一種直流電弧焊的製造方法
2023-08-10 06:23:21 2
一種直流電弧焊的製造方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種直流電弧焊機，包括順次相連的蓄電池組、電源開關和降壓斬波電路；與直流電弧焊機的輸出端串聯後接入所述降壓斬波電路的輸出端的焊接電流採樣電阻；焊接電流給定電位器；與所述蓄電池組相併聯的輸入電壓取樣電阻網絡；與所述電弧焊機輸出端相併聯的輸出電壓取樣電阻網絡；與所述降壓斬波電路相連接的驅動電路；分別與所述焊接電流採樣電阻、所述焊接電流給定電位器、所述輸入電壓取樣電阻網絡、所述輸出電壓取樣電阻網絡和所述驅動電路相連的微控制器；以及連接所述電源開關和所述微控制器的輔助電源電路，從而在沒有可用交流電源的作業場地，仍可依靠蓄電池組提供的電能進行正常的焊接作業。
【專利說明】一種直流電弧焊機
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械工程【技術領域】，更具體地說，涉及一種直流電弧焊機。
【背景技術】
[0002]電弧焊機是利用高溫電弧來熔接焊料與被焊工件的焊接電器設備。
[0003]在現有的電弧焊機中，以採用交流電源供電的交流逆變電弧焊機應用最為廣泛，但是在某些沒有可用交流電源的作業場地，所述交流逆變電弧焊機則無法完成正常的焊接作業。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明提供一種直流電弧焊機，以實現在某些沒有可用交流電源的作業場地，依靠蓄電池組提供的電能進行正常的焊接作業。
[0005]一種直流電弧焊機，包括:
[0006]順次相連的蓄電池組、電源開關和降壓斬波電路；
[0007]與直流電弧焊機的輸出端串聯後共同接入所述降壓斬波電路的輸出端的焊接電流採樣電阻；
[0008]焊接電流給定電位器；
[0009]與所述蓄電池組相併聯的輸入電壓取樣電阻網絡；
[0010]與所述直流電弧焊機的輸出端相併聯的輸出電壓取樣電阻網絡；
[0011]與所述降壓斬波電路相連接的驅動電路；
[0012]分別與所述焊接電流採樣電阻、所述焊接電流給定電位器、所述輸入電壓取樣電阻網絡、所述輸出電壓取樣電阻網絡和所述驅動電路相連的微控制器；
[0013]以及連接所述電源開關和所述微控制器的輔助電源電路。
[0014]其中，所述降壓斬波電路為以絕緣柵雙極電晶體作為開關元件、以若干個相併聯的功率場效應管作為續流元件、以電感為儲能元件的降壓斬波電路。
[0015]其中，所述驅動電路包括:連接所述微控制器與所述絕緣柵雙極電晶體的柵極的第一驅動電路，及其連接所述微控制器與所述功率場效應管的柵極的第二驅動電路。
[0016]其中，所述微控制器為具有脈衝寬度調製輸出功能和具有模數轉換功能的微控制器。
[0017]可選地，所述直流電弧焊機還包括:與所述降壓斬波電路的輸入端相併聯的輸入濾波電容，以及與所述降壓斬波電路的輸出端相併聯的輸出濾波電容。
[0018]可選地，所述直流電弧焊機還包括:連接於所述電源開關與所述降壓斬波電路之間的逆止二極體。
[0019]其中，所述蓄電池組為鋰電池組。
[0020]其中，所述鋰電池組為直流輸出電壓不低於120V的大容量鋰電池組。
[0021 ] 可選地，所述直流電弧焊機還包括:散熱片、風扇、連接所述微控制器與所述風扇的風扇控制電路，以及與所述微控制器相連的測溫元件。
[0022]可選地，所述直流電弧焊機還包括:與所述微控制器相連的焊機狀態指示模塊。
[0023]從上述的技術方案可以看出，本發明實施例以蓄電池組作為直流電弧焊機的供電電源，當電源開關閉合後，微控制器利用現有的斬波電路調製方式對降壓斬波電路的輸出電壓進行調節，從而使所述直流電弧焊機的輸出端能夠輸出焊接時所需要的起弧電壓和焊接電流；相較於必須依賴交流電源供電的交流逆變電弧焊機，本發明所述的直流電弧焊機在沒有可用交流電源的作業場地，仍可依靠蓄電池組提供的電能進行正常的焊接作業。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發明實施例一公開的一種直流電弧焊機結構示意圖；
[0026]圖2為本發明實施例二公開的又一種直流電弧焊機結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0028]參見圖1，本發明實施例一公開了一種直流電弧焊機，以實現在某些沒有可用交流電源的作業場地，依靠蓄電池組提供的電能進行正常的焊接作業，包括:
[0029]蓄電池組101、電源開關102、降壓斬波電路103、焊接電流採樣電阻201、輸入電壓取樣電阻網絡202、輸出電壓取樣電阻網絡203、焊接電流給定電位器204、驅動電路300、微控制器400和輔助電源電路500 ；
[0030]其中，蓄電池組101、電源開關102和降壓斬波電路103順次相連；
[0031]焊接電流採樣電阻201與直流電弧焊機的輸出端A (以下簡稱「電弧焊機輸出端A」)相串聯後共同接入降壓斬波電路103的輸出端；其中，電弧焊機輸出端A包括高電位接線端子Al和低電位接線端子A2，通常高電位接線端子Al通過焊把線連接用於夾持電焊條的焊鉗、低電位接線端子A2通過導線連接被焊工件；
[0032]輸入電壓取樣電阻網絡202與蓄電池組101相併聯，也即與降壓斬波電路103的輸入端相併聯；
[0033]輸出電壓取樣電阻網絡203與電弧焊機輸出端A相併聯；
[0034]驅動電路300與降壓斬波電路103相連接；
[0035]微控制器400分別與焊接電流採樣電阻201、輸入電壓取樣電阻網絡202、輸出電壓取樣電阻網絡203、焊接電流給定電位器204和驅動電路300相連；
[0036]輔助電源電路500連接於電源開關102和微控制器400之間。
[0037]具體的，本實施例一所述的蓄電池組101、電源開關102、降壓斬波電路103以及分別連接有夾持電焊條的焊鉗和被焊工件的電弧焊機輸出端A，共同構成了直流電弧焊機的功率主迴路。當所述直流電弧焊機空載時，蓄電池組101輸出的電源電壓依次經過閉合的電源開關102、降壓斬波電路103和電弧焊機輸出端A加到所述電焊條和所述被焊工件之間，得到用以引燃電弧的起弧電壓；起弧後，所述功率主迴路中有焊接電流通過，則相應的，所述電焊條和所述被焊工件之間就產生了用於熔接焊料與被焊工件的高溫電弧，所述高溫電弧即為實際意義上的電弧焊機負載。
[0038]在所述功率主迴路中，降壓斬波電路103用於在驅動信號的驅動下將蓄電池組101輸出的較高電壓的直流電轉換為可調電壓的低壓直流電，以通過電弧焊機輸出端A提供焊接時所需要的起弧電壓和焊接電流。
[0039]本實施例一所述的驅動電路300、微控制器400、焊接電流採樣電阻201、輸入電壓取樣電阻網絡202、輸出電壓取樣電阻網絡203以及焊接電流給定電位器204共同構成了直流電弧焊機的控制迴路。
[0040]在所述控制迴路中，輸入電壓取樣電阻網絡202具體可包括相串聯的第一電阻Rl和第二電阻R2 (其中R2 ( R1、且R2兩端的輸出電壓為微控制器400可處理的低電壓);輸出電壓取樣電阻網絡203具體可包括相串聯的第三電阻R3和第四電阻R4 (其中R4 ( R3、且R4兩端的輸出電壓為微控制器400可處理的低電壓)；焊接電流採樣電阻201串接在電弧焊機輸出端A的低電位接線端子A2與降壓斬波電路103的低電位輸出端之間，則焊接電流通過焊接電路採樣電阻201時，焊接電路採樣電阻201兩端的電壓為微控制器400可處理的低電壓。相對應的，微控制器400的接線引腳包括:分別與焊接電流採樣電阻201的一端與第二電阻R2的一端相連接的第二引腳2、與第四電阻R4的一端相連接的第三引腳3、與第二電阻R2的另一端相連接的第一引腳1、分別與焊接電流採樣電阻201的另一端與第四電阻R4的另一端相連接的第四引腳4，以及與焊接電流給定電位器204相連接的第五引腳5 ;
[0041]由此，微控制器400通過獲取第二電阻R2兩端的電壓，即可根據第二電阻R2對電源電壓的分壓比，計算得到蓄電池組100輸出的電源電壓信息；通過獲取第四電阻R4兩端的電壓，即可根據第四電阻R4對電弧焊機輸出端A兩端電壓的分壓比，計算得到實際的起弧電壓信息；通過獲取焊接電流採樣電阻201兩端的電壓，即可計算得到焊接電流採樣電阻201所在迴路的電流值，即實際的焊接電流信息；通過獲取焊接電流給定電位器204輸出的電壓信號，即可計算得到工作人員設定的焊接電流信息；
[0042]之後，微控制器400根據處理得到的所述電源電壓信息和所述實際的起弧電壓信息進行前饋-反饋複合控制，即可快速生成用於控制所述功率主迴路得到焊接時所需的起弧電壓的第一數位訊號；並且，微控制器400根據處理得到的所述實際的焊接電流信息和所述給定的焊接電流信息進行反饋控制，即可準確生成用於控制所述功率主迴路得到焊接時所需的焊接電流的第二數位訊號。在型號選擇上，微控制器400具體可選用微控制器W79E825，但並不局限。
[0043]在所述控制迴路中，驅動電路300作為連接於微控制器400與所述功率主迴路中的降壓斬波電路103之間的接口電路，用於將來自於微控制器400的數位訊號(包括所述第一數位訊號和所述第二數位訊號)轉換成具有足夠功率的驅動信號，以實現對降壓斬波電路103的輸出電壓進行調節，從而使得所述功率主迴路能夠得到焊接時所需的起弧電壓和焊接電流。其中，在微控制器400控制下，可選用脈衝寬度調製、脈衝頻率調製和可變頻率的脈衝寬度調製中的任一種調製方式對降壓斬波電路103的輸出電壓進行調節，本實施例一優選所述可變頻率的脈衝寬度調製方式，以達到減小降低降壓斬波電路103中的儲能電感L的體積和降低降壓斬波電路103中的開關元件的開關損耗的目的，即，微控制器400為具有脈衝寬度調製輸出功能的微控制器，通過檢測焊接電流給定電位器的輸出值，微控制器通過程序調整其脈寬調製頻率。
[0044]此外，本實施例一所述的輔助電源電路500用於將蓄電池組100輸出的較高直流電壓轉換為適合為微控制器400供電的直流低電壓；相對應的，微控制器400的接線引腳還包括:與輔助電源電路500相連接的第六引腳6 (也就是微控制器400的電源引腳)。
[0045]由上述描述可知，本實施例一以蓄電池組101作為直流電弧焊機的直流供電電源，當電源開關102閉合後，微控制器400利用現有的斬波電路調製方式對降壓斬波電路103的輸出電壓進行調節，從而使電弧焊機輸出端A能夠輸出焊接時所需要的起弧電壓和焊接電流；相較於必須依賴交流電源供電的交流電弧焊機，本實施例一所述的直流電弧焊機在沒有可用交流電源的作業場地、仍可依靠蓄電池組101提供的電能進行正常的焊接作業。此外，由於蓄電池組101與大地絕緣，其電位為懸浮電位，因此單獨觸碰到電弧焊機輸出端A的任何一端都不會導致人身傷害，提高了工作人員進行焊接作業的安全係數。再者，相較於功率主迴路中至少包括工頻整流電路、4開關元件橋式開關電路(或2開關元件半橋式開關電路)、聞頻變壓器和聞頻低壓全波整流電路等電路1旲塊的交流逆變電弧焊機，本實施例所述的直流電弧焊機的功率主迴路的電路結構簡單，降低了電弧焊機的生產成本；且電路結構簡化後的所述直流電弧焊機具備體積小、重量輕、攜帶方便等優勢，因此降低了野外工作人員的勞動強度；同時由於所述直流電弧焊機中不具備4開關元件橋式開關電路(或2開關元件半橋式開關電路)，因此也就不存在開關元件共態導通的問題，可靠性較高。
[0046]其中需要說明的是，在上述實施例一中，降壓斬波電路103至少包括開關元件、續流元件VD和儲能電感L(仍參見圖1)。現有技術普遍採用IGBT(Insulated_Gate BipolarTransistor,絕緣柵雙極電晶體)作為所述開關元件、採用快恢復二極體作為續流元件VD,通過對IGBT的開斷情況進行控制，即可實現對降壓斬波電路103的輸出電壓的調製。而本實施例一為保證降壓斬波電路103的低功耗續流，則是以若干個相併聯的功率場效應管作為續流元件VD。相對應，驅動電路300包括連接微控制器400與IGBT的柵極的第一驅動電路301以及連接微控制器400與功率場效應管的柵極的第二驅動電路302 ;微控制器400的接線引腳還包括與第一驅動電路301相連的第七引腳7以及與第二驅動電路302相連的第八引腳8。
[0047]舉例說明，對於正嚮導通壓降為1.2V、正向平均電流為300A的MMF300YB050U型快恢復二極體，其通態功耗=正向電流*正嚮導通壓降=300A*1.2V = 360W;對於導通電阻為4毫歐、漏極電流為300安培的MMN300W020TB型功率場效應管來說，4隻相併聯的MMN300W020TB型功率場效應管的通態功耗=正向電流*正向電流*導通電阻=300安培*300安培* I毫歐=90W ;相較於MMF300YB050U型快恢復二極體，由相併聯的4隻MMN300W020TB型功率場效應管組成的續流元件具有更低的正向壓降，實現了低功耗續流。其中所述功率場效應管的個數可根據實際情況具體設定，並不局限，圖1僅是示意性的示出了連接於降壓斬波電路103中的一隻功率場效應管。[0048]在上述示出的降壓斬波電路103的電路結構的基礎上，為進一步降低IGBT和功率場效應管VD的開通損耗及其關斷損耗，降壓斬波電路103還可包括:並聯於IGBT的發射極與集電極間的RCD型緩衝吸收電路(圖1未示出)，以及並聯於功率場效應管VD的源極與漏極間的RCD型緩衝吸收電路(圖1未示出)。
[0049]此外仍需要說明的是，在上述實施例一中，蓄電池組101可優選鋰電池組，如鈷酸鋰電池組或磷酸鐵鋰電池組等。
[0050]相較於其他類型的蓄電池，鋰電池具有比能量大、高功率承受力、自放電率很低、重量輕、高低溫適應性強、綠色環保、使用壽命長等突出優點；更為重要的是，所述鋰電池的額定單體電壓相對較高(單只鋰電池的額定電壓約等於3隻鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓)、便於組成電池電源組。在實際應用中，所述鋰電池組具體可選用直流輸出電壓不低於120V的大容量鋰電池組，但並不局限。
[0051]參見圖2，基於實施例一，本發明實施例二公開了又一種直流電弧焊機，以實現在某些沒有可用交流電源的作業場地，依靠蓄電池組提供的直流電進行正常的焊接作業，包括:蓄電池組101、電源開關102、降壓斬波電路103、焊接電流採樣電阻201、輸入電壓取樣電阻網絡202、輸出電壓取樣電阻網絡203、焊接電流給定電位器204、驅動電路300、微控制器400、輔助電源電路500、輸入濾波電容Cl和輸出濾波電容C2 ；
[0052]其中，輸入濾波電容Cl與降壓斬波電路103的輸入側相併聯，用於降低蓄電池組101輸出引線的阻抗。
[0053]輸出濾波電容C2與降壓斬波電路103的輸出端相併聯，用於降低從降壓斬波電路103輸出的脈動成分、保留其直流成分。
[0054]此外作為優選，仍參見圖2，所述直流電弧焊機還包括:連接於蓄電池組101與降壓斬波電路103之間的逆止二極體600 ；
[0055]逆止二極體600利用二極體的單向導電性，可防止電源反接給所述功率主迴路帶來損壞，起到防反接保護作用。
[0056]此外作為優選，仍參見圖2，所述直流電弧焊機還包括:散熱片701、風扇702、連接微控制器400與風扇702的風扇控制電路703，以及與微控制器400相連的測溫元件704 ；
[0057]散熱片701和風扇702是用於為所述直流電弧焊機中的易發熱電子元件散熱的裝置；測溫元件704裝設於散熱片701處，用於測量散熱片701的溫度；微控制器400根據測溫元件704所測得的散熱片701的溫度，利用風扇控制電路703來控制風扇702的啟動或停止;
[0058]其中需要說明的是，由於本實施例採用了低功耗的續流元件VD，因此可降低風扇702的輸出功率、節約電能，同時減小散熱片701的體積，進一步優化所述直流電弧焊機的便攜性。
[0059]此外作為優選，仍參見圖2，所述直流電弧焊機還包括:與微控制器400相連的焊機狀態指示模塊705，用於根據微控制器400的運行結果，對所述直流電弧焊機的運行狀態進行顯示，如顯示蓄電池組101是否欠壓及其散熱片701是否過熱等，方便了工作人員實時了解所述直流電弧焊機的運行狀態、有助於所述直流電弧焊機的故障診斷。相對應的，微控制器400的接線引腳還包括:與風扇控制電路703相連接的第九引腳9以及與焊機狀態指示模塊705相連接的第十引腳10。[0060]綜上所述，本發明實施例以蓄電池組作為直流電弧焊機的供電電源，當電源開關閉合後，微控制器利用現有的斬波電路調製方式對降壓斬波電路的輸出電壓進行調節，從而使所述直流電弧焊機能夠輸出焊接時所需要的起弧電壓和焊接電流；相較於必須依賴交流電源供電的交流逆變電焊機，本發明所述的直流電弧焊機在沒有可用交流電源的作業場地、仍可依靠蓄電池組提供的電能進行正常的焊接作業；此外，本實施例還提高了工作人員進行焊接作業的安全係數、降低了電弧焊機的生產成本、提高了電弧焊機的可靠性，且具有體積小、重量輕、攜帶方便等優勢，降低了野外工作人員的勞動強度。
[0061]本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0062]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種直流電弧焊機，其特徵在於，包括: 順次相連的蓄電池組、電源開關和降壓斬波電路； 與直流電弧焊機的輸出端串聯後接入所述降壓斬波電路的輸出端的焊接電流採樣電阻； 焊接電流給定電位器； 與所述蓄電池組相併聯的輸入電壓取樣電阻網絡； 與所述直流電弧焊機的輸出端相併聯的輸出電壓取樣電阻網絡； 與所述降壓斬波電路相連接的驅動電路； 分別與所述焊接電流採樣電阻、所述焊接電流給定電位器、所述輸入電壓取樣電阻網絡、所述輸出電壓取樣電阻網絡和所述驅動電路相連的微控制器； 以及連接所述電源開關和所述微控制器的輔助電源電路。
2.根據權利要求1所述的直流電弧焊機，其特徵在於，所述降壓斬波電路為以絕緣柵雙極電晶體作為開關元件、以若干個相併聯的功率場效應管作為續流元件的降壓斬波電路。
3.根據權利要求2所述的直流電弧焊機，其特徵在於，所述驅動電路包括: 連接所述微控制器與所述絕緣柵雙極電晶體的柵極的第一驅動電路， 及其連接所述微控制器與所述功率場效應管的柵極的第二驅動電路。
4.根據權利要求1所述的直流電弧焊機，其特徵在於，所述微控制器為採用可變頻率的脈衝寬度調製技術對所述降壓斬波電路的輸出電壓和輸出電流進行控制的微控制器。
5.根據權利要求1所述的直流電弧焊機，其特徵在於，所述直流電弧焊機還包括: 與所述降壓斬波電路的輸入端相併聯的輸入濾波電容， 以及與所述降壓斬波電路的輸出端相併聯的輸出濾波電容。
6.根據權利要求1所述的直流電弧焊機，其特徵在於，所述直流電弧焊機還包括:連接於所述電源開關與所述降壓斬波電路之間的逆止二極體。
7.根據權利要求1所述的直流電弧焊機，其特徵在於，所述蓄電池組為鋰電池組。
8.根據權利要求7所述的直流電弧焊機，其特徵在於，所述鋰電池組為直流輸出電壓不低於120V的大容量鋰電池組。
9.根據權利要求1所述的直流電弧焊機，其特徵在於，所述直流電弧焊機還包括:散熱片、風扇、連接所述微控制器與所述風扇的風扇控制電路，以及與所述微控制器相連的測溫元件。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的直流電弧焊機，其特徵在於，所述直流電弧焊機還包括:與所述微控制器相連的焊機狀態指示模塊。
【文檔編號】B23K9/067GK103722277SQ201410003497
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月3日 優先權日:2014年1月3日
【發明者】謝紅五, 關旭俊, 李樹明, 謝力揚, 傅鵬, 石奇峰, 趙鋒, 王嬋瓊 申請人:國家電網公司, 國網山西省電力公司長治供電公司