专利名称：交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电焊机控制技术，具体涉及一种适用于半桥拓扑二次逆变交流方波钨极氩弧焊机的稳弧装置。
背景技术：
由于铝、镁及其合金材料具有耐腐蚀、密度小、重量轻、机械特性好等优点，越来越受人们的欢迎，尤其在航空、航天、核能、道桥、装 修等领域得到广泛的使用。但是铝、镁及其合金材料的表面易氧化，形成一层致密的氧化膜，该氧化膜的熔点较铝的熔点高且不易破碎。国内外对铝、镁及其合金材料的焊接主要采用交流钨极氩弧焊，既能满足铝材的阴极清理作用，又能减少钨极的损耗。现有技术的不足之处是，在交流方波钨极氩弧焊机焊接过程中，焊接电流的极性周期性变化，在正负半波交替时电流过零反向，电弧空间发生消电离和再引弧过程，特别在焊接电流小于40A时，当电流正半波向负半波转变时，由于焊件铝、镁及其合金材料的电子发射能力差而使得电弧复燃困难，将导致电弧熄灭(俗称“断弧”)，严重影响焊接工艺和焊接效率。为了解决断弧问题，就需要有能使电弧重新引燃的稳弧装置，目前比较常用的方法大致有三种1、采用全桥拓扑二次逆变主电路，利用大功率滤波电感自举升压稳弧，但这种方法存在二次功耗大，效率低，且交流方波频率可调节范围窄，整机材料成本高等缺陷；
2、采用适时叠加高频高压维弧脉冲，但这种方法存在高频干扰，对人体及设备有很大的伤害；3、新增维弧直流高压电路采用继电器控制，当电弧燃烧时继电器接通，将该直流高压连续施加于二次逆变电源两端，空载时关断该直流高压电路，但这种方法存在电路复杂，整流管及二次逆变开关管耐压高选型难，材料成本高，且因控制继电器长期疲劳工作而将导致维弧效果不稳定。因此，特别需要一种交流方波钨极氩弧焊机的稳弧装置，既具备无高频干扰危害、功耗低、效率高、材料选型方便、成本低廉，又能保证高性能的稳弧效果。
发明内容
本发明目的在于解决交流电弧不稳，小电流易断弧的问题，同时又能有效克服现有焊机存在的高频干扰危害问题及电路复杂、材料选型难、功耗高效率低、工作不稳定等缺陷。为实现上述目的，本发明提供了一种一种交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，包括高频电源输入单元(100)、倍压整流单元(200)、稳弧同步控制单元(300)、以及稳弧脉冲输出单元(400)，其中，所述高频电源输入单元(100)的输入端用于连接一次逆变开关管输出端，所述倍压整流单元(200)的输入端连接所述高频电源输入单元(100)的输出端，所述稳弧同步控制单元(300)的输入端用于连接二次逆变驱动控制电路输出端，所述稳弧脉冲输出单元(400)的输入端连接所述稳弧同步控制单元(300)的输出端，所述倍压整流单元(200)连接所述稳弧脉冲输出单元(400)。优选地，所述高频电源输入单元(100)包括依次连接的主变压器稳弧绕组(101)、以及焊接模式控制开关(102)，其中，所述主变压器稳弧绕组(101)连接在所述一次逆变开关管输出端与焊接模式控制开关(102)之间，所述焊接模式控制开关(102)的输出端作为所述高频电源输入单元(100)的输出端。优选地，所述倍压整流单元(200)包括依次连接的所述高频耦合电容(201)、整流二极管(202 )、以及高压滤波电容(203 )，其中，所述高频耦合电容(201)连接在所述高频电源输入单元(100 )的输出端与所述整流二极管(202 )之间。优选地，所述稳弧同步控制单元(300)包括依次连接的脉冲前沿检测电路(301)、以及光电隔离驱动电路(302)，其中，所述脉冲前沿检测电路(301)连接在所述二次逆变驱 动控制电路输出端与所述光电隔离驱动电路(302)之间，所述光电隔离驱动电路(302)的输出端作为所述稳弧同步控制单元(300)的输出端。优选地，所述稳弧脉冲输出单元(400)包括依次连接的稳弧驱动电源电路(401)、稳弧控制开关管(402)、稳弧限流电路(403)，其中，所述稳弧驱动电源电路(401)连接在所述稳弧同步控制单元(300)的输出端与所述稳弧控制开关管(402)之间，所述稳弧控制开关管(402 )连接所述高压滤波电容(203 )。优选地，所述倍压整流单元(200)用于将所述高频电源输入单元(100)提供的高频交流电源倍压整流为多倍于焊机空载电压的高压直流负极性电源。优选地，所述倍压整流单元(200)用于将所述高频电源输入单元(100)提供的高频交流电源倍压整流为5倍于焊机空载电压的高压直流负极性电源。优选地，所述稳弧同步控制单元(300)用于通过检测交流电流负半波开通信号并形成一定宽度的稳弧脉冲控制信号。优选地，所述采用稳弧脉冲输出单元(400)用于为焊接回路提供电压、电流、时间一定的稳弧脉冲。根据本发明提供的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置和现有技术相比，其优点在于，本发明电路简洁，成本低廉，采用主变压器提供稳弧电路所需的电源能量，采用倍压整流电路将主变压器高频交流电源倍压整流为5倍于焊机空载电压的高压直流负极性电源，采用稳弧同步控制单元通过检测交流电流负半波开通信号并形成一定宽度的稳弧脉冲控制信号，采用稳弧脉冲输出单元为焊接回路提供电压、电流、时间一定的稳弧脉冲，能可靠消除大小电流的断弧现象，确保良好的稳弧效果和较高的性价比。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显图I为根据本发明提供的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置的模块示意图；图2为根据本发明提供的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置的电路原理图；图3为根据本发明提供的交流方波钨极氩弧焊机的二次逆变输出电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。如图I所示，根据本发明提供的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置主要由高频电源输入单元100、倍压整流单元200、稳弧同步控制单元300、稳弧脉冲输出单元400四部分组成。高频电源输入单元100包括主变压器稳弧绕组101、焊接模式控制开关102 ;倍压整流单元200包括高频耦合电容201、整流二极管202、高压滤波电容203 ;稳弧同步控制单元300包括脉冲前沿检测电路301、光电隔离驱动电路302 ;稳弧脉冲输出单元400包括稳弧驱动电源电路401、稳弧控制开关管402、稳弧限流电路403。
如图2所示，根据本发明提供的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置中，主变压器Tl的维弧绕组通过焊接模式控制继电器Jl为维弧电路供给交流175V高频方波电源，继电器Jl在交流焊模式下吸合导通，在直流焊模式下释放关断；电容Cl、C2、二极管Dl、D2组成倍压整流单元，将主变压器TI稳弧绕组供给的交流175V电源整流并升压为负350V直流电源；电容C4、电阻R6组成交流电流负半波开通信号前沿检测电路，通过电阻R5为光电耦合集成电路Ul提供同步驱动信号；二极管D4、电阻R4为维弧开关管Ql提供驱动电源，二极管D3、电容C3组成驱动电源稳压滤波电路，保证维弧开关管Ql的栅极驱动信号为18V脉冲电压；电阻Rl、R2为维弧开关管Ql的驱动电阻，Ql在Ul的控制下与交流电流负半波开通信号前沿同步导通并定时关断，为焊接回路提供负极性维弧脉冲；电阻R3为大功率电阻，用于维弧脉冲的限流。本实施例中，稳弧脉冲宽度为50 lOOus，维弧电压为负350V，维弧电流为5 10A。如图3所示，根据本发明提供的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置中，二次逆变主电路采用半桥拓扑，主变压器Tl的原边绕组与一次逆变开关管连接，用于输入一次高压交流电源；次级绕组与桥式整流二极管连接用于整流输出二次逆变回路所需的低压直流电源；二次逆变开关管与二次逆变驱动电路连接，上下开关管在驱动电路控制下按用户设置的交流频率和导通比率(也称“EP比率”)交替导通，为焊接回路提供交流方波焊接电流；主变压器Tl的稳弧绕组与焊接模式控制继电器Jl的常开触点连接，用于为稳弧电路提供高频交流电源，焊接模式控制继电器Jl受控于用户的焊接模式指令，在交流方波焊接模式下Jl吸合接通，直流焊接模式下释放关断；脉冲前沿检测电容C4与二次逆变驱动电路连接，驱动信号直接取自二次逆变开关管下管的栅极驱动电阻前，无论二次逆变开关管是否存在开通死区或死区时间的长短变化，只要二次逆变开关管下管一旦接收到开通指令，即交流电流负半波启动瞬间，稳弧开关管Ql将同步导通50 lOOus，将负350V直流电压瞬间施加与焊接回路，避免了交流断弧，保证了交流电弧的稳定燃烧。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其特征在于，包括高频电源输入单元(100)、倍压整流单元(200)、稳弧同步控制单元(300)、以及稳弧脉冲输出单元(400)，其中，所述高频电源输入单元(100)的输入端用于连接一次逆变开关管输出端，所述倍压整流单元(200)的输入端连接所述高频电源输入单元(100)的输出端，所述稳弧同步控制单元(300 )的输入端用于连接二次逆变驱动控制电路输出端，所述稳弧脉冲输出单元(400 )的输入端连接所述稳弧同步控制单元(300)的输出端，所述倍压整流单元(200)连接所述稳弧脉冲输出单元(400)。
2.根据权利要求I所述的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其特征在于，所述高频电源输入单元(100)包括依次连接的主变压器稳弧绕组(101)、以及焊接模式控制开关(102)，其中，所述主变压器稳弧绕组(101)连接在所述一次逆变开关管输出端与焊接模式控制开关(102)之间，所述焊接模式控制开关(102)的输出端作为所述高频电源输入单元(100)的输出端。
3.根据权利要求I所述的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其特征在于，所述倍压整流单元(200)包括依次连接的所述高频耦合电容(201)、整流二极管(202)、以及高压滤波电容(203)，其中，所述高频耦合电容(201)连接在所述高频电源输入单元(100)的输出端与所述整流二极管(202)之间。
4.根据权利要求I所述的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其特征在于，所述稳弧同步控制单元(300)包括依次连接的脉冲前沿检测电路(301)、以及光电隔离驱动电路(302)，其中，所述脉冲前沿检测电路(301)连接在所述二次逆变驱动控制电路输出端与所述光电隔离驱动电路(302)之间，所述光电隔离驱动电路(302)的输出端作为所述稳弧同步控制单元(300)的输出端。
5.根据权利要求4所述的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其特征在于，所述稳弧脉冲输出单元(400)包括依次连接的稳弧驱动电源电路(401)、稳弧控制开关管(402)、稳弧限流电路(403)，其中，所述稳弧驱动电源电路(401)连接在所述稳弧同步控制单元(300)的输出端与所述稳弧控制开关管(402)之间，所述稳弧控制开关管(402)连接所述高压滤波电容(203)。
6.根据权利要求I所述的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其特征在于，所述倍压整流单元(200 )用于将所述高频电源输入单元(100 )提供的高频交流电源倍压整流为多倍于焊机空载电压的高压直流负极性电源。
7.根据权利要求6所述的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其特征在于，所述倍压整流单元(200 )用于将所述高频电源输入单元(100 )提供的高频交流电源倍压整流为5倍于焊机空载电压的高压直流负极性电源。
8.根据权利要求I所述的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其特征在于，所述稳弧同步控制单元(300)用于通过检测交流电流负半波开通信号并形成一定宽度的稳弧脉冲控制信号。
9.根据权利要求I所述的交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其特征在于，所述采用稳弧脉冲输出单元(400)用于为焊接回路提供电压、电流、时间一定的稳弧脉冲。
全文摘要
本发明公开一种逆变交流方波钨极氩弧焊机脉冲稳弧装置，其包含与一次逆变开关管输出端连接的高频电源输入单元，与该高频电源输入单元输出端连接的倍压整流单元、与二次逆变驱动控制电路输出端连接的稳弧同步控制单元及与倍压整流单元输出端连接的稳弧脉冲输出单元。本发明采用主变压器提供稳弧电路所需的电源能量，倍压整流电路将主变压器高频交流电源倍压整流为5倍于焊机空载电压的高压直流负极性电源，稳弧同步控制单元通过检测交流电流负半波开通信号并形成一定宽度的稳弧脉冲控制信号，稳弧脉冲输出单元为焊接回路提供电压、电流、时间一定的稳弧脉冲，能可靠消除大小电流的断弧现象，确保良好的稳弧效果和较高的性价比。
文档编号B23K9/073GK102962548SQ20121047997
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者陈安清, 王志忠, 徐德进, 王敏, 范晔平 申请人:上海广为拓浦电源有限公司, 上海广为美线电源电器有限公司, 上海广为电器工具有限公司