用于埋弧焊的逆變交流波控電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于埋弧焊的逆變交流波控電路，屬一種焊接控制電路，所述波控電路包括一次逆變單元與二次逆變單元，所述一次逆變單元接入電源輸入端，并與二次逆變單元共同接入電源輸出端，在電路中，交流電源的380V標準電壓在被轉換為高壓直流電后，經過兩次逆變再作為焊接電源輸出，由波控電路針對當前交流波控信號對電路中的逆變單元進行控制，從而將埋弧焊小車給主機的給定信號通過單片機與相關控制電路變為幅值、占空比、頻率均可獨立調節的交流波控信號，實現交流波控焊接，且交流波控電路中的嵌入式模塊與埋弧焊小車之間的波控信號需進行調制與解調，增加了逆變電路在實時波形控制時的抗干擾能力。
【專利說明】用于埋弧焊的逆變交流波控電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種焊接控制電路，更具體的說，本實用新型主要涉及一種用于埋弧焊的逆變交流波控電路。
【背景技術】
[0002]焊接是一種有著悠久歷史的重要加工制造工藝，因其具有其他連接方法不可比擬的優點，而埋弧焊是自動化程度較高、生產效率高、焊縫成形好、無弧光輻射的一種焊接設備，被廣泛應用于橋梁、鍋爐、造船、石油化工、海洋工程、核工業等領域的厚板焊接。傳統的交流方波埋弧焊電源是以串聯電抗器式弧焊變壓器和晶閘管電抗器式弧焊電源為主，其參數調節范圍窄，輸出頻率單一，屬于國家禁止的高能耗產品。逆變技術的問世推動了焊接電源技術的飛速發展，控制的多樣性和靈活性是傳統焊機不可比擬的。交直流(AC/DC)方波逆變埋弧焊采用新型大功率IGBT開關器件，納米磁芯，脈寬調制器，將工頻(50Hz)的三相交流整流后的直流電逆變成20KHz高頻低壓交流電，然后經MOSFET模塊整流后進行二次逆變成IO-1OOHz交流電，具有電流波形調節容易(頻率、占空比、正負半周幅值均可獨立調節)、參數設置多、焊接工藝實用性廣的特點。
[0003]目前，國內極少廠家推出的波控埋弧焊電源系統，焊接波形控制主要是電源主機控制器完成，主機與焊接小車之間的控制信號以直流模擬量或數字量銜接，二者之間連線復雜、抗干擾能力差、故障率較高、維修煩瑣，大大阻礙了該類產品的推廣應用，因此有必要針對用于埋弧焊電源的波控技術做進一步的改進和研究。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的之一在于針對上述不足，提供一種用于埋弧焊的逆變交流波控電路，以期望解決現有技術中埋弧焊的焊接波形控制主要是依賴電源主機控制器完成，造成主機與埋弧焊小車之間連線復雜，抗干擾能力差，且故障率高等技術問題。
[0005]為解決上述的技術問題，本實用新型采用以下技術方案:
[0006]本實用新型所提供的一種用于埋弧焊的逆變交流波控電路，所述波控電路包括一次逆變單元與二次逆變單元，所述一次逆變單元接入電源輸入端，并與二次逆變單元共同接入電源輸出端，其中:
[0007]所述一次逆變單元中至少設有兩個相互并聯、且接入電源輸入端的一次IGBT管，所述兩個一次IGBT管分別接入各自的變壓器，用于由變壓器將一次IGBT管逆變后的高頻高壓脈沖電壓變為高頻低壓脈沖電壓并整流為直流，且分別傳輸至電源輸出端與二次逆變單元；所述二次逆變單元中至少設有兩個相互并聯的二次IGBT管，所述兩個二次IGBT管并聯后與一次逆變單元整流后的低壓直流回路連接，并通過各自的第一整流橋分別接入兩個變壓器，且所述兩個二次IGBT管還同時接入波控電路的電源輸出端，用于與一次逆變單元一并輸出逆變后的焊接電源；所述波控電路中還包括嵌入式控制模塊，所述嵌入式控制模塊分別接入兩個二次IGBT管，且還通過CC/CV特性控制模塊接入兩個PWM驅動電路，所述兩個PWM驅動電路分別接入兩個一次IGBT管，用于由嵌入式控制模塊對一次IGBT管與二次IGBT管進行控制，對其逆變電流的正負半周幅值、頻率和脈沖占空比進行獨立調節。
[0008]作為優選，進一步的技術方案是:所述嵌入式控制模塊還接入埋弧焊小車的波形控制電路，用于通過來自于埋弧焊小車的交流波控信號，對一次逆變單元與二次逆變單元中的一次IGBT管與二次IGBT管實施控制。
[0009]根據權利要求1或2所述的用于埋弧焊的逆變交流波控電路，其特征在于:所述的一次逆變單元中的兩個一次IGBT管分別通過各自的第二整流橋接入波控電路的電源輸入端，用于由第二整流橋將電源輸入端的380V交流電整流為540V的直流電。
[0010]更進一步的技術方案是:所述PWM驅動電路還接入各自連接的一次IGBT管與變壓器之間，用于進行峰值采樣。
[0011]更進一步的技術方案是:所述兩個一次IGBT管與各自的第二整流橋之間還分別并聯有電容。
[0012]更進一步的技術方案是:所述變壓器為納米磁芯變壓器。
[0013]更進一步的技術方案是:所述嵌入式控制模塊還分別接入一次逆變單元整流后的低壓直流回路，用于對電源輸出電流的正半周與負半周進行采樣。
[0014]更進一步的技術方案是:所述嵌入式控制模塊還與二次逆變單元中的兩個二次IGBT管接入的電源輸出端相連接，用于進行輸出電壓采樣。
[0015]與現有技術相比，本實用新型的有益效果之一是:在電路中，交流電源的380V標準電壓在被轉換為高壓直流電后，經過兩次逆變再作為焊接電源輸出；并通過埋弧焊小車的控制系統反饋當前所需的交流波控信號至波控電路，由波控電路針對當前交流波控信號對電路中的逆變單元進行控制，從而將埋弧焊小車給主機的給定信號通過單片機與相關控制電路變為幅值、占空比、頻率均可獨立調節的交流波控信號，實現交流波控焊接，且交流波控電路中的嵌入式模塊與埋弧焊小車之間的交流波控信號需進行調制與解調，增加了逆變電路在實時波形控制時的抗干擾能力，埋弧焊小車與主機之間接線簡單，同時本實用新型所提供的一種用于埋弧焊的逆變交流波控電路結構簡單，較適宜作為交流波控埋弧焊系統中主機的電源電路，應用范圍廣闊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為用于說明本實用新型一個實施例的電路結構示意圖；
[0017]圖2為用于說明本實用新型另一個實施例的電路控制功能框圖；
[0018]圖3為用于說明本實用新型另一個應用實例的電路圖；
[0019]圖中，1為一次逆變單元、2為二次逆變單元、3為變壓器、4為第一整流橋、5為第二整流橋。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步闡述。
[0021]參考圖1所示，本實用新型的一個實施例是一種用于埋弧焊的逆變交流波控電路，該波控電路包括一次逆變單元1與二次逆變單元2，所述一次逆變單元1接入電源輸入端，并與二次逆變單元2共同接入電源輸出端，即形成焊接輸入電源的正負極，具體組成如下:
[0022]上述的一次逆變單元I中至少設有兩個相互并聯、且接入電源輸入端的一次IGBT管，而兩個一次IGBT管分別接入各自的變壓器3，其作用是由變壓器3將一次IGBT管逆變后的高頻高壓脈沖電壓變為高頻低壓脈沖電壓并整流為直流，且分別傳輸至電源輸出端與二次逆變單元2 ；
[0023]上述的二次逆變單元2中至少設有兩個相互并聯的二次IGBT管，所述兩個二次IGBT管并聯后與一次逆變單元整流后的低壓直流回路連接，并通過各自的第一整流橋4分別接入兩個變壓器3，且所述兩個二次IGBT管還同時接入波控電路的電源輸出端，其作用與一次逆變單元I一并輸出逆變后的焊接電源；
[0024]結合圖2所示，所述波控電路中還包括嵌入式控制模塊，所述嵌入式控制模塊分別接入兩個二次IGBT管，且還通過CC/CV特性控制模塊接入兩個PWM驅動電路，所述兩個PWM驅動電路分別接入兩個一次IGBT管，用于由嵌入式控制模塊對一次IGBT管與二次IGBT管進行控制，對其逆變電流的正負半周幅值、頻率和脈沖占空比進行獨立調節，即分別直接或間接的對兩個一次IGBT管與二次IGBT管輸出逆變控制信號。
[0025]在本實施例中所提到的IGBT為，絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor)的英文縮寫；而上述的變壓器3優先采用納米磁芯變壓器。
[0026]正如圖2所示出的，在本實用新型的另一實施例中，為使電源波控電路輸出與埋弧焊小車相對應的焊接波形，上述的嵌入式控制模塊最好接入埋弧焊小車的波形控制電路，即其作用是通過來自于埋弧焊小車的交流波控信號，對一次逆變單元I與二次逆變單元2中的一次IGBT管與二次IGBT管實施控制。
[0027]進一步的，上述的一次逆變單元I中的兩個一次IGBT管分別通過各自的第二整流橋5接入波控電路的電源輸入端，用于由第二整流橋5將電源輸入端的380V交流電整流為540V的直流電。優選地，上述兩個一次IGBT管與各自的第二整流橋5之間還分別并聯有電容。
[0028]上述的埋弧焊小車的控制箱的人機交互系統與主機配合輸出給定信號，對埋弧焊輸出電源進行波控，小車控制系統將操作者所設置的電壓、電流正反向幅值、頻率、占空比等信息轉變為波控信號作為主機的給定信號。
[0029]使用過程中，380V三相交流電壓分兩路各自經三相整流橋整流為540V的直流電壓，經電容濾波后再進入各自獨立IGBT組成的一次逆變軟開關系統，實現零電壓和零電流關斷，降低開關損耗，有效降低系統發熱；通過控制IGBT的通斷，產生高頻脈沖電壓，經諧振電感和諧振電容后進入納米磁芯變壓器3，將20KHZ的高頻脈沖電壓變為高頻低壓脈沖電壓，再經二極管組成的橋式整流電路，整流為正負兩路低壓直流電，將兩路低壓直流電正極和負極分別并聯后送至兩個二次IGBT管組成的二次逆變電路輸出。通過對兩個二次IGBT管的控制，可實現直流正接焊、直流反接焊、交流方波焊等，其中交流焊接時可對其正負半周幅值、頻率和脈沖占空比進行獨立調節，滿足不同焊接工藝要求。
[0030]在本實用新型用于解決技術問題更加優選的一個實施例中，為使嵌入式模塊在波控電路中獲得更多的電源信息，最好將上述PWM驅動電路再接入各自連接的一次IGBT管與變壓器3之間，用于進行峰值采樣；將上述嵌入式控制模塊還分別接入一次逆變單元整流后的低壓直流回路，用于對電源輸出電流的正半周與負半周進行采樣。將上述嵌入式控制模塊還與兩個二次IGBT管接入的電源輸出端相連接，用于進行輸出電壓采樣。
[0031]參考圖3所示，本實用新型上述優選的一個實施例在實際應用中，主機控制系統由反向器U5-1、跟隨器U5-2，撿波二極管D1、D2和光藕U3、U4等組成。來自小車控制系統的給定交流波控信號Vgl經反向器U5-1、跟隨器U5-2后。各自輸出方波正信號，經撿波二極管D1、D2后輸出給定信號Vg2，該給定信號去控制一次逆變的輸出大小；給定交流波控信號Vgl經反向器U5-1、跟隨器U5-2后驅動光藕U3、U4得到正反向波形的脈沖信號，該信號再去驅動二次逆變M0SFET功率模塊，改變主機輸出極性。從而使主機輸出與給定信號完全一致的交流波控電壓或電流。
[0032]在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結合該實施例描述的具體特征、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特征、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特征、結構或者特點也落在本實用新型的范圍內。
[0033]盡管這里參照本實用新型的多個解釋性實施例對本實用新型進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開、附圖和權利要求的范圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
【權利要求】
1.一種用于埋弧焊的逆變交流波控電路，其特征在于:所述波控電路包括一次逆變單元與二次逆變單元，所述一次逆變單元接入電源輸入端，并與二次逆變單元共同接入電源輸出端，其中:所述一次逆變單元中至少設有兩個相互并聯、且接入電源輸入端的一次IGBT管，所述兩個一次IGBT管分別接入各自的變壓器，用于由變壓器將一次IGBT管逆變后的高頻高壓脈沖電壓變為高頻低壓脈沖電壓并整流為直流，且分別傳輸至電源輸出端與二次逆變單元;所述二次逆變單元中至少設有兩個相互并聯的二次IGBT管，所述兩個二次IGBT管并聯后與一次逆變單元整流后的低壓直流回路連接，并通過各自的第一整流橋分別接入兩個變壓器，且所述兩個二次IGBT管還同時接入波控電路的電源輸出端，用于與一次逆變單元一并輸出逆變后的焊接電源；所述波控電路中還包括嵌入式控制模塊，所述嵌入式控制模塊分別接入兩個二次IGBT管，且還通過CC/CV特性控制模塊接入兩個PWM驅動電路，所述兩個PWM驅動電路分別接入兩個一次IGBT管，用于由嵌入式控制模塊對一次IGBT管與二次IGBT管進行控制，對其逆變電流的正負半周幅值、頻率和脈沖占空比進行獨立調節。
2.根據權利要求1所述的用于埋弧焊的逆變交流波控電路，其特征在于:所述嵌入式控制模塊還接入埋弧焊小車的波形控制電路，用于通過來自于埋弧焊小車的交流波控信號，對一次逆變單元與二次逆變單元中的一次IGBT管與二次IGBT管實施控制。
3.根據權利要求1或2所述的用于埋弧焊的逆變交流波控電路，其特征在于:所述的一次逆變單元中的兩個一次IGBT管分別通過各自的第二整流橋接入波控電路的電源輸入端，用于由第二整流橋將電源輸入端的380V交流電整流為540V的直流電。
4.根據權利要求3所述的用于埋弧焊的逆變交流波控電路，其特征在于:所述PWM驅動電路還接入各自連接的一次IGBT管與變壓器之間，用于進行峰值采樣。
5.根據權利要求4所述的用于埋弧焊的逆變交流波控電路，其特征在于:所述兩個一次IGBT管與各自的第二整流橋之間還分別并聯有電容。
6.根據權利要求1所述的用于埋弧焊的逆變交流波控電路，其特征在于:所述變壓器為納米磁芯變壓器。
7.根據權利要求1所述的用于埋弧焊的逆變交流波控電路，其特征在于:所述嵌入式控制模塊還分別接入一次逆變單元整流后的低壓直流回路，用于對電源輸出電流的正半周與負半周進行采樣。
8.根據權利要求1或7所述的用于埋弧焊的逆變交流波控電路，其特征在于:所述嵌入式控制模塊還與二次逆變單元中的兩個二次IGBT管接入的電源輸出端相連接，用于進行輸出電壓米樣。
【文檔編號】B23K9/09GK203526771SQ201320685905
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】羅中才, 張穎宏 申請人:成都焊研威達科技股份有限公司