用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置的製作方法

2023-05-11 11:07:16

專利名稱：用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及弧焊接設備，特別是涉及用於電弧焊的逆變電源動態特性測試。
背景技術：
在焊接過程中，焊條不斷地被加熱，熔化，偶爾還有熔滴和工件短路現 象發生，焊機電源不斷地處於負載、短路和開路等狀態，因此焊機電弧電壓和電弧電流在每 一瞬間不斷變化。焊接過程中焊機電弧電壓和電弧電流不斷變化這一特性稱為焊機的輸出 動態特性。焊接過程中，如果焊機的PI調節系統不穩定，容易發生高頻變壓器原邊電流過 衝，超過電力開關器件電流峰值，威脅到該開關器件的安全。在焊機出廠檢測中通常需要檢 測焊機的輸出動態特性，包括高頻變壓器原邊電流在動態負載條件下是否發生過流，以保 證電力開關器件的安全。現有技術檢測方法包括1.使用人工焊接的方法，即檢測人員直 接使用焊條在工件上反覆劃擦，使焊條與工件鋼板不斷地處於短路、負載和開路狀態，同時 監視高頻變壓器原邊電流波形，篩選剔出超過電流限值的焊機；2.使用多組接觸器控制的 電阻負載不斷切換組合出短路、開路和負載狀態，同時監視所述原邊電流波形，篩選踢出超 過電流限值的焊機。現有技術中檢測焊機的輸出動態特性存在以下不足1.雖然人工焊接 的方法比較接近焊機的實際使用狀態，但人工操作的一致性差，工作強度大，焊接材料消耗 大，有煙氣汙染；2.使用接觸器切換負載電阻的方法雖然無焊接材料消耗，但其負載切換 速度慢，接觸器觸頭燒蝕嚴重，增加了維修成本。實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於避免上述現有技術的不足之 處而提出一種測試操作方便、損耗小以及測試效率高的用於逆變焊機動態特性測試的工況 模擬裝置。本實用新型解決所述技術問題可以通過採用以下技術方案來實現設計、使用一種用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，包括第一半導體開 關器件和第二半導體電力開關器件、驅動電路、邏輯控制電路和脈衝控制電路；所述第一半 導體電力開關器件串連可調節負載電阻；所述邏輯控制電路和脈衝控制電路控制所述第一 半導體開關器件和第二半導體電力開關器件的導通和截止，以一定的頻率周期性重複模擬 焊機實際焊接時焊接電源的空載、短路和負載三種工況；所述驅動電路將經過邏輯控制電 路整合、分配的所述脈衝控制電路輸出的控制脈衝信號進行放大，並作為驅動信號分別提 供給所述第一半導體開關器件和第二半導體電力開關器件使之導通或截止。所述半導體電力開關器件是絕緣柵雙極型電晶體IGBT。所述用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，還包括脈衝指示燈，該指示燈與所述脈衝控制電路電連接。所述用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，還包括表頭顯示組件，該表頭顯示組件與所述脈衝控制電路電連接。同現有技術相比較，本實用新型的技術效果在於測試操作方便，批量測試效率高；電力開關器件損耗小，可靠性高；測試焊接電源性能項目全面，清潔無汙染。
圖1是本實用新型逆變焊機動態特性測試的原理框圖；圖2是本實用新型所用兩個半導體電力開關器件電路連接示意圖；圖3是本實用新型用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置中脈衝控制電路原理圖；圖4是所述工況模擬裝置中邏輯控制電路原理圖；圖5是所述工況模擬裝置中驅動電路原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖所示之最佳實施例作進一步詳述。如圖1所示，在一實施例中，一種用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，包 括第一半導體開關器件VTl和第二半導體電力開關器件VT2、驅動電路3、邏輯控制電路4 和脈衝控制電路5 ；所述第一半導體電力開關器件VTl串連可調節負載電阻RT ；所述邏輯 控制電路4和脈衝控制電路5對第一半導體開關器件VTl和第二半導體電力開關器件VT2 的導通和截止進行控制，模擬焊機實際焊接時焊接電源的空載、短路和負載三種工況，並以 一定的頻率周期性重複這三種工況；所述驅動電路3將經過邏輯控制電路4整合、分配的所 述脈衝控制電路5輸出的控制脈衝信號進行放大，並作為驅動信號分別提供給所述第一半 導體開關器件VTl和第二半導體電力開關器件VT2使之導通或截止。在本實施例中，所述半導體電力開關器件採用絕緣柵雙極型IGBT。所述邏輯控制電路4和脈衝控制電路5對兩個所述半導體電力開關器件的導通和 斷開進行控制，模擬焊機實際焊接時焊接電源的空載、短路和負載三種工況，並以一定的頻 率周期性重複這三種工況；所述驅動電路3將所述脈衝控制電路輸出的控制脈衝信號進行 放大，並給所述半導體電力開關器件1提供驅動信號。脈衝控制電路5是脈衝波形發生器， 控制脈衝波形的頻率，佔空比，並給驅動電路提供電流。所述邏輯控制電路4實現空載、短 路和負載三種工況的切換。在另一實施例中，用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，還包括脈衝指示 燈6，該指示燈6與所述脈衝控制電路5電連接。在再一實施例中，所述工況模擬裝置還包括表頭顯示組件7，該表頭顯示組件7與 所述脈衝控制電路5電連接。通過脈衝指示燈6和表頭顯示組件7可以直觀而明顯地表示 出所述工況模擬裝置的工況。利用所述工況模擬裝置的逆變焊機動態特性測試方法，包括如下步驟藉助脈衝發生電路、邏輯控制電路和驅動電路，控制第一半導體開關器件VT1、第 二半導體開關器件VT2都截止，模擬所述逆變焊機的焊接電源空載工況；控制第一半導體 開關器件VTl導通，並調節負載電阻RT於不同的阻值，模擬所述焊接電源的負載工況；控 制第二半導體開關器件VT2導通，模擬所述焊機電源的短路工況，同時調節器持續時間，測 試所述焊接電源的抗短路能力；以一定頻率重複上述步驟②和③，使所述焊接電源周期性 地經受空載、負載和短路三種工況的考驗和測試；在實施上述步驟②和③的同時，監測所述 焊接電源高頻變壓器的原邊電流值和波形，篩選出所述原邊電流超過容許值的焊接電源模 塊。焊接時，焊接電源是先經過空載、短路狀態，再到焊接狀態(即負載狀態)，所述工 況模擬裝置就是模擬這三個狀態，並以一定的頻率周期性重複這三個狀態，對焊機進行測試.如圖2所示，VT1, VT2是兩個半導體開關器件IGBT，其輸入端接焊接電源，輸出端 接負載。當VT1、VT2都斷開時，焊接電源處於空載狀態，此時工況模擬裝置顯示的是焊接電 源空載電壓，電流幾乎為零；當VT2閉合，VT1斷開時，焊接電源處於短路狀態，工況模擬裝 置顯示的是焊接電源的短路電流；當VT1閉合，VT2斷開時，焊接電源處於負載狀態，調節負 載電阻R1，可使焊接電源電流電壓符合焊接電源外特性標準。給VT1，VT2按照上面3種狀 態加一固定頻率脈衝驅動時，焊接電源就會在空載，短路，負載3個狀態重複進行，從而達 到對焊接電源的測試目的。圖3是脈衝控制電路的電路原理圖，圖中，端子X3是高/低頻轉換調節，低頻為幾 赫茲左右，高頻為100Hz左右；端子X14是頻率大小的調節；端子X2是脈衝佔空比調節，脈 衝波形經這三步調節後進入邏輯控制部分，P1、P2是經過調節後的脈衝信號；端子X4接指 示燈，直觀顯示儀器工況，方便操作。圖4邏輯控制電路的電路原理圖，這一部分主要功能 是實現三種工況的轉換，並要能保持其中任何一種工況的長時間工作。此電路由一個D觸 發器和兩個與門組成，要求邏輯A，B輸出是低/低，低/高，高/低的三種邏輯狀態，其中D 觸發器的R端是脈衝控制端。其中圖4的右邊部分是三種狀態的鎖定電路，焊接電源在測 試時，往往要保持一種工況長時間工作，如烤機時要焊接需要連續保持負載狀態。端子X13 三個不同的檔位對應焊接電源三個不同的工況。圖5是驅動電路的電路原理圖，通過驅動 電路將脈衝控制電路輸出的控制脈衝信號進行放大、電平轉換等處理，並給功率開關提供 驅動信號。功率開關Kl，K2對應的驅動信號是一定的，所以Kl，K2對應的A，B信號也是固 定的。如圖3至5，三種工況的實現方式如下空載工況模擬裝置有脈衝時，UlA的1腳為高，2腳為低，U2A的3腳電位經Dl被 拉低為0. 7V，則U2A的1腳輸出為低，U2B的5腳為高，輸出7腳也為高，UlB的4腳為低，這 樣U16A的3腳為低，U16A的1腳為低，U17C和U17D的輸出10腳，11腳均為低，兩個IGBT 均處於斷開，焊接電源為空載狀態。短路當U2A輸出為高，U16A的3腳和U17C的8腳為高，U17D的13腳為低，U16A 的1腳為高，則U17C輸出10腳為高，U17D輸出11腳為低，這樣U17C提供的信號驅動供給 K2，焊接電源為短路狀態。負載當U2A輸出再次為低，U16A的3腳和U17C的8腳為低，U17D的13腳為高， U16A的1腳為高，則U17C輸出10腳為低，U17D輸出11腳為高，焊接電源為負載狀態。空載U2A輸出再次為高，U16A的1腳為低，U17C和U17D的輸出10腳，11腳均為 低，焊接電源處於空載狀態。實際上，工況模擬裝置是按照這四個狀態在循環，由於第一個周期的最後一個狀 態和第二個周期第一個狀態都是空載狀態，所以真正工況就是三個工況在循環；當脈衝為「無」時，U16A的R端為高，U16A不起作用，焊接電源為空載狀態。本實用新型採用脈衝信號控制半導體電力開關器件，模擬實際焊接的空載、短路 和負載三種工況，並且這三種工況可以周期性重複，轉換頻率以及各種狀態持續時間均可 調節。因此本實用新型不僅能準確地測試焊接電源在焊接方面的性能，而且可以多方位對 焊接的焊接性能進行測試，同時脈衝信號控制電路簡單實用，性能優越。
權利要求一種用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，其特徵在於包括第一半導體開關器件(VT1)和第二半導體電力開關器件(VT2)、驅動電路(3)、邏輯控制電路(4)和脈衝控制電路(5)；所述第一半導體電力開關器件(VT1)串連可調節負載電阻(RT)；所述邏輯控制電路(4)和脈衝控制電路(5)控制所述第一半導體開關器件(VT1)和第二半導體電力開關器件(VT2)的導通和截止，以一定的頻率周期性重複模擬焊機實際焊接時焊接電源的空載、短路和負載三種工況；所述驅動電路(3)將經過邏輯控制電路(4)整合、分配的所述脈衝控制電路(5)輸出的控制脈衝信號進行放大，並作為驅動信號分別提供給所述第一半導體開關器件(VT1)和第二半導體電力開關器件(VT2)使之導通或截止。
2.根據權利要求1所述的用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，其特徵在於 所述半導體電力開關器件是絕緣柵雙極型電晶體。
3.根據權利要求1所述的用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，其特徵在於 還包括脈衝指示燈(6)，該指示燈(6)與所述脈衝控制電路(5)電連接。
4.根據權利要求3所述的用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，其特徵在於 還包括表頭顯示組件(7)，該表頭顯示組件(7)與所述脈衝控制電路(5)電連接。
專利摘要本實用新型涉及一種用於逆變焊機動態特性測試的工況模擬裝置，在所述逆變焊機的焊接電源倆輸出端上，跨接第一半導體開關器件和可調節負載電阻的串聯電路，同時又用第二半導體開關器件直接跨接在焊接電源倆輸出端上；藉助脈衝發生電路、邏輯控制電路和驅動電路，控制兩半導體開關器件導通和/或截止，分別模擬逆變焊機的焊接電源空載、負載和短路工況；並以一定頻率重複這三種工況，使所述焊接電源周期性地經受這三種工況的考驗和測試；同時，監測所述焊接電源高頻變壓器的原邊電流值和波形，篩選所述原邊電流超過容許值的焊接電源模塊。本實用新型的技術效果在於測試操作方便，批量測試效率高；電力開關器件損耗小，可靠性高；測試焊接電源性能項目全面，清潔無汙染。
文檔編號B23K9/10GK201768986SQ20102005656
公開日2011年3月23日 申請日期2010年1月15日 優先權日2010年1月15日
發明者楊少軍, 邱光 申請人:深圳市瑞凌實業股份有限公司