專利名稱：交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電焊機控制技術，具體涉及一種適用于半橋拓撲二次逆變交流方波鎢極氬弧焊機的穩弧裝置。
背景技術：
由于鋁、鎂及其合金材料具有耐腐蝕、密度小、重量輕、機械特性好等優點，越來越受人們的歡迎，尤其在航空、航天、核能、道橋、裝 修等領域得到廣泛的使用。但是鋁、鎂及其合金材料的表面易氧化，形成一層致密的氧化膜，該氧化膜的熔點較鋁的熔點高且不易破碎。國內外對鋁、鎂及其合金材料的焊接主要采用交流鎢極氬弧焊，既能滿足鋁材的陰極清理作用，又能減少鎢極的損耗。現有技術的不足之處是，在交流方波鎢極氬弧焊機焊接過程中，焊接電流的極性周期性變化，在正負半波交替時電流過零反向，電弧空間發生消電離和再引弧過程，特別在焊接電流小于40A時，當電流正半波向負半波轉變時，由于焊件鋁、鎂及其合金材料的電子發射能力差而使得電弧復燃困難，將導致電弧熄滅(俗稱“斷弧”)，嚴重影響焊接工藝和焊接效率。為了解決斷弧問題，就需要有能使電弧重新引燃的穩弧裝置，目前比較常用的方法大致有三種1、采用全橋拓撲二次逆變主電路，利用大功率濾波電感自舉升壓穩弧，但這種方法存在二次功耗大，效率低，且交流方波頻率可調節范圍窄，整機材料成本高等缺陷；
2、采用適時疊加高頻高壓維弧脈沖，但這種方法存在高頻干擾，對人體及設備有很大的傷害；3、新增維弧直流高壓電路采用繼電器控制，當電弧燃燒時繼電器接通，將該直流高壓連續施加于二次逆變電源兩端，空載時關斷該直流高壓電路，但這種方法存在電路復雜，整流管及二次逆變開關管耐壓高選型難，材料成本高，且因控制繼電器長期疲勞工作而將導致維弧效果不穩定。因此，特別需要一種交流方波鎢極氬弧焊機的穩弧裝置，既具備無高頻干擾危害、功耗低、效率高、材料選型方便、成本低廉，又能保證高性能的穩弧效果。
發明內容
本發明目的在于解決交流電弧不穩，小電流易斷弧的問題，同時又能有效克服現有焊機存在的高頻干擾危害問題及電路復雜、材料選型難、功耗高效率低、工作不穩定等缺陷。為實現上述目的，本發明提供了一種一種交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，包括高頻電源輸入單元(100)、倍壓整流單元(200)、穩弧同步控制單元(300)、以及穩弧脈沖輸出單元(400)，其中，所述高頻電源輸入單元(100)的輸入端用于連接一次逆變開關管輸出端，所述倍壓整流單元(200)的輸入端連接所述高頻電源輸入單元(100)的輸出端，所述穩弧同步控制單元(300)的輸入端用于連接二次逆變驅動控制電路輸出端，所述穩弧脈沖輸出單元(400)的輸入端連接所述穩弧同步控制單元(300)的輸出端，所述倍壓整流單元(200)連接所述穩弧脈沖輸出單元(400)。優選地，所述高頻電源輸入單元(100)包括依次連接的主變壓器穩弧繞組(101)、以及焊接模式控制開關(102)，其中，所述主變壓器穩弧繞組(101)連接在所述一次逆變開關管輸出端與焊接模式控制開關(102)之間，所述焊接模式控制開關(102)的輸出端作為所述高頻電源輸入單元(100)的輸出端。優選地，所述倍壓整流單元(200)包括依次連接的所述高頻耦合電容(201)、整流二極管(202 )、以及高壓濾波電容(203 )，其中，所述高頻耦合電容(201)連接在所述高頻電源輸入單元(100 )的輸出端與所述整流二極管(202 )之間。優選地，所述穩弧同步控制單元(300)包括依次連接的脈沖前沿檢測電路(301)、以及光電隔離驅動電路(302)，其中，所述脈沖前沿檢測電路(301)連接在所述二次逆變驅 動控制電路輸出端與所述光電隔離驅動電路(302)之間，所述光電隔離驅動電路(302)的輸出端作為所述穩弧同步控制單元(300)的輸出端。優選地，所述穩弧脈沖輸出單元(400)包括依次連接的穩弧驅動電源電路(401)、穩弧控制開關管(402)、穩弧限流電路(403)，其中，所述穩弧驅動電源電路(401)連接在所述穩弧同步控制單元(300)的輸出端與所述穩弧控制開關管(402)之間，所述穩弧控制開關管(402 )連接所述高壓濾波電容(203 )。優選地，所述倍壓整流單元(200)用于將所述高頻電源輸入單元(100)提供的高頻交流電源倍壓整流為多倍于焊機空載電壓的高壓直流負極性電源。優選地，所述倍壓整流單元(200)用于將所述高頻電源輸入單元(100)提供的高頻交流電源倍壓整流為5倍于焊機空載電壓的高壓直流負極性電源。優選地，所述穩弧同步控制單元(300)用于通過檢測交流電流負半波開通信號并形成一定寬度的穩弧脈沖控制信號。優選地，所述采用穩弧脈沖輸出單元(400)用于為焊接回路提供電壓、電流、時間一定的穩弧脈沖。根據本發明提供的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置和現有技術相比，其優點在于，本發明電路簡潔，成本低廉，采用主變壓器提供穩弧電路所需的電源能量，采用倍壓整流電路將主變壓器高頻交流電源倍壓整流為5倍于焊機空載電壓的高壓直流負極性電源，采用穩弧同步控制單元通過檢測交流電流負半波開通信號并形成一定寬度的穩弧脈沖控制信號，采用穩弧脈沖輸出單元為焊接回路提供電壓、電流、時間一定的穩弧脈沖，能可靠消除大小電流的斷弧現象，確保良好的穩弧效果和較高的性價比。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯圖I為根據本發明提供的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置的模塊示意圖；圖2為根據本發明提供的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置的電路原理圖；圖3為根據本發明提供的交流方波鎢極氬弧焊機的二次逆變輸出電路示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施例。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。如圖I所示，根據本發明提供的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置主要由高頻電源輸入單元100、倍壓整流單元200、穩弧同步控制單元300、穩弧脈沖輸出單元400四部分組成。高頻電源輸入單元100包括主變壓器穩弧繞組101、焊接模式控制開關102 ;倍壓整流單元200包括高頻耦合電容201、整流二極管202、高壓濾波電容203 ;穩弧同步控制單元300包括脈沖前沿檢測電路301、光電隔離驅動電路302 ;穩弧脈沖輸出單元400包括穩弧驅動電源電路401、穩弧控制開關管402、穩弧限流電路403。
如圖2所示，根據本發明提供的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置中，主變壓器Tl的維弧繞組通過焊接模式控制繼電器Jl為維弧電路供給交流175V高頻方波電源，繼電器Jl在交流焊模式下吸合導通，在直流焊模式下釋放關斷；電容Cl、C2、二極管Dl、D2組成倍壓整流單元，將主變壓器TI穩弧繞組供給的交流175V電源整流并升壓為負350V直流電源；電容C4、電阻R6組成交流電流負半波開通信號前沿檢測電路，通過電阻R5為光電耦合集成電路Ul提供同步驅動信號；二極管D4、電阻R4為維弧開關管Ql提供驅動電源，二極管D3、電容C3組成驅動電源穩壓濾波電路，保證維弧開關管Ql的柵極驅動信號為18V脈沖電壓；電阻Rl、R2為維弧開關管Ql的驅動電阻，Ql在Ul的控制下與交流電流負半波開通信號前沿同步導通并定時關斷，為焊接回路提供負極性維弧脈沖；電阻R3為大功率電阻，用于維弧脈沖的限流。本實施例中，穩弧脈沖寬度為50 lOOus，維弧電壓為負350V，維弧電流為5 10A。如圖3所示，根據本發明提供的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置中，二次逆變主電路采用半橋拓撲，主變壓器Tl的原邊繞組與一次逆變開關管連接，用于輸入一次高壓交流電源；次級繞組與橋式整流二極管連接用于整流輸出二次逆變回路所需的低壓直流電源；二次逆變開關管與二次逆變驅動電路連接，上下開關管在驅動電路控制下按用戶設置的交流頻率和導通比率(也稱“EP比率”)交替導通，為焊接回路提供交流方波焊接電流；主變壓器Tl的穩弧繞組與焊接模式控制繼電器Jl的常開觸點連接，用于為穩弧電路提供高頻交流電源，焊接模式控制繼電器Jl受控于用戶的焊接模式指令，在交流方波焊接模式下Jl吸合接通，直流焊接模式下釋放關斷；脈沖前沿檢測電容C4與二次逆變驅動電路連接，驅動信號直接取自二次逆變開關管下管的柵極驅動電阻前，無論二次逆變開關管是否存在開通死區或死區時間的長短變化，只要二次逆變開關管下管一旦接收到開通指令，即交流電流負半波啟動瞬間，穩弧開關管Ql將同步導通50 lOOus，將負350V直流電壓瞬間施加與焊接回路，避免了交流斷弧，保證了交流電弧的穩定燃燒。盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其特征在于，包括高頻電源輸入單元(100)、倍壓整流單元(200)、穩弧同步控制單元(300)、以及穩弧脈沖輸出單元(400)，其中，所述高頻電源輸入單元(100)的輸入端用于連接一次逆變開關管輸出端，所述倍壓整流單元(200)的輸入端連接所述高頻電源輸入單元(100)的輸出端，所述穩弧同步控制單元(300 )的輸入端用于連接二次逆變驅動控制電路輸出端，所述穩弧脈沖輸出單元(400 )的輸入端連接所述穩弧同步控制單元(300)的輸出端，所述倍壓整流單元(200)連接所述穩弧脈沖輸出單元(400)。
2.根據權利要求I所述的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其特征在于，所述高頻電源輸入單元(100)包括依次連接的主變壓器穩弧繞組(101)、以及焊接模式控制開關(102)，其中，所述主變壓器穩弧繞組(101)連接在所述一次逆變開關管輸出端與焊接模式控制開關(102)之間，所述焊接模式控制開關(102)的輸出端作為所述高頻電源輸入單元(100)的輸出端。
3.根據權利要求I所述的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其特征在于，所述倍壓整流單元(200)包括依次連接的所述高頻耦合電容(201)、整流二極管(202)、以及高壓濾波電容(203)，其中，所述高頻耦合電容(201)連接在所述高頻電源輸入單元(100)的輸出端與所述整流二極管(202)之間。
4.根據權利要求I所述的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其特征在于，所述穩弧同步控制單元(300)包括依次連接的脈沖前沿檢測電路(301)、以及光電隔離驅動電路(302)，其中，所述脈沖前沿檢測電路(301)連接在所述二次逆變驅動控制電路輸出端與所述光電隔離驅動電路(302)之間，所述光電隔離驅動電路(302)的輸出端作為所述穩弧同步控制單元(300)的輸出端。
5.根據權利要求4所述的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其特征在于，所述穩弧脈沖輸出單元(400)包括依次連接的穩弧驅動電源電路(401)、穩弧控制開關管(402)、穩弧限流電路(403)，其中，所述穩弧驅動電源電路(401)連接在所述穩弧同步控制單元(300)的輸出端與所述穩弧控制開關管(402)之間，所述穩弧控制開關管(402)連接所述高壓濾波電容(203)。
6.根據權利要求I所述的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其特征在于，所述倍壓整流單元(200 )用于將所述高頻電源輸入單元(100 )提供的高頻交流電源倍壓整流為多倍于焊機空載電壓的高壓直流負極性電源。
7.根據權利要求6所述的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其特征在于，所述倍壓整流單元(200 )用于將所述高頻電源輸入單元(100 )提供的高頻交流電源倍壓整流為5倍于焊機空載電壓的高壓直流負極性電源。
8.根據權利要求I所述的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其特征在于，所述穩弧同步控制單元(300)用于通過檢測交流電流負半波開通信號并形成一定寬度的穩弧脈沖控制信號。
9.根據權利要求I所述的交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其特征在于，所述采用穩弧脈沖輸出單元(400)用于為焊接回路提供電壓、電流、時間一定的穩弧脈沖。
全文摘要
本發明公開一種逆變交流方波鎢極氬弧焊機脈沖穩弧裝置，其包含與一次逆變開關管輸出端連接的高頻電源輸入單元，與該高頻電源輸入單元輸出端連接的倍壓整流單元、與二次逆變驅動控制電路輸出端連接的穩弧同步控制單元及與倍壓整流單元輸出端連接的穩弧脈沖輸出單元。本發明采用主變壓器提供穩弧電路所需的電源能量，倍壓整流電路將主變壓器高頻交流電源倍壓整流為5倍于焊機空載電壓的高壓直流負極性電源，穩弧同步控制單元通過檢測交流電流負半波開通信號并形成一定寬度的穩弧脈沖控制信號，穩弧脈沖輸出單元為焊接回路提供電壓、電流、時間一定的穩弧脈沖，能可靠消除大小電流的斷弧現象，確保良好的穩弧效果和較高的性價比。
文檔編號B23K9/073GK102962548SQ20121047997
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者陳安清, 王志忠, 徐德進, 王敏, 范曄平 申請人:上海廣為拓浦電源有限公司, 上海廣為美線電源電器有限公司, 上海廣為電器工具有限公司