帶高頻引弧的igbt單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，包括外殼部分、前面板部分、后面板部分和內(nèi)部控制板部分，所述的控制板部分的大控制板立著安裝在外殼部分的底板上，控制板部分分為兩塊，小控制板是通過插件直接焊接在大控制板上的；所述的控制板部分主要包括逆變主電路、輸出濾波電路、開關電源電路、IGBT驅動電路、電流檢測和整流變換電路、熱保護檢測和控制電路、電流給定電路、電磁閥控制電路、高頻引弧控制電路、引弧電流控制電路、輸出特性控制電路，其中輸出特性控制電路布局在小控制板上，其它的電路則布局在大控制板上，本實用新型具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊機有更好的市場適應性。
【專利說明】
帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，屬于逆變焊機技術領域。
技術背景
[0002]目前，逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機產(chǎn)品市場的競爭十分激烈，不僅體現(xiàn)在技術的先進性和優(yōu)勢上，還在很大程度上取決于焊機的功能和設計等方面。
[0003]國內(nèi)外市場上，小型MOS管、IGBT管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機的額定電流通常在80?200A(負載持續(xù)率100-15%)的水平。不同的產(chǎn)品，其控制電路原理圖、電路板結構和整機結構設計等是不同的。在產(chǎn)品的性能、可靠性、制作工藝和成本等方面，也會有較大的差異性。因此，如何在低成本的前提下，開發(fā)性能好的焊機是有一定技術難度的。這也是本實用新型需要解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，具有氬弧焊和手弧焊兩種焊接方法的功能，并且符合產(chǎn)品安全性檢測和認證要求，焊機電路板設計為兩塊;小控制板焊接在大控制板上，整個控制電路主要由逆變主電路、輸出濾波電路、開關電源電路、IGBT驅動電路、電流檢測和整流變換電路、熱保護檢測和控制電路、電流給定電路、電磁閥控制電路、高頻引弧控制電路、引弧電流控制電路、輸出特性控制電路i^一個功能電路組成；小控制板上的電路主要是輸出特性控制電路，其核心由3846PWM脈沖寬度調(diào)制芯片及其外圍器件組成，從其電路的功能來看，主要是完成輸入整流濾波、逆變、輸出濾波、抗干擾、各直流工作電源的產(chǎn)生、P麗脈沖寬度調(diào)節(jié)、IGBT管驅動控制、氬弧焊和手弧焊焊接方法的逆變電路輸出參數(shù)的負反饋控制等工作，最終在控制電路的作用下，實現(xiàn)氬弧焊和手弧焊兩種焊接方法、滿足安全性性能檢測和認證等要求。
[0005]—種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，包括外殼部分、前面板部分、后面板部分和內(nèi)部控制板部分，其特征在于:所述的控制板部分的大控制板立著安裝在外殼部分的底板上，控制板部分分為兩塊，小控制板是通過插件直接焊接在大控制板上的；所述的控制板部分主要包括逆變主電路、輸出濾波電路、開關電源電路、IGBT驅動電路、電流檢測和整流變換電路、熱保護檢測和控制電路、電流給定電路、電磁閥控制電路、高頻弓I弧控制電路、引弧電流控制電路、輸出特性控制電路，其中輸出特性控制電路布局在小控制板上，其它的電路則布局在大控制板上。
[0006]所述的高頻引弧控制電路部分，由HEF40106芯片、817光耦、高壓包、引弧變壓器、火花放電器、高壓電容、MOS管，以及這些器件外圍的很多電阻、電容和二極管器件組成。
[0007]大控制電路板上設有逆變主電路、輸出濾波電路、開關電源電路、IGBT驅動電路、電流檢測和整流變換電路、熱保護檢測和控制電路、電流給定電路、電磁閥控制電路、高頻引弧控制電路、引弧電流控制電路，各電路之間電路連接。
[0008]所述的外殼部分包括外殼和底板。
[0009]所述的后面板部分上安裝有:電源開關、連接電磁閥的氬氣進氣嘴、供電電源線及插頭、后部塑料面板、冷卻風扇；電源線及插頭連接到供電電網(wǎng)，電源開關控制焊機電源的通或斷，冷卻風扇位于焊機的后部，冷風從焊機后部的進氣孔進行，可使左側電路部分的一些發(fā)熱器件或零部件得到較好的冷卻。
[0010]所述的前面板部分上安裝有:塑料前面板或前面蓋、輸出快速接頭座組件、連接氬弧焊槍的氬氣出氣嘴、工作電源指示燈、熱保護狀態(tài)指示燈、氬弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)功能轉換開關、手工焊電流輸出調(diào)節(jié)電位器，兩組輸出快速接頭座組件用于手工電弧焊時分別連接電焊鉗電纜和工件夾電纜。
[0011]本實用新型焊機，由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊機有更好的市場適應性。其良好的電路及其結構設計也是本實用新型的優(yōu)勢所在，也是滿足高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造技術先進性的重要保障。本實用新型焊機的電路原理、電路板和整機結構設計有自己的獨特之處。
【附圖說明】
[0012]附圖1是本實用新型焊機的爆炸圖；
[0013]附圖2是本實用新型焊機的電路原理圖(一)；
[0014]附圖3是本實用新型焊機的電路原理圖(二)；
[0015]附圖4是本實用新型焊機的電路原理圖(三)。
【具體實施方式】
[0016]如圖1-4所示，一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，其主要組成部分包括:
[0017]I)外殼部分。包括外殼2、背帶1、底板11、外殼螺絲等。
[0018]2)后面板部分，后面板10上安裝的零部件主要有:電源開關5、連接電磁閥的氬氣進氣嘴4、供電電源線及插頭7、固線器6、后部塑料面板8、冷卻風扇9等部分。電源線及插頭7連接到供電電網(wǎng)。電源開關5控制焊機電源的通或斷。冷卻風扇9位于焊機的后部，冷風從焊機后部的進氣孔進行。可使左側電路部分的一些發(fā)熱器件或零部件，如IGBT及散熱器散熱器、快速恢復二極管及散熱器等零部件得到較好的冷卻。這樣的風道和冷卻方式設計，有利于保障焊機電路工作的可靠性，也是本實用新型焊機實現(xiàn)較大電流和高負載持續(xù)率的重要原因之一。
[0019]3)前面板部分。焊機前面板上安裝的零部件主要有:塑料前面板或前面蓋12、輸出快速接頭座組件13、輸出快速接頭座組件14、連接氬弧焊槍的氬氣出氣嘴15、工作電源指示燈18及熱保護狀態(tài)指示燈17、氬弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)功能轉換開關19、手工焊電流輸出調(diào)節(jié)電位器16等部分。兩組輸出快速接頭座組件13、14用于手工電弧焊時分別連接電焊鉗電纜和工件夾電纜;工作電源指示燈18指示電源接通。熱保護狀態(tài)指示燈17則指示過熱狀態(tài)是否發(fā)生。當內(nèi)部器件溫度過高，超過動作溫度時，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點亮；另一方面，可使焊機停止焊接或輸出。在焊機不輸出的情況下，風機的冷卻作用會使器件的溫度降低。當降低到恢復動作溫度時，焊機過熱現(xiàn)象消除。過熱指示燈熄滅。同時，焊機可再次焊接。當然，根據(jù)產(chǎn)品制作的需要，前面板12上還可設置電流表、電壓表等部件，以擴展產(chǎn)品的功能或性能。
[0020]4)控制板部分。包括控制板3和該控制板上的很多零部件。例如，IGBT(4只)及其散熱片、CBB475K/400V電容、470uF/400V大電解電容、小控制(PCB電路)板、驅動變壓器、電流互感器或電流環(huán)、整流橋及其散熱器、開關電源變壓器、24V繼電器、集成穩(wěn)壓器7815、M0S管IRFZ24N和IRF9Z24N、輸出濾波電抗器、快速恢復二極管或整流管及其散熱器、逆變主變壓器等部分。小控制板上也有很多的電子元器件，如3846PWM控制芯片、運算放大器、電阻、電容等。
[0021]電路板控制部分與焊機前、后面板上的元器件，如電流調(diào)節(jié)電位器16、風扇9、指示燈17和18、氬弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)功能轉換開關19、電源開關5等，通過一些控制導線進行相互間的電路連接。各電路板之間，器件或零部件之間，按照本實用新型焊機的電路原理圖關系(見附圖2和附圖3)連接在一起。可滿足氬弧焊和手工焊兩種焊接方法功能的電路輸出特性控制。
[0022]如附圖2-4所示，在控制板3上設有小控制板的接口。兩塊控制電路板就是按照相應的接口標識和電路原理圖連接在一起的。小控制板是通過插件直接焊接在大電路板或控制板3上的。這樣，電路板之間就無需采用連接線進行連接。
[0023]附圖2-4是本實用新型焊機的電路原理圖。整個控制電路主要由逆變主電路、輸出濾波電路、開關電源電路、IGBT驅動電路、電流檢測和整流變換電路、熱保護檢測和控制電路、電流給定電路、電磁閥控制電路、尚頻引弧控制電路、引弧電流控制電路、輸出特性控制電路等十一個功能電路組成。從其電路的功能來看，主要是完成輸入整流濾波、逆變、輸出濾波、抗干擾、各直流工作電源的產(chǎn)生、PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)、IGBT管驅動控制、氬弧焊和手弧焊焊接方法的逆變電路輸出參數(shù)(電流)的負反饋控制等工作。最終在控制電路的作用下，實現(xiàn)氬弧焊和手弧焊兩種焊接方法、滿足安全性性能檢測和認證等要求。下面對相關的功能電路進行一些說明:
[0024]見附圖2，逆變主電路由電源開關S1、輸入整流橋BD1、PTCI熱敏電阻、JRI繼電器、(:12工13丄60大電解電容(470卟/40(^等)濾波電路、61~64 IGBT管、Tl逆變主變壓器、D8?Dll和D23?D24快速恢復二極管、輸出濾波電路等組成全橋逆變主電路。由0UT( + )正極性和OUT (-)負極性輸出端輸出焊接電流和電壓。
[0025 ]見附圖2，輸出濾波電路由輸出電流濾波電感L2、濾波電容C45和C46組成。
[0026]見附圖3和附圖3，開關電源電路由T4開關電源變壓器、Ml MOS管、IC2 (3843)PWM脈沖寬度調(diào)制器，D15?16、D12和D14快速二極管、IC4(7915)和IC5(7815)集成穩(wěn)壓器，以及它們周圍的電阻、電容、穩(wěn)壓管ZD3和ZD4等器件組成。
[0027]見附圖2至附圖4，IGBT的驅動電路由T3驅動變壓器、Q6~Q9 MOS場效應管、D4~D7快速二極管，以及它們外圍的電阻、電容等組成。
[0028]見附圖2至附圖4，電流檢測和整流變換電路由電流檢測環(huán)或T2電流互感器、D19?D22、運算放大器IC1C、電阻R45和R50?R52等組成。
[0029]見附圖3和附圖4，熱保護檢測和控制電路由熱敏電阻RT2D、運算放大器IClA和IClB及其外圍的很多電阻、電容和二極管等器件、三極管Q5、光耦IC8、LEDY、CN2及其與之連接的焊機面板過熱指示LED燈(黃色)等組成。LEDY(黃色)為焊接在電路板上的過熱保護指示LED燈。安裝熱敏電阻RT2D時，讓它的溫度檢測面緊貼IGBT的散熱器。
[0030]見附圖3和附圖4，電流給定電路由運算放大器IC1D、與CNl連接的輸出電流調(diào)節(jié)電位器、電流校正電位器RPl和RP2、電阻R46?R49、電容C66?C67等組成。CN5則可連接焊機的電流顯示表。
[0031]見附圖3和附圖4，輸出特性控制電路由U2 P麗脈沖寬度調(diào)制芯片(3846)、Ul四個運算放大器，以及這些器件外圍的很多電阻、電容和二極管等器件組成。
[0032]見附圖2至附圖4，引弧電流控制電路由濾波電感LUlUl光耦、IDl二極管、IQl三極管，以及上述器件外圍相關的電阻、電容等組成。濾波電感LI的作用是防止干擾信號對后級控制電路的影響。當焊機的輸出端0UT(+)和OUT(-)之間輸出電壓較高(例如，焊機空載)時，會有較大電流通過L1、IDl、IRl、IUl光耦(TL817)中的發(fā)光二極管回路，IUl光耦中的發(fā)光二極管會較好發(fā)光。此時，IUl光耦中的輸出端和1R3電阻相當于短路，使IQl三極管不導通。反之，只有當焊機的輸出端0UT(+)和OUT(-)之間輸出電壓較低(例如，手弧焊焊條接觸工件狀態(tài);氬弧焊時，焊槍中的鎢針或鎢極與工件短路狀態(tài))時，IUl光耦中的發(fā)光二極管幾乎不會發(fā)光。此時，IUl光耦中的輸出端和1R3電阻的兩端不會短路，使IQl三極管導通，與CNl插座連接的電流調(diào)節(jié)電位器的中點電位會受到影響，從而使焊機的輸出發(fā)生變化。一旦輸出端電壓升高(例如，氬弧焊時焊槍中的鎢針或鎢極與工件短路接觸后重新提起;或手弧焊焊條接觸工件后重新提起)，IQl三極管又會不導通。由此可見，引弧電流控制是通過焊機輸出端電壓的高低來進行自動完成的。
[0033]見附圖2至附圖4，開關SI是焊機后面板上的供電電源開關;S2是焊機前面板上的氬弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)焊接功能或方法選擇開關。開關合上時為TIG氬弧焊狀態(tài)。斷開時為MMA手弧焊狀態(tài)。S2-1和S2-2都是開關S2的一部分;S3為TIG氬弧焊焊槍開關。
[0034]見附圖3和附圖4，220V的電磁閥DF控制電路由繼電器JR2、三極管2Q3、電容2C1、2C2和2C3、二極管2D1、TIG焊槍開關S3等組成。選擇手工電弧焊時，不使用TIG焊槍，并且S2-1是斷開的，因此，2Q3不會導通，繼電器JR2不動作，電磁氣閥DF也不會動作。當選擇TIG焊時，使用TIG焊槍，并且S2-1是閉合的，2Q1三極管是導通的。IC8光耦輸出的A3信號為低電平，焊機無輸出。當焊槍開關S3閉合時，2Q1三極管變?yōu)榻刂範顟B(tài)，IC8光耦輸出的A3信號為高電平，焊機有輸出；2Q3會導通，繼電器JR2動作，電磁氣閥DF也會動作。使由氣閥控制的氬氣瓶中的保護氣體從焊槍中流出，保護焊接區(qū)域的焊縫金屬不會被空氣氧化。當焊槍開關S3斷開時，一方面，2Q2三極管會立即截止，2Q1會立即導通，IC8光耦輸出的A3信號為低電平，焊機無輸出。另一方面，因為有2R2電阻和2C2電容的積分電路存在，2Q3會繼續(xù)導通，繼電器JR2和電磁氣閥DF也會保持動作。實現(xiàn)保護氣體的滯后閉氣。
[0035]見附圖3和附圖4，高頻引弧控制電路由3T1高壓包、3T2引弧(升壓)變壓器、火花放電器H)、電容3C43和3C11、3Q4 MOS管、3U1(HEF40106)芯片，以及外圍的好多器件組成。OUT(+ )和OUT (-)是焊機的正、負輸出端。OUT A和OUT B串聯(lián)在逆變主電路的輸出負極性回路中。當選擇TIG焊時，S2-1和S2-2是閉合的。此時，2Q1三極管是導通的。IC8光耦輸出的A3信號為低電平，焊機無輸出。由于0UT(+)和OUT(-)正、負輸出端之間沒有電壓輸出，因此，高頻引弧控制電路也不工作。當焊槍開關S3閉合時，2Q1三極管變?yōu)榻刂範顟B(tài)，IC8光耦輸出的A3信號為高電平，焊機輸出較高空載電壓。此時，由于0UT(+)和OUT(-)正、負輸出端之間有較高的電壓輸出，因此，高頻引弧控制電路也會工作。3UI (HEF40106)芯片的輸出，會使3Q4MOS管形成間歇式通斷。通過3T1高壓包的升壓作用，會使電容3C43和3C11兩端的電壓升高。當電壓升高到可擊穿達火花放電器FD之間的氣隙，并形成放電時，電容3C43和3C11與3T2引弧(升壓)變壓器的初級繞組構成振蕩電路，其產(chǎn)生的振蕩高壓高頻信號經(jīng)過3T2引弧(升壓)變壓器的耦合和再次升壓作用，引入到逆變主電路的次級回路或焊接回路。如果此時焊槍中的鎢針與工件之間的距離適當，并且有Ar(氬氣)保護氣體從焊槍中流出，則即可實現(xiàn)氬弧焊的高頻引弧，即鎢針與工件之間的氣隙被高頻高壓振蕩信號擊穿，最終引燃電弧，之后就可以進行正常氬弧焊接操作。引弧成功后，焊機的輸出電壓迅速降低(這也是因為氬弧的電壓是所有焊接電弧中最低的緣故)，通常只有十幾伏左右。比手工焊的電弧電壓(一般25V左右)要低一半。此時，高頻引弧控制電路會使3UUHEF40106)芯片停止輸出，即使3Q4MOS管停止間歇式通斷。這樣，3T1高壓包和3T2引弧(升壓)變壓器、及火花放電器H)也會停止產(chǎn)生高壓和高頻高壓振蕩。除非焊接電弧斷弧后，才會重復上述控制過程。在氬弧焊過程中，當0UT(+)和OUT(-)正、負輸出端之間有較高的焊接電壓輸出時，會使3ZD5穩(wěn)壓管擊穿、穩(wěn)壓，IC9光耦輸出的A3信號為低電平，使焊機無輸出，直到焊機輸出電壓降低后，方可再次輸出。因此，IC9光耦也是控制焊機輸出電壓高低的一個關鍵。
[0036]本實用新型焊機其它部分功能電路的工作原理簡述如下:如附圖2所示。L與N端連接到220V/50HZ等供電電源。電源開關SI接通電網(wǎng)電源后，焊機通電。前面板上的白色電源指示燈(18 )點亮。從電網(wǎng)來的交流電，經(jīng)過BDI整流橋整流后變?yōu)槊}動直流電。整流后的輸出，先經(jīng)過PTCl熱敏電阻，之后，對C12、C13、C60大電解電容(470UF/400V等)進行充電，電壓逐漸升高，最后變?yōu)檩^為穩(wěn)定的+310V直流電，由A、B間輸出到后級電路。
[0037]JRl繼電器會在電源開關SI接通，一定延時時間后動作，其觸頭閉合或短路PTCl熱敏電阻。JRl繼電器的延時是由其控制電路來實現(xiàn)的。C12、C13、C60大電解電容(470UF/400V等)的充電，先經(jīng)過PTCI熱敏電阻，之后再短接PTCI熱敏電阻。這樣的控制電路稱為上電緩沖電路。
[0038]C12、C13、C60大電解電容(470UF/400V等)起著濾波的作用。+310V直流電一方面供給由G1~G4 IGBT管、Tl逆變主變壓器和D8?Dll、D23?D24快速恢復二極管、L2輸出濾波電抗等組成的全橋逆變主電路。其功能主要為:高壓直流電轉換為中頻(幾十KHz)交流電。Tl逆變變壓器實現(xiàn)電壓降壓和大電流輸出的變換。D8?D11、D23?D24快速恢復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的，不穩(wěn)定，不利于焊接過程的穩(wěn)定，因此，采用電流濾波電抗器L2進行濾波。這樣，輸出的電流波形就會變得穩(wěn)定。有利于獲得高質量的焊縫。
[0039]另一方面，+310V直流電供給由T4開關電源變壓器、Ml MOS管、IC2 (3843)PWM脈沖寬度調(diào)制器、D15?16、D12、D14快速二極管、IC4(7915)、IC5(7815)集成穩(wěn)壓器，以及它們周圍的電阻、電容、穩(wěn)壓管ZD3和ZD4等器件組成的開關電源電路，產(chǎn)生+5V、+15V、+24V、-15V電源電壓，供給相應的控制電路等帶電工作。對于開關電源電路部分，由于Ml MOS管與T4開關電源變壓器的初級繞組，以及它們周圍的ZD4穩(wěn)壓管、D15?D16 二極管、很多電阻和電容等組成的電路，是屬于+310V高壓回路的。為確保控制電路的安全，在附圖2中，采用了IC3 (817)光電耦合器進行隔離。開關電源PWM控制小板的核心控制芯片是IC2，即3843 PffM脈沖寬度調(diào)節(jié)器。其外圍的電阻、電容可設定其工作的相關參數(shù)。至于如何確定，需要查看UC3843(或TL3843)的相關使用資料或說明。這里不再重復?？傊琁C2輸出的脈沖為一定工作頻率的驅動脈沖，可使附圖2中的Ml MOS管處于通斷工作狀態(tài)。在T4的4個電壓輸出電路部分，分別獲得+5V、+ 15V、+24V、-15V電源電壓。供給不同的器件和電路使用。例如，+24V通過CN3插頭供給風扇工作;+15V和-15V電源電壓供給運算放大器控制電路等。關于開關電源這部分的工作原理，以上部分只是進行了簡單的說明。如果需要了解本電路部分詳細的工作情況，涉及到開關電源的很多知識。讀者可查詢相關的開關電路書籍或資料作進一步的了解。這里不再詳細說明。
[0040]由開關電源部分的電路及原理可知，本實用新型沒有采用一般的控制變壓器和相關的電壓變換電路來產(chǎn)生上述4個電源電壓。其電路取電來自主回路中的+310V。開關變壓器的體積和尺寸、重量遠小于一般的控制變壓器，這就降低本實用新型焊機的成本，提升了焊機的技術附加值。
[0041]前面已經(jīng)描述，附圖2中，JRl繼電器的動作時間是滯后于電源開關SI合上時刻的。即JRl繼電器是延時動作的。當C12、C13、C60大電解電容(470HF/400V等)上的充電電壓穩(wěn)定后，該繼電器才動作，其觸頭閉合PTCl熱敏電阻，使本實用新型焊機正常逆變工作時，大電流是從繼電器的觸頭流過的。這樣的電路，稱為上電緩沖電路。主要是防止電源開關SI接通瞬間，由于C12、C13、C60大電解電容上沒有電壓，相當于短路，會形成較大的浪涌電流，燒壞電源開關SI。而上電緩沖電路的作用，就是通過合閘瞬間串入PTCl熱敏電阻，來限制浪涌電流的。并且，PTCl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作用。
[0042]附圖2至附圖3中，T3驅動變壓器、Q6~Q9 MOS場效應管、D4~D7快速二極管，以及它們外圍的電阻、電容等組成IGBT的驅動電路部分。4個IGBT，4路驅動，每個部分的驅動電路形式是一致的。該部分電路，輸入的控制信號A5、A7來自輸出特性控制電路中的U2 PffM脈沖寬度調(diào)制芯片(UC3846 )的A OUT和B OUT輸出端。由于U2芯片輸出的信號驅動功率小，故需要經(jīng)過驅動功率電路進行放大，再通過T3驅動變壓器及其外圍的驅動電路去控制4個IGBT的工作狀態(tài)。U2脈沖寬度調(diào)制(PffM)芯片(UC3846)輸出的控制信號是兩組方波脈沖信號。兩組方波脈沖信號在時間上有一個固定的時間差，專業(yè)上也稱為死區(qū)時間。是保障IGBT兩組開關交替工作的重要參數(shù)之一。該時間是通過UC3846芯片的外圍器件(RT端的R21和R22;CT端的C7)參數(shù)設置而確定的。至于如何確定，需要查看UC3846的相關使用資料或說明。這里不再重復。這里需要說明的是:PWM脈沖寬度調(diào)制信號是決定焊機逆變主電路輸出電壓和電流大小的信號。而PWM脈沖寬度調(diào)制信號則受焊機的電流調(diào)節(jié)給定信號Ug和電流負反饋信號Ufi決定。
[0043]見附圖2至附圖4，通過電流檢測環(huán)或T2電流互感器，最后由電流檢測和整流變換電路輸出電流負反饋信號Uf i。連接至輸出特性控制電路中的A24。
[0044]見附圖3和附圖4，輸出電流調(diào)節(jié)電位器通過CNl連接至電流給定電路。通過電流給定電路，由運算放大器IClD的輸出端，S卩A21端獲得電流調(diào)節(jié)給定信號Ug。電流校正電位器RPl和RP2，可校正焊機輸出的最大和最小電流。通過與給定電位器的配合，可使焊機的輸出電流符合銘牌中電流變化范圍的要求。CN5則可連接焊機的電流顯示表。
[0045]本實用新型焊機氬弧焊和手工電弧焊輸出特性的控制過程簡述如下:
[0046]焊機后面板的開關合上接通供電電源極短的時間后(此期間，焊機電路進行上電緩沖控制，有一定的延時控制)，焊機內(nèi)部的上述各控制板帶電工作。前面板上的白色電源指示LED燈亮，指示焊機帶電。
[0047]當通過焊機前面板上的方法選擇開關選擇手工電弧焊后，在控制電路的作用下，焊機內(nèi)部的U2 PffM脈沖寬度控制電路產(chǎn)生一個占空比較大的脈沖信號，使IGBT的驅動電路工作，使兩組IGBT處于交替導通狀態(tài)，最終使逆變主電路輸出空載電壓。當操作者調(diào)節(jié)好前面板上焊接電流的給定電位器信號Ug，并進行焊接時，通過電流檢測環(huán)或T2電流互感器，由電流檢測和整流變換電路可檢測到逆變主電路中的變壓器初級電流信號，即電流負反饋信號Ufi。該電流負反饋信號Ufi，與焊接電流給定信號Ug進行比較。比較后的差值信號，通過附圖3中的輸出特性控制電路，進行PI (比例和積分)調(diào)節(jié)控制。其輸出的結果控制U2 PffM芯片的脈沖寬度或占空比輸出。通過IGBT的驅動電路，控制逆變主電路中IGBT的通斷時間，最終決定焊機輸出電流和電壓的大小，實現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準確控制。并使焊機的輸出特性為恒流帶外拖的下降特性。進一步地說，當焊接電流給定信號Ug不變時，隨著焊機電路檢測到的負反饋Ufi電流信號增加，并且，達到給定的設定值后，焊接電流給定Ug信號與Ufi電流負反饋控制信號的差值會隨電流增加而減小，通過PI控制后，使焊機輸出PWM芯片的脈沖寬度或占空比減小，焊機的輸出電壓降低。這一過程，也就是所謂的電流截止負反饋控制。即只有當電流達到焊接電流電位器的設定值后才起作用的反饋控制。此后，隨著電流微小的增加，電壓降低會很多。當焊機輸出電壓下降到16V以下時，隨著電壓的降低，控制電路可使U2 PWM芯片的脈沖寬度或占空比增加，使焊接電流按照設定的參數(shù)增大，最終形成恒流帶外拖的下降特性。當焊接電流給定信號變化時，電流截止負反饋設定值不同，但其它的控制過程是類似的。這樣，在電位器設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。
[0048]當通過焊機前面板上的方法選擇開關選擇氬弧焊后，如果連接好氬弧焊所需的焊槍、保護氣體等必要裝置后，即可開始焊接操作。首先，使焊槍鎢針與工件間保持適當?shù)木嚯x，通常是幾個毫米。當按下焊槍開關S3后，在控制電路的作用下，電磁氣閥DF動作，先焊接區(qū)輸送保護氣體。同時，焊機內(nèi)部的U2 PWM脈沖寬度控制電路產(chǎn)生一個占空比較大的脈沖信號，使IGBT的驅動電路工作，使兩組IGBT處于交替導通狀態(tài)，最終使逆變主電路輸出空載電壓。之后，在高頻引弧控制電路的作用下，實現(xiàn)高頻引弧。焊機的輸出電流，由操作者調(diào)節(jié)好的前面板上焊接電流給定電位器信號Ug的決定。焊接時，通過電流檢測環(huán)或T2電流互感器，由電流檢測和整流變換電路可檢測到逆變主電路中的變壓器初級電流信號，即電流負反饋信號Ufi。該電流負反饋信號Ufi，會與焊接電流給定信號Ug進行比較。比較后的差值信號，通過附圖3中的輸出特性控制電路，進行PI(比例和積分)調(diào)節(jié)控制。其輸出的結果控制U2 Pmi芯片的脈沖寬度或占空比輸出。通過IGBT的驅動電路，控制逆變主電路中IGBT的通斷時間，最終決定焊機輸出電流和電壓的大小，實現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準確控制。并使焊機的輸出特性為恒流帶外拖的下降特性。進一步地說，當焊接電流給定信號Ug不變時，隨著焊機電路檢測到的負反饋Ufi電流信號增加，并且，達到給定的設定值后，焊接電流給定Ug信號與Ufi電流負反饋控制信號的差值會隨電流增加而減小，通過PI控制后，使焊機輸出PWM芯片的脈沖寬度或占空比減小，焊機的輸出電壓降低。這一過程，也就是所謂的電流截止負反饋控制。即只有當電流達到焊接電流電位器的設定值后才起作用的反饋控制。當焊接電流給定信號變化時，電流截止負反饋設定值不同，但其它的控制過程是類似的。這樣，在電位器設定的最小和最大之間，就可獲得無數(shù)條下降特性曲線。如果松開焊槍開關準備不進行焊接時，2Q2會截止，2Q1會導通，會使焊機關閉輸出。但是，由于2R2、2C2和2C3的延時作用，DF電磁閥會滯后一些時間停止動作，這就實現(xiàn)了氬弧焊的滯后閉氣控制。以上的控制過程，也是滿足氬弧焊焊接的基本要求。
[0049]關于焊機在兩種焊接方法中，其它部分電路的工作過程，由于以上部分已經(jīng)進行了許多說明。這里就不再詳細贅述了。
[0050]關于過熱保護控制，下面進行一些說明。在焊機輸出過程中，當IGBT的散熱器發(fā)生過熱現(xiàn)象時，或當熱保護檢測和控制電路中的(緊貼IGBT的散熱器安裝的)熱敏電阻RT2D檢測到IGBT的散熱器過熱時，通過熱保護檢測和控制電路中的運算放大器狀態(tài)翻轉，使三極管Q5導通，焊接在電路板上的過熱保護指示LEDY燈點亮；與CN2連接的焊機面板過熱指示LED燈(黃色)點亮。同時，IC8中的發(fā)光二極管發(fā)光，其內(nèi)部的三極管導通。光耦IC8的輸出信號，連接至輸出特性控制電路。通過該電路，可關閉U2 Pmi芯片的脈沖輸出，使焊機停止輸出電流。在冷卻風機的作用下，當過熱現(xiàn)象消除時，控制電路才能繼續(xù)輸出PWM控制信號。同時過熱指示燈(黃色)熄滅。這就實現(xiàn)了焊機過熱保護。
[0051]關于本實用新型焊機的電路抗干擾措施，主要有以下幾個方面:
[0052 ] I)輸入濾波。見附圖2，輸入濾波電路由濾波電容C61組成。主要是對來自電網(wǎng)的干擾信號進行濾波，減少或降低干擾信號對本發(fā)明焊機控制電路工作的不利影響。
[0053 ] 2 )輸出濾波。見附圖2，輸出濾波電路由輸出電流濾波電感L2、濾波電容C45和C46組成?？梢种齐娏鞑▌?，減小電流波形中的毛刺突變信號。
[0054]3)IGBT開關和輸出整流抗干擾措施。見附圖2，逆變主電路工作過程中，IGBT開關器件在通斷控制過程中，會產(chǎn)生尖峰干擾信號。這些干擾信號是通過并聯(lián)在IGBT器件兩端的電阻和電容(如1?22、021;1?25、024;(:15~(:16等)抗干擾電路來加以降低或控制的。而并聯(lián)在快速恢復二極管器件08~011、023~024兩端的電阻和電容(如1?27、026;1?26、025<44等)抗干擾電路則可以降低快速恢復二極管整流過程中的尖峰干擾信號。
[0055]此外，在結構設計方面，還有電磁屏蔽的措施。本實用新型的控制板3立著安裝在底板上。逆變及控制電路等部分相當于被外殼2、底板11和后面板10、前面板組成的金屬外殼包圍。可起到隔離強電磁干擾、限制電磁輻射等作用。
[0056]上述措施是保證本發(fā)明電路制成的焊機產(chǎn)品工作可靠性的一個重要前提。
[0057]以上是本實用新型焊機各個電路部分以及氬弧焊和手弧焊方法的簡要控制過程說明。由于本實用新型已經(jīng)給出了附圖2和附圖3的詳細電路原理圖，因此，對于有電路閱讀能力(或具備相關電路知識)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，對于沒有電路閱讀能力(或不具備相關電路知識)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的工作原理和過程。
[0058]通過上述說明可見，本實用新型電路有自己獨特的設計思路和方法。不僅可實現(xiàn)焊機氬弧焊和手弧焊兩種焊接方法輸出等控制，而且，所設計的控制電路和焊機的整機結構，都是使本實用新型焊機產(chǎn)品符合安全性認證要求，具有良好控制性能等技術優(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、制造工藝技術先進性的重要保障。本實用新型專利申請保護的內(nèi)容就在于保護這種焊機的結構設計。
[0059]此外，本實用新型的電路板之間連接簡單，電路板上器件很多是采用自動貼片機和插件機完成加工的，其制作工序和生產(chǎn)工藝大為簡化，降低產(chǎn)品重量、生產(chǎn)和運輸成本。
[0060]以上內(nèi)容是結合具體的焊機結構和電路板及控制功能對本實用新型所作的詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只限于這些說明。對本實用新型所述技術領域的其他技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干其它的推演和變換，這些都應該視為屬于本實用新型保護的范疇。
【主權項】
1.一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，包括外殼部分、前面板部分、后面板部分和內(nèi)部控制板部分，其特征在于:所述的控制板部分的大控制板立著安裝在外殼部分的底板上，控制板部分分為兩塊，小控制板是通過插件直接焊接在大控制板上的;所述的控制板部分主要包括逆變主電路、輸出濾波電路、開關電源電路、IGBT驅動電路、電流檢測和整流變換電路、熱保護檢測和控制電路、電流給定電路、電磁閥控制電路、高頻弓I弧控制電路、引弧電流控制電路、輸出特性控制電路，其中輸出特性控制電路布局在小控制板上，其它的電路則布局在大控制板上。2.如權利要求1所述的一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，其特征在于:所述的高頻引弧控制電路部分，由HEF40106芯片、817光耦、高壓包、引弧變壓器、火花放電器、高壓電容、MOS管，以及這些器件外圍的很多電阻、電容和二極管器件組成。3.如權利要求1所述的一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，其特征在于:大控制電路板上設有逆變主電路、輸出濾波電路、開關電源電路、IGBT驅動電路、電流檢測和整流變換電路、熱保護檢測和控制電路、電流給定電路、電磁閥控制電路、高頻引弧控制電路、引弧電流控制電路，各電路之間電路連接。4.如權利要求1所述的一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，其特征在于:所述的外殼部分包括外殼和底板。5.如權利要求1所述的一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，其特征在于:所述的后面板部分上安裝有:電源開關、連接電磁閥的氬氣進氣嘴、供電電源線及插頭、后部塑料面板、冷卻風扇；電源線及插頭連接到供電電網(wǎng)，電源開關控制焊機電源的通或斷，冷卻風扇位于焊機的后部，冷風從焊機后部的進氣孔進行，可使左側電路部分的一些發(fā)熱器件或零部件得到較好的冷卻。6.如權利要求1所述的一種帶高頻引弧的IGBT單管逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機，其特征在于:所述的前面板部分上安裝有:塑料前面板或前面蓋、輸出快速接頭座組件、連接氬弧焊槍的氬氣出氣嘴、工作電源指示燈、熱保護狀態(tài)指示燈、氬弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)功能轉換開關、手工焊電流輸出調(diào)節(jié)電位器，兩組輸出快速接頭座組件用于手工電弧焊時分別連接電焊鉗電纜和工件夾電纜。
【文檔編號】B23K9/10GK205496750SQ201521099400
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月28日
【發(fā)明人】蔡慶樂, 魏繼昆, 陳法慶, 朱宣輝, 朱宣東
【申請人】浙江肯得機電股份有限公司