CN103128425B - 便携式电焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式电焊机，解决了现有的电力工程施工中使用发电电焊机，引发焊把之间的空载电压威胁人身安全，电焊机不在电焊工视线范围内，中间环节安全不可控的问题，包括外壳，设置在外壳内的整流及滤波模块，外壳内设置有电池组作为直流电源，电池组连接直/交逆变模块，直/交逆变模块连接整流及滤波模块，整流及滤波模块连接IGBT功率开关器件对直流电进行调频，IGBT功率开关器件连接焊接模块。电池组作为直流电源，不用外接电源，可以将电焊机放置到电焊位置安全范围内，焊线的长度比较合适，不会出现焊线拉扯的现场，防止危险发生，电焊机也始终处于电焊工的视线范围内，处于可控状态，安全性高。

Description

便携式电焊机

技术领域

本发明涉及一种电焊机，尤其是一种携带方便，使用方便的便携式电焊机。

背景技术

在电力施工中，接地网制作、电气设备固定以及桥架制作等都需要进行电焊作业，在抢修工作中涉及设备更换安装等工作也需要进行电焊作业，因此电焊施工成为电力工程中比不可少的一道工序。

目前的电焊机普遍采用交流电网供电，电源为380/200V。由于新建工程施工环境简陋，经常需要施工单位自备电源，或者抢修中设备故障停电情况下施工需要自备电源，焊接作业需要采用具有发电机功能的发电电焊机。现有的发电电焊机需要汽油驱动，重量和体积都比较大，搬远及放置都不变，而且需要携带一些辅助设备，发电电焊机使用成本比较高，包括设备折旧费、汽油费、日常维护费和设备修理费。由于放置位置受限，焊线的移动距离也比较远，使得现场焊接作业施工劳动强度大，效率低。焊线长度一大容易引发安全事故，根据安全性评价标准，电焊机焊线长度不能超过30米，发电电焊机运行中需要消耗大量氧气，同时会排放一氧化碳、二氧化氮等有毒气体，因此发电电焊机不能安置在密闭空间内使用，这样需要在施工现场备有通风装置。上述因素造成电焊机与电焊工存在一定距离，电焊机空载时间增大，焊把之间70-90V的空载电压威胁人身安全，电焊工与电焊机处于不同空间，电焊机不在电焊工视线范围内，中间环节安全不可控，焊线长达30米，接地网等焊接作业存在多个焊点，焊线拉扯较多，增加了施工现场危险点，发电电焊机运行噪声达到100分贝以上，也会造成施工现场噪声污染，增加了现场安全管理难度。

因此亟需一种方便携带、无需汽油驱动并便于维护操作的新设备。

中国专利局于2011年10月19日公开了一份CN102218584A号文献，名称为CPU控制大功率便携式电焊机，包括设置于外壳内的CPU 控制线路板、散热器、风扇和屏蔽层，外壳内还设有四只IGBT功率管Q1、Q2、Q3、Q4、两只谐振电感L1、L2、高频变压器T1、两只快恢复二极管D1、D2、输入滤波电容C1、谐振电容C2、输出滤波电容C3和铁氧体电抗器L3组成的高频谐振软开关电路。但是该电焊机还是使用交流电作为电源，这就给使用中的供电带来不便，还是会存在因电焊机与电焊距离较远而引起的安全问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式电焊机，有直流电池作为焊接供电电源，经过直/交逆变、整流、再逆变成可供焊接的焊接直流电源，方便携带。

本发明解决了现有的电力工程施工中使用发电电焊机而造成电焊机和电焊位置距离远，引发焊把之间的空载电压威胁人身安全，电焊机不在电焊工视线范围内，中间环节安全不可控的问题，提供一种便携式电焊机，可以将电焊机放置到电焊位置的安全范围内，满足焊线的最佳长度即可，因此电焊机始终处于电焊工的视线内，安全系数高。

本发明还解决了现有的电力施工中的电焊机和电焊位置距离远，焊线长达30米，接地网等焊接作业存在多个焊点，焊线拉扯较多，增加了施工现场危险点的缺陷，提供一种便携式电焊机，可以将电焊机放置到电焊位置的安全范围内，缩短焊线的长度，不会出现焊线拉扯现象，防止危险发生。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种便携式电焊机，包括外壳，设置在外壳内的整流及滤波模块，外壳内设置有电池组作为直流电源，电池组连接直/交逆变模块，直/交逆变模块连接整流及滤波模块，整流及滤波模块连接IGBT功率开关器件对直流电进行调频，IGBT功率开关器件连接逆变功率输出电路，逆变功率输出电路连接变压器，变压器连接输出整流电路，逆变功率输出电路连接主控单元并由主控单元控制逆变功率输出电路的脉冲宽度，主控单元的通过取样电路连接变压器初级绕组，逆变功率输出电路、变压器、输出整流电路和主控单元组成了焊接模块。以电池组作为直流电源，不用外接电源，可以将电焊机放置到电焊位置安全范围内，焊线的长度比较合适，不会出现焊线拉扯的现场，防止危险发生，电焊机也始终处于电焊工的视线范围内，处于可控状态，安全性高；电池组为直流电，但是电压不高，又不能直接作为焊接电源使用，因此需要对直流电进行处理，先将直流电经过直/交逆变模块，得到220V的交流电，再将交流电经过整流及滤波模块得到+310V直流电压，接着通过IGBT功率开关器件采用PWM脉宽调制技术进行调频，再经过逆变功率输出电路转换成高频方波信号，经过变压器传输到输出整流电路，得到只有正脉冲的电压信号，最后输出60-80V的直流电压；调频是为了适应电焊引弧所需的瞬时高频功率，由主控单元产生宽度可控的方波脉冲，将方波脉冲输出给逆变功率输出电路，从而改变逆变功率输出电路输出脉冲的宽度，以稳定输出电流；取样电路检测输出变压器的初级绕组的电流，检测的信号送主控单元，用以及时地调整脉冲宽度，使电焊机输出电流工作在稳定的状态。

作为优选，直/交逆变模块采用3只电源逆变模块，3只电源逆变模块各自经过整流及滤波模块后并列，并列后直接连接IGBT功率开关器件。进入焊接模块的模拟电源要进行并列，但是交流无法并列，因此三只电源逆变模块的输出需要经过各自整流后再并列。

作为优选，整流及滤波模块连接有过压保护电路，过压保护电路采用电子限流器，电气限流器前接直/交逆变模块、后接可恢复热敏电阻，可恢复热敏电阻与整流及滤波模块相接。

作为优选，电源逆变模块采用1kw规格的电源逆变模块，可恢复热敏电阻采用361KD07压敏电阻。Φ3.2电焊条现场焊接，输入电源为市电220V50Hz，正常焊接过程中钳形表测量输入电流范围为6.0-12A，工作时输入功率为1.32-2.5kW，其中稳定的焊接功率为1.5-1.6 kW，以上述测算数据为基础，电源逆变模块稳定焊接功率要求大于2.5kW，稳定功率大于1.6kW，因此需要选择大于2.5kW的直流至交流逆变转换模块，考虑容量裕度，选用3个逆变模块功率方案；压敏电阻具有较好的涌流保护性能。

作为优选，主控单元包括相互连接的驱动电路和振荡及脉宽调制电路，驱动电路连接逆变功率输出电路，取样电路与振荡及脉宽调制电路相连。

作为优选，主控单元通过整流滤波电路及稳压电路与变压器相连，由变压器为主控单元提供电源；主控单元还包括过热保护电路，过热保护电路连接振荡及脉宽调制电路。

作为优选，主控单元的电源电压为+15V，电焊机开机初始阶段，变压器无电压输出给主控单元，此时稳压电路与整流及滤波模块相连，经降压及稳压后主控单元获得+18.6V电压。

作为优选，所述的电池组采用两节12V的铅酸转绕电池串联而成；直/交逆变模块规格为DC24V转AC220V-50Hz/60Hz，IGBT功率开关器件将50Hz/60Hz工频调成70KHz的高频。铅酸转绕电池体积小，重量小，放电性能好，瞬时放电能力强，具有较强的抗冲击能力，而且可以通过车载的电源对电池组进行充电，有利于提高现场工作的续航能力。

作为优选，逆变功率输出电路采用双管单端正激式电路。这种电路中，主变压器无需去磁复位绕组，双管正激变换器具有开关电压应力低，内在抗桥臂直通能力强。

为了保证电源性能，保证引弧所需瞬时功率，作为优选，整流及滤波模块后并联稳压储能电容，稳压储能电容为10只450V/1000μF电解电容并联组成的电容阵列。

本发明的有益效果是：电池组作为直流电源，不用外接电源，可以将电焊机放置到电焊位置安全范围内，焊线的长度比较合适，不会出现焊线拉扯的现场，防止危险发生，电焊机也始终处于电焊工的视线范围内，处于可控状态，安全性高；调频是为了适应电焊引弧所需的瞬时高频功率，由主控单元产生宽度可控的方波脉冲，将方波脉冲输出给逆变功率输出电路，从而改变逆变功率输出电路输出脉冲的宽度，以稳定输出电流；取样电路检测输出变压器的初级绕组的电流，检测的信号送主控单元，用以及时地调整脉冲宽度，使电焊机输出电流工作在稳定的状态。

附图说明

图1是本发明一种原理示意图；

图2是本发明一种功能示意图；

图3是本发明一种逆变功率输出电路示意图；

图4是本发明一种输出整流电流示意图；

图5是本发明一种主控单元结构示意图；

图6是本发明一种主控单元电源示意图；

图7是本发明一种过压保护电路示意图；

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种便携式电焊机（参见附图1），包括外壳，外壳内设置有2组4节12V/24AH铅酸转绕电池串联而成的电池组，电池组连接直/交逆变模块，直/交逆变模块并联稳压储能电容后连接整流及滤波模块，整流及滤波模块连接调频用的IGBT功率开关器件，IGBT功率开关器件连接焊接模块。焊接模块包括逆变功率输出电路、变压器、输出整流电路和主控单元（参见附图2）。逆变功率输出电路连接变压器，变压器连接输出整流电路，逆变功率输出电路连接主控单元，变压器的初级绕组连接取样电路，取样电路与主控单元相连，变压器通过整流滤波电路及稳压电路与主控单元相连，稳压电路还和整流及滤波电路直接相连。输出整流电流连接电抗器，通过电抗器滤波得到直流电压及支流电流。稳压储能电容为10只450V/1000μF电解电容并联组成的电容阵列。24V的直流电经过逆变转换成220V/50Hz的交流电，交流电经过整流及滤波电路得到+310V的直流电压，再经过调频成为70KHz的高频方波信号，再经过变压传输到输出整流电路，得到只有正脉冲的电压信号，经过电抗器滤波得到直流电压、直流电流，电焊把空载的时候电压为60-80V，引弧后电压下降到20V。

直/交逆变模块采用3只1kw、DC24V转AC220V-50Hz/60Hz规格的电源逆变模块，3只电源逆变模块各自经过整流及滤波模块后并列，并列后直接连接IGBT功率开关器件，IGBT功率开关器件将50Hz/60Hz工频调成70KHz的高频。整流及滤波模块连接有过压保护电路（参见附图7），过压保护电路采用电子限流器，电气限流器前接直/交逆变模块、后接可恢复热敏电阻，可恢复热敏电阻与整流及滤波模块相接，可恢复热敏电阻采用361KD07压敏电阻。

逆变功率输出电路采用双管单端正激式电路（参见附图3）。逆变功率输出电路经过变压器变压后连接输出整流电路（参见附图4），Q1与Q2同时导通，同时关断：Q1与Q2同时导通时，变压器向次级绕组提供电压，经二极管D5输出整流电流；Q1与Q2同时关断时，输出电流经二极管D6续流。由于二极管D2和D4的导通，使Q1和Q2承受的电压仅为电源电压值。这种双管单端正激电路虽然多用了一个开关管，但其加到开关管的电压较单管电路低了一半，同时变压器少了一个磁通复位绕组，所以该电路适用于具有较高输入电压的情况。

主控单元（参见附图5）包括相互连接的驱动电路、振荡及脉宽调制电路和过热保护电路，驱动电路连接逆变功率输出电路，取样电路与振荡及脉宽调制电路相连，此处的主控单元采用PK-02-A1（AT89 S52）型号的芯片，驱动电路采用B-XQDB驱动模块。主控单元通过整流滤波电路及稳压电路与变压器相连，由变压器为主控单元提供电源（参见附图6）。变压器的VA+、VA-经过整流滤波电路、稳压电路获得+15V电压。电焊机开机初始阶段，变压器无VA+、VA-电压输出，此时由+310V电压经降压及稳压电路获得+18.6V电压。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种便携式电焊机，包括外壳，设置在外壳内的整流及滤波模块，其特征在于外壳内设置有电池组作为直流电源，电池组连接直/交逆变模块，直/交逆变模块连接整流及滤波模块，整流及滤波模块连接IGBT功率开关器件对直流电进行调频，IGBT功率开关器件连接逆变功率输出电路，逆变功率输出电路连接变压器，变压器连接输出整流电路，逆变功率输出电路连接主控单元并由主控单元控制逆变功率输出电路的脉冲宽度，主控单元的通过取样电路连接变压器初级绕组，逆变功率输出电路、变压器、输出整流电路和主控单元组成了焊接模块；主控单元通过整流滤波电路及稳压电路与变压器相连，由变压器为主控单元提供电源；主控单元的电源电压为+15V，电焊机开机初始阶段，变压器无电压输出给主控单元，此时稳压电路与整流及滤波模块相连，经降压及稳压后主控单元获得+18.6V电压。

2.根据权利要求1所述的便携式电焊机，其特征在于直/交逆变模块采用3只电源逆变模块，3只电源逆变模块各自经过整流及滤波模块后并列，并列后直接连接IGBT功率开关器件。

3.根据权利要求2所述的便携式电焊机，其特征在于整流及滤波模块连接有过压保护电路，过压保护电路采用电子限流器，电子限流器前接直/交逆变模块、后接可恢复热敏电阻，可恢复热敏电阻与整流及滤波模块相接。

4.根据权利要求3所述的便携式电焊机，其特征在于电源逆变模块采用1kw规格的电源逆变模块，可恢复热敏电阻采用361KD07压敏电阻。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的便携式电焊机，其特征在于主控单元包括相互连接的驱动电路和振荡及脉宽调制电路，驱动电路连接逆变功率输出电路，取样电路与振荡及脉宽调制电路相连。

6.根据权利要求5所述的便携式电焊机，其特征在于主控单元还包括过热保护电路，过热保护电路连接振荡及脉宽调制电路。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的便携式电焊机，其特征在于所述的电池组采用两节12V的铅酸转绕电池串联而成；直/交逆变模块规格为DC24V转AC220V-50Hz/60Hz，IGBT功率开关器件将50Hz/60Hz工频调成70KHz的高频。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的便携式电焊机，其特征在于逆变功率输出电路采用双管单端正激式电路。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的便携式电焊机，其特征在于整流及滤波模块后并联稳压储能电容，稳压储能电容为10只450V/1000μF电解电容并联组成的电容阵列。