CN105537729A - 双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路，包括双管单端正激拓扑电路、第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路以及高频引弧电感；其中，所述双管单端正激拓扑电路包括变压器的初级绕组N1，所述第一次级整流输出回路包括变压器的次级绕组N2，所述第二次级整流输出回路包括变压器的次级绕组N3；所述初级绕组N1和所述次级绕组N2、所述次级绕组N3耦合；所述第一次级整流输出回路通过所述高频引弧电感与所述第二次级整流输出回路耦合；本发明中变压器的二次侧采用两个输出绕组构成独立的输出回路，使得MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊与Plasma空气等离子切割状态下输出电流互相不受影响。

Description

双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路
技术领域
本发明涉及逆变电焊机电路，具体地，涉及一种双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路。
背景技术
随着国家的发展和科技化的进程以及工业化的发展，电焊机广泛应用于建筑行业、制造行业、机械加工行业，是不可或缺的装备。随着IGBT技术的成熟，近些年来，IBGT逆变焊机得到了快速的发展和广泛的应用。目前市面上的IGBT逆变焊机很多，按照采用不同的拓扑电路结构可以分为全桥逆变焊机、半桥逆变焊机以及双管单端正激逆变焊机。按照焊接工艺的不同，不同的拓扑电路结构都有成熟单一的MMA手工焊焊机、TIG钨极氩弧焊机、Plasma空气等离子切机得到广泛的应用。随着全球工业化正向低碳、环保和节约型转变，成本低、体积小、重量轻以及性能可靠的双管正激式拓扑结构逆变焊机脱颖而出。
目前在已有的双管正激式拓扑结构逆变焊机中都是单一的焊接功能，还没有同时实现MMA手工焊、TIG氩弧焊以及Plasma等离子切割三种不同焊接功能于一体的焊机。一机多用不仅给用户带来了方便，而且大大减少了焊接设备的投入成本。
由于焊接工艺特性的不同，MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊采用的是变压器降压的方式得到60-80V电压和小感量的电抗器实现低电压大电流的焊接，而Plasma空气等离子切割机则需要采用的是变压器升压的方式得到300V-500V电压和大感量的电抗器实现高电压小电流的切割。将三个功能合在一台机器上，就需要主变压器的二次侧在不同的功能模式下工作在降压或者升压的状态；输出电抗器工作在小的感量和大的感量下；以及输出整流快恢复二极管工作在低耐压和高耐压情况下以实现不同的焊接功能。
现有的多功能焊机使用的技术是全桥逆变拓扑电路机构，为了实现手工焊、TIG焊和切割功能，主变压器采用两个并联的方式，在不同的功能模式下通过继电器切换变压器次级绕组实现绕组的并联和串联得到低电压大电流、高电压小电流；通过继电器切换输出电抗器的多股线实现绕组的并联和串联得到小感量大电流、高感量小电流；通过继电器切换输出快恢复二极管实现二极管的并联和串联得到低耐压大电流和高耐压小电流。现有的技术主要通过焊机二次侧使用继电器切换实现不同功能，因此也受限于继电器。普遍的MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊输出电流做不大，如果想要做大电流，那么继电器就要更大，这样整个机器的成本和体积将会大幅度的增加。因此只能使用40A的继电器去做Plasma空气等离子切割机状态下输出40A电流，而在MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊状态下输出电流只能够输出140A。再者，由于使用这样的技术方案，机器的故障率也增加。
因此，需要解决现有技术中焊接输出电流受限于继电器额定电流，继电器数量多、触点多电路复杂，MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊输出电流做不大，电路成本高和机器故障率高等问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路。变压器二次侧采用两个输出绕组构成独立的输出回路，使得MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊与Plasma空气等离子切割状态下输出电流互相不受影响。在同样Plasma空气等离子切割输出40A电流情况下，MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊输出电流能够达到200A。独立工作互不影响。大大降低焊机成本、体积以及故障率。
根据本发明提供的双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路，包括双管单端正激拓扑电路、第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路以及高频引弧电感；
其中，所述双管单端正激拓扑电路包括变压器的初级绕组N1，所述第一次级整流输出回路包括变压器的次级绕组N2，所述第二次级整流输出回路包括变压器的次级绕组N3；所述初级绕组N1和所述次级绕组N2、所述次级绕组N3耦合；所述第一次级整流输出回路通过所述高频引弧电感与所述第二次级整流输出回路耦合；
所述双管单端正激拓扑电路用于通过初级绕组N1向所述第一次级整流输出回路和所述第二次级整流输出回路输入电能；所述第一次级整流输出回路用于MMA手工焊和TIG钨极氩弧焊；所述第二次级整流输出回路用于配合所述第一次级整流输出回路进行Plasma空气等离子切割。
优选地，所述双管单端正激拓扑电路还包括IGBT开关管Q1、IGBT开关管Q2，续流二极管D1、续流二极管D2和电源；
其中，IGBT开关管Q1的源极连接电源正极，IGBT开关管Q1的漏极连接初级绕组N1的一端，初级绕组N1另一端连接IGBT开关管Q2的源极，IGBT开关管Q2的漏极接地；续流二极管D2的正极接地，续流二极管D2负极接初级绕组N1的一端，所述初级绕组N1的另一端接续流二极管D1的正极，二极管D1的负极接电源正极，电源的负极接地。
优选地，所述第一次级整流输出回路还包括整流二极管D3、续流二极管D4、输出正端和焊接负载输出负端；所述高频引弧电感包括绕组N5；
所述次级绕组N2的一端连接所述整流二极管D3的正极，所述整流二极管D3的负极连接所述输出正端，所述续流二极管D4的正极连接所述次级绕组N2的另一端，负极连接所述输出正端；所述次级绕组N2的另一端通过所述绕组N5连接所述焊接负载输出负端。
优选地，所述第二次级整流输出回路还包括整流二极管D5、续流二极管D6、电感L1和切割负载与输出负端；所述高频引弧电感还包括绕组N6和绕组N4；所述绕组N6、所述绕组N4与所述绕组N5耦合；
其中，所述次级绕组N3的一端连接整流二极管D5的正极，整流二极管D5的负极连接所述输出正端；所述次级绕组N3的另一端连接所述继电器K1的开关部的一端，所述开关部的另一端依次通过所述电感L1、所述绕组N6连接所述切割负载与输出负端；所述续流二极管D6的正极连接所述开关部的另一端，负极连接所述输出正端。
优选地，所述IGBT开关管Q1和所述IGBT开关管Q2的门极用于输入PWM脉冲。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中变压器的二次侧采用两个输出绕组构成独立的输出回路，使得MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊与Plasma空气等离子切割状态下输出电流互相不受影响；
2、本发明中在同样Plasma空气等离子切割输出40A电流情况下，MMA手工焊、TIG钨极氩弧焊输出电流能够达到200A，独立工作互不影响；
3、本发明大大降低焊机成本、体积以及故障率。
附图说明
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1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。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。
在本实施例中，本发明提供的双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路，包括双管单端正激拓扑电路、第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路以及高频引弧电感；其中，所述双管单端正激拓扑电路包括变压器的初级绕组N1，所述第一次级整流输出回路包括变压器的次级绕组N2，所述第二次级整流输出回路包括变压器的次级绕组N3；所述初级绕组N1和所述次级绕组N2、所述次级绕组N3耦合；所述第一次级整流输出回路通过所述高频引弧电感与所述第二次级整流输出回路耦合；所述双管单端正激拓扑电路用于通过初级绕组N1向所述第一次级整流输出回路和所述第二次级整流输出回路输入电能；所述第一次级整流输出回路用于MMA手工焊和TIG钨极氩弧焊；所述第二次级整流输出回路用于配合所述第一次级整流输出回路进行Plasma空气等离子切割。
所述双管单端正激拓扑电路还包括IGBT开关管Q1、IGBT开关管Q2，续流二极管D1、续流二极管D2和电源；其中，IGBT开关管Q1的源极连接正电源，IGBT开关管Q1的漏极连接初级绕组N1的一端，初级绕组N1另一端连接IGBT开关管Q2的源极，IGBT开关管Q2的漏极接地；续流二极管D2的正极接地，续流二极管D2负极接初级绕组N1的一端，所述初级绕组N1的另一端接续流二极管D1的正极，二极管D1的负极接电源正极。电源的负极接地。所述IGBT开关管Q1和所述IGBT开关管Q2的门极用于输入PWM脉冲。
所述第一次级整流输出回路还包括整流二极管D3、续流二极管D4、输出正端和焊接负载输出负端；所述高频引弧电感包括绕组N5；所述次级绕组N2的一端连接所述整流二极管D3的正极，所述整流二极管D3的负极连接所述输出正端，所述续流二极管D4的正极连接所述次级绕组N2的另一端，负极连接所述输出正端；所述次级绕组N2的另一端通过所述绕组N5连接所述焊接负载输出负端。
所述第二次级整流输出回路还包括整流二极管D5、续流二极管D6、电感L1和切割负载与输出负端；所述高频引弧电感还包括绕组N6和绕组N4；所述绕组N6、所述绕组N4与所述绕组N5耦合；其中，所述次级绕组N3的一端连接整流二极管D5的正极，整流二极管D5的负极连接所述输出正端；所述次级绕组N3的另一端连接所述继电器K1的开关部的一端，所述开关部的另一端依次通过所述电感L1、所述绕组N6连接所述切割负载与输出负端；所述续流二极管D6的正极连接所述开关部的另一端，负极连接所述输出正端。
当使用本发明提供的双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路时，当PWM脉冲同时开启驱动，IGBT开关管Q1和IGBT开关管Q2同时导通，电流流过IGBT开关管Q1、变压器的初级绕组N1和IGBT开关管Q2。在变压器二次侧，所述次级绕组N2和所述次级绕组N3通过变压器磁芯耦合得到电压，当PWM脉冲同时关闭驱动，IGBT开关管Q1和IGBT开关管Q2同时关闭，变压器一次侧的初级绕组N1继续的电能需要通过续流二极管D2、续流二极管D1释放掉。
当电焊机工作在MMA或TIG功能下，继电器K1不得电，开关部断开，次级绕组N3被断开不构成回路；当PWM脉冲开启时，次级绕组N2耦合的电能需要通过整流二极管D3输送到输出正端，即OUT+端，通过绕组N5输出焊接负载输出负端，即A_OUT-端，从而构成焊接回路；当PWM脉冲关闭时，整流二极管D3截止，绕组N5储存的电能通过续流二极管D4与焊接负载构成续流回路。上述过程中在MMA或TIG功能下电路可以看成电能从初级绕组N1耦合到次级绕组N2再经过整流二极管D3整流、续流二极管D4、绕组N5、输出正端和焊接负载输出负端与焊接负载构成完整的焊接回路。此过程完全没有继电器参与，电路简单，输出电流大小只取决于并联二极管的多少。
当电焊机工作在Plasma空气等离子切割功能下，继电器K1得电，次级绕组N3绕组被接通构成回路，PWM脉冲开启时，二次侧次级绕组N3耦合的电能需要通过整流二极管D5整流给到输出正端(OUT+)，且通过切割负载输出负端(即C_OUT-端)和绕组N6构成焊接回路；当PWM脉冲关闭时，整流二极管D5截止，绕组N6和电感L1绕组储存的电能通过续流二极管D6与焊接负载构成续流回路。上述过程中Plasma空气等离子切割功能下电路可以看成电能从初级绕组N1耦合到次级绕组N3再经过整流二极管D5整流、续流二极管D6、绕组N4续流供给输出正端和切割负载输出负端，进而和切割负载构成完整的切割回路。
此过程虽有继电器K1参与，但继电器只是工作于切割功能下，由于Plasma空气等离子切割功能输出电流小输出负载电压高的特性，一个额定40A继电器就可以满足要求，降低电路成本、体积以及故障率。此过程虽然次级绕组N2也在工作，但是在Plasma空气等离子切割功能下只用OUT+和C_OUT-输出端口，所以N2绕组回路只有电压但没有输出电流产生，不影响切割电流。高频引弧电感巧妙的将次级用两组绕组分开，在TIG功能下使用次级绕组N2焊接回路，高频引弧时高频高压脉冲通过绕组N4去耦合绕组N5使得A_OUT-输出端口产生高压击穿焊接保护气体氩气形成电离与OUT+形成焊接回路。在Plasma功能下使用次级绕组N3焊接回路，高频引弧时高频高压脉冲通过绕组N4去耦合绕组N6使得C_OUT-输出端口产生高压击穿焊接保护气体空气形成电离与OUT+形成切割回路。综上所述，由于两个输出回路独立分开，互不影响和干扰，使得MMA和TIG的输出电流做的更大，整个电路的成本大幅度降低，机器的使用寿命更长。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路，其特征在于，包括双管单端正激拓扑电路、第一次级整流输出回路、第二次级整流输出回路以及高频引弧电感；
其中，所述双管单端正激拓扑电路包括变压器的初级绕组N1，所述第一次级整流输出回路包括变压器的次级绕组N2，所述第二次级整流输出回路包括变压器的次级绕组N3；所述初级绕组N1和所述次级绕组N2、所述次级绕组N3耦合；所述第一次级整流输出回路通过所述高频引弧电感与所述第二次级整流输出回路耦合；
所述双管单端正激拓扑电路用于通过初级绕组N1向所述第一次级整流输出回路和所述第二次级整流输出回路输入电能；所述第一次级整流输出回路用于MMA手工焊和TIG钨极氩弧焊；所述第二次级整流输出回路用于配合所述第一次级整流输出回路进行Plasma空气等离子切割。
2.根据权利要求1所述的双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路，其特征在于，所述双管单端正激拓扑电路还包括IGBT开关管Q1、IGBT开关管Q2，续流二极管D1、续流二极管D2和电源；
其中，IGBT开关管Q1的源极连接电源正极，IGBT开关管Q1的漏极连接初级绕组N1的一端，初级绕组N1另一端连接IGBT开关管Q2的源极，IGBT开关管Q2的漏极接地；续流二极管D2的正极接地，续流二极管D2负极接初级绕组N1的一端，所述初级绕组N1的另一端接续流二极管D1的正极，二极管D1的负极接电源正极，电源的负极接地。
3.根据权利要求1所述的双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路，其特征在于，所述第一次级整流输出回路还包括整流二极管D3、续流二极管D4、输出正端和焊接负载输出负端；所述高频引弧电感包括绕组N5；
所述次级绕组N2的一端连接所述整流二极管D3的正极，所述整流二极管D3的负极连接所述输出正端，所述续流二极管D4的正极连接所述次级绕组N2的另一端，负极连接所述输出正端；所述次级绕组N2的另一端通过所述绕组N5连接所述焊接负载输出负端。
4.根据权利要求3所述的双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路，其特征在于，所述第二次级整流输出回路还包括整流二极管D5、续流二极管D6、电感L1和切割负载与输出负端；所述高频引弧电感还包括绕组N6和绕组N4；所述绕组N6、所述绕组N4与所述绕组N5耦合；
其中，所述次级绕组N3的一端连接整流二极管D5的正极，整流二极管D5的负极连接所述输出正端；所述次级绕组N3的另一端连接所述继电器K1的开关部的一端，所述开关部的另一端依次通过所述电感L1、所述绕组N6连接所述切割负载与输出负端；所述续流二极管D6的正极连接所述开关部的另一端，负极连接所述输出正端。
5.根据权利要求2所述的双管单端正激式逆变焊机实现多功能焊接的电路，其特征在于，所述IGBT开关管Q1和所述IGBT开关管Q2的门极用于输入PWM脉冲。
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