。電源線連接到供電電網(wǎng)。電源開關(guān)控制焊機(jī)電源的通或斷。冷卻風(fēng)扇位于焊機(jī)的后部，冷風(fēng)從焊機(jī)機(jī)箱后面板后部的進(jìn)氣孔進(jìn)入。對(duì)焊機(jī)內(nèi)部的一些發(fā)熱器件或零部件，如IGBT及散熱器散熱器、快速恢復(fù)二極管及散熱器等進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷，使它們得到較好的冷卻，以保障焊機(jī)電路工作的可靠性。
[0025]4)控制板部分。包括轉(zhuǎn)換板、大控制板、Pl和P2控制板。Pl和P2控制板焊裝在大控制板上。各控制板電路之間，按照本實(shí)用新型附圖1?附圖4的電路原理圖關(guān)系連接在一起。可滿足220V和380V雙電源電壓下自動(dòng)識(shí)別和高可靠性轉(zhuǎn)換，以及手工焊方法的各項(xiàng)控制要求。
[0026]本實(shí)用新型焊機(jī)電路的工作原理簡(jiǎn)述如下:
[0027]如附圖1、附圖2和附圖3所示。電源輸入和上電緩沖電路，BI整流橋，繼電器J2A和了3八的觸點(diǎn)128和】38，附圖3中的電容(:1工4、07工9，插頭0肌和乂9，插頭0吧和乂1等組成整流、濾波、倍壓電路。IGBTl和IGBT2、換流橋臂電容C420、C436?C438、逆變主變壓器T2、快速恢復(fù)二極管D420和D422、輸出電流濾波電感L9、分流器FL等，包括前述的電源輸入和上電緩沖電路，以及整流、濾波、倍壓電路共同組成逆變主電路部分。本實(shí)用新型電路中，IGBTl和IGBT2、換流橋臂電容C420、C436?C438、逆變主變壓器T2、快速恢復(fù)二極管D420和D422、輸出電流濾波電感L9、分流器FL等組成典型的半橋逆變控制電路。逆變主電路的主要功能為:I)輸入電流上電緩沖控制；2 )輸入交流的整流、濾波、倍壓控制；3 )直流母線的高壓直流電通過IGBT逆變電路轉(zhuǎn)換為中頻(幾十KHz)交流電；4)T2逆變主變壓器實(shí)現(xiàn)電壓降壓和大電流輸出的變換;5)D20和?D22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，實(shí)現(xiàn)逆變控制過程;6)由于逆變變換后的電流波形是脈動(dòng)的，不利于焊接過程的穩(wěn)定，因此，采用電流濾波電抗器L9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;7)分流器FL用于檢測(cè)輸出的電流大小，實(shí)現(xiàn)輸出電流的負(fù)反饋控制。最后，由OUT+正極性輸出端和OUT-負(fù)極性輸出端輸出直流電壓和電流。下面結(jié)合各個(gè)部分的控制電路原理圖，對(duì)相關(guān)的電路工作原理進(jìn)行說明:
[0028]220V或380V交流供電電源，通過焊機(jī)后面板上的電源開關(guān)K，從ACl和AC2輸入端連接至逆變主電路的輸入。從電網(wǎng)來(lái)的交流電，經(jīng)過PT 1、PT2熱敏電阻和繼電器觸點(diǎn)JIB部分，供給后級(jí)電路。
[0029]見附圖2，一方面供給D8?D13整流、濾波和輸入電壓檢測(cè)電路。經(jīng)電容C17和C18濾波后，由插頭CN5輸出，供給附圖3中的X3插頭，作為開關(guān)電源變壓器TRl的直流輸入電源。輸入電壓檢測(cè)電路由D8、R5和R6、R20和R21、光電耦合器U2和U3、壓敏電阻VR2、電容C12和C15等組成。當(dāng)ACl和AC2間的交流供電電源為380V時(shí)，壓敏電阻VR2過壓擊穿，光電耦合器U2和U3中的發(fā)光二極管有電流流過并發(fā)光，使它們內(nèi)部的三極管導(dǎo)通。此時(shí)，Q3動(dòng)作，SCR2晶閘管或可控硅導(dǎo)通。使穩(wěn)壓管ZDl擊穿，380V指示燈點(diǎn)亮。同時(shí)，穩(wěn)壓管ZD4不會(huì)擊穿、穩(wěn)壓，Ql不動(dòng)作，繼電器的J2A和J3A線包沒有電流流過，不會(huì)動(dòng)作。它們的觸點(diǎn)J2B和J3B處于斷開狀態(tài)，插頭CNl和X9不會(huì)連通整流橋BI。這樣就不會(huì)使倍壓電路產(chǎn)生較高的電壓。而是在附圖3中R7和R9兩端的直流母線電壓上形成近530VDC的電壓。保證了 R7和R9兩端的直流母線電壓不會(huì)形成上千伏特的高電壓，不會(huì)損壞控制電路中的器件。如電容Cl、C4、C7、C9、C420、C436?C438、C39和C40; IGBTl和IGBT2等；當(dāng)交流供電電網(wǎng)電源接通220V時(shí)，壓敏電阻VR2不會(huì)過壓擊穿，光電耦合器U2和U3不動(dòng)作。此時(shí)，Q3和SCR2晶閘管或可控硅不會(huì)導(dǎo)通。穩(wěn)壓管ZDl不會(huì)擊穿，380V指示燈不會(huì)點(diǎn)亮。同時(shí)，穩(wěn)壓管ZD4則會(huì)擊穿、穩(wěn)壓，Ql動(dòng)作，繼電器J2A和J3A線包有電流流過，并且會(huì)動(dòng)作。它們的觸點(diǎn)J2B和J3B處閉合，插頭CNl和X9連通整流橋BI。這樣，就會(huì)使倍壓電路產(chǎn)生較高的直流母線電壓，即附圖3中R7和R9兩端的直流母線電壓形成近620VDC的電壓。
[0030]另一方面，經(jīng)BI整流橋整流后變?yōu)槊}動(dòng)直流電。當(dāng)繼電器J2A和J3A不動(dòng)作，觸點(diǎn)了28和138處于斷開狀態(tài)時(shí)，插頭0附和乂9不連通。此時(shí)31整流橋，附圖3中的電容(:1工4、〇7、C9屬于一般的整流、濾波電路，使整流后的脈動(dòng)直流電變?yōu)榉€(wěn)定的直流電。而當(dāng)繼電器J2A和J3A動(dòng)作，觸點(diǎn)J2B和J3B處于接通狀態(tài)時(shí)，插頭CNl和X9連通整流橋BI。此時(shí)，BI整流橋，繼電器12六和13六的觸點(diǎn)128和138，附圖3中的電容(:1工4、07工9，插頭0附和乂9，插頭0吧和乂1等組成的電路，不僅完成整流、濾波的作用，而且會(huì)形成倍壓作用。
[0031]附圖2中，JlA繼電器的動(dòng)作時(shí)間是滯后于電源開關(guān)合上時(shí)刻的，S卩JlA繼電器是延時(shí)動(dòng)作的。當(dāng)附圖3中Cl、C4、C7和C9等電解電容上的充電電壓穩(wěn)定后，該繼電器才動(dòng)作.其觸頭JlB閉合，并聯(lián)短路PT1、PT2熱敏電阻。此后，本實(shí)用新型焊機(jī)正常逆變工作，大電流是從繼電器的觸頭JlB流過的。這個(gè)部分的電路稱為上電緩沖電路。主要是防止電源開關(guān)接通瞬間，由于C1、C4、C7和C9等電解電容上沒有電壓，相當(dāng)于短路，會(huì)形成較大的浪涌電流，燒壞電源開關(guān)。而上電緩沖電路的作用，就是通過合閘瞬間在供電回路中串(聯(lián))入PT1、PT2熱敏電阻來(lái)限制浪涌電流的。并且，ΡΤ1、ΡΤ2熱敏電阻的阻值是隨其溫度上升而增大的。因此，上電緩沖電路可起到較好的保護(hù)作用。此上電緩沖部分電路是通過如下的控制方式實(shí)現(xiàn)的:附圖2中，JlA繼電器的控制，是由三極管Q4和Q5、二極管D14和D30、穩(wěn)壓管ZD2和ZD3、電阻R18和R19、電容C16和C26等器件組成的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖中，+24V電壓的形成會(huì)滯后于焊機(jī)供電電源開關(guān)合上的時(shí)刻。電容C16和C26上的電壓是在+24V電壓加上后逐步增加的。當(dāng)Q4導(dǎo)通，穩(wěn)壓管ZD3被擊穿有電流流過時(shí)，Q5導(dǎo)通，這樣JlA繼電器才會(huì)動(dòng)作。
[0032]前面已提到，附圖2和附圖1中，經(jīng)D8?D13整流、電容C17和C18濾波后，由插頭CN5(連接到附圖3中的Χ3插頭)的輸出電源是作為開關(guān)電源變壓器TRl直流輸入電源的。見附圖3，由TRl開關(guān)電源變壓器、VTl MOS管、D407和D408快速二極管、U402(LM7805)和U401(LM7812)集成穩(wěn)壓器，以及上述這些器件周圍的電阻、電容等器件，還有附圖4中P2控制板電路部分，共同組成開關(guān)電源電路。其作用是產(chǎn)生+5V、+ 12V、+24V電源電壓，供給其它相應(yīng)的控制電路工作。開關(guān)電源的初級(jí)電路屬于高壓回路，次級(jí)輸出部分為低壓電路，為確?？刂齐娐返目煽啃?，在附圖4中，采用了 U51的光電耦合器進(jìn)行電氣隔離。開關(guān)電源控制電路中，P2-12輸出的脈沖為一定工作頻率的、有一定脈沖寬度的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可使附圖3中的VTlMOS管處于通、斷交替工作狀態(tài)。這樣，就可以使其輸出側(cè)的次級(jí)各電路部分，+5V、+ 12V、+24V電源電壓。此外，由開關(guān)電源部分的電路及原理圖可知，本實(shí)用新型沒有采用一般的控制變壓器和相關(guān)的電壓變換電路來(lái)產(chǎn)生上述幾個(gè)電源電壓。其電路取電來(lái)自逆變主電路中的直流VCC電壓。開關(guān)變壓器的體積和尺寸、重量遠(yuǎn)小于一般的控制變壓器，這就降低本實(shí)用新型焊機(jī)的成本，提升了焊機(jī)的技術(shù)附加值。
[0033]附圖2中，由于轉(zhuǎn)換板控制電路中增加了SCR2晶閘管或可控硅及其控制電路，可將兩個(gè)轉(zhuǎn)換繼電器J2A和J3A鎖定。可防止380V輸入電壓下轉(zhuǎn)換控制電路因電網(wǎng)波動(dòng)或干擾等原因造成誤動(dòng)作而產(chǎn)生倍壓工作，避免逆變主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一。
[0034]附圖2中，逆變主回路中倍壓轉(zhuǎn)換繼電器J2A和J3A控制線包是并聯(lián)的。在380V交流輸入下，繼電器J2A和J3A是不動(dòng)作的。但在220V交流輸入下，則可使繼電器同時(shí)動(dòng)作。并且兩個(gè)繼電器的觸頭J2B和J3B不是并聯(lián)使用的，而是采用了兩個(gè)觸頭串聯(lián)的方式。其目的是:能夠大幅度減小因繼電器觸點(diǎn)粘住而造成380V輸入電壓下產(chǎn)生倍壓工作，避免逆變主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一。而市場(chǎng)上有的逆變焊機(jī)，由于控制電路設(shè)計(jì)不同，工作穩(wěn)定性和抗干擾性差，容易導(dǎo)致在380V交流輸入下倍壓轉(zhuǎn)換控制繼電器誤動(dòng)作。380V輸入時(shí)，單相整流器整流、濾波后的直流電壓已經(jīng)是近530VDC，此時(shí)控制電路若再倍壓的話，整流器整流和濾波后的直流電壓會(huì)超過上千伏特，從而導(dǎo)致倍壓電解電容過壓燒壞。同時(shí)，控制電路中的部分器件也會(huì)出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。這是必須加以克服或絕對(duì)防止的。
[0035]此外，市場(chǎng)上很多的220V/380V雙電源電壓逆變焊機(jī)，其主繼電器的觸頭位置原來(lái)是布置在直流母線上，即整流橋輸出回路中的。在220V輸入電源電壓下，這樣的設(shè)計(jì)，當(dāng)倍壓轉(zhuǎn)換繼電器動(dòng)作而形成倍壓開通狀態(tài)時(shí)，主繼電器的觸頭會(huì)承受近620VDC的高直流電壓，繼電器的觸點(diǎn)之間很容易形成拉弧現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)燒壞或粘住觸頭問題。大大影響了焊機(jī)的工作可靠性。然而，如附圖2所示，在本實(shí)用新型電路中，將主繼電器JlA的觸頭JlB布置位置從直流母線(即整流橋BI輸出的回路)上改到交流電源輸入端(圖中靠近AC2的位置)。焊機(jī)電路工作時(shí)，一方面，輸入電流，也就是流過繼電器觸點(diǎn)JIB的電流，受PTC熱敏電阻PT1、PT2限制不會(huì)很大。另一方面，新的輸入端位置，不像原來(lái)在直流母線回路中那樣，其回路承受的電壓相對(duì)較低了很多，這樣繼電器JlA的觸點(diǎn)JlB就不會(huì)出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，因而可提高繼電器JlA的使用壽命。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一O
[0036]附圖2中，一路獨(dú)立的直流輸出電源(見CN5插頭部分)給開關(guān)電源變壓器(見附圖3中的X3插頭部分)供電。使開關(guān)電源的輸入直流電源不會(huì)因倍壓轉(zhuǎn)換而造成輸入電壓過高的現(xiàn)象。這就提高了高壓開關(guān)電源電路工作的穩(wěn)定性和可靠性。而市場(chǎng)上很多的逆變焊機(jī)，其開關(guān)電源的供電取自整流濾波后的直流母線之間的電壓，一旦倍壓電路產(chǎn)生異常，形成上千伏特的高電壓，會(huì)導(dǎo)致主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一。
[0037]轉(zhuǎn)換電壓的U2/U3檢測(cè)光電耦合器采用并聯(lián)使用方式，提高了轉(zhuǎn)換電路的可靠性。這是本實(shí)用新型與很多同類焊機(jī)控制電路方面的主要區(qū)別特征之一。
[0038]見附圖3和附圖4所示，Tl驅(qū)動(dòng)隔離變壓器、U62集成P麗芯片(SG3525)、Q64?Q67、Z63和Z64穩(wěn)壓管，以及上述器件周圍的二極管、穩(wěn)壓管、電阻、電容等組成IGBTl和IGBT2管的逆變PWM、驅(qū)動(dòng)電路控制電路部分。IGBTl和IGBT2管，兩路驅(qū)動(dòng)部分的電路形式基本是一致的。由于U62芯片的11腳和14腳輸出Pmi信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率小，故需要經(jīng)過Q64?Q67、T1驅(qū)動(dòng)隔離變壓器等器件組成的驅(qū)動(dòng)控制電路進(jìn)行功率放大。最后通過Tl驅(qū)動(dòng)隔離變壓器去控制IGBTl和IGBT2管的通或斷工作狀態(tài)。附圖4中，U62芯片的11腳和14腳輸出控制信號(hào)是兩組P麗方波脈沖信號(hào)。其方波的頻率是固定的，有幾十KHz。它由該芯片的RT、CT腳連接的電阻和電容參數(shù)(如R616、R619和電容C611)決定。兩組方波脈沖信號(hào)在時(shí)間上有一個(gè)固定的時(shí)間差，專業(yè)上也稱為死區(qū)時(shí)間。它是保障IGBT兩組開關(guān)交替工作的重要參數(shù)之一。該時(shí)間是通過U62芯片的外圍器件(如R616、R619和電容C611)參數(shù)設(shè)置而確定的。至于如何確定，查看U62芯片的相關(guān)使用資料或說明即可了解。這里不再重復(fù)。這里需要說明的是:U2芯片輸出的PffM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)。它的脈沖寬度由焊接電流給定信號(hào)Ug(Pl_6端信號(hào))與輸出電流負(fù)反饋信號(hào)Ufi(Pl-4端信號(hào))共同決定?？刂频膶?duì)象或目標(biāo)是輸出電流大小?？蛰d時(shí)，來(lái)自分流器FL的負(fù)反饋信號(hào)Ufi很小?？刂齐娐樊a(chǎn)生一個(gè)占空比較大的PWM脈沖信號(hào)，使IGBTl和IGBT2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)操作者調(diào)節(jié)好前面板上焊接電流的電位器，并進(jìn)行焊接時(shí)，控制電路通過FL分流器檢測(cè)到輸出電流信號(hào)Ufi。它與焊接電流給定信號(hào)Ug進(jìn)行比較。比較后的差值信號(hào)，在其它控制電路(主要是附圖4中的Ul運(yùn)算放大器等構(gòu)成的PI(比例+積分)輸出特性控制電路)的作用下，運(yùn)算放大器Ul輸出的結(jié)果控制U2 PffM芯片的輸出PffM脈沖寬度或一定頻率和占空比的信號(hào)。該信號(hào)通過IGBT的脈沖驅(qū)動(dòng)電路，最終決定焊機(jī)逆變主電路的輸出電流和電壓大小，實(shí)現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準(zhǔn)確控制。并使焊機(jī)的輸出特性為恒流帶外拖的下降特性。進(jìn)一步地說，當(dāng)焊接電流給定信號(hào)Ug不變時(shí)，隨著焊機(jī)電路檢測(cè)到的電流負(fù)反饋Ufi信號(hào)增加，并且達(dá)到給定的設(shè)定值后，焊接電流給定信號(hào)Ug與電流負(fù)反饋控制信號(hào)Ufi的差值會(huì)隨電流增加而減小，通過UI電路的PI控制后，使焊機(jī)輸出Pmi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，隨著輸出電流的微小增加，輸出電壓會(huì)降低很多。當(dāng)電壓下降到16V以下時(shí)，隨著電壓的降低，控制電路可使焊機(jī)輸出PffM芯片的脈沖寬度或占空比增加，使焊接電流按照設(shè)定的參數(shù)增大，最終形成恒流帶外拖的下降特性。當(dāng)焊接電流給定信號(hào)Ug變化時(shí)，電流截止負(fù)反饋的設(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Ugmin最小和最大Ugmax之間，就可獲得無(wú)數(shù)條下降特性曲線。這樣的控制輸出特性也是滿足手工電弧焊接的基本要求。
[0039]見附圖3和附圖4中，U62逆變PffM和IGBT驅(qū)動(dòng)等控制電路部分，其輸出Gl和El、G2和E2分別為兩組PffM脈沖信號(hào)，分別去控制逆變主電路中IGBTl和IGBT2開關(guān)的通、斷狀態(tài)。U62芯片的Pmi輸出信號(hào)的脈沖寬度受Ug輸入給定信號(hào)和電流負(fù)反饋信號(hào)Uf ?控制。有無(wú)Pmi信號(hào)輸出，則取決P1-11輸出初級(jí)逆變母線電流過流反饋信號(hào)和來(lái)自O(shè)T插頭的溫度保護(hù)繼電器Tc的控制信號(hào)。附圖3中，T3是一個(gè)電流檢測(cè)器，可檢測(cè)逆變主電路直流母線上的電流大小，也就是逆變主變壓器T2的初級(jí)電流信號(hào)。T3的初級(jí)只有I匝，次級(jí)通常有200匝。其次級(jí)輸出經(jīng)0406整流和電阻1?419~1?421及電容0429處理后，由？1-11輸出初級(jí)逆變母線電流過流反饋信號(hào)。該信號(hào)通過附圖4中的穩(wěn)壓管Z61，去控制SCRl晶閘管或可控硅，最終控制U62的8腳電平狀態(tài)(見附圖4所示)。這部分控制電路主要是檢查逆變主電路是否發(fā)生過流現(xiàn)象，并進(jìn)行相應(yīng)的控制。如果出現(xiàn)過流，附圖4中的Z61會(huì)擊穿，SCRl晶閘管導(dǎo)通，P1-13被SCRl拉至低電平。D601 二極管的陽(yáng)極電位也會(huì)被拉至低電平，三極管Q62截止，Q63導(dǎo)通，U62芯片11和14腳輸出的WM信號(hào)關(guān)閉，焊機(jī)逆變主電路IGBTl和IGBT2的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)關(guān)閉，焊機(jī)關(guān)閉輸出。同時(shí)，附圖3中PCB上的LED406發(fā)光，進(jìn)行過流/過熱指示;連接至X7插頭的面板過流/過熱指示LEDl發(fā)光二極管也會(huì)點(diǎn)亮，進(jìn)行過流指示。
[0040]附圖3中，OT接口連接至常開型的溫度繼電器。而溫度繼電器又緊貼在IGBT或D420?D422輸出快速恢復(fù)二極管的鋁合金散熱器上。當(dāng)溫度繼電器動(dòng)作時(shí)，表明主功率器件發(fā)生過熱現(xiàn)象。此時(shí)，附圖3中，R424電阻被短路，會(huì)把P1-13也拉至較低電平。同時(shí)，D601 二極管的陽(yáng)極電位也會(huì)被拉至低電平，三極管Q62截止，Q63導(dǎo)通，U62芯片11和14腳輸出的PWM信號(hào)關(guān)閉，焊機(jī)逆變主電路2只IGBT的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)關(guān)閉，焊機(jī)關(guān)閉輸出。防止焊機(jī)因過熱而燒壞。同時(shí)，附圖3中PCB上的LED406發(fā)光，進(jìn)行過流/過熱指示;連接至X7插頭的面板過熱指示LEDl發(fā)光二極管也會(huì)點(diǎn)亮，進(jìn)行過流/過熱指示。之后，在冷卻風(fēng)機(jī)的作用下，當(dāng)鋁合金散熱器的溫度下降到一定程度后，焊機(jī)內(nèi)部的過熱現(xiàn)象消除，熱保護(hù)器恢復(fù)到常開狀態(tài)時(shí)，控制電路才能繼續(xù)輸出P麗控制信號(hào)。同時(shí)過流/過熱指示燈(黃色)熄滅。焊機(jī)又可以再次輸出。
[0041 ]附圖3和附圖1中，X6接口連接著面板電流調(diào)節(jié)電位器W348接口連接著面板電流顯示表。Wl是電流顯示數(shù)據(jù)與實(shí)際電流數(shù)據(jù)的校正微調(diào)電位器。W2是實(shí)際電流數(shù)據(jù)的校正微調(diào)電位器。
[0042]以上是本實(shí)用新型各電路板部分及焊接方法的簡(jiǎn)要控制過程說明。因闡述電路原理比較復(fù)雜。以上僅給出控制的思想和結(jié)果。但由于本實(shí)用新型已給出了詳細(xì)電路原理圖，因此對(duì)于有電路閱讀能力(或具備相關(guān)電路知識(shí))的人來(lái)說，是完全可以讀懂的。電路圖也是一種無(wú)聲的語(yǔ)言。但對(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(lái)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，本專利說明書只能闡述主要的部分，以使專利說明書閱讀人能夠更好地理解相關(guān)的工作原理和過程。
[0043]通過上述說明可見，本實(shí)用新型電路設(shè)計(jì)新穎，有自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路和方法。不僅解決了過去此類焊機(jī)220V和380V雙電源電壓的自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換不可靠的問題，而且具有2 2 O V和3 8 O V雙電源電壓自動(dòng)識(shí)別和高可靠性轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到了大幅度提高。而且，所設(shè)計(jì)的控制電路和焊機(jī)的結(jié)構(gòu)具有控制性能良好、焊機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可滿足產(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)的要求。本實(shí)用新型專利申請(qǐng)保護(hù)的內(nèi)容就在于保護(hù)這種焊機(jī)的電路設(shè)計(jì)。
[0044]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)本實(shí)用新型所作的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只限于這些說明。對(duì)本實(shí)用新型所述技術(shù)領(lǐng)域的其他技術(shù)人員來(lái)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)該視為屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種220V和380V雙電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換IGBT逆變手弧焊機(jī)，包括殼體部分、前面板部分、后面板部分和內(nèi)部的控制板部分，其特征在于:所述的控制板包括轉(zhuǎn)換板、大控制板、Pl和P2控制板，Pl和P2控制板焊裝在大控制板上，各控制板電路之間，按照本實(shí)用新型的電路原理圖關(guān)系連接在一起;所述的轉(zhuǎn)換板的控制電路中增加了晶閘管或可控硅及其控制電路，可防止380V輸入下轉(zhuǎn)換控制電路誤動(dòng)作而產(chǎn)生倍壓;兩個(gè)倍壓轉(zhuǎn)換繼電器是并聯(lián)連接，并將繼電器觸頭布置位置從直流母線上改到交流電源輸入端。2.如權(quán)利要求1所述的一種220V和380V雙電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換IGBT逆變手弧焊機(jī)，其特征在于:所述的前面板部分上安裝有:正、負(fù)極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件、數(shù)顯表、220V電源指示燈、380V電源指示燈、保護(hù)指示燈、手工焊電流調(diào)節(jié)旋鈕和電位器、電源開關(guān);正、負(fù)極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用于分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜，連接時(shí)的極性可根據(jù)電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。3.如權(quán)利要求1所述的一種220V和380V雙電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換IGBT逆變手弧焊機(jī)，其特征在于:所述的后面板部分上安裝有:電源開關(guān)、供電電源線、固線器、冷卻風(fēng)扇；電源線連接到供電電網(wǎng)，電源開關(guān)控制焊機(jī)電源的通或斷，冷卻風(fēng)扇位于焊機(jī)的后部，冷風(fēng)從焊機(jī)機(jī)箱后面板后部的進(jìn)氣孔進(jìn)入，對(duì)焊機(jī)內(nèi)部的一些發(fā)熱器件或零部件。
【文檔編號(hào)】B23K9/10GK205464724SQ201620031867
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月14日
【發(fā)明人】陳權(quán), 魏繼昆, 朱宣輝, 陳法慶, 朱宣東
【申請(qǐng)人】浙江肯得機(jī)電股份有限公司