模擬式電晶體弧焊機的製作方法
2023-05-21 03:56:51 1
專利名稱：模擬式電晶體弧焊機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於焊接設備。
電晶體式弧焊機，其結構特點是由焊接變壓器降壓後經整流及濾波器整流濾波成直流電壓，全控型功率電晶體並聯成的功率電晶體組串接於整流及濾波器和電弧負載之間，即串接於焊接迴路中，對焊接電流進行調節和控制。根據功率電晶體組工作在放大狀態還是開關狀態，稱之為模擬式電晶體弧焊機或開關式電晶體弧焊機。由於電晶體參數具有分散性，必須採取必要的均流措施後才能並聯成為功率電晶體組。
機械工業出版社1991年6月出版，黃石生編著的「電子控制的弧焊電源」一書的82頁指出，並聯成為功率電晶體組的管子應該進行挑選使放大倍數相近，然後每隻管子的發射極串聯射極均流電阻。劉宏等撰寫的「大功率電晶體並聯研究」一文，刊登在「電力電子技術」雜誌1994年第1期中，該文介紹的均流技術是對管子的參數進行篩選，使並聯的管子特性儘可能一致，並採用合理的布線方式，實現直接並聯。中國專利CN85201941U，名稱為「場效應管弧焊逆變器」，提出了一種在場效應管柵極上串聯電阻，通過調整串聯在每隻管子上的柵極電阻阻值實現均流的技術。
上述均流並聯技術除了在電路結構上採取技術措施外，還需要對管子的參數進行篩選，選擇參數一致的管子進行並聯，以確保均流效果。或者是通過調整均流電路的參數來提高均流效果。並且管子的種類不同，需要採用不同的均流措施。因此現有均流技術對於焊機維修帶來很多不便，特別是在不具備管子參數篩選手段的情況下，一旦出現管子損壞，難以及時修復，從而影響焊接生產。並且難以避免工作過程中因管子參數的改變引起的電流不均衡甚至損壞管子的問題。本實用新型設計人，使用QH-ARQ 104-1型電晶體弧焊機進行焊接試驗時，遇到過電晶體損壞的情況，試圖以相同型號的管子替換進行修復，但未能成功，其原因是替換後的管子的參數與原電晶體組不匹配，不得不從生產廠家郵購一個電晶體組組件進行更換。
本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足，而提供一種模擬式電晶體弧焊機，該裝置能夠使工作在放大狀態下全控型功率電晶體在不對管子的參數進行篩選的情況下實現可靠均流，消除工作過程中因管子參數的改變對均流效果的影響，提高模擬式電晶體弧焊機工作的可靠性，解決電晶體損壞後維修困難的問題。
本實用新型的目的是這樣實現的它是在焊接變壓器，與焊接變壓器連接的整流及濾波器，焊接電流波形控制信號發生器的基礎上，將n個電子均流單元電路並聯後串接於整流及濾波器和電弧負載之間，所有電子均流單元電路中的運放同相輸入端接於同一控制電壓UK。
本實用新型與現有技術相比，具有如下顯著技術效果1．本實用新型在電子均流單元電路中的全控型功率電晶體Ti(i=1-n)的陰極與地線之間接有一隻阻值很小的電流採樣電阻Rsi，其上的壓降作為反饋電壓Vfi,Vfi=I｀fi·Rsi，反饋電壓Vfi通過反饋電阻R6接在運放Ai的反相輸入端上，其同相輸入端接有控制電壓UK，其輸出端接全控型功率電晶體Ti的控制極，由此構成電流負反饋電路。在此負反饋狀態下，運放Ai反相輸入端的電位約等於同相輸入端的電壓UK，即有UK≈Vfi=I｀fi·Rsi，因此得出I｀fi≈UK/Rsi，即流過每隻全控型功率電晶體Ti的電流與全控型功率電晶體Ti的參數及運放的參數無關，僅由控制電壓UK和採樣電阻Rsi的阻值決定。因此只要每隻電流採樣電阻Rsi的阻值相同，所有運放Ai的同相輸入端接於同一控制電壓UK，則流過每隻全控型功率電晶體Ti的電流就相同。從而實現不對管子的參數進行篩選情況下的精密均流，消除因管子參數發生改變引起的均流失敗，甚至燒毀管子的現象，提高了焊機工作的可靠性。當出現管子損壞時只需更換相同型號的管子即可，維修簡便。
2．本實用新型將所有電子均流單元電路中的全控型功率電晶體Ti的陽極匯接於a點，全控型功率電晶體Ti的陰極所串接的電流採樣電阻Rsi的接地端匯接於b點，即接成圖5所示的電路。則焊接電流If即為流過n只全控型功率電晶體電流的和，即If=I｀f1+I｀f2+…+I｀fi+…+I｀fn≈n·UK/Rsi。採樣電阻Rsi確定後，If僅由UK決定，即電子均流電路本身就具有恆流性質。因此所構成的弧焊機無需對焊接電流If進行電流負反饋閉環控制就可以獲得恆流外特性，控制電路結構簡單。
3．通過對研製的CD-160型模擬式電晶體鎢極氬弧焊機(TIG焊機)測試表明，只要篩選採樣電阻Rsi的阻值，將其誤差控制在±2％以內，均流精度可以達到96％。
根據上述技術方案已研製成功的CD-160型模擬式電晶體TIG焊機，全控型功率電晶體採用IRF540型功率MOS單管，採用4運放集成塊與4隻採樣電阻Rs、4隻電阻Rf、4隻電阻R1、4隻電阻R2、4隻二極體D、4隻電容C、4隻穩壓管DW組裝成一塊電路板，實現對4隻功率MOS管的均流驅動。電路板上4隻電阻Rs的接地端接在電路板上面積足夠大的敷銅面上，敷銅面鍍有0.1～0.3mm的焊錫層，將每塊電路板的焊錫層用螺釘壓緊在3×30mm2的銅帶上，並匯接於焊機輸出埠b點。功率MOS管等距固定在若干塊水冷銅板上，將水冷銅板匯接於a點。水冷銅板即為功率電晶體組的陽極，同時為功率電晶體組提供散熱。每4隻功率MOS管的柵極和源極通過導線與一塊電路板連接，這種積木化的結構為焊機容量的系列化生產提供了便利條件。
所研製的模擬式電晶體TIG焊機，使用SCB-I型單片單板機作為焊接電流波形控制信號發生器，經R4及R5構成的分壓器分壓後提供控制電壓UK，主要技術指標為1、輸出功率9.6KW2、空載電壓60V3、輸出電流0～160A4、負載持續率 60％5、焊接電流波形任意預置6、焊接電流波形重複精度99.9％
7、並聯管數IRF540×68隻試驗表明在不對功率MOS管的參數進行篩選的條件下獲得了精密均流，整機工作可靠，實現了任意波形控制法焊接工藝。並且所提供的技術方案還可以用於微束等離子弧焊，手弧焊等多種焊接。
圖1為模擬式電晶體弧焊機框圖；圖2為功率MOS單管或其相應功率模塊的電子均流單元電路；圖3為IGBT單管或其相應功率模塊的電子均流單元電路；圖4為晶體三極體單管或其相應功率模塊的電子均流單元電路；圖5為由功率MOS單管構成的模擬式電晶體TIG焊機的電原理圖。
在
圖1中1為焊接變壓器，2為整流及濾波器，3為電子均流單元電路並聯成的功率電晶體組，4為分壓器，5焊接電流波形控制信號發生器，6為電弧負載。
實施例1圖2所示的電子均流單元電路，在功率MOS單管或其相應的功率模塊T的柵極與運放A的輸出端之間，按運放A向其柵極提供電流的方向，正向串接二極體D，在其柵極和地線之間接有電阻R1，在其源極與地線之間接有電流採樣電阻Rs，在其源極和運放A反相輸入端之間接有電阻Rf，在運放A的反相輸入端和地線之間接有穩壓二極體DW，該穩壓二極體DW、電阻Rf和二極體D構成運放A的過電壓保護電路，運放A的反相輸入端和輸出端之間並接的電阻R2及電容C組成補償網絡。
實施例2圖3所示的電子均流單元電路中的全控型功率電晶體T為IGBT單管或其相應的功率模塊，其餘部分同實施例1。
實施例3圖4所示的電子均流單元電路中運放A的輸出端與三極體T1的基極連接，該三極體的集電極接電壓Vcc，該三極體的發射極正向串接二極體D及電阻R3後接全控型型電晶體T的控制極，全控型功率電晶體T為晶體三極體單管或其相應的功率模塊，其餘部分同實施例1。
權利要求1．一種模擬式電晶體弧焊機，包括焊接變壓器，與焊接變壓器連接的整流及濾波器，焊接電流波形控制信號發生器；其特徵在於n個電子均流單元電路並聯後串接於整流及濾波器和電弧負載之間，所有電子均流單元電路中的運放同相輸入端接於同一控制電壓UK。
2．按照權利要求1所述的模擬式電晶體弧焊機，其特徵在於分壓器由串聯電阻構成，分壓器的輸入端接焊接電流波形控制信號發生器的輸出端，所有電子均流單元電路中的運放同相輸入端接在分壓器的分壓點上。
3．按照權利要求1所述的模擬式電晶體弧焊機，其特徵在於每一電子均流單元電路中的功率MOS單管或其相應的功率模塊T的柵極與運放A的輸出端之間，按運放A向其柵極提供電流的方向，正向串接二極體D，在其柵極和地線之間接有電阻R1，在其源極與地線之間接有電流採樣電阻Rs，在其源極和運放A的反相輸入端之間接有電阻Rf，在運放A的反相輸入端和地線之間接有穩壓二極體DW，該穩壓二極體DW、電阻Rf和二極體D構成運放A的過電壓保護電路，在運放A反相輸入端和其輸出端之間並接的電阻R2及電容C組成補償網絡。
4．按照權利要求3所述的模擬式電晶體弧焊機，其特徵在於每一電子均流單元電路中的全控型功率電晶體T為IGBT單管或其相應的功率模塊。
5．按照權利要求3所述的模擬式電晶體弧焊機，其特徵在於每一電子均流單元電路中運放A的輸出端與三極體T1的基極連接，該三極體的集電極接電壓Vcc，該三極體的發射極正向串接二極體D及電阻R3後接全控型功率電晶體T的控制極，全控型功率電晶體T為晶體三極體單管或其相應的功率模塊。
專利摘要一種模擬式電晶體弧焊機屬於焊接設備。它是在焊接變壓器,整流及濾波器和焊接電流波形控制信號發生器的基礎上,將n個電子均流單元電路並聯後串接於整流及濾波器和電弧負載之間。提高了焊機工作的可靠性和可維護性。此種弧焊機可以用於TIG焊,微束等離子弧焊,手弧焊等多種焊接。
文檔編號B23K9/06GK2340555SQ9822931
公開日1999年9月29日 申請日期1998年8月13日 優先權日1998年8月13日
發明者劉明宇 申請人:重慶大學