中頻逆變直流及變頻交流電阻焊接電源的製作方法

2023-08-04 18:32:56 2

專利名稱：中頻逆變直流及變頻交流電阻焊接電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電阻焊接電源，尤其是一種同時實現中頻逆變直流輸出和變頻調製交流輸出的電阻焊接電源。
背景技術：
隨著近年來航空航天、汽車車輛、軌道交通、輕工家電等領域快速發展，工業產品在其材料、結構及應用領域不斷更新發展，對產品加工質量、效率要求不斷提高，因此提高電阻焊接質量、效率，採用電阻焊接新方法、新工藝等裝備，是國內外焊接專家致力研究課題。本實用新型涉及的一種中頻逆變直流/變頻交流電阻焊機，滿足碳鋼、高強鋼、不鏽鋼、鋁鎂合金、鍍層金屬材料及其它難熔金屬材料焊接。根據不同焊接材料，選用中頻逆變直流或變頻交流電阻焊接方法，實現了各種材料高質量、高速、高效率焊接，是一種高效節能環保焊接裝備。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種中頻逆變直流輸出和變頻交流輸出的電阻焊接電源，在一臺焊機上根據焊接材料選擇兩種不同的焊接電流輸出形式，以便實現高效、高質量、節能可靠的電阻焊。按照本實用新型提供的技術方案，所述中頻逆變直流及變頻交流電阻焊接電源包括逆變迴路和主迴路，所述逆變迴路包括整流濾波電路連接由4個開關功率器件組成的橋式逆變電路的輸入端，所述橋式逆變電路的輸出端接中頻變壓器的初級繞組；所述主迴路包括中頻變壓器的次級繞組兩端連接第一輸出端子和第二輸出端子，第一輸出端子和第二輸出端子用銅排連接AC端子或DC端子，AC端子連接工作電路，DC端子經過二次整流二極體模塊連接工作電路；所述工作電路包括第三二極體的陽極、第三電容的一端、工作電路的第一輸出端相連並通過第三電阻接第二光電耦合器的負輸入端，第三二極體的陰極與第二電容一端相連並通過第二電阻接第一光電耦合器的正輸入端，第二電容另一端、第一光電耦合器的負輸入端、第四二極體的陽極、工作電路的第二輸出端相連，第四二極體陰極接第三電容的另一端以及第二光電耦合器的正輸入端；第一光電耦合器的輸出端一端接地，另一端通過上拉電阻接高電平並接或非門的輸入端，第二光電耦合器的輸出端一端接地，另一端通過上拉電阻接高電平並接或非門的輸入端，或非門的輸出端接電子開關的控制端，電子開關的控制端輸入低電平時，DC中頻逆變PWM變換電路與開關功率器件驅動電路導通，電子開關的控制端輸入高電平時，AC交流變頻調製PWM變頻電路與開關功率器件驅動電路導通，所述開關功率器件驅動電路的輸出連接所述4個開關功率器件的控制端。所述開關功率器件採用IGBT管。本實用新型的優點是用簡單實用可靠方法實現了在一臺焊機上既能輸出中頻逆變直流輸出又能交流變頻調製輸出。克服了普通單相電阻焊機三相不平衡缺點，同時具有
3中頻逆變二次迴路直流感抗對焊接電流影響小，變壓器質量輕的優點。而交流變頻調製輸出，不但可靠性高，而且節能效果明顯，省去了由於逆變直流輸出整流二極體導通壓降帶來功耗近8KW以上(如導通壓降0. 7V,通過電流12KA)。另外，只有根據不同焊接材料，選用不同的焊機輸出形式，才能實現各種材料高質量焊接工藝方法。

圖1是本實用新型的電路原理圖。圖2是中頻逆變方式驅動波形和輸出電流波形圖。圖3是變頻交流調製方式驅動波形和輸出電流波形圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1所示，本實用新型所述中頻逆變直流及變頻交流電阻焊接電源包括逆變迴路和主迴路。所述逆變迴路包括整流濾波電路連接由4個開關功率器件(IGBT) Q1 Q4組成的橋式逆變電路的輸入端，所述橋式逆變電路的輸出端接中頻變壓器Tl的初級繞組m ； 所述主迴路包括中頻變壓器Tl的次級繞組N2兩端連接第一輸出端子Pl和第二輸出端子 P2，第一輸出端子Pl和第二輸出端子P2用銅排連接AC端子或DC端子，AC端子連接工作電路，DC端子經過二次整流二極體模塊D2連接工作電路；所述工作電路包括第三二極體 D3的陽極、第三電容C3的一端、工作電路的第一輸出端相連並通過第三電阻R3接第二光電耦合器PC2的負輸入端，第三二極體D3的陰極與第二電容C2 —端相連並通過第二電阻 R2接第一光電耦合器PCl的正輸入端，第二電容C2另一端、第一光電耦合器PCl的負輸入端、第四二極體D4的陽極、工作電路的第二輸出端相連，第四二極體D4陰極接第三電容C3 的另一端以及第二光電耦合器PC2的正輸入端；第一光電耦合器PCl的輸出端一端接地，另一端通過上拉電阻接高電平並接或非門Ul的輸入端，第二光電耦合器PC2的輸出端一端接地，另一端通過上拉電阻接高電平並接或非門Ul的輸入端，或非門Ul的輸出端接電子開關 U2的控制端，電子開關U2的控制端輸入低電平時，DC中頻逆變PWM變換電路與IGBT驅動電路導通，電子開關U2的控制端輸入高電平時，AC交流變頻調製PWM變頻電路與IGBT驅動電路導通，所述IGBT驅動電路的輸出連接所述4個IGBT管的控制端。三相交流電經過整流濾波變成的平滑直流電經過開關功率器件(IGBT) QfQ4和中頻變壓器Tl組成的逆變迴路。經Tl降壓變壓輸出低電壓(5 15V左右)，大電流(5 IOKA左右)。根據焊接工件材料要求可輸出中頻逆變直流輸出電流和交流變頻調製輸出電流。將降壓變壓器次級繞組N2和輸出端子Pl或P2用銅排連成AC，即可直接輸出交流變頻調製輸出電流；將PI、P2端子連在DC端子上經過二次整流二極體模塊D2後輸出為DC電流。當焊機電源輸出DC電流時，經過二次整流模塊D2後輸出的直流電壓經過二極體 D3和C2濾波後直流電壓通過電阻R2將光電耦合器PCl導通，而此時光電耦合器PC2不導通。經過或非門Ul後，輸出低電平0V，使電子開關U2的1-2端導通，此時將按DC中頻逆變 PWM變換電路經IGBT驅動電路，使焊接電源輸出直流電流。當焊接電源輸出AC變頻調製電流時，焊接電源輸出電壓正半波經過二極體D3整
4流連接電阻R2後使得光電耦合器PCl導通，負半波由電容C2濾波後電壓保持光電耦合器 PCI繼續維持導通，負半波經過二極體D4，經電阻R3使PC2導通，正半波時由於電容C3濾波電壓保持光電耦合器PC2繼續維持導通。由於光電耦合器PCl和PC2 —直處於導通狀態， 因而使得或非門電路Ul輸出為高電平，使電子開關U2的1-3端導通，此時將按AC交流變頻調製PWM變頻電路經IGBT驅動電路，使焊接電源輸出交流變頻調製電流。工作過程為經過三相整流濾波輸出後的直流電壓，由開關功率器件(IGBT) QfQ4和降壓變壓器Tl組成的中頻一次逆變迴路，在降壓變壓器二次繞組N2產生的低電壓大電流輸出，然後經過接線端子Pl，P2用銅排連接，如果輸出為變頻交流Pl，P2端子連接為AC位置，然後直接輸出交流變頻電流提供工件低電壓大電流焊接能量；如果輸出直流中頻電流，將Pl，P2端子連接為DC位置，然後經過二次整流二極體模塊D2後，輸出為DC低電壓大電流提供工件焊接能量。中頻逆變直流和交流變頻輸出經過控制電路才能可靠實現。其實現電路包括取自主電路二極體D1、D2和電容C1、C2電阻R2、R3和光電耦合器PC1、PC2，經過與非門Ul給出判斷識別信號，控制電子開關U2進行切換，從而連接中頻逆變直流或交流變頻調製電路， 使IGBT驅動電路實現中頻逆變直流或交流變頻調製變換。如圖1所示，三相交流輸入電壓經過電源開關Kl合上後輸入給三相整流橋D1，經 Dl整流，再經電解電容Cl濾波後得到平滑直流電，電阻Rl為Cl放電電阻。然後經由功率開關器件(IGBT)Qf Q4和中頻變壓器Tl組成的一次逆變開關變換電路，中頻降壓變壓器Tl 的二次繞組N2產生低電壓、大電流的交流電。如果將接線端子Pl和P2用導電銅板按照圖中AC方式連接，輸出將得到變頻交流電輸出，提供焊接工件焊接能量，如果將接線端子Pl、 P2用導電銅板按照圖中DC方式連接，降壓變壓器二次繞組N2輸出低電壓、大電流交流將經過整流二極體模塊D2整流後輸出中頻直流電流，提供焊接工件能量。如果焊接電源輸出為直流時，經過整流二極體D2後的直流電壓，經由二極體D3整流和電容C2濾波通過電阻R2 使電耦合器PCl導通，而此時光電耦合器PC2截止，所以或非門電路Ul輸出為低電平(0V)， 控制電子開關U2的1 2腳導通，按照DC中頻逆變脈寬調製(PWM)方式，經IGBT驅動電路，驅動功率開關器件(IGBT) Ql、4，按照中頻(IKHZ)逆變方式變換，其驅動功率開關器件 (IGBT) Q1-Q4波形見圖2中Q1_G、4_G，功率開關器件Q1-Q4和中頻降壓變壓器Tl組成逆變迴路，經過整流二極體模塊D2輸出直流電流的波形見圖2中的Itlt5如果焊接電源輸出為變頻交流時，輸出電壓正負半波期間經過D3整流C2濾波後的電壓使得光電耦合器PCl始終處於導通狀態，同理輸出電壓的負正半波期間經過整流二極體D4整流C3濾波後，使得光電耦合器PC2也始終處於導通狀態。由於PCl和PC2導通，或非門Ul輸入端1、2號線為低電平，因而或非門Ul輸出端3號線為高電平，將電子開關U2切換到1和3號線導通，此時將按AC交流調製變頻P麗電路給IGBT驅動電路輸出驅動信號見圖3中Ql-G、4-G，這樣經過開關功率器件(IGBT)Qf Q4和降壓變壓器Tl組成變頻交流調製變換電路，有降壓變壓器二次繞組N2按照端子P1、P2連接成AC方式，直接輸出低電壓、大電流變頻調製的交流電流供給工件能量。輸出AC變頻調製交流電流波形見圖3的本實用新型採用中頻逆變直流輸出方式效率高，變壓器體積小；採用交流變頻調製輸出方式又省去中頻直流二極體導通壓降帶來的8KW以上功率損耗。同時根據不同焊接材料選用不同輸出形式即提高了焊接工藝質量，又提高了焊機的可靠性，使焊機效能得到
5最大發揮。焊接電源輸出形式由於輸出電流較大，採用了輸出端子用銅排連接改變輸出形式，然後採用電子電路控制方法，判斷電源輸出是逆變中頻直流還是變頻調製交流輸出，從而改變逆變迴路的PWM脈寬調製及驅動方式，實現焊機電源可靠輸出中頻逆變直流或變頻調製交流電流。此種方法電路簡單易行，可靠性高，實用性強。
權利要求1.一種中頻逆變直流及變頻交流電阻焊接電源，包括逆變迴路和主迴路，其特徵是，所述逆變迴路包括整流濾波電路連接由4個開關功率器件組成的橋式逆變電路的輸入端， 所述橋式逆變電路的輸出端接中頻變壓器(Tl)的初級繞組(Ni)；所述主迴路包括中頻變壓器(Tl)的次級繞組(N2)兩端連接第一輸出端子(Pl)和第二輸出端子(P2)，第一輸出端子(Pl)和第二輸出端子(P2)用銅排連接AC端子或DC端子，AC端子連接工作電路，DC端子經過二次整流二極體模塊(D2)連接工作電路；所述工作電路包括第三二極體(D3)的陽極、第三電容(C3)的一端、工作電路的第一輸出端相連並通過第三電阻(R3)接第二光電耦合器(PC2)的負輸入端，第三二極體(D3)的陰極與第二電容(C2)—端相連並通過第二電阻 (R2)接第一光電耦合器(PCl)的正輸入端，第二電容(C2)另一端、第一光電耦合器(PCl)的負輸入端、第四二極體(D4)的陽極、工作電路的第二輸出端相連，第四二極體(D4)陰極接第三電容(C3)的另一端以及第二光電耦合器(PC2)的正輸入端；第一光電耦合器(PCl)的輸出端一端接地，另一端通過上拉電阻接高電平並接或非門(Ul)的輸入端，第二光電耦合器(PC2)的輸出端一端接地，另一端通過上拉電阻接高電平並接或非門(Ul)的輸入端，或非門(Ul)的輸出端接電子開關(U2)的控制端，電子開關(U2)的控制端輸入低電平時，DC 中頻逆變PWM變換電路與開關功率器件驅動電路導通，電子開關(U2)的控制端輸入高電平時，AC交流變頻調製PWM變頻電路與開關功率器件驅動電路導通，所述開關功率器件驅動電路的輸出連接所述4個開關功率器件的控制端。
2.如權利要求1所述中頻逆變直流及變頻交流電阻焊接電源，其特徵是所述開關功率器件採用IGBT管。
專利摘要本實用新型提供了一種中頻逆變直流及變頻交流電阻焊接電源，包括逆變迴路和主迴路，採用電子控制方法，同時實現中頻逆變直流輸出和變頻調製交流輸出的電阻焊機。本實用新型採用中頻逆變直流輸出方式效率高，變壓器體積小；採用交流變頻調製輸出方式又省去中頻直流二極體導通壓降帶來的8KW以上功率損耗。同時根據不同焊接材料選用不同輸出形式即提高了焊接工藝質量，提高了焊機的可靠性，使焊機效能得到最大發揮。焊接電源採用電子電路控制方法，判斷電源輸出是逆變中頻直流還是變頻調製交流輸出，從而改變逆變迴路的PWM脈寬調製及驅動方式，實現焊機電源可靠輸出中頻逆變直流或變頻調製交流電流。此種方法電路簡單易行，可靠性高，實用性強。
文檔編號H02M1/10GK202147087SQ201120190170
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者李春光 申請人:無錫市南方電器製造有限公司