CN201963397U

CN201963397U - 高频逆变直流弧焊工频汽油发电机

Info

Publication number: CN201963397U
Application number: CN2010206806555U
Authority: CN
Inventors: 黎皆乐
Original assignee: 黎皆乐
Current assignee: Chongqing Lunhao Machinery Manufacturing Co.,Ltd.
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2020-12-23

Abstract

本实用新型涉及一种由汽油机驱动发电机提供220V、50Hz交流电的高频逆变直流弧焊装置，具体说是一种高频逆变直流弧焊工频汽油发电机。该机包括：交流发电机装置、控制盒装置、整流滤波装置、全桥逆变装置和控制电路装置。全桥变换器由于自身结构特点，工作于软开关模式下，具有变压器利用率高、滤波电感小等优点，取代了专用的电焊发电机，集电焊、发电为一体，将软开关技术引入逆变焊机领域，对减小开关损耗、提高开关频率到100kHz、减小体积重量、降低成本以及节约能源具有至关重要的作用。它解决了现有汽油机驱动的直流电焊机，能耗高，体积大，成本高，且只能作为单一电焊机用等问题。

Description

高频逆变直流弧焊工频汽油发电机

技术领域

本实用新型涉及一种由汽油机驱动发电机提供220V、50Hz交流电的高频逆变直流弧焊装置。

背景技术

目前公知的由汽油机驱动的直流电焊机，多是装有专用的工频或中频电焊发电机提供100V以下交流电经相控整流后作为焊接用直流电源，工作在硬开关状态，开关损耗严重，能耗高，体积大，成本高，且只能作为单一电焊机用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种集电焊、发电为一体的高频逆变直流弧焊工频发电机装置。

为完成上述目的，本实用新型提供了一种高频逆变直流弧焊工频发电机，其特殊之处在于包括：

1)交流发电机装置，包括机架、油箱、发动机、交流发电机、控制面板，发动机驱动发电机发出220V、50Hz交流电，通过控制面板中发电、市电转换开关转接后给高频逆变直流弧装置供电，电位器用于调节焊接电流大小；

2)控制盒装置，包括一个排风扇、散热器、二块电路板、一个有百叶窗开孔的机壳，排风扇装在散热器右侧，散热器前后各装一块电路板；

3)整流滤波装置，包括整流桥、滤波电容、继电器，整流桥、继电器同4只滤波电容装在一块电路板上，电路板固定在控制盒顶部；

4)全桥逆变装置，包括单相全桥变换电路、高频变压器、快恢复整流二极管、滤波电抗器，单相全桥变换电路中4只功率开关MOSFET场效应管同2只快恢复整流二极管装在散热器上，滤波电抗器同高频变压器装在散热器后面一块电路板上，单相全桥变换电路，高频变压器，快恢复整流二极管是两路相同器件并联工作的；

5)控制电路装置，包括高频驱动电路芯片，PWM专用集成电路，外特性控制电路，保护电路，这些器件均装在散热器前面一块电路板上。

本实用新型全桥逆变装置中的单相全桥变换电路4只功率开关MOSFET场效应管中的场效应管VT2的源极与场效管VT4的源极分别与滤波电容负极连接，场效应管VT1的漏极与场效管VT3的漏极分别与所述继电器J的常开触点出端连接，场效应管VT1的源极与场效应管VT2的漏极连接，该接点与高频变压器原边头端间串接一只电感，场效应管VT3的源极与场效应管VT4的漏极连接，该接点与另一只电感和电容串接后再与高频变压器原边尾端连接，高频变压器副边头、尾端分别与两只快恢复整流二极管正极相连，两只快恢复整流二极管负极分别与滤波电抗器进端相连，滤波电抗器出端与焊接输正极出插座相连，高频变压器副边中心抽头端与焊接负极输出插座相连。场效应管VT1、VT4的柵极分别与高频驱动电路芯片输出端连接，场效应管VT3、VT2的柵极分别与另一路高频驱动电路芯片输出端连接。

本实用新型中整流滤波装置中继电器J的常开触点串联接在整流桥的正极与滤波电容正极间，常开触点出端与整流桥的负极之间并联有滤波电容。

本实用新型中全桥逆变装置中单相全桥变换电路是由4只功率开关MOSFET场效应管构成的单相全桥变换电路。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型整机电路示意图；

图3是本实用新型第一个实施例的整机结构示意图；

图4是本实用新型第二个实施例的控制盒装置结构示意图；

图5是本实用新型控制电路装置中高频驱动电路芯片与PWM专用集成电路组成的电路示意图；

图6是本实用新型控制电路装置中外特性控制电路示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型包括：一个交流发电机装置1、整流滤波装置2、控制电路装置3、全桥逆变装置4和控制盒装置5，交流发电机装置1通过整流滤波装置2启动控制盒装置5电风扇工作，同时启动控制电路装置3，使全桥逆变装置4工作，一旦高频逆变直流弧焊装置工作出现异常，通过控制电路装置3关断整流滤波装置2。

参见图2、图3，第一个实施例包括一个机架6、一个油箱7、一个发动机8、一个发电机M、一个控制面板9。发电机M发出的220V、50Hz交流电经两芯电缆10分别与控制面板上纽指开关Ka的触点K1-1、K1-2连接，市电输入接线柱A、A1分别与纽指开关Ka的触点K2-1、K2-2连接，触点K1与断路器D串联后再与趐扳开关Kb入端连接，断路器D的出端与纽指开关Ka的触点K2间并联一个0-300V交流电压表与二个电源输出插座Z，趐扳开关Kb的出端与纽指开关Ka的触点K2间并联接有所述排风扇MF与整流滤波装置2，电位器W1与外特性控制电路中运算放大器U2连接。趐板开关K控制发电机起动，纽指开关ka控制发电、市电转换，交流电压表V是220V电源电压指示，Z是两个电源输出插座，断路器D是总电路保险，当总电流超过29A时，断路器D自动断开。B、B1是电焊输出正负极插座，电位器W1用于调节焊接电流大小，趐扳开关Kb控制排风扇MF与整流滤波装置2电源通断。

参见图2、图4，第二个实施例包括整流滤波装置2固定装在控制盒装置的盖板14上，MOSFET场效应管VT1、VT2、VT3、VT4与快恢复整流二极管D5、D6装在铝散热器11上，电风扇MF装在铝散热器11的右边，高频驱动电路芯片MAX4426装在电路板12上，PWM专用集成电路SG3525装在电路板13上，滤波电抗器Lf同高频变压器T装在电路板15上。

控制电路装置中的高频驱动电路芯片内部有两个驱动电路，PWM专用集成电路是16脚封装集成电路，外特性控制电路是由4个运算放大器构成的外特性控制电路。

参见图2、图5、图6，场效应管VT1、VT4的柵极G1、G4分别与高频驱动电路芯片MAX4426输出端OUT1连接，场效应管VT3、VT2的柵极G3、G2分别与另一路高频驱动电路芯片MAX4426输出端OUT2连接，所述控制电路装置中的高频驱动电路芯片MAX4426经隔离光耦6N137输入端IN1与PWM专用集成电路SG3525的11脚连接，另一路高频驱动电路芯片MAX4426的隔离光耦6N137输入端IN2与PWM专用集有成电路SG3525的14脚连接，外特性控制电路输出端Ia与PWM专用集成电路2脚、9脚连接，保护电路中继电器J由PWM专用集成电路10脚输入故障信号控制，外特性控制电路比较器U3的Vfb与取样电阻R相连。

以下将参照图2、图5、图6叙述高频逆变直流弧焊工频汽油发电机的工作过程，先接通趐扳开关K启动发动机驱动发电机M发电，220V、50Hz交流电经两芯电缆10分别与控制面板9上纽指开关Ka的触点K1-1、K1-2连接，打开纽指开关Ka，使触点K1、K2与触点K1-1、K1-2接通，高频逆变直流弧焊工频汽油发电机工作在发电位置，打开断路器D，交流电压表V指示220V二个电源输出插座Z得电，打开趐扳开关Kb使排风扇MF与整流滤波装置2中的整流桥Dz得电工作，排风扇MF扇风，整流滤波装置2中整流桥Dz将220V、50Hz交流电整流为脉动直流并向滤波电容Co充电，为避免过大的充电浪涌电流损坏开关及断路器跳闸，在开机接入起动电阻CPT，以限制浪涌电流。工作正常后，起动电阻被继电器J触点J1短路，起动电阻采用了热敏电阻，它具有良好的耐冲出性。当PWM专用集成电路10脚有故障信号时控制继电器J触点J1断开，当用电总电流超过29A断路器D自动断开。继电器J触点J1接通后启动控制电路装置3，使全桥逆变装置4工作，经整流滤波后300V的直流电压，正极加在功率MOSFET场效应管VT1的漏极D1与场效管VT3的漏极D3上，负极加在功率MOSFET场效应管VT2的源极S2与场效管VT4的源极S4上，场效应管VT1、VT4的柵极G1、G4分别受高频驱动电路芯片MAX4426输出端OUT1的PWM脉冲信号控制，场效应管VT3、VT2的柵极G3、G2分别受另一路高频驱动电路芯片MAX4426输出端OUT2的PWM脉冲信号控制，场效应管VT1与VT2互补通、断。场效应管VT3与VT4互补通、断。正弦正半周，场效应管VT1、VT4通，电流由正极经VT1的D1-S1-Ls-T1-T2-C-Lik-VT4的D4-S4到负极。正弦负半周，场效应管VT3、VT2通，电流由正极经VT3的D3-S3-Lik-C-T2-T1-Ls-VT2的D2-S2到负极。在高频变压器T的原边流过交变电流，经高频变压器T隔离降压到60V后，由快恢复整流二极管D5、D6整流后经滤波电抗器Lf滤波得到满足焊接要求的直流电源，经焊接正负输出插座B、B1引出。本实施例设计频率为100kHz，主开关管处于高频动作状态，要求尽可能缩短MOSFET场效应管柵极电压的上升时间和下降时间，减小开关损耗。因此驱动电路要有较大的驱动电流，MAX4426是一个专门用于 MOSFET场效应管的高频驱动电路芯片，其内部有两个驱动电路，可以很容易地提供较大的输出功率。典型上升、下降时间仅为20ns，延迟时间小于40ns，可工作于1MHz，可以提供1.5A的峰值输出电流。6N137是一个高速光耦，传输延迟时间仅有40ns，从专用集成电路SC3525的11脚、14脚来的PWM信号经过两路6N137高速光耦隔离后分别送至两路高频驱动电路芯片MAX4426，使得控制电路和驱动电路有较好的电气隔离，消出对控制电路的干扰。本实施例选用专用集成电路SG3525是一种进行相位脉宽调制的PWM专用集成电路，其相位脉宽调制原理为：给定的指令信号由集成电路SG3525的9脚输入，经内部误差放大器放大后输出误差信号，与集成电路SG3525的5脚输入的锯齿波进行比较，分别由11脚、14脚输出脉宽可调的PWM信号到光耦6N137的输入端IN1、IN2，去改变两桥臂的相位关系。

本实用新型中外特性控制电路中的W1为恒流控制电位器，Iref为电流峰值绐定值。正常工作时，输出电压反馈值Vfb大于外拖给定值Vz，比较器U3的输出为零，对加法器U4没有影响，焊接电流由恒流给定值Iref决定；当焊枪与工件粘连短路时，Vfb小于Vz，比较器U3的输出为高，相当于增大了Iref，集成电路SG3525内部误差放大器输出的误差信号也增大，焊接电流则随之增大，从而实现外特性控制。如果仅对电流进行负反馈控制，那么空载时集成电路SG3525将始终以最大脉冲输出，造成不必要的浪费且安全性降低，单独设计一路比较器U1构成的电压调节器，对焊机的空载电压进行负反馈控制，当Vfb大于空载电压绐定值Vk时，U1输出一个较高电平封锁Ic点输出，并使集成电路SC3525输出脉冲移相角为180°，即有效脉冲宽为0°，使输出电压减小。这样，集成电路SC3525输出控制信号的移相角在0°和180°之间交替变化，不仅获得恒定的空载电压，而且减小了空载损耗。

结合上述实施例可以看出，本实用新型相比现有技术的优点在于：采用PWM脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间环节直流无关，因而加快了调节速度，改善了调节性能。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使功率因数大大改善。利用PWM逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，由于频率提高到100kHz，使体积大大减小，重量轻，成本降低，由于工作在软开关状态，开关损耗降低，输出波形可以非常接近正弦波，而且能电焊同发电两用。

Claims

1.一种高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于，包括：

1)交流发电机装置，包括机架、油箱、发动机、交流发电机、控制面板，发动机驱动发电机发出220V、50Hz交流电，通过控制面板中发电、市电转换开关转接后给高频逆变直流弧机供电，电位器用于调节焊接电流大小；

2.根据权利要求1所述的高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于：所述全桥逆变装置的单相全桥变换电路中4只功率开关MOSFET场效应管中的场效应管VT2的源极与场效管VT4的源极分别与滤波电容负极连接，场效应管VT1的漏极与场效管VT3的漏极分别与所述继电器J的常开触点出端连接，场效应管VT1的源极与场效应管VT2的漏极连接，该接点与高频变压器原边头端接点间串接一只电感，场效应管VT3的源极与场效应管VT4的漏极连接，该接点与另一只电感与电容串接后再与高频变压器尾端连接，高频变压器副边头、尾端分别与二只快恢复整流二极管正极相连，二只快恢复整流二极管负极分别与滤波电抗器进端相连，滤波电抗器出端与焊接正极输出插座相连，高频变压器副边中心抽头端与焊接负极输出插座相连，场效应管VT1、VT4的栅极分别与高频驱动电路芯片输出端连接，场效应管VT3、VT2的栅极分别与另一路高频驱动电路芯片输出端连接。

3.根据权利要求1或2所述的高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于：所述整流滤波装置中继电器J的常开触点串联接在整流桥的正极与滤波电容正极间，常开触点出端与整流桥的负极之间并联有滤波电容。

4.根据权利要求3所述的高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于：所述全桥逆变装置中单相全桥变换电路是由4只功率开关MOSFET场效应管构成的单相全桥变换电路。

5.根据权利要求3所述的高频逆变直流弧焊工频汽油发电机，其特征在于：所述控制电路装置中的高频驱动电路芯片内部有两个驱动电路，PWM专用集成电路是16脚封装集成电路，外特性控制电路是由4个运算放大器构成的外特性控制电路。