专利名称：多功能一体式焊接切割设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接和切割电源，属于供电电源技术领域。
背景技术：
随着现代电力电子技术而发展起来的新型焊割逆变电源，由于高效节能、控制性能优异而成为最具发展前途的电弧加工(焊接、切割)设备。
在生产施工现场中，大多数情况下需要焊接和切割两种工艺同时具备，如果一台逆变电源即可进行焊接，又可进行切割，不仅可以方便施工，而且可节约投资，焊接和切割两用电源的技术关键在于输出电压的转换问题(焊接输出电压低，切割输出电压高)，目前焊接切割两用电源或者采用分离单元构成焊割设备，或者采用变压器抽头机械控制构成一体式焊割设备，前者在进行金属加工时需要两台设备，造成设备投资浪费，后者采用变压器抽头、原边和副边切换的方式，这种切换方式，变压器抽头多(4个)，造成制造工艺困难，控制复杂，另外，变压器抽头多难免会给高频逆变电源带来较大空间干扰，给正常的工作生产带来不便。
发明内容
本发明的目的是为解决以上焊割电源结构之不足，为焊接和切割提供一种多功能、体积小、重量轻、结构简单、控制方便的一体式焊割设备，以实现焊接和切割功能的多样化，同机具有焊条电弧焊、直流氩弧焊、脉冲氩弧焊、等离子切割四种功能。
本发明之结构设计是这样实现的多功能一体式焊割设备由输入整流滤波电路、焊接与切割逆变器、高频变压器、输出整流滤波电路及控制电路五部分组成。
如图1所示，输入整流滤波电路由全桥整流电路B1和B2、滤波电容C1、C2、C3、C4组成；全桥逆变电路由可控开关管(MOSFET)VT1-VT4及阻容元件组成；焊接和切割高频变压器由转换开关J2和J3、带一次抽头变压器组成；输出整流滤波电路由全波整流二极管VD1和VD2、阻容保护元件、输出电感L2、输出滤波电容C11、死负载R14组成；控制电路由PWM脉冲发生器TL494(见图4)、驱动电路(见图2)、过流过热保护电路、程序控制电路(见图4)组成。
其联接是市电电源经开关S1与整流桥B1、B2输入端联接，B1、B2之输出经输入滤波电容C1、C2、C3、C4、后与全桥逆变器开关管MOSFET(VT1、VT2、VT3、VT4、)联接，开关管上装有阻容保护器R6C5、R10C7、R7C6、R11C8输出联接继电器J2、高频变压器TR1、变压器次级连接输出整流二极管VD1、VD2、阻容保护器R12C9、R13C10、整流后经分流器FL、电抗器L2、输出滤波R15C11、负载R14、高频旁路电容C12、C13、C14、连接高频发生器、高频发生器由TR1次级线圈、J3-1、J4-1、J5、R16、升压变压器TR5、火花放电器SP、R17、振荡电容C15、高频耦合线圈TR6组成。(如图1所示)详细电路结合附图加以说明。
主电路的工作过程为市电(220VAC50Hz)经过整流滤波后变为平滑直流电经全桥逆变为频率100kHz的高频交流电加变压器TR1初级，经过TR1降压(焊接时变压器变比为6∶1，切割时变化为1.5∶1，通过继电器J2切换)，输出整流滤波后，输出适合焊接和切割的直流电(焊接时空载电压53V，切割时空载电压210V)。
图2为4路驱动电路，其输入经过脉冲变压器(TR3、TR4)、三极管(T4、T5)接至PWM集成控制器IC1(TL494)的输出(TL494的9脚、10脚)，输出分别接至开关管MOSFET的栅极和源极，该电路的功能是实现PWM脉冲信号的功率放大。
图3是脉冲发生电路和给定值电路，脉冲发生电路由集成电路IC3(TL494)、阻容元件、三极管(T1、T2)组成，给定值电路由继电器J6、电流调节电位器W3、最大电流限制电位器W1，脉冲频率电位器W7，占空比电位器W8，峰值电流脉冲关闭电位器W6组成，其功能是在氩弧焊时，实现脉冲焊接功能，在切割和手工电弧焊时，关闭脉冲功能，并可设置或调节焊接或切割电流大小。
图4由PWM脉宽调制电路，稳压电源控制电路，过热保护电路，过流保护电路，反馈电路，程序控制电路，断高频电路组成。
稳压电源控制电路由控制变压器TR2，整流桥B1(KBP307G)，三端稳压器VLT1(7812)、VLT2(7912)及滤波电路组成，目的是为其它控制电路提供稳压电源(±12V)；过热保护电路由热敏电阻RJ(放在变压器线圈中)、比较器IC1B(LM324)、外围阻容元件、温度调节电位器W1组成。目的是当变压器过热时，关闭PWM脉宽调制电路的输出。
过流保护电路由电流互感器L1、电阻R3、晶闸管SCR及外围电路(图4中，R35、C18、D11、W2、C5、R12、电感L3)、比较器IC1A(LM324)及外围电路组成，目的是当主电路出现过流或电流突变(di/dt过大)时，关闭PWM输出。
反馈电路由运算放大器IC1D(LM324)及外围电路组成，反馈电路输入信号取自分流器FL两端，输出端接至PWM脉宽调制电路和断高频电路，该电路的功能是对电流反馈信号进行滤波和放大，并给断高频电路提供电流信号。
PWM脉宽调制电路由IC1D(TL494)、振荡电阻R40、振荡电容C27、死区时间控制元件(C34、R150、R41)、PI调节器(R42、C26、R43)组成。该电路的功能是产生两路互补(相位相差180度)的PWM脉冲信号，并在给定和反馈电路信号的作用下，调节或稳定脉冲宽度。
断高频电路由参考电压VREF(+5V)、比较器IC5A(LM339)、三极管T9、继电器J5及外围阻容元件组成，电路的输入信号为电流反馈放大信号，该电路的功能是当主电路有电流时，切断引弧高频。
程序控制电路由焊枪开关GUN、电磁气阀DF、继电器J4、施密特反相器IC4(CD40106)、光耦(PC1、PC2)、三极管(T3、T8)及外围阻容元件组成，当功能形状拨到MMA(焊条电弧焊)时，102和103点接通，J4吸合，J4-1和J4-2由常闭变为常开，此时进行焊条电弧焊(MMA)时当功能开关拨到TIG(钨极氩弧焊)时，按下焊枪开关GUN，可进行TIG焊接，如果此时增大峰值电流/脉冲关闭电位器W6，还可实现脉冲TIG焊接；当功能开关拨到CUT(空气等离子切割)时，100和101点接通，J2和J3吸合，电路切换到切割状态，此时按下切割枪开关GUN，即可进行空气等离子切割。
本发明的优点是高效节能本焊接工作效率可达80％以上，功率因数高，空载损耗极小，是理想的节能产品；性能好本机采用先进的线路原理设计，整机有良好的稳态特性和动态特性，恒流稳定，反应速度快，且有小型电子引弧装置，因而引弧更加容易，电弧稳定，飞溅小，电弧弹性好；电流调节范围广焊接时输出电流在10～160A范围内任意设定调节，以满足不同用户不同焊接工艺的要求；成本低切割时采用压缩空气，较之采用其他的气体介质大大降低了成本；保护功能齐全机内设有欠压保护、过热保护、线路故障截止保护，一旦出现异常情况将自动停止输出，并有发光二极管指示，待异常情况消失后自动恢复工作；本焊机可作为普通直流焊机、氩弧焊机和切割机使用，一机多用且体积小、重量轻、携带方便。
图1为本发明电路原理图；图2为本发明驱动电路原理图；图3为本发明脉冲发生电路和给定值电路图；图4为本发明控制电路原理图；图5为本发明前后面板结构示意图。
图5中1、电源开关，2、检气开关，3、功能转换开关，4、非正常指示灯(欠压、过热、故障)，5、电源指示灯，6、电流表，7、脉冲峰值电流调节旋扭，8、脉冲占空比调节旋扭，9、脉冲频率调节旋扭，10、氩气延时保护时间旋扭，11、电流设定旋扭(脉冲氩弧焊时为基值电流设定)，12、空气过滤器，13、输出电缆“+”插座，14、输出电缆“-”插座，15、手柄开关接线插座，16、冷却风扇，17、氩气出气胶管连接孔，18、氩气进气胶管连接孔，19、AC220V输入电缆，20、8mm接地螺栓。
具体实施例方式
本发明的工作过程是焊接工作过程由市电经整流、滤波、逆变成高频再经高频整流、滤波得到低电压大电流，用电子脉冲脉宽电路PWM实现输出恒流控制，同时得到陡直的外特性。
切割工作过程将焊机置于切割状态，接通空气压缩机后，打开切割机电源开关冷却风扇工作，割炬开关按下后，首先电磁气阀接通，予送压缩空气以冷却电极，当压缩从割炬喷嘴喷出后，交流电经整流电路变成直流电，供割炬产生等离子弧束用，与此同时高频发生器及引弧器工作，产生高频电压引燃等离子弧，等离子弧在喷嘴的机械压缩效应、弧束的热收缩效应及电磁压缩效应的综合作用下形成强有力的等离子束焰流，将工件的局部迅速加热熔化，通过高压高速空气流将熔化金属吹离切割基体形成切口，完成切割过程，为保护电极在切割操作完成后，压缩空气仍继续供给，延时数秒后关闭，以冷却电极。
权利要求
1.一种多功能一体式焊接切割设备，其特征在于该设备由输入整流滤电路、焊接与切割逆变器、高频变压器、输出整流滤波电路、控制电路五部分组成，其中输入整流滤波电路由全桥整流电路B1、滤波电容C1和C2组成；全桥逆变电路由可控开关管(MOSFET)VT1-VT4及阻容元件组成；焊接和切割高频变压器由转换开关J2、J3、带一次抽头的变压器组成；输出整流滤波电路由全波整流二极管VD1和VD2、阻容保护元件、输出电感L2、输出滤波电容C11、死负载R14组成；控制电路由PWM脉冲发生器TL494、驱动电路、过流过热保护电路、程序控制电路组成，其联接是市电电源经开关与整流桥B1、B2输入端连接，B1、B2之输出经输入滤波电容C1、C2、C3、C4、后与全桥逆变器开关管MOSFET(VT1、VT2、VT3、VT4、)连接，开关管上装有阻容保护器R6C5、R10C7、R7C6、R11C8，输出连接继电器J2、高频变压器TR1、变压器次级连接输出整流二极管VD1、VD2、阻容保护器R12C9、R13C10、整流后经分流器FL、电抗器L2、输出滤波R15C11、负载R14、高频旁路电容C12、C13、C14、连接高频发生器、高频发生器由TR1次级线圈、J3-1、J4-1、J5、R16，升压变压器TR5、火花放电器SP、R17、振荡电容C15、高频耦合线圈TR6组成。
2.按权利要求1所述的焊接切割设备，其特征在于控制电路由PWM脉宽调制电路，稳压电源控制电路，过热保护电路，过流保护电路，反馈电路，程序控制电路，断高频电路组成，其中稳压电源控制电路由控制变压器TR2，整流桥B1(KBP307G)，三端稳压器VLT1(7812)、VLT2(7912)及滤波电路组成，目的是为其它控制电路提供稳压电源(±12V)。
3.按权利要求1、2所述的焊接切割设备，其特征在于过热保护电路由热敏电阻RJ(放在变压器线圈中)、比较器ICIB(LM324)、外围阻容元件、温度调节电位器W1组成。目的是当变压器过热时，关闭PWM脉宽调制电路的输出。
4.按权利要求1、2所述的焊接切割设备，其特征在于过流保护电路由电流互感器L1、电阻R3、晶闸管SCR及外围电路R35、C18、D11、W2、C5、R12、电感L3、比较器IC1A(LM324)及外围电路组成，目的是当主电路出现过流或电流突变(di/dt过大)时，关闭PWM输出。
5.按权利要求1、2所述的焊接切割设备，其特征在于反馈电路由运算放大器IC1D(LM324)及外围电路组成。反馈电路输入信号取自分流器FL两端，输出端接至PWM脉宽调制电路和断高频电路，该电路的功能是对电流反馈信号进行滤波和放大，并给断高频电路提供电流信号。
6.按权利要求1、2所述的焊接切割设备，其特征在于PWM脉宽调制电路由IC1D(TL494)、振荡电阻R40、振荡电容C27、死区时间控制元件(C34、R150、R41)、PI调节器(R42、C26、R43)组成，该电路的功能是产生两路互补(相位相差180度)的PWM脉冲信号，并在给定和反馈电路信号的作用下，调节或稳定脉冲宽度。
7.按权利要求1、2所述的焊接切割设备，其特征在于断高频电路由参考电压VREF(+5V)、比较器IC5A(LM339)、三极管T9、继电器J5及外围阻容元件组成，电路的输入信号为电流反馈放大信号，该电路的功能是当主电路有电流时，切断引弧高频。
8.按权利要求1、2所述的焊接切割设备，其特征在于程序控制电路由焊枪开关GUN、电磁气阀DF、继电器J4、施密特反相器IC4、光耦(PC1、PC2)、三极管(T3、T8)及外围阻容元件组成，当功能开关拨到MMA(焊条电弧焊)时，102和103点接通，J4吸合，J4-1和J4-2由常闭变为常开，此时进行焊条电弧焊(MMA)；当功能开关拨到TIG(钨极氩弧焊)时，按下焊枪开关GUN，可进行TIG焊接，如果此时增大峰值电流/脉冲关闭电位器W6，还可实现脉冲TIG焊接；当功能开关拨到CUT时，100和101点接通，J2和J3吸合，电路切换到切割状态，此时按下切割枪开关GUN，即可进行空气等离子切割。
全文摘要
本发明是涉及焊接和切割电源的多功能一体式焊割设备，其结构是由输入整流滤电路、焊接与切割逆变器、高频变压器、输出整流滤波电路、控制电路五部分组成，其中输入整流滤波电路由全桥整流电路B1和B2、滤波电容C1、C2、C3、C4组成；焊接和切割高频变压器由转换开关J2、J3、带一次抽头的变压器组成；输出整流滤波电路由全波整流二极管VD1和VD2、阻容保护元件、输出电感L2、输出滤波电容C11、死负载R14组成，控制电路由PWM脉冲发生器TL494、驱动电路、过流过热保护电路、程序控制电路组成，本发明的优点是高效节能，性能好，电流调节范围广，成本低，保护功能齐全，可作为普通直流焊机、氩弧焊机和切割机使用，一机多用且体积小、重量轻、携带方便。
文档编号B23K9/10GK1557597SQ20041002106
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月15日 优先权日2004年1月15日
发明者常云龙 申请人:沈阳工业大学