儲能式多功能焊機的製作方法

2023-05-24 23:30:31

專利名稱：儲能式多功能焊機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種儲能式焊機，更具體地說是一種無變壓器儲能式多功能焊機。
目前有儲能式螺柱焊機和儲能式保溫釘焊機等，前者是以電弧形式放電，而後者是以電阻形式放電。焊機由電源、控制系統及焊槍三部分組成。預接觸式及預留間隙式電容放電螺柱焊機的電源工作原理是相同的，焊機由電容器的充電電路、充電電壓調節電路、電容器的放電電路及復位電路與控制系統組成，其主電源是通過控制系統控制主電源變壓器的導通角來控制儲能電容的充電電壓變化而工作的。
由於儲能式焊機瞬時放電，熱影響區小，母材無變形、變色等殘餘痕跡，加上節能、無公害、操作簡易效率高，因而廣泛應用於家用電器、電子、機械、汽車、造船、航空、五金等行業。然而現有的儲能式焊機因其中包含有笨重的主電源變壓器，不但體積大、重量重，無功功耗大，且功能單一，因而影響其使用效果及經濟效益。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為通過採用控制交流過零型固態繼電器的通斷來選擇所需的電壓來代替現有儲能式焊機中的主電路變壓器調壓，該變壓器的重量一般要佔儲能式焊機重量的一半以上，而交流過零型固態繼電器不但對外電源的幹擾噪聲小(凡是有220V照明電源的地方都可使用)、壽命長，而且體積小、重量輕(僅幾十克)，可節省許多空間，而這些騰出的空間就可用來安放更多的電容器，這就擴大了焊機的容量即增大焊接的功率，提高了焊接質量，進而擴大了焊機的使用範圍。同時本發明設計有一個靈敏可靠的電壓監控負反饋系統，當儲能電容器組上的電壓達到設定值時，能自動切斷供電系統，保證直流輸出電壓的波動不大於0.2％。
本發明包含有殼體、儲能電容器組、開關、指示燈、風冷裝置、焊槍、電壓顯示器及電子線路，其電路包含有充電電路、焊接開關電路、控制電路、放電電路、保護電路、和直流穩壓電源電路，其特徵在於採用無變壓器的方式對焊接工作所需的不同電壓進行調節，其工作電路按以下的方法連接工作本發明包含有低電壓、大容量儲能電容器組，所述的電容器組正負兩極間連接有由開關組件、工件和焊槍組成的一條串連的焊接開關迴路，當電容器組兩端的電壓達到設定的電壓值時，按下焊接開關，就使該迴路導通，完成焊接工作；其儲能電容器組正負兩極間還連接有一條包含有壓敏元件和繼電器組成的過壓保護電路，一旦電容器組兩端由於電路異常造成電壓超過最大允許工作電壓時，則該繼電器通電，使其常閉觸頭斷開，切斷充電迴路。
本發明包含有整流橋充電電路，在整流橋與交流市電插頭之間的串接迴路中設有充放電開關，它有兩對觸點，分別對應著充電放電兩個工作狀態；整流橋其一個輸入端上連接有一條包含有按限流瞬態電阻、充電繼電器(交流過零型固態繼電器)和過電壓繼電器的第一對常閉觸點順序形成的串聯電路，另一個輸入端上連接有比例調壓交流過零型固態繼電器、過電壓繼電器的第二對常閉觸點和充放電開關的觸點順序形成的串聯電路，其輸出端一路與儲能電容器的正極相連，同時也與充放電開關的另一觸點相連，其輸出端另一路與儲能電容器的負極相連，它們按上述連接方式構成充電迴路。
本發明包含有控制電路，它由控制焊接開關電路通斷的觸發電路系統、控制充電速度的比例調壓系統、設定焊機焊接功率的電壓負反饋系統及提供直流穩壓電源的電路構成，它們控制著整個焊機的工作狀態和過程。
所述的儲能式多功能焊機焊接開關電路具體構成如下焊接時兩個晶閘管分別與焊槍和工件連接，然後與儲能電容器串聯構成一條由焊接繼電器兩組常開觸點控制通斷的焊接迴路，當儲能電容的充電電壓達到設定值時，按下焊接開關，就可完成焊接工作。
所述的儲能式多功能焊機的觸發控制系統包含有由焊接開關、集成電路、三極體、繼電器和發光二極體組成的電路，焊接開關一路與直流穩壓電源的輸出端接通，另一路可在焊接控制集成電路的電源輸入端或比例調壓線路及電壓負反饋電路電源輸入端之間切換，焊接時，它切換在與焊接控制集成電路的電源輸入端相通，充電迴路斷電，隔離外界高壓，提供人身安全保障，焊接集成電路通電，觸發器輸出高電位電壓，進而使三極體導通，繼電器線圈通電，發光二極體亮，表示焊接繼電器的常開觸頭閉合，觸發電路發出信號，使焊接迴路導通；所述的焊接開關具有自鎖功能，只有再按一次，它才與焊接控制線路電源輸入端斷開，接通比例調壓線路及壓敏電壓負反饋電路電源輸入端，充電迴路開始導通，這樣就可以保證儲能電容器組中的電能全部釋放至維持電流以下，確保焊接工作的安全性、可靠性。
所述的儲能式多功能焊機的控制充電速度的電路是由包含有電位器、集成電路和交流過零型固態繼電器組成的脈衝信號發生器構成；調節外部電位器可控制交流電源按所選的佔空比將電流送到整流橋，佔空比愈高，充電速度愈快，工作效率越高，但如果使用場合的電源容量較小，則只好將佔空比選擇低一些。
所述的設定焊接功率的電壓負反饋電路包含有交流過零型固態繼電器、晶體三極體、發光二極體、壓敏元件組(如壓敏電阻)和功率選擇開關，晶體三極體的基極通過電阻和壓敏元件組與儲能電容器組的正極相連，壓敏元件的導通電壓可根據工作情況(如所焊螺柱直徑)選擇，這裡共分五檔，並與轉換開關連接，可通過操縱面板上的旋鈕進行選取。
所述的儲能式多功能焊機，其在充電迴路中串聯有一個自製的有一定電感的限流瞬態電阻，它不但可以限定正常的充電電流，還可抑制充電開始時的瞬間浪湧電流。
所述的自製限流瞬態電阻其結構為在一個長圓頭鑼釘上套有一個絕緣的磁管，在所述的磁管外面繞有多圈電阻絲，磁管兩端用絕緣板將電阻絲與安裝支架隔絕，這樣製成的電阻不僅有一定的電阻阻值，還有一定的電感量。
所述的儲能式多功能焊機在交流電進線上接有漏電保護器，一旦220V交流電對人體或對地漏電超過30mA時就能立即切斷電源。
所述的儲能式多功能焊機在焊接開關與交流比例調壓線路及電壓負反饋電路的電源輸入端之間串接有熱敏元件，該熱敏元件安裝在限流瞬態電阻上，當該電阻的溫度超過設定的值時，該元件瞬時斷路，切斷充電控制系統電源，因而切斷充電迴路，而當溫度下降到設定值以下時，它又會自動導通，焊機又可開始進行充電工作。
所述的儲能式多功能焊機其殼體內有足夠的容腔空間，在主機箱的前端面上有操縱面板，在操縱面板的下方有焊槍與主機連接的快速接頭；在主機箱的容腔內有平板型大電流晶閘管總成、儲能電容器組、所述的儲能電容器組的負極導電排及陽極導電排、控制系統電源變壓器、控制系統模塊及主線路模塊，這兩個模塊與放電電阻一起安裝在電容器負極導電排上；在主機箱的後端面上安放有冷卻風扇、在風扇的進風口一側安放有限流瞬態電阻、電源的漏電保護器與帶熔斷器的電源插座；在主機箱的殼體上方安裝有提手，由於採用模塊式環氧封膠電路，使得焊機機箱內整個空間排列十分緊湊，便於安裝和修理。
所述的儲能式多功能焊機，其工作過程如下首先，焊接開關處於與焊接迴路斷開狀態，按下充放電開關，外界電源通過充電迴路對儲能電容器組充電，充電的速度和電壓的高低都可事先選好，當電壓充到設定值時，充電迴路自動斷開，與外界高壓電源隔離，發光二極體亮，表示可以開始焊接工作，此時按下焊接開關，就可完成焊接工作。在充電的整個過程中，若儲能電容器兩端工作電壓異常(大於設定的最高工作電壓)或限流瞬態電阻上的溫度過高，則充電迴路就會停止工作直至恢復正常，充電迴路又會自動恢復工作。


圖1為本發明的工作原理圖；圖2為本發明的控制系統電路圖；圖3為本發明的工作流程圖；圖4為本發明的一種主機布局圖；圖5為圖4的A-A剖視圖；圖6為圖4的B-B剖視圖；圖7為本發明的限流瞬態電阻結構圖。
本發明的基本原理如圖1所示。它包含有熔斷器1、漏電保護器2、冷卻風扇3、充放電開關4、熱敏元件5(在圖2的控制系統中)、比例式調壓交流過零型固態繼電器6、充電繼電器(也是交流過零型固態繼電器)7、限流瞬態電阻8、整流橋9、放電電阻10、壓敏元件11、過電壓保護繼電器12、儲能電容器組13、觸發極偏置電阻14、19、晶閘管15、20、觸發繼電器觸頭16、18、控制系統23、電壓顯示器17及焊槍21、工件22。
本發明的儲能式多功能焊機的主機(參見圖2)包括儲能電容器組13、焊接輸出迴路晶閘管開關組件31、電壓監控負反饋系統32、交流過零型固態繼電器比例調壓系統33、焊接輸出迴路晶閘管觸發控制系統34及電源系統35。當來自儲能電容器組13的輸出直流信號達到某設定值時，電壓監控負反饋系統32中的電壓傳感元件(如壓敏電阻)導通，使三極體VT2的基極變高電位，三極體VT2導通，固態繼電器SSR2因其輸入腳③變低電位而截止(充電時為導通狀態)，充電迴路斷開，同時發光兩極管LED1發亮，顯示儲能電容器組13上的電壓值已達到設定值目標。壓敏電阻的導通電壓可根據所焊螺柱直徑選擇，這裡共分五檔R1～R5，並與轉換開關K2連接，可通過操縱面板上的旋鈕進行選取。在比例調壓系統33中，有一個由交流過零型固態繼電器SSR1、集成塊IC4及電位器RP構成的脈衝發生器，通過調節外部電位器RP就可控制交流電源按所選的佔空比將電流送到整流橋9，佔空比愈高，充電速度愈快，如使用場合的電源容量較小時，佔空比應選擇低一些。在焊接輸出迴路晶閘管觸發控制系統34中，當焊槍上的開關K1按下時，集成塊IC3通電，觸發器輸出高電位，三極體VT1導通，繼電器J2的觸頭J2-1、J2-2閉合，作為焊接開關用的晶閘管SCR1、SCR2由截止狀態變為導通狀態，此時儲能電容器組13中的電流迅速放電，產生瞬時焊接熱源。同時由於連接比例調壓控制系統33及電壓監控負反饋系統32的電源被斷開，使固態繼電器SSR1、SSR2電源輸入信號為零，觸點斷開，切斷充電迴路，因此外部的高壓交流電不可能進入焊接迴路，從而保證了整個系統的可靠性和安全性。開關K1帶自鎖功能，必須要重複按一次焊槍上的開關K1，才能恢復給儲能電容器組13充電。這種控制形式有兩大好處其一，可確保安全性，其二，可保證儲能電容器組13中的電能全部釋放至維持電流以下，確保晶閘管SCR1、SCR2可靠截止。電源系統35為整個控制系統提供穩定的12V直流電源和5V數顯電源。
所述的儲能式多功能焊機其工作流程如圖3所示，首先，焊接開關切換在與比例調壓線路及電壓負反饋電路電源輸入端通電的狀態，按下充放電開關4，使其處於充電位置4-1時，外界電能通過過電壓繼電器觸頭12-1、12-2、比例式調壓繼電器6、充電繼電器7、限流瞬態電阻8、整流橋堆9，向儲能電容器組13充電，當儲能電容器組13的電壓達到設定值時，充電繼電器7能自動將電源切斷，發光二極體亮，表示電已充足，此時按下焊接開關K1，焊接繼電器的觸頭16、18被接通，兩個晶閘管15、20由截止狀態變為導通狀態，形成一個放電焊接迴路，完成焊接工作。焊接時比例式調壓繼電器6及充電繼電器7的電源相應被切斷，充電迴路關斷，使交流電源不會進入焊接迴路，保證工作時的絕對安全。過電壓保護繼電器觸頭12-1、12-2為常閉式，在充電過程中，若工作電壓異常使儲能電容器組13過壓時，壓敏元件11導通，使繼電器觸頭12-1、12-2變為開路，從而切斷充電迴路，儲能電容器組13停止充電。熱敏元件5用於當限流瞬態電阻的溫度超過設定值時，該元件瞬時斷路，切斷充電控制系統電源，因而切斷充電迴路，而當溫度下降到設定值以下時，它又會自動導通，焊機又可開始進行充電工作。放電電阻10是用於復位電路，當充放電開關4處於放電位置4-2時，儲能電容器組13與之形成一個串聯迴路，將電流放盡。
所述的儲能式多功能焊機其殼體內有足夠的容腔空間(參見圖4、5、6)，在主機箱43的前端面上有操縱面板42，在操縱面板的下方有焊槍與主機連接的快速接頭41；在主機箱的容腔內有平板型大電流晶閘管總成45、儲能電容器組43、所述的儲能電容器組的負極導電排413及陽極導電排414、控制系統電源變壓器410、控制系統模塊46及主線路模塊47(它將線路中的整流橋、比例式調壓過零型固態繼電器、充電繼電器及過電壓繼電器封裝在一個塑料盒內)，這兩個模塊與放電電阻10一起安裝在電容器負極導電排413上；在主機箱的後端面上安放有冷卻風扇48、在風扇的進風口一側安放有限流瞬態電阻8、電源的漏電保護器411與帶熔斷器1的電源插座412；在主機箱的殼體上方安裝有提手44，由於採用模塊式環氧封膠電路，使得焊機機箱內整個空間排列十分緊湊，便於安裝和修理。
所述的自製限流瞬態電阻其結構(參見圖7)為在一個長圓頭鑼釘51上套有一個絕緣的磁管52，在所述的磁管外面繞有多圈電阻絲53，磁管兩端用絕緣板54將電阻絲與安裝支架55隔絕，這樣製成的電阻不僅有一定的電阻阻值，還有一定的電感量，這樣當充電開始的一瞬間，它不僅能限定正常的充電電流，還可抑制充電開始時的瞬間浪湧電流。
本發明的主機的功能之一應用於螺柱焊槍；本發明的主機的功能之二應用於保溫釘焊槍；本發明的主機的功能之三應用於介子碰焊槍；本發明的主機的功能之四應用於不鏽鋼點焊鉗。
本發明的保護範圍不局限於實施例的限制，比如在焊接迴路中用繼電器替代可控矽、或在保護電路中用瞬態二極體替代壓敏電阻、或用分立元件構成的脈衝發生器替代集成電路脈衝發生器仍屬本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種儲能式多功能焊機，它包含有殼體、包容在殼體內的儲能電容器組、開關、指示燈、冷卻裝置、焊接槍、電壓顯示器，其電路包含有充電電路、焊接開關電路、控制電路、放電電路、保護電路和直流電源電路，其特徵在於其工作電路按以下的方法連接布置a、儲能電容(13)1)兩極間連接有包含有開關組件(15)，工件(22)和焊槍(21)、開關組件(20)順序組成的一條串連的焊接開關迴路，2)正負兩極間連接一條包含有壓敏元件(11)和繼電器(12)組成的串連電路，繼電器(12)控制常閉觸點(12-1)和(12-2)的通斷，b、充電整流橋(9)1)在整流橋與交流市電插頭之間的串接迴路中設有充放電開關(4)，它有兩對觸點(4-1)、(4-2)，2)其一個輸入端上連接有一條包含有按限流瞬態電阻(8)、充電繼電器(7)和過電壓繼電器(12)的常閉觸點(12-2)順序形成的串聯電路，3)另一個輸入端上連接有交流調壓過零型固態繼電器(6)、過電壓繼電器(12)的常閉觸點(12-1)和充放電開關(4)的觸點(4-1)順序形成的串聯電路，4)其輸出端一路與儲能電容器(13)的正極相連，同時也與充放電開關(4)的觸點(4-2)相連，5)其輸出端另一路與儲能電容器(13)的負極相連，c、所述的控制電路(23)進一步包含有1)控制焊接開關電路通斷的觸發電路(34)，2)控制充電速度的比例調壓電路(33)，3)設定焊接功率的電壓負反饋電路(32)，4)提供控制系統電源的直流穩壓電路(35)。
2.如權利要求1所述的儲能式多功能焊機，其特徵是所述的焊接開關電路(31)具體構成如下晶閘管SCR1(20)和晶閘管SCR2(15)焊接時分別與焊槍(21)和工件(22)連接，然後與儲能電容(13)串聯構成一條由繼電器J2觸點J2-2(16)、J2-1(18)控制通斷的焊接迴路。
3.如權利要求1所述的儲能式多功能焊機，其特徵是所述的焊接開關電路(31)需要一個觸發控制系統(34)來對其觸發進行控制，所述的觸發控制系統包含有焊接開關K1、集成電路IC3、三極體VT1、繼電器J2和發光二極體LED2。
4.如權利要求1所述的儲能式多功能焊機，其特徵是所述控制充電速度的電路(33)包含有電位器(RP)、集成電路IC4和固態繼電器SSR1。
5.如權利要求1所述的儲能式多功能焊機，其特徵是所述的設定焊接功率的電壓負反饋電路(32)包含有固態繼電器SSR2、三極體VT2、發光二極體LED1、壓敏元件組(R1～R5)和功率選擇開關K2，VT2的基極通過電阻和壓敏元件組(R1～R5)與儲能電容器組(13)的正極相連。
6.如權利要求1所述的儲能式多功能焊機，其特徵是在充電迴路中在固態繼電器(7)與整流橋(9)輸入端之間串聯一個有一定電感的限流瞬態電阻(8)。
7.如權利要求1所述的儲能式多功能焊機，其特徵是所述的限流瞬態電阻結構為在一個長圓頭鑼釘(51)上套有一個絕緣的磁管(52)，在所述的磁管外面繞有多圈電阻絲(53)，磁管兩端用絕緣板(54)將電阻絲(53)與安裝支架(55)隔絕。
8.如權利要求1所述的儲能式多功能焊機，其特徵是在交流電進線上接有漏電保護器(2)。
9.如權利要求1所述的儲能式多功能焊機，其特徵是在焊接開關K1與交流比例調壓控制線路(33)及電壓負反饋電路(32)的電源輸入端之間串有熱敏元件(5)。
10.如權利要求1所述的儲能式多功能焊機，其特徵是其殼體內有足夠的容腔空間，在主機箱(43)的前端面上有操縱面板(42)、在操縱面板的下方有焊槍與主機連接的快速接頭(41)；在主機箱的容腔內有平板型大電流晶閘管總成(45)、儲能電容器組(13)、所述的電容器組的負極導電排(413)及陽極導電排(414)、控制系統電源變壓器(410)、控制系統電路模塊(46)及主線路模塊(47)，這兩個模塊與放電電阻(10)一起安裝在電容器組(13)的負極導電排(413)上；在主機箱的後端面上安放有冷卻風扇(48)、在風扇的進風口一側安放有限流瞬態電阻(8)、電源的漏電保護器(411)與帶熔斷器(1)的電源插座(412)；在主機箱的殼體上方安裝有提手(44)。
全文摘要
一種儲能式多功能焊機,通過採用控制交流過零型固態繼電器的通斷來選擇儲能電容器組的充電電壓來代替現有儲能式焊機中的主電路變壓器調壓,同時設計有一個靈敏可靠的電壓監控負反饋系統,保證儲能電容器組的直流輸出電壓波動不大於0.2%。它包含有儲能電容器組(13)、比例調壓系統33、焊接輸出迴路晶閘管開關組件(31)、電壓監控負反饋系統(32)、晶閘管觸發控制系統(34)及電源系統(35);它可應用於螺柱焊槍、保溫釘焊槍、介子碰焊槍、不鏽鋼點焊鉗。本發明的優點在於:幹擾噪聲小、壽命長、體積小、重量輕;低電壓大容量,焊接速度快,焊接質量高,一機多用;採用模塊式環氧封膠電路,焊機結構緊湊,易於安裝和修理;設有過電壓、過電流、過熱、漏電等保護裝置。
文檔編號B23K11/26GK1374164SQ02111459
公開日2002年10月16日 申請日期2002年4月22日 優先權日2002年4月22日
發明者俞嶽皋 申請人:俞嶽皋