專利名稱：晶體管弧焊逆變器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用作焊接設備的晶體管弧焊逆變器，可用于微束等離子弧焊及鎢極氬弧焊等多種焊接方法，特別適宜于薄板的焊接。
弧焊逆變器是八十年代開始出現在國際市場，被稱之為第四代弧焊電源。1979年在美國、荷蘭、丹麥、挪威等國首先研制出以大功率晶閘管為快速開關元件的可控硅式弧焊逆變器，接著于1981年在意大利又研制出了以大功率晶體管作為快速開關元件的晶體管弧焊逆變器，1983年在中國華南理工大學研制出場效應管弧焊逆變器(CN85201941U)。可控硅式弧焊逆變器小電流焊接時電弧不穩定，并存在噪聲；晶體管式弧焊逆變器電弧穩定、體積較可控硅式的小，且無噪聲，但它的控制功率較大，需多管關聯工作，存在均流問題，線路復雜，且需解決二次擊穿問題；場效應管弧焊逆器頻率高達50000HZ，進一步減小了體積，但場效應管飽和壓降較大，效率并不能比晶體管式的進一步提高，同時需多管并聯工作，且場效應管價格昂貴，在過高的逆變頻率下工作，要考慮抗干擾問題；弧焊逆變器輸出阻抗小、短路引弧時電流沖擊值很高，一則對焊接工藝不利，二則影響快速開關管的使用壽命。
本實用新型的目的在于克服上述已有技術的缺點，提供一種脈沖直流兩用的，同時采用了一種新型小電流引弧電路和短路保護電路的晶體管弧焊逆變器，以提高逆變器的可靠性和焊接工藝性。
本實用新型晶體管弧焊逆變器的主要特點是采用大功率晶體管模塊作為快速開關元件組成快速開關電路，既降低了生產成本，又使得電路設計大為簡化，并減小了驅動功率，體積小，重量輕，節省了電工材料；設立了小電流引弧電路，實現了小電流引弧；短路保護電路的設立，可使該機在外電路短路時間超過三秒時自動關機；該機可輸出直流電流，也可輸出帶前沿尖峰的矩形波脈沖電流，小電流焊接時電弧仍非常穩定，特別適宜于薄板的焊接。
以下結合附圖對本實用新型晶體管弧焊逆變器作詳細說明。
圖1本實用新型晶體管弧焊逆變器基本原理方框圖其中，1、小電流引弧電路設定值，2、選擇開關，3、直流設定值，4、脈沖設定值，5、小電流引弧電路，6、外特性控制電路，7、電子控制電路，8、短路保護電路，9、輸入整流，10、輸出整流。
圖2，本實用新型晶體管弧焊逆變器工作電路圖，其元件規格見附表。
本實用新型晶體管弧焊逆變器由主回路、電子控制電路、外特性控制電路、脈沖直流輸出電路、小電流引弧電路、短路保護電路、帶有反偏的脈沖驅動電路和抗飽和電路組成。
參照
圖1，本實用新型晶體管弧焊逆變器的基本工作原理引弧前，小電流引弧電路將初始電流設定為一較小值，引弧過程中，通過電流反饋，使輸出電流線性遞增，達焊接電流后，小電流引弧電路自動退出工作，選擇開關可根據需要選擇直流或脈沖輸出，當接入直流訊號時，輸出恒定直流，當接入脈沖訊號時，則輸出矩形波脈沖電流，當外電路短路時間超過三秒時，短路保護電路將強迫電子控制電路停止工作，整機自行關斷。
參照圖2，本實用新型晶體管弧焊逆變器各部分的結構及工作狀態如下(1)主回路ZL101為輸入整流，B101為主變壓器、BG101和BG102為大功率開關達林頓晶體管模塊，D101和D102為輸出整流，VIf為焊接電流反饋訊號，Vuf為電弧電壓反饋訊號。BG101和BG102為全機的關鍵性部件，由一個達林頓晶體管模塊構成，由于采用了這種模塊，電路設備大為簡化，無需多管并聯工作，也就不存在均流問題，也不用選管配對，其電流的放大倍數可高達100以上，因此所需驅動功率極小，由于接入了RC吸收網絡，見圖2中的C108、C109、R119、R120，使晶體管避開了高功耗區，解決了二次擊穿問題。
B101采用E形鐵氧體磁心，規格為EF28，兩副鐵心并列使用鐵心有效截面積 Ae＝1568mm2電感系數Al＝6500平均磁路長度Le＝141mm初級繞組匝數 N1＝17匝次級繞組匝數 N2＝5＋5匝(2)電子控制電路由IC4及其外圍電路組成，IC4采用W3420或W3520，該電路輸出兩組相位相差180°的控制脈沖，頻率為2000HZ，其脈沖寬度由小電流引弧電路及外特性控制電路控制。
(3)穩壓電源由B201及IC1及其外圍電路組成。
(4)外特性控制電路由A2及外設電路組成，當K301接入直流訊號時，輸出直流，當K301接入脈沖訊號時，則輸出脈沖焊接電流。
(5)脈沖直流輸出電路由R316、W304及R328組成直流給定訊號，調節W304即可調節輸出直流電流大小；由IC3的兩組放大器A3、A4及外設電路構成脈沖電路，當A3輸出脈沖時，脈沖訊號由R319、W306、R317組成的電路取出，W306可調脈沖幅值，同時通過R318、W307、D307給電容C307充電，充電至A3停止輸出脈沖，即確定了脈沖時間，脈沖時間可通過調W307確定；當A3停止輸出脈沖后，C307通過D306、W308、R318放電，放電至A3輸出脈沖，即確定了維弧時間，維弧時間可通過調W308確定；R307、W303、R308組成維弧訊號電路，W303可調維弧電流；D307、W307與D306、W308反向并聯，以獨立調節脈沖時間與維弧時間，該電路的頻率調整范圍為0.5～200HZ，K301為直流或脈沖選擇開關，對由A2及其外圍電路組成的外特性電路進行控制，以獲得直流或脈沖輸出。
(6)小電流引弧電路由A1及其外設電路組成，C306在R311及R313之間引出接地，通過W305、R311、C306、R313設定引弧初始電流，通過電流反饋，使設定值連續變化，當輸出電流增長到外特性控制電路的設定值后，D302被反向偏置，D303導通，小電流引弧電路退出工作，外特性控制電路進入工作狀態，輸出正常焊接電流。
(7)短路保護電路由IC2及其外設電路組成，R112、D104、C106并接在電源輸出端，以獲取輸出電壓訊號，以控制IC2，IC2的1、2腳串接在電源與IC4的10腳之間，以控制IC4的電源的通斷。正常焊接時，電壓反饋訊號Vuf使IC2的1、2腳接通，給電子控制電路提供電源，當外電路短路時，C106放電完畢，Vuf等于零，使IC2的1、2腳斷開，電子控制電路斷電，無輸出脈沖，整機自動關斷。
(8)帶有反偏的脈沖驅動電路由B102、B103及D111與D112組成，B102、B103的初級采用中心抽頭式，D111與D112分別串接在B102及B103的初級側，當脈沖結束后，產生一個通過D111與D112的反向電流，以獲得反偏輸出。
(9)抗飽和電路由D105、D107、D108、D110組成，D107與D105共陽極，D110與D108共陽極，D107及D110的陰極分別接至BG101與BG102的基極，D105與D108的陰極分別接至BG101與BG102的集電極，當過飽和時，D105及D108將多余電流引至BG101和BG102的集電極，以達到抗飽和目的。
根據附表所選擇的無器件，該機所能達到的輸出電流范圍為4－63安培。
本實用新型與已有技術相比具有如下優點和效果1、由于采用了脈沖及直流給定訊號選擇電路，實現了直流和脈沖輸出兩種功能，脈沖輸出頻率調節范圍寬廣0.5－200HZ，擴大了工藝的適應性，有利于全位置及小電流焊接。
2、采用小電流引弧電路，實現了小電流引弧，使得短路浪涌電流大為減小，避免了工件因短路引弧而造成的污染，提高了工藝性能，同時也避免了晶體管流過過高的電流，提高了可靠性。
3、由于采用了短路保護電路，在外電路短路時間超過三秒時，逆變器自動關斷，避免弧焊逆變器因長時間短路而造成的損壞，進一步提高了可靠性。
4、由于采用了帶反偏的驅動電路及抗飽和電路，縮短了晶體管的存貯時間及加速了關斷下降速度，使晶體管提高了耐二次擊穿能力，同時也提高了逆變頻率。
5、由于采用的外特性電路能實現快速反應，控制精度高，所以各種焊接規范能精密控制，具有良好的焊接工藝性能。
6、由于采用了達林頓模塊，避免了晶體管并聯工作，同時控制功率大為減小，因而電路設計比較簡單。
7、與常規弧焊電源相比，節省了大量電工材料，如銅和硅鋼片，重量亦由此而大幅度減小。
8、與弧焊發電機和模擬式晶體管弧焊電源相比，效率提高了60％，節省了能源。
附表
權利要求1.一種由主回路、電子控制電路、穩壓電源、外特性控制電路組成的晶體管弧焊逆變器，其特征在于有脈沖直流輸出電路、小電流引弧電路、短路保護電路、帶有反偏的脈沖驅動電路和抗飽和電路。
2.根據權利要求1所述的晶體管弧焊逆變器，其特征在于脈沖直流輸出電路是由R316、W304及R328組成直流給定訊號；由IC3的兩組放大器A3、A4及外設電路構成脈沖電路，D307、W307與D306、W308反向并聯；K301為直流或脈沖的選擇開關。
3.根據權利要求1所述的晶體管弧焊逆變器，其特征在于小電流引弧電路由A1及其外設電路組成，C306在R311及R313之間引出接地。
4.根據權利要求1所述的晶體管弧焊逆變器，其特征在于短路保護電路由IC2及其外設電路組成，R112、D104、C106并接在電路輸出端，IC2的1、2腳串接在電源與IC4的10腳之間。
5.根據權利要求1所述的晶體管弧焊逆變器，其特征在于帶有反偏的脈沖驅動電路由B102、B103及D111和D112組成，B102、B103的初級采用中心抽頭式，D111及D112分別串接在B102及B103的初級側。
6.根據權利要求1所述的晶體管弧焊逆變器，其特征在于抗飽和電路由D105、D107、D108、D110組成，D107與D105共陽極，D110與D108共陽極，D107及D110的陰極分別接至BG101與BG102的基極，D105與D108的陰極分別接至BG101與BG102的集電極。
專利摘要本實用新型涉及一種用作焊接設備的晶體管弧焊逆變器，可用于微束等離子弧焊及鎢極氬弧焊等多種焊接方法，特別適宜于薄板的焊接。該機采用大功率晶體管模塊作為快速開關元件組成快速開關電路；擴大了輸出功能，即脈沖和直流輸出；設立了小電流引弧電路和短路保護電路；該機成本低，體積小，重量輕，節省了電工材料，實現了小電流引弧和外電路短路時間超過三秒時自動關機，進一步提高了逆變器的可靠性和焊接工藝性能。
文檔編號B23K9/10GK2062268SQ8922055
公開日1990年9月19日 申請日期1989年12月1日 優先權日1989年12月1日
發明者吳憲平, 方臣富 申請人:鎮江船舶學院