一种轨道闪光焊变频电源系统的制作方法

1.本实用新型涉及闪光焊电源技术领域，尤其涉及一种轨道闪光焊变频电源系统。


背景技术：

2.闪光焊也称接触焊，是两个金属工件断面接触，通过断面的接触点导电，接触电阻产生的电阻热加热工件端部，当温度达到一定程度时，工件接触面的金属熔化形成液态金属层，通过外加纵向力挤出液态金属，并使高温金属产生塑性变形，在结合面产生共同晶粒，获得致密的热锻组织形成对接头；在实际应用中，闪光过程中电流的连续性是获得闪光对焊优质接头的必要条件。
3.传统闪光焊电源采用两相输入，通过改变可控硅导通角来调节输出电压，造成闪光电流的不连续性明显，导致闪光过程中对焊接区域的加热效果变差，直接影响焊接质量；采用两相输入还会造成三相电源中其中两相电流大，一相电流为零，形成三相电源的不平衡工作、电源利用率低等缺点；在用户需要一定电源功率的情况下，就需要配置更大电源功率，会大大增加电源的投入，造成大量的能源浪费。
4.可见，现有技术中采用两相输入的闪光焊电源系统不仅电源利用率低，造成大量的能源浪费，还会造成闪光电流不连续，导致闪光过程中对焊接区域的加热效果变差，直接影响焊接质量。


技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的不足，本实用新型的提供的一种轨道闪光焊变频电源系统，其解决了现有技术中采用两相输入的闪光焊电源系统电源利用率低和闪光电流不连续的问题。
6.本实用新型提供一种轨道闪光焊变频电源系统，所述系统包括：电源输入电路、变频电路、负载电路、控制电路和数据通信电路；所述电源输入电路的输入端使用时与三相交流电源相连，用于将所述三相交流电源输出的交流电通过所述电源输入电路输入到所述轨道闪光焊变频电源系统；所述变频电路包括三相不控整流器、电容滤波器和逆变器，所述三相不控整流器的输入端与所述电源输入电路的输出端相连，用于将所述电源输入电路输出的交流电整流为直流电，所述电容滤波器的输入端与所述三相不控整流器的输出端相连，用于将所述直流电进行滤波，所述逆变器的输入端与所述电容滤波器的输出端相连，用于根据触发指令，将滤波后的直流电转换成不同频率的交流电；所述负载电路包括变压器，所述变压器的原边与所述逆变器的输出端相连，用于将所述逆变器输出的交流电降压为钢轨闪光焊所需的低压交流电；所述控制电路包括隔离逆变触发电路，所述隔离逆变触发电路的输入端与所述数据通信电路的输出端相连，用于根据所述数据通信电路输出的控制信号，输出相应的触发信号到所述逆变器，使所述逆变器输出相应频率的交流电；所述数据通信电路用于将接收到的频率参数转换成相应的控制命令。
7.本实用新型的技术原理：
8.本实用新型通过电源输入电路将三相交流电输入到三相不控整流器整流为直流电，经过电容滤波器滤波成纹波系数小的稳定直流电，稳定的直流经过逆变器变成不同频率的交流电，在通过负载电路中的变压器降压为钢轨闪光焊所需的低压交流电；其中，所述数据通信电路用于将用户输入的频率参数转换成相应的控制命令发送到控制电路中的隔离逆变触发电路，使隔离逆变触发电路控制所述逆变器输出相应频率的交流电。
9.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
10.1、本实用新型提供的钢轨闪光焊变频电源系统采用三相交流电输入后经过三相全波不控整流为直流，三相用电均衡，功率因数高，电源利用率非常高，焊接相同钢轨时，降低了系统配电总功率。
11.2、本实用新型提供的钢轨闪光焊变频电源系统采用工频变频控制技术实现闪光焊电流的精细调节，闪光电流的大小调节是通过调节正弦波的幅值来实现的，不管在大电流还是小电流的时候，闪光加热钢轨的焊接电流始终是连续的完整正弦波；消除了闪光电流的不连续性，大大提高了闪光电流加热过程的热量集中性和焊接质量的稳定性，为获得优质高效闪光焊接接头提供了必要的硬件基础。
12.3、在钢轨移动闪光焊现场，实现了三相电的平衡工作，首先改善了柴油发电发电组的工况条件，使得配置功率大大降低，大大减少资金投入；其次使得柴油燃烧充分，利用率高，大大减少了有毒气体的排放，改善了工作环境。
13.4、本实用新型提供的钢轨闪光焊变频电源系统采用与普通工频闪光焊相同的变压器，对于将普通工频焊机改造升级为变频焊机，不需要更换变压器，减小资金投入，从而达到节约、省电、节能、三相用电均衡的目的。
附图说明
14.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1所示为本实用新型实施例提供的一种轨道闪光焊变频电源系统的结构示意图；
17.图2所示为本实用新型实施例提供的一种现有技术和本实施例的电流电压的调节波形对比示意图；
18.图3所示为本实用新型实施例提供的一种逆变触发电路的电路图；
19.图4所示为本实用新型实施例提供的另一种逆变触发电路的电路图。
具体实施方式
20.为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本实用新型实例中相同标号的功能单元具有相同和相似的结构和功能。
21.图1所示为本实用新型实施例提供的一种轨道闪光焊变频电源系统的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的轨道闪光焊变频电源系统100具体包括：
22.电源输入电路110、变频电路120、负载电路130、控制电路140和数据通信电路150；
23.所述电源输入电路110的输入端使用时与三相交流电源相连，用于将所述三相交流电源输出的交流电通过所述电源输入电路110输入到所述轨道闪光焊变频电源系统100；
24.所述变频电路120包括三相不控整流器、电容滤波器和逆变器，所述三相不控整流器的输入端与所述电源输入电路的输出端相连，用于将所述电源输入电路输出的交流电整流为直流电，所述电容滤波器的输入端与所述三相不控整流器的输出端相连，用于将所述直流电进行滤波，所述逆变器的输入端与所述电容滤波器的输出端相连，用于根据触发指令，将滤波后的直流电转换成不同频率的交流电；
25.所述负载电路130包括变压器v，所述变压器v的原边与所述逆变器的输出端相连，用于将所述逆变器输出的交流电降压为钢轨闪光焊所需的低压交流电；
26.所述控制电路140包括隔离逆变触发电路，所述隔离逆变触发电路的输入端与所述数据通信电路150的输出端相连，用于根据所述数据通信电路150输出的控制信号，输出相应的触发信号到所述逆变器，使所述逆变器输出相应频率的交流电；
27.所述数据通信电路150用于将接收到的频率参数转换成相应的控制命令。
28.需要说明的是，本实用新型通过电源输入电路110将三相交流电输入到三相不控整流器整流为直流电，经过电容滤波器滤波成纹波系数小的稳定直流电，稳定的直流经过逆变器变成不同频率的交流电，在通过负载电路130中的变压器降压为钢轨闪光焊所需的低压交流电；其中，所述数据通信电路150用于将用户输入的频率参数转换成相应的控制命令发送到控制电路140中的隔离逆变触发电路，使隔离逆变触发电路控制所述逆变器输出相应频率的交流电。
29.图2所示为本实用新型实施例提供的一种现有技术和本实施例的电流电压的调节波形对比示意图；如图2所示，图(a1)为传统闪光电源输入电源波形图，图(b1)为传统闪光电源输出电压波形图，图(c1)为传统闪光电源输出电流波形图，图(a2)为本实施例变频闪光电源三相交流输入电源，图(b2)为本实施例变频闪光电源输出电压波形图，图(c2)为本实施例变频闪光电源输出电流波形图；由图可知，现有技术的输入电源频率是固定值，而本实例可采用不同频率的三相交流电作输入电源，不管输入电源的频率是多少，关键是它的输出频率可变，以适应不同频率(例如一般国内的50hz、国外的60hz)的变压器负载。相对于普通工频闪光电源和中频直流闪光电源，其输出为完整的正弦波，改善变压器负载的工作条件，使该焊机具有少飞溅；三相用电均衡；对电网污染小等优点；用户可自行设定输出频率，适应当前变压器，生产设备改动小，节约成本。
30.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
31.1、本实用新型提供的钢轨闪光焊变频电源系统采用三相交流电输入后经过三相全波不控整流为直流，三相用电均衡，功率因数高，电源利用率非常高，焊接相同钢轨时，降低了系统配电总功率。
32.2、本实用新型提供的钢轨闪光焊变频电源系统采用工频变频控制技术实现闪光焊电流的精细调节，闪光电流的大小调节是通过调节正弦波的幅值来实现的，不管在大电
流还是小电流的时候，闪光加热钢轨的焊接电流始终是连续的完整正弦波；消除了闪光电流的不连续性，大大提高了闪光电流加热过程的热量集中性和焊接质量的稳定性，为获得优质高效闪光焊接接头提供了必要的硬件基础，可参考图2中传统闪光电源与本方案变频闪光电源输出电压和电流的波形对比图。
33.3、在钢轨移动闪光焊现场，实现了三相电的平衡工作，首先改善了柴油发电发电组的工况条件，使得配置功率大大降低，大大减少资金投入；其次使得柴油燃烧充分，利用率高，大大减少了有毒气体的排放，改善了工作环境。
34.4、本实用新型提供的钢轨闪光焊变频电源系统采用与普通工频闪光焊相同的变压器，对于将普通工频焊机改造升级为变频焊机，不需要更换变压器，减小资金投入，从而达到节约、省电、节能、三相用电均衡的目的。
35.在本实用的实施例中，所述逆变器包括：第一igbt管q1、第二igbt管q2、第三igbt管q3和第四igbt管q4；所述第一igbt管q1的漏极、所述第二igbt管q2的漏极与所述电容滤波器的正极输出端相连，所述第三igbt管q3的源极、所述第四igbt管q4的源极与所述电容滤波器的负极输出端相连，所述第一igbt管q1的栅极、所述第四igbt管的栅极与所述隔离逆变触发电路的第一输出端相连，所述第二igbt管q2的栅极、所述第三igbt管q3的栅极与所述隔离逆变触发电路的第二输出端相连；所述第一igbt管q1的源极与所述第三igbt管q3的漏极相连形成所述逆变器的第一输出端，所述第二igbt管q2的源极与所述第四igbt管q4的漏极相连形成所述逆变器的第二输出端。
36.需要说明的是，本实施例的逆变器采用四只igbt管组成的全桥逆变电路，四只igbt管承兑轮流导通，在t1时刻第一igbt管q1和第四igbt管q4同时导通，输出正向电压，在t2时刻第二igbt管q2和第三igbt管q3同时导通，输出反向电压，如此反复，从而形成交流电进行输出。
37.图3所示为本实用新型实施例提供的一种逆变触发电路的电路图，如图3所示，本实施例将控制信号转变为某一频率的脉冲或脉冲群，用这些脉冲控制逆变电路中的功率开关元件igbt1～igbt4的通断，以控制逆变器输出电压和频率的电路；主要应用于逆变变频控制器中，它的一般功能是：根据控制信号的要求产生相应频率的输出脉冲；确定逆变器各功率开关的驱动信号间的相位关系；产生足够的驱动功率以驱动功率开关元件；完成功率开关元件和控制电路之间的电隔离。
38.本实施例的逆变触发电路的工作原理：频率发生器将控制信号转变为相应频率的脉冲电压以触发脉冲分配器，使其按一定的规律将开关信号分配给各个通道的脉冲输出器，脉冲输出器将此开关信号放大，经电隔离后驱动功率开关元件，专门用作产生正弦脉宽调制信号的大规模集成电路hef4752v，它将正弦脉宽调制触发器的主要功能(不包括脉冲输出器)集成在一块18平方毫米的硅片上，封装在双排28脚的外壳中。整个集成电路是全数字化的。
39.在本实用新型的实施例中，所述控制电路还包括：数字信号处理器，与所述隔离逆变触发电路相连，还与所述数据通信电路相连，用于接收来自所述数据通信电路的控制命令或参数设置，发送相应的电压信号到所述隔离逆变触发电路。
40.在本实用新型的另一实施例中，所述控制电路还包括：漏电检测电路、脱扣控制电路、电压检测电路和电流检测电路。
41.在本实用新型的另一实施例中，所述数据通信电路包括：微处理器，与所述数字信号处理器相连，用于通过所述控制命令、所述参数设置和共享存储器与所述数字信号处理器进行数据交换；i/o接口电路，与所述微处理器相连，使用时还与plc、按键开关和状态指示灯相连，用于通过所述i/o接口电路实现本地操控和监视；通信总线，与所述微处理器相连，使用时还与触摸屏、上位机和边缘网关相连，用于通过所述通信总线实现远程监控。
42.图4所示为本实用新型实施例提供的一种逆变触发电路的电路图，如图4所示，本实施例提供的逆变触发电路包括：
43.第一电阻r1，所述第一电阻r1的第一端与igbt管的栅极相连；
44.驱动芯片u1，所述驱动芯片u1的输入端与所述数据通信电路的输出端相连，所述驱动芯片u1的第一输出端与所述第一电阻r1的第二端相连，所述驱动芯片u1的第一端与所述igbt管的源极相连，所述驱动芯片u1的第二端使用时与第一电源相连，用于根据所述数据通信电路输出的控制信号，输出相应的电压信号控制所述igbt管的关断和导通。
45.在本实施例中，所述每个逆变触发电路还包括：第二电阻r2、第三电阻r3、二极管d、第一稳压管z1、第二稳压管z2、第三稳压管z3、第四稳压管z4、第五稳压管z5、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4；其中，所述第二电阻r2的第一端与所述第一电源vcc1相连，所述第二电阻r2的第二端与所述第四稳压管z4的阴极相连，所述第四稳压管z4的阳极接地，所述第一电容c1的第一端与所述第四稳压管z4的阴极相连，所述第一电容c1的第二端与所述第四稳压管z4的阳极相连，所述第一电容c1的第二端还与所述驱动芯片u1的第三端相连，第三电阻r3的第一端与所述第一电阻r1的第一端相连，所述第三电阻r3的第二端与所述驱动芯片u1的第一端相连，第一稳压管z1的阳极与所述第三电阻r3的第二端相连，所述第一稳压管z1的阴极与所述第二稳压管z2的阴极相连，所述第二稳压管z2的阳极与所述第一电阻r1的第一端相连，所述二极管d的阳极与所述驱动芯片u1的第四端相连，所述二极管d的阴极与所述第三稳压管z3的阴极相连，所述第三稳压管z3的阳极与所述igbt管的漏极相连，所述第五稳压管z5的阴极与所述驱动芯片u1的第四端相连，所述第五稳压管z5的阳极与所述驱动芯片u1的第三端相连。
46.需要说明的是，本实施例中的驱动芯片u1采用exb841，其中所述exb841的引脚1为所述驱动芯片u1的输出端，引脚15为所述驱动芯片u1的输入端，引脚1为所述驱动芯片u1的第一端，引脚2为第二端，引脚9为第三端，引脚6为第四端。当所述驱动芯片u1的15脚输入高电平时，所述驱动芯片u1的3脚输出高电平，进而控制所述igbt管导通；当所述驱动芯片u1的15脚输入低电平时，所述驱动芯片u1的3脚输出低电平，进而控制所述igbt管关断。
47.进一步说明，在本实施例中的第五稳压管z5起到保护作用，避免所述驱动芯片u1的6脚承受过电压，通过二极管d检测是否过电流，第三稳压管z3为了解决过流保护阈值太高的问题，第二电阻r2、第一电容c1和第四稳压管z4接在20v电源上保证稳定的电压，第一稳压管z1和第二稳压管z2避免igbt管的栅极和源极出现过电压，第一电阻r1防止igbt管误导通；在驱动芯片u1的5脚和4脚间接一个可变电阻vr，4脚和地之间接一个第四电容c4，可以调节关断时间，保证软关断的可靠性。
48.如图4所示，在本实施例中，所述每个逆变触发电路还包括：封锁电路，所述封锁电路的第一输入端与所述数据通信电路的输出端相连，所述封锁电路的第二输入端与所述驱动芯片的故障信号输出端相连，所述封锁电路的输出端与所述驱动芯片的输入端相连，用
于当所述驱动芯片检测到所述igbt管出现过流故障时，封锁所述数据通信电路的输出信号，控制所述igbt管断开。
49.所述封锁电路具体包括：光电耦合器u2，所述光电耦合器u2的输入端与所述驱动芯片u1的故障信号输出端相连；三极管t，所述三极管t的基极与所述光电耦合器u2的输出端相连，所述三极管t的发射极接地；第五电阻r5，所述第五电阻r5的第一端与所述三极管t的基极相连，所述第五电阻r5的第二端使用时与第二电源vcc2相连；第六电阻r6，所述第六电阻r6的第一端与所述三极管t的集电极相连，所述六电阻r6的第二端与所述第二电源vcc2相连；第七电阻r7，所述第七电阻r7的第一端与所述第六电阻r6的第一端相连；定时器u3，所述定时器u3的输入端与所述第七电阻r7的第二端相连；与电路，所述与电路的第一输入端与所述定时器u3的输出端相连，所述与电路的第二输入端与所述数据通信电路的输出端相连，所述与电路的输出端与所述驱动芯片u1的输入端相连。
50.需要说明的是，在本实施例中，所述光电耦合器u2采用6n137，定时器u3采用ne555p，当igbt正常工作是驱动芯片u1的5脚是高电平，此时光电耦合器u2处于截止状态，所述光电耦合器u2的6脚为高电平，从而三极管q导通，于是第六电容c6不充电，定时器u3的3脚输出高电平，输入信号通过与电路接到驱动芯片的15脚，正常驱动igbt管；当驱动芯片u1检测到过电流时5脚输出低电平，则使光电耦合器u2导通使三极管t截止，第二电源vcc电压经第六电阻r6和第七电阻r7对第六电容c6充电，则定时器u3的3脚输出低电平，通过与电路将输入信号进行封锁，使igbt管实现软关断后再停止输入信号，避免立即停止输入信号造成应关断，防止过电流烧坏所述igbt管。
51.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
52.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。