专利名称:场效应管弧焊逆变器的制作方法
本发明属于焊接设备。
弧焊逆变器是八十年代初开始出现在国际市场，被称之为第四代新型弧焊电源。1979年在美国、荷兰、丹麦、挪威等四个国家首先研制出以大功率可控硅管为快速开关元件的可控硅式弧焊逆变器，刊登在Weinschenkh.Fischer W.ZIS Miheilung 1979.№12(下简称文献1)。接着于1981年在意大利又研制成功以大功率晶体管作为快速开关元件的晶体管弧焊逆变器，在西德有同样的论文，发表在RosenfeldW.KnappW.，ZIS Miheilung 1981 №12(下简称文献2)。前者工作频率一般为2000至3000Hz，频率较低，要进一步提高效率和减小体积，均受到可控硅元件开关速度的限制，並存在噪声(文献1)。后者工作频率可提高到16000Hz，这对进一步提高效率和减小体积是有利的，而且无噪声。但是它的控制功率较大，线路复杂，晶体管存在着二次击穿的问题(文献2)。
本发明的目的是为了克服已有技术的缺点，进一步提高弧焊逆变器的工作频率、效率、减小体积和改善弧焊逆变器工作能力。
本发明的要点是采用具有独特优点的大功率场效应管来作快速开关元件，组成具有保护电路保护的、高频、大功率场效应管並联的快速开关电路。以及本发明弧焊逆变器中的主变压器采用特殊绕制的中频变压器BT。
附图中图1、a)、b)为场效应管弧焊逆变器工作电路图元件规格见附表；图2为场效应管弧焊逆变器基本原理方块图；图3是该逆变器主电路图其元件目录见附表；图4、a)、b)为中频变压器罐形铁淦氧磁心结构图；图5为中频变压器绕组在铁心绝缘框架上的布置图。
如图1、图3所示，大功率场效应管组是全机的关键性部件。其由8个耐高电压UDS(500V)、大电流ID(10A)的场效应管分成两组(T1～T4，T5～T8)连接成半桥式的並联电路。其高频率(50KHZ)，负载电流(50A)。为了保证每个管子的动态电流的均匀分配，T1～T8每个管子的栅极串联入前置栅极电阻Rg1－8，其电阻值在5.1Ω至18Ω之间。每个管子所需的Rg值会有不同，具体数值在调试中确定。如果Rg值大小选择不适当，会出现管子动态电流分配不均匀，严重时影响管子安全工作。调试方法在场效应管的漏极或源极串入0.1Ω左右的电阻，用示波器来观察电阻两端的电压讯号(它反映电流ID的波形)，並进行ID波形比较。为了保证每个管子的静态电流分布均匀，並联工作的管子应等距离安装在同一块冷却板(散热器)上，确保散热条件尽可能一致。
大功率场效应管在输出负载不断变化于空载——短路——负载极其复杂的工作状态，承受较高电压(310V)和大电流(11A)，本身的开关速度又要求特别快(5万次／秒)，占空比0.4，因此它的安全工作事关重大，必须采取有效的保护措施。主要措施(1)利用由开关时间(trr≤0.2μS)三极管BU208接成二极管D9～D10反极性並联，作为场效应管组T1～T8的截止回复电流的旁路(休止旁路)。(2)利用阻容电路R5、C6对电感和漏抗引起的振荡加以阻尼。(3)输出端必须並联一预负载电阻R6数值的选择应使其通过电流与负载电流的比例为3.5100。(4)输出整流器ZL2所用的二极管，其开关速度应为(trr≤0.1μS)。
作为主变压器的中频变压器BT的结构参数为(1)铁心采用罐形铁淦氧磁心PM－Kernsatz φ87×70(mm)。见图4。
平均磁路长度le＝153mm。
铁心截面积Ae＝915mm2铁心有效截面积Amin＝700mm2铁心体积Ve＝140，000m3电感系数AL＝12000(材料27、无间隙)(2)绕组匝数及布置初级绕组N1＝6匝；次级绕组N2＋N2＝2＋2(匝)绕组在铁心绝缘框架上的布置见图5，图5中1为绝缘框架，2为金属屏弊(不能短路)和绝缘材料。
绕组匝数的确定和它的布置对中频变压器及场效应管组的正常工作影响极大，因此应注意(1)N1与N2的耦合要尽可能紧密，以防止形成较大的漏抗和振荡及严重威协管组的工作。
(2)对绕组甚至整个中频变压器要加以屏弊，以防止干扰。
初级绕组导线由φ＝0.47mm高强度漆包线20支编织而成，总载面为3.5mm2；次级绕组导线由φ＝0.62mm高强度漆包线30支编织而成总面积为9.05mm2。
本发明与最相近的技术晶体管式弧焊逆变器比较具有如下显著优点1、逆变器的工作频率可以大幅度提高，前者一般为16，000HZ后者可达50，000HZ，因而提高了效率和节省能量，节能效果(约3～5％)，进一步减小体积和节约电工材料。
2、控制功率极小，前者采用电流控制，后者采用电压控制，控制功率比前者小几十倍以上。例如本发明仅需0.5瓦的控制功率，可以直接用微计算机进行控制，这是任何新型弧焊电源不可与之比拟的。
3、工作性能好，可靠工作范围更宽，没有晶体管的二次击穿问题。管子並联工作易实现。
4、制造工艺简单，这是由于控制功率极小，控制电路简单，不必采用多级放大控制电流，又因工作频率高，主变压器的绕组匝数特别少，大大减轻绕制变压器的工作量。全机仅由两个整流器、二个电抗器、两块印刷电路板和二个场效应管组及测试电表等几个部分组合而成，为发展新型的“积木式”弧焊电源创造了良好的条件。
实现本发明的最好方式是按附图3的工作电路图，选择附表所列的元件，按照说明书制作出一台样机之后，进行小批量生产。其中主要元件，例如大功率场效应管，CMOSCD4049、TDA4700集成电路块和高频铁淦氧磁心应尽可能从国外进口。
权利要求
1.一种由输入整流器、开关电路、主变压器、输出整流器、电子开关与控制电路组成的场效应管弧焊逆变器，其特征是具有场效应管组快速开关电路和罐形磁芯中频变压器BT。
2.按照权利要求
1所述的场效应管弧焊逆变器，其特征在于其场效应管组快速开关电路是由8个耐高电压UDS(500V)、大电流ID(10A)的BUZ45场效应管，分成两组(T1－T4，T5－T8)连接成半桥式的並联、高频率(50KHZ)、大功率(负载电流50A)的快速开关电路。
3.按照权利要求
1、2所述的场效应管弧焊逆变器，其特征在于为使其场效应管组快速开关电路中的各个场效应管(T1～T8)的动态和静态电流均匀分配，T1～T8各管均串入5.1Ω～18Ω的栅极电阻Rg1～8；並且8个场效应管等距离装在同一散热板上。
4.按照权利要求
1、2所述的场效应管弧焊逆变器，其特征在于其场效应管组快速开关电路具有由快速(trr≤0.2μS)开关三极管BU208接成二极管D9～D10反极性並联，及R5、C6组成过流、过压保护电路。
5.按照权利要求
3所述的场效应管弧焊逆变器，其特征在于其场效应管组快速开关电路具有由快速(trr≤0.2μs)开关三极管BU208接成二极管D9～D10反极性並联，及R5、C6组成过流、过压保护电路。
6.按照权利要求
1所述的场效应管弧焊逆变器，其特征在于其中频变压器BT采用N27材料的φ87×70mm的罐形铁氧体磁芯PM－Kernsatz、初级N1由φ＝0.47mm的高强度漆包线20支编织成总截面为3.5mm2的线组绕6匝；次级N2由φ＝0.62mm的高强度漆包线30支编织成总截面为9.05mm2的线组並采用双线並绕法各绕2匝，N1与N2间紧密耦合，变压器外加金属屏弊罩。
专利摘要
一种用作焊接设备的场效应管弧焊逆变器，该逆变器采用大功率场效应管作为快速开关元件，组成具有保护电路保护的、高频、大功率场效应管并联的快速开关电路，并且采用了罐形磁芯中频变压器。该逆变器工作频率大幅度提高，从而提高了效率，节约了能量，减小了体积、节省了电工材料，其工作性能好，可靠工作范围宽，制造工艺简单。此种弧焊逆变器可以用于微束等离子弧焊，钨极氩弧焊等多种焊接方法。
文档编号B23K9/16GK85201941SQ85201941
公开日1986年6月4日 申请日期1985年5月22日
发明者黄石生, 伍月华, 李绍斌 申请人:华南工学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan