一種雙電壓自動轉換igbt逆變手弧焊機的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種雙電壓自動轉換IGBT逆變手弧焊機，控制板分為大控制板、P1控制板、P2控制板和轉換板， P1控制板和P2控制板焊裝到大控制板上，各控制板之間通過少量插件和連接線連接，本實用新型在轉換板中增加了晶閘管或可控硅及其控制電路，可防止380V輸入下轉換控制電路誤動作而產生倍壓；兩個倍壓轉換繼電器是并聯工作的，開關電源電路的輸入直流電源是獨立的，不會因倍壓而造成過高輸入電壓，轉換電壓的U2/U3檢測光電耦合器采用并聯方式，提高了轉換電路的可靠性；本實用新型焊機電路不僅解決了220V和380V雙電壓供電自動識別、轉換的問題，而且焊機的可靠性明顯優于市場上其它產品。
【專利說明】
一種雙電壓自動轉換IGBT逆變手弧焊機
技術領域
[0001 ] 本實用新型涉及一種單管IGBT逆變的、220V和380V雙電壓自動轉換的手工電弧焊機，屬于逆變焊機技術領域。
技術背景
[0002]目前，逆變焊機產品市場的競爭十分激烈，不僅體現在價格的競爭優勢上，還在很大程度上取決于焊機的電路功能和可靠性等方面。
[0003]國內外市場上，小型IGBT管逆變手弧焊機的額定電流通常在120?200A(負載持續率100?35%)的水平。大多數的手弧焊機產品都是單一220V供電的，其應用范圍會受到一定的限制。
[0004]對于220V和380V雙電源電壓下都可使用的手工電弧焊機，由于其適應性更強，因而其應用的范圍會更廣。產品銷售會更加有市場競爭力。然而，此類焊機，不同的電路設計，控制原理不同，電路板連接的復雜程度不同，其產品的可靠性、生產工序和制作工藝等也會完全不同。這些都會影響產品的銷售和生產成本。例如市場上的一些220V和380V雙電源電壓焊機，有的產品是MOS管逆變的，有的產品是IGBT逆變的。不管是哪一種類型，都有220V和380V雙電源電壓的自動識別和轉換控制電路。但是，很多的此類產品，用戶反饋質量嚴重問題，其中，最主要的就是220V和380V雙電源電壓的自動識別和轉換控制電路工作不可靠，容易導致炸轉換板上電解電容和損壞其它控制元器件，造成用戶大量抱怨、退貨、索賠和生產廠家返修費用高的問題。如何解決上述問題，是研發人員面臨的技術難題。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種220V和380V雙電壓自動轉換IGBT逆變手弧焊機，設計了新的控制電路，不僅解決了過去此類焊機220V和380V雙電源電壓的自動識別和轉換不可靠的問題，而且具有220V和380V雙電源電壓自動識別和高可靠性轉換的優點，產品的可靠性和穩定性和市場競爭力得到了大幅度提高。
[0006]為實現上述目的采用以下技術方案:
[0007]一種220V和380V雙電壓自動轉換IGBT逆變手弧焊機，包括殼體部分、前面板部分、后面板部分和內部的控制板部分，其特征在于:所述的控制板包括轉換板、大控制板、Pl和P2控制板，Pl和P2控制板焊裝在大控制板上，各控制板電路之間，按照本實用新型的電路原理圖關系連接在一起;所述的轉換板的控制電路中增加了晶閘管或可控硅及其控制電路，可防止380V輸入下轉換控制電路誤動作而產生倍壓;兩個倍壓轉換繼電器是并聯連接，并將繼電器觸頭布置位置從直流母線上改到交流電源輸入端。
[0008]所述的前面板部分上安裝有:正、負極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件、數顯表、220V電源指示燈、380V電源指示燈、保護指示燈、手工焊電流調節旋鈕和電位器、電源開關;正、負極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用于分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜，連接時的極性可根據電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。
[0009]所述的后面板部分上安裝有:電源開關、供電電源線、固線器、冷卻風扇；電源線連接到供電電網，電源開關控制焊機電源的通或斷，冷卻風扇位于焊機的后部，冷風從焊機機箱后面板后部的進氣孔進入，對焊機內部的一些發熱器件或零部件。
[0010]本實用新型焊機是一款220V和380V雙電源電壓下可進行手弧焊的產品；本實用新型焊機前面板上安裝的零部件主要有:正、負極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件、數顯表、220V電源指示燈(綠色)、380V電源指示燈(綠色)、(過流或過熱)保護指示燈(黃色)、手工焊電流調節旋鈕和電位器、電源開關(有的產品電源開關設計在前面板上)等部分。正、負極的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用于分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜。連接時的極性(即工件接正還是接負極性輸出)可根據電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。(過流或過熱)保護指示燈(黃色)用于指示過熱或過流狀態是否發生。例如，當內部器件溫度過高，超過溫度繼電器的動作溫度時，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點亮。另一方面，可使焊機停止焊接或輸出。在焊機不輸出的情況下，風機的冷卻作用會使器件的溫度降低。當降低到熱保護器的恢復動作溫度時，熱保護器恢復，焊機過熱現象消除。該指示燈熄滅。焊機可再次進行焊接；當控制電路發生過流現象時，該指示燈也會點亮。控制電路使焊機停止焊接或輸出。直到過流現象消除，該指示燈熄滅。焊機方可再次進行焊接。電流調節電位器用于進行輸出電流調節；電流表則用于顯示電流參數。
[0011]由于轉換板控制電路中增加了Q2SCR晶閘管或可控硅(SCR)及其控制電路，可將兩個轉換繼電器J2A和J3A鎖定。可防止380V輸入電壓下轉換控制電路因電網波動或干擾等原因造成誤動作而產生倍壓工作，避免逆變主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一。
[0012]逆變主回路中，倍壓轉換繼電器J2A和J3A的控制線包是并聯的。在380V交流輸入下，繼電器J2A和J3A是不動作的。但是，在220V交流輸入下，則可使繼電器同時動作。并且兩個繼電器的觸頭J2B和J3B不是并聯使用的，而是采用了兩個觸頭串聯的方式。其目的是:能夠大幅度減小因繼電器觸點粘住而造成380V輸入電壓下產生倍壓工作，避免逆變主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一。而市場上有的逆變焊機，由于控制電路設計不同，工作穩定性和抗干擾性差，容易導致在380V交流輸入下倍壓轉換控制繼電器誤動作。380V輸入時，單相整流器整流、濾波后的直流電壓已經是近530VDC，此時，控制電路若再倍壓的話，整流器整流和濾波后的直流電壓會超過上千伏特，從而導致倍壓電解電容過壓燒壞。同時，控制電路中的部分器件也會出現損壞現象。這是必須加以克服或絕對防止的。
[0013]此外，市場上很多的220V/380V雙電源電壓逆變焊機，其主繼電器的觸頭位置原來是布置在直流母線上，即整流橋輸出回路中的。在220V輸入電源電壓下，這樣的設計，當倍壓轉換繼電器動作而形成倍壓開通狀態時，主繼電器的觸頭會承受近620VDC的高直流電壓，繼電器的觸點之間很容易形成拉弧現象，甚至出現燒壞或粘住觸頭問題。大大影響了焊機的工作可靠性。然而，如附圖2所示，在本實用新型電路中，將主繼電器JlA的觸頭JlB布置位置從直流母線(即整流橋BI輸出的回路)上改到交流電源輸入端(圖中靠近AC2的位置)。焊機電路工作時，一方面，輸入電流，也就是流過繼電器觸點JIB的電流，受PTC熱敏電阻NR1、RV3限制不會很大。另一方面，新的輸入端位置，不像原來在直流母線回路中那樣，其回路承受的電壓相對較低了很多，這樣繼電器JlA的觸點JlB就不會出現拉弧現象，因而可提高繼電器JlA的使用壽命。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一O
[0014]一路獨立的直流輸出電源(見CN5插頭部分)給開關電源變壓器(見附圖3中的X3插頭部分)供電。使開關電源的輸入直流電源不會因倍壓轉換而造成輸入電壓過高的現象。這就提尚了尚壓開關電源電路工作的穩定性和可靠性。而市場上很多的逆變焊機，其開關電源的供電取自整流濾波后的直流母線之間的電壓，一旦倍壓電路產生異常，形成上千伏特的高電壓，必然會導致主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一。
[0015]轉換電壓的U2/U3檢測光電耦合器采用并聯使用方式，提高了轉換電路的可靠性。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一。
[0016]對不同電流等級和負載持續率要求的本實用新型焊機，可通過調整電路板上少量的零部件規格參數，形成不同輸出額定電流和負載持續率的產品，使產品系列化。例如，改變IGBT器件的電流等級和散熱器尺寸；改變快速恢復二極管的型號和參數;改變逆變主變壓器和輸出濾波電抗器的規格和參數等，即可容易形成不同規格的系列產品。如180A/27.2V(35%，負載持續率，下同)、160A/26.4V(60%)等多種電流等級和規格型號的產品。額定電流越小的，則額定負載持續率越高。當然，這些變化，目的是使產品的制作成本與相應機器的規格參數和性能指標相匹配。這樣，每種規格型號的焊機才能實現最優化的成本控制。這就提升了所開發產品的市場競爭力。
[0017]本實用新型焊機，由于解決了 220V/380V雙電源電壓焊機控制電路的可靠性問題，因而有更好的可靠性。其良好的電路及其結構設計也是本實用新型的優勢所在，也是滿足高效和低成本生產、高可靠性、制造技術先進性的重要保障。本實用新型焊機的電路原理設計有自己的獨特之處。本實用新型專利申請保護的內容就在于保護這種焊機的電路和結構設計。
【附圖說明】
[0018]附圖1是本實用新型示例焊機的控制電路原理框圖；
[0019]附圖2是本實用新型焊機的轉換板電路原理圖；
[0020]附圖3是本實用新型焊機的大控制板電路原理圖；
[0021]附圖4是本實用新型焊機的Pl和P2控制板電路原理圖。
【具體實施方式】
[0022]本實用新型的焊機的主要組成部分包括:I)外殼部分。零部件主要有:提手、機殼和底板、支腳等部分。
[0023]2)前面板部分。安裝的零部件主要有:正、負極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件、數顯表、220V電源指示燈(綠色)、380V電源指示燈(綠色)、(過流或過熱)保護指示燈(黃色)、手工焊電流調節旋鈕和電位器、電源開關(有的產品電源開關設計在前面板上)等部分。正、負極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用于分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜。連接時的極性(即工件接正還是接負極性輸出)可根據電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。(過流或過熱)保護指示燈(黃色)用于指示過熱或過流狀態是否發生。例如，當內部器件溫度過高，超過溫度繼電器的動作溫度時，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點亮。另一方面，可使焊機停止焊接或輸出。在焊機不輸出的情況下，風機的冷卻作用會使器件的溫度降低。當降低到熱保護器的恢復動作溫度時，熱保護器恢復，焊機過熱現象消除。該指示燈熄滅。焊機可再次進行焊接；當控制電路發生過流現象時，該指示燈也會點亮。控制電路使焊機停止焊接或輸出。直到過流現象消除，該指示燈熄滅。焊機方可再次進行焊接。電流調節電位器用于進行輸出電流調節；電流表則用于顯示電流參數。
[0024]3)后面板部分。安裝的零部件主要有:電源開關(有的產品電源開關設計在后面板上)、供電電源線、電源線拉不脫(也稱為固線器)、冷卻風扇部分。電源線連接到供電電網。電源開關控制焊機電源的通或斷。冷卻風扇位于焊機的后部，冷風從焊機機箱后面板后部的進氣孔進入。對焊機內部的一些發熱器件或零部件，如IGBT及散熱器散熱器、快速恢復二極管及散熱器等進行強迫風冷，使它們得到較好的冷卻，以保障焊機電路工作的可靠性。
[0025]4)控制板部分。包括轉換板、大控制板、Pl和P2控制板。Pl和P2控制板焊裝在大控制板上。各控制板電路之間，按照本實用新型附圖1?附圖4的電路原理圖關系連接在一起。可滿足220V和380V雙電源電壓下自動識別和高可靠性轉換，以及手工焊方法的各項控制要求。
[0026]本實用新型焊機電路的工作原理簡述如下:
[0027]如附圖1、附圖2和附圖3所示。電源輸入和上電緩沖電路，BI整流橋，繼電器J2A和了3八的觸點128和】38，附圖3中的電容(:1工4、07工9，插頭0肌和乂9，插頭0吧和乂1等組成整流、濾波、倍壓電路。IGBTl和IGBT2、換流橋臂電容C420、C436?C438、逆變主變壓器T2、快速恢復二極管D420和D422、輸出電流濾波電感L9、分流器FL等，包括前述的電源輸入和上電緩沖電路，以及整流、濾波、倍壓電路共同組成逆變主電路部分。本實用新型電路中，IGBTl和IGBT2、換流橋臂電容C420、C436?C438、逆變主變壓器T2、快速恢復二極管D420和D422、輸出電流濾波電感L9、分流器FL等組成典型的半橋逆變控制電路。逆變主電路的主要功能為:I)輸入電流上電緩沖控制；2 )輸入交流的整流、濾波、倍壓控制；3 )直流母線的高壓直流電通過IGBT逆變電路轉換為中頻(幾十KHz)交流電；4)T2逆變主變壓器實現電壓降壓和大電流輸出的變換;5)D20和?D22快速恢復二極管則是把逆變變壓器輸出的中頻交流電變換為直流電，實現逆變控制過程;6)由于逆變變換后的電流波形是脈動的，不利于焊接過程的穩定，因此，采用電流濾波電抗器L9進行濾波。這樣，輸出的電流波形就會變得穩定。有利于獲得高質量的焊縫;7)分流器FL用于檢測輸出的電流大小，實現輸出電流的負反饋控制。最后，由OUT+正極性輸出端和OUT-負極性輸出端輸出直流電壓和電流。下面結合各個部分的控制電路原理圖，對相關的電路工作原理進行說明:
[0028]220V或380V交流供電電源，通過焊機后面板上的電源開關K，從ACl和AC2輸入端連接至逆變主電路的輸入。從電網來的交流電，經過PT 1、PT2熱敏電阻和繼電器觸點JIB部分，供給后級電路。
[0029]見附圖2，一方面供給D8?D13整流、濾波和輸入電壓檢測電路。經電容C17和C18濾波后，由插頭CN5輸出，供給附圖3中的X3插頭，作為開關電源變壓器TRl的直流輸入電源。輸入電壓檢測電路由D8、R5和R6、R20和R21、光電耦合器U2和U3、壓敏電阻VR2、電容C12和C15等組成。當ACl和AC2間的交流供電電源為380V時，壓敏電阻VR2過壓擊穿，光電耦合器U2和U3中的發光二極管有電流流過并發光，使它們內部的三極管導通。此時，Q3動作，SCR2晶閘管或可控硅導通。使穩壓管ZDl擊穿，380V指示燈點亮。同時，穩壓管ZD4不會擊穿、穩壓，Ql不動作，繼電器的J2A和J3A線包沒有電流流過，不會動作。它們的觸點J2B和J3B處于斷開狀態，插頭CNl和X9不會連通整流橋BI。這樣就不會使倍壓電路產生較高的電壓。而是在附圖3中R7和R9兩端的直流母線電壓上形成近530VDC的電壓。保證了 R7和R9兩端的直流母線電壓不會形成上千伏特的高電壓，不會損壞控制電路中的器件。如電容Cl、C4、C7、C9、C420、C436?C438、C39和C40; IGBTl和IGBT2等；當交流供電電網電源接通220V時，壓敏電阻VR2不會過壓擊穿，光電耦合器U2和U3不動作。此時，Q3和SCR2晶閘管或可控硅不會導通。穩壓管ZDl不會擊穿，380V指示燈不會點亮。同時，穩壓管ZD4則會擊穿、穩壓，Ql動作，繼電器J2A和J3A線包有電流流過，并且會動作。它們的觸點J2B和J3B處閉合，插頭CNl和X9連通整流橋BI。這樣，就會使倍壓電路產生較高的直流母線電壓，即附圖3中R7和R9兩端的直流母線電壓形成近620VDC的電壓。
[0030]另一方面，經BI整流橋整流后變為脈動直流電。當繼電器J2A和J3A不動作，觸點了28和138處于斷開狀態時，插頭0附和乂9不連通。此時31整流橋，附圖3中的電容(:1工4、〇7、C9屬于一般的整流、濾波電路，使整流后的脈動直流電變為穩定的直流電。而當繼電器J2A和J3A動作，觸點J2B和J3B處于接通狀態時，插頭CNl和X9連通整流橋BI。此時，BI整流橋，繼電器12六和13六的觸點128和138，附圖3中的電容(:1工4、07工9，插頭0附和乂9，插頭0吧和乂1等組成的電路，不僅完成整流、濾波的作用，而且會形成倍壓作用。
[0031]附圖2中，JlA繼電器的動作時間是滯后于電源開關合上時刻的，S卩JlA繼電器是延時動作的。當附圖3中Cl、C4、C7和C9等電解電容上的充電電壓穩定后，該繼電器才動作.其觸頭JlB閉合，并聯短路PT1、PT2熱敏電阻。此后，本實用新型焊機正常逆變工作，大電流是從繼電器的觸頭JlB流過的。這個部分的電路稱為上電緩沖電路。主要是防止電源開關接通瞬間，由于C1、C4、C7和C9等電解電容上沒有電壓，相當于短路，會形成較大的浪涌電流，燒壞電源開關。而上電緩沖電路的作用，就是通過合閘瞬間在供電回路中串(聯)入PT1、PT2熱敏電阻來限制浪涌電流的。并且，ΡΤ1、ΡΤ2熱敏電阻的阻值是隨其溫度上升而增大的。因此，上電緩沖電路可起到較好的保護作用。此上電緩沖部分電路是通過如下的控制方式實現的:附圖2中，JlA繼電器的控制，是由三極管Q4和Q5、二極管D14和D30、穩壓管ZD2和ZD3、電阻R18和R19、電容C16和C26等器件組成的電路來實現的。圖中，+24V電壓的形成會滯后于焊機供電電源開關合上的時刻。電容C16和C26上的電壓是在+24V電壓加上后逐步增加的。當Q4導通，穩壓管ZD3被擊穿有電流流過時，Q5導通，這樣JlA繼電器才會動作。
[0032]前面已提到，附圖2和附圖1中，經D8?D13整流、電容C17和C18濾波后，由插頭CN5(連接到附圖3中的Χ3插頭)的輸出電源是作為開關電源變壓器TRl直流輸入電源的。見附圖3，由TRl開關電源變壓器、VTl MOS管、D407和D408快速二極管、U402(LM7805)和U401(LM7812)集成穩壓器，以及上述這些器件周圍的電阻、電容等器件，還有附圖4中P2控制板電路部分，共同組成開關電源電路。其作用是產生+5V、+ 12V、+24V電源電壓，供給其它相應的控制電路工作。開關電源的初級電路屬于高壓回路，次級輸出部分為低壓電路，為確保控制電路的可靠性，在附圖4中，采用了 U51的光電耦合器進行電氣隔離。開關電源控制電路中，P2-12輸出的脈沖為一定工作頻率的、有一定脈沖寬度的驅動信號，可使附圖3中的VTlMOS管處于通、斷交替工作狀態。這樣，就可以使其輸出側的次級各電路部分，+5V、+ 12V、+24V電源電壓。此外，由開關電源部分的電路及原理圖可知，本實用新型沒有采用一般的控制變壓器和相關的電壓變換電路來產生上述幾個電源電壓。其電路取電來自逆變主電路中的直流VCC電壓。開關變壓器的體積和尺寸、重量遠小于一般的控制變壓器，這就降低本實用新型焊機的成本，提升了焊機的技術附加值。
[0033]附圖2中，由于轉換板控制電路中增加了SCR2晶閘管或可控硅及其控制電路，可將兩個轉換繼電器J2A和J3A鎖定。可防止380V輸入電壓下轉換控制電路因電網波動或干擾等原因造成誤動作而產生倍壓工作，避免逆變主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一。
[0034]附圖2中，逆變主回路中倍壓轉換繼電器J2A和J3A控制線包是并聯的。在380V交流輸入下，繼電器J2A和J3A是不動作的。但在220V交流輸入下，則可使繼電器同時動作。并且兩個繼電器的觸頭J2B和J3B不是并聯使用的，而是采用了兩個觸頭串聯的方式。其目的是:能夠大幅度減小因繼電器觸點粘住而造成380V輸入電壓下產生倍壓工作，避免逆變主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一。而市場上有的逆變焊機，由于控制電路設計不同，工作穩定性和抗干擾性差，容易導致在380V交流輸入下倍壓轉換控制繼電器誤動作。380V輸入時，單相整流器整流、濾波后的直流電壓已經是近530VDC，此時控制電路若再倍壓的話，整流器整流和濾波后的直流電壓會超過上千伏特，從而導致倍壓電解電容過壓燒壞。同時，控制電路中的部分器件也會出現損壞現象。這是必須加以克服或絕對防止的。
[0035]此外，市場上很多的220V/380V雙電源電壓逆變焊機，其主繼電器的觸頭位置原來是布置在直流母線上，即整流橋輸出回路中的。在220V輸入電源電壓下，這樣的設計，當倍壓轉換繼電器動作而形成倍壓開通狀態時，主繼電器的觸頭會承受近620VDC的高直流電壓，繼電器的觸點之間很容易形成拉弧現象，甚至出現燒壞或粘住觸頭問題。大大影響了焊機的工作可靠性。然而，如附圖2所示，在本實用新型電路中，將主繼電器JlA的觸頭JlB布置位置從直流母線(即整流橋BI輸出的回路)上改到交流電源輸入端(圖中靠近AC2的位置)。焊機電路工作時，一方面，輸入電流，也就是流過繼電器觸點JIB的電流，受PTC熱敏電阻PT1、PT2限制不會很大。另一方面，新的輸入端位置，不像原來在直流母線回路中那樣，其回路承受的電壓相對較低了很多，這樣繼電器JlA的觸點JlB就不會出現拉弧現象，因而可提高繼電器JlA的使用壽命。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一O
[0036]附圖2中，一路獨立的直流輸出電源(見CN5插頭部分)給開關電源變壓器(見附圖3中的X3插頭部分)供電。使開關電源的輸入直流電源不會因倍壓轉換而造成輸入電壓過高的現象。這就提高了高壓開關電源電路工作的穩定性和可靠性。而市場上很多的逆變焊機，其開關電源的供電取自整流濾波后的直流母線之間的電壓，一旦倍壓電路產生異常，形成上千伏特的高電壓，會導致主電路中的器件和控制電路元器件的損壞。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一。
[0037]轉換電壓的U2/U3檢測光電耦合器采用并聯使用方式，提高了轉換電路的可靠性。這是本實用新型與很多同類焊機控制電路方面的主要區別特征之一。
[0038]見附圖3和附圖4所示，Tl驅動隔離變壓器、U62集成P麗芯片(SG3525)、Q64?Q67、Z63和Z64穩壓管，以及上述器件周圍的二極管、穩壓管、電阻、電容等組成IGBTl和IGBT2管的逆變PWM、驅動電路控制電路部分。IGBTl和IGBT2管，兩路驅動部分的電路形式基本是一致的。由于U62芯片的11腳和14腳輸出Pmi信號驅動功率小，故需要經過Q64?Q67、T1驅動隔離變壓器等器件組成的驅動控制電路進行功率放大。最后通過Tl驅動隔離變壓器去控制IGBTl和IGBT2管的通或斷工作狀態。附圖4中，U62芯片的11腳和14腳輸出控制信號是兩組P麗方波脈沖信號。其方波的頻率是固定的，有幾十KHz。它由該芯片的RT、CT腳連接的電阻和電容參數(如R616、R619和電容C611)決定。兩組方波脈沖信號在時間上有一個固定的時間差，專業上也稱為死區時間。它是保障IGBT兩組開關交替工作的重要參數之一。該時間是通過U62芯片的外圍器件(如R616、R619和電容C611)參數設置而確定的。至于如何確定，查看U62芯片的相關使用資料或說明即可了解。這里不再重復。這里需要說明的是:U2芯片輸出的PffM脈沖寬度調制信號是決定焊機逆變主電路輸出電壓和電流大小的信號。它的脈沖寬度由焊接電流給定信號Ug(Pl_6端信號)與輸出電流負反饋信號Ufi(Pl-4端信號)共同決定。控制的對象或目標是輸出電流大小。空載時，來自分流器FL的負反饋信號Ufi很小。控制電路產生一個占空比較大的PWM脈沖信號，使IGBTl和IGBT2處于交替導通狀態，最終使逆變主電路輸出空載電壓。當操作者調節好前面板上焊接電流的電位器，并進行焊接時，控制電路通過FL分流器檢測到輸出電流信號Ufi。它與焊接電流給定信號Ug進行比較。比較后的差值信號，在其它控制電路(主要是附圖4中的Ul運算放大器等構成的PI(比例+積分)輸出特性控制電路)的作用下，運算放大器Ul輸出的結果控制U2 PffM芯片的輸出PffM脈沖寬度或一定頻率和占空比的信號。該信號通過IGBT的脈沖驅動電路，最終決定焊機逆變主電路的輸出電流和電壓大小，實現輸出電流參數的準確控制。并使焊機的輸出特性為恒流帶外拖的下降特性。進一步地說，當焊接電流給定信號Ug不變時，隨著焊機電路檢測到的電流負反饋Ufi信號增加，并且達到給定的設定值后，焊接電流給定信號Ug與電流負反饋控制信號Ufi的差值會隨電流增加而減小，通過UI電路的PI控制后，使焊機輸出Pmi芯片的脈沖寬度或占空比減小，焊機的輸出電壓降低。這一過程，也就是所謂的電流截止負反饋控制，即只有當電流達到焊接電流電位器的設定值后才起作用的反饋控制。此后，隨著輸出電流的微小增加，輸出電壓會降低很多。當電壓下降到16V以下時，隨著電壓的降低，控制電路可使焊機輸出PffM芯片的脈沖寬度或占空比增加，使焊接電流按照設定的參數增大，最終形成恒流帶外拖的下降特性。當焊接電流給定信號Ug變化時，電流截止負反饋的設定值不同，但其它的控制過程是類似的。這樣，在電位器設定的Ugmin最小和最大Ugmax之間，就可獲得無數條下降特性曲線。這樣的控制輸出特性也是滿足手工電弧焊接的基本要求。
[0039]見附圖3和附圖4中，U62逆變PffM和IGBT驅動等控制電路部分，其輸出Gl和El、G2和E2分別為兩組PffM脈沖信號，分別去控制逆變主電路中IGBTl和IGBT2開關的通、斷狀態。U62芯片的Pmi輸出信號的脈沖寬度受Ug輸入給定信號和電流負反饋信號Uf ?控制。有無Pmi信號輸出，則取決P1-11輸出初級逆變母線電流過流反饋信號和來自OT插頭的溫度保護繼電器Tc的控制信號。附圖3中，T3是一個電流檢測器，可檢測逆變主電路直流母線上的電流大小，也就是逆變主變壓器T2的初級電流信號。T3的初級只有I匝，次級通常有200匝。其次級輸出經0406整流和電阻1?419~1?421及電容0429處理后，由？1-11輸出初級逆變母線電流過流反饋信號。該信號通過附圖4中的穩壓管Z61，去控制SCRl晶閘管或可控硅，最終控制U62的8腳電平狀態(見附圖4所示)。這部分控制電路主要是檢查逆變主電路是否發生過流現象，并進行相應的控制。如果出現過流，附圖4中的Z61會擊穿，SCRl晶閘管導通，P1-13被SCRl拉至低電平。D601 二極管的陽極電位也會被拉至低電平，三極管Q62截止，Q63導通，U62芯片11和14腳輸出的WM信號關閉，焊機逆變主電路IGBTl和IGBT2的驅動控制信號關閉，焊機關閉輸出。同時，附圖3中PCB上的LED406發光，進行過流/過熱指示;連接至X7插頭的面板過流/過熱指示LEDl發光二極管也會點亮，進行過流指示。
[0040]附圖3中，OT接口連接至常開型的溫度繼電器。而溫度繼電器又緊貼在IGBT或D420?D422輸出快速恢復二極管的鋁合金散熱器上。當溫度繼電器動作時，表明主功率器件發生過熱現象。此時，附圖3中，R424電阻被短路，會把P1-13也拉至較低電平。同時，D601 二極管的陽極電位也會被拉至低電平，三極管Q62截止，Q63導通，U62芯片11和14腳輸出的PWM信號關閉，焊機逆變主電路2只IGBT的驅動控制信號關閉，焊機關閉輸出。防止焊機因過熱而燒壞。同時，附圖3中PCB上的LED406發光，進行過流/過熱指示;連接至X7插頭的面板過熱指示LEDl發光二極管也會點亮，進行過流/過熱指示。之后，在冷卻風機的作用下，當鋁合金散熱器的溫度下降到一定程度后，焊機內部的過熱現象消除，熱保護器恢復到常開狀態時，控制電路才能繼續輸出P麗控制信號。同時過流/過熱指示燈(黃色)熄滅。焊機又可以再次輸出。
[0041 ]附圖3和附圖1中，X6接口連接著面板電流調節電位器W348接口連接著面板電流顯示表。Wl是電流顯示數據與實際電流數據的校正微調電位器。W2是實際電流數據的校正微調電位器。
[0042]以上是本實用新型各電路板部分及焊接方法的簡要控制過程說明。因闡述電路原理比較復雜。以上僅給出控制的思想和結果。但由于本實用新型已給出了詳細電路原理圖，因此對于有電路閱讀能力(或具備相關電路知識)的人來說，是完全可以讀懂的。電路圖也是一種無聲的語言。但對于沒有電路閱讀能力(或不具備相關電路知識)的人來說，即使解釋的再多，他們也是難以理解的。鑒于篇幅的關系，本專利說明書只能闡述主要的部分，以使專利說明書閱讀人能夠更好地理解相關的工作原理和過程。
[0043]通過上述說明可見，本實用新型電路設計新穎，有自己獨特的設計思路和方法。不僅解決了過去此類焊機220V和380V雙電源電壓的自動識別和轉換不可靠的問題，而且具有2 2 O V和3 8 O V雙電源電壓自動識別和高可靠性轉換的優點。產品的可靠性和穩定性和市場競爭力得到了大幅度提高。而且，所設計的控制電路和焊機的結構具有控制性能良好、焊機結構緊湊等技術優勢，可滿足產品高效和低成本生產、高可靠性、制造工藝技術先進的要求。本實用新型專利申請保護的內容就在于保護這種焊機的電路設計。
[0044]以上內容是結合具體的焊機結構和電路板及控制功能對本實用新型所作的詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只限于這些說明。對本實用新型所述技術領域的其他技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干其它的推演和變換，這些都應該視為屬于本實用新型保護的范疇。
【主權項】
1.一種220V和380V雙電壓自動轉換IGBT逆變手弧焊機，包括殼體部分、前面板部分、后面板部分和內部的控制板部分，其特征在于:所述的控制板包括轉換板、大控制板、Pl和P2控制板，Pl和P2控制板焊裝在大控制板上，各控制板電路之間，按照本實用新型的電路原理圖關系連接在一起;所述的轉換板的控制電路中增加了晶閘管或可控硅及其控制電路，可防止380V輸入下轉換控制電路誤動作而產生倍壓;兩個倍壓轉換繼電器是并聯連接，并將繼電器觸頭布置位置從直流母線上改到交流電源輸入端。2.如權利要求1所述的一種220V和380V雙電壓自動轉換IGBT逆變手弧焊機，其特征在于:所述的前面板部分上安裝有:正、負極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件、數顯表、220V電源指示燈、380V電源指示燈、保護指示燈、手工焊電流調節旋鈕和電位器、電源開關;正、負極性的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用于分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜，連接時的極性可根據電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。3.如權利要求1所述的一種220V和380V雙電壓自動轉換IGBT逆變手弧焊機，其特征在于:所述的后面板部分上安裝有:電源開關、供電電源線、固線器、冷卻風扇；電源線連接到供電電網，電源開關控制焊機電源的通或斷，冷卻風扇位于焊機的后部，冷風從焊機機箱后面板后部的進氣孔進入，對焊機內部的一些發熱器件或零部件。
【文檔編號】B23K9/10GK205464724SQ201620031867
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月14日
【發明人】陳權, 魏繼昆, 朱宣輝, 陳法慶, 朱宣東
【申請人】浙江肯得機電股份有限公司