JP2022510709A - 高速周波数パルスtig溶接システム - Google Patents
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Abstract
Description
高速周波数パルスTIG溶接電源を含み、前記高速周波数パルスTIG溶接電源が主回路と制御回路とヒューマンコンピュータインタラクションシステムとを含む高速周波数パルスTIG溶接システムにおいて、
前記主回路は、商用周波数整流フィルタモジュール、パルス電流主回路、ベース電流主回路および高周波電流切替回路を含み、前記パルス電流主回路は、順次に接続されたSiCフルブリッジインバータモジュール1、高周波変圧モジュール1およびSiC整流平滑モジュール1を含み、前記ベース電流主回路は、順次に接続されたSiCフルブリッジインバータモジュール2、高周波変圧モジュール2およびSiC整流平滑モジュール2を含み、前記高周波電流切替回路は、順次に接続された高周波切替モジュールと逆灌流防止モジュールとを含み、前記SiCフルブリッジインバータモジュール1は、SiCパワースイッチングトランジスタを含み、
ここで、三相交流入力電源が商用周波数整流フィルタモジュールに接続され、商用周波数整流フィルタモジュールは、SiCフルブリッジインバータモジュール1およびSiCフルブリッジインバータモジュール2にそれぞれ接続され、SiC整流平滑モジュール1は、高周波切替モジュールに接続され、逆灌流防止モジュールは、外部アーク負荷に接続され、SiC整流平滑モジュール2は、外部アーク負荷に接続され、
前記制御回路は、ARM最小制御システム、それぞれが前記ARM最小制御システムに接続されたヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュール、SiC高周波駆動回路、切替スイッチ駆動回路、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路を含み、ここで、SiC高周波駆動回路は、SiCフルブリッジインバータモジュール1とSiCフルブリッジインバータモジュール2とにそれぞれ接続され、切替スイッチ駆動回路は、高周波切替モジュールに接続され、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路は、外部アーク負荷、SiC整流平滑モジュール1およびSiC整流平滑モジュール2にそれぞれ接続され、ヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュールは、ヒューマンコンピュータインタラクションシステムに接続されることを特徴とする。
前記SiC整流平滑モジュール1は、整流ダイオードVD101、整流ダイオードVD102およびインダクタL101を含み、高周波トランス1 T101の2次側第1出力端子は、順次に接続された整流ダイオードVD101および整流ダイオードVD102を介して高周波トランス1 T101の2次側第3出力端子に接続され、整流ダイオードVD101と整流ダイオードVD102との接続箇所は、インダクタL101の一端に接続され、インダクタL101の他端と高周波トランス1 T101の2次側第2出力端は、それぞれパルス電流主回路の出力端として高周波切替モジュールに接続されている。
さらに、コンデンサC101、コンデンサC102、コンデンサC103、コンデンサC104、コンデンサC109、抵抗R101、抵抗R102、抵抗R103および抵抗R104を含み、
SiCパワースイッチングトランジスタM101とSiCパワースイッチングトランジスタM103が直列に接続された後、SiCパワースイッチングトランジスタM102とSiCパワースイッチングトランジスタM104が直列に形成された回路と共に商用周波数整流フィルタ回路に並列接続され、コンデンサC101と抵抗R101は、直列に接続された両端がSiCパワースイッチングトランジスタM101に並列接続され、コンデンサC102と抵抗R102は、直列に接続された両端がSiCパワースイッチングトランジスタM102に並列接続され、コンデンサC103と抵抗R103は、直列に接続された両端がSiCパワースイッチングトランジスタM103に並列接続され、コンデンサC104と抵抗R104は、直列に接続された両端がSiCパワースイッチングトランジスタM104に並列接続され、前記SiCパワースイッチングトランジスタM101とSiCパワースイッチングトランジスタM103との接続箇所は、コンデンサC109と直列に接続されて高周波変圧モジュール1の1次側第1入力端に接続され、前記SiCパワースイッチングトランジスタM102とSiCパワースイッチングトランジスタM104との接続箇所は、高周波変圧モジュール1の1次側第2入力端に接続されている。
前記スパイク電圧吸収モジュール2は、コンデンサC201、抵抗R201、ダイオードD202およびダイオードD201を含み、抵抗R201とダイオードD202が並列接続された後にコンデンサC201と直列に形成された回路は、変調スイッチングトランジスタIGBT Q201に並列接続され、ダイオードD201は、変調スイッチングトランジスタIGBT Q201に並列に接続されている。
ARM最小制御システムは、規格型式がISO5451の絶縁ドライバチップを介してSiC高周波駆動回路に接続され、絶縁ドライバチップは、駆動給電回路1も接続され、
前記SiC高周波駆動回路は、コンデンサC304、コンデンサC305、ツェナーダイオードZD301、ダイオードD302、ダイオードD303、抵抗R310、抵抗R311、抵抗R312および抵抗R313を含み、絶縁ドライバチップのピンCLAMPは、SiCパワースイッチングトランジスタのゲートに接続され、SiCパワースイッチングトランジスタのゲートは、並列接続された抵抗R313およびコンデンサC305を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンOUTは、抵抗R312を介してSiCパワースイッチングングトランジスタのゲートに接続され、ダイオードD303と抵抗R311は、直列に接続された両端が抵抗R312に並列接続され、絶縁ドライバチップのピンOUTは、直列の抵抗器R310およびダイオードD302を介してSiCパワースイッチングトランジスタのドレインに接続され、絶縁ドライバチップのピンOUTは、並列のコンデンサC304およびツェナーダイオードZD301を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンDESATは、絶縁ドライバチップのピンOUTに接続される。
光結合絶縁チップの出力端は、順次に接続された抵抗R402、抵抗R403、ダイオードD402を介してNPNトランジスタQ401のベースに接続され、抵抗R403には、コンデンサC401が並列に接続され、ダイオードD402は、ダイオードD403が逆並列に接続され、抵抗R403とダイオードD402の接続箇所には、ダイオードD401を介してNPNトランジスタQ401のコレクタが接続され、NPNトランジスタQ401のコレクタは、さらに、抵抗R404を介して駆動給電回路2のアノードに接続され、
抵抗R402と抵抗R403の接続箇所は、順次に接続された抵抗R408とダイオードD408を介してNPNトランジスタQ402のベースに接続され、抵抗R408には、コンデンサC403が並列に接続され、ダイオードD408は、ダイオードD409を逆並列に接続し、抵抗R408とダイオードD408の接続箇所は、ダイオードD407を介してNPNトランジスタQ402のコレクタに接続され、NPNトランジスタQ402のコレクタは、さらに、抵抗R409を介して駆動給電回路2のアノードにも接続され、NPNトランジスタQ401のエミッタとNPNトランジスタQ402のエミッタは、それぞれ駆動給電回路2のカソードに接続され、
NPNトランジスタQ401のコレクタは、順次に接続された抵抗R405とダイオードD405を介してPNPトランジスタQ403のベースに接続され、抵抗R405には、コンデンサC402が並列に接続され、ダイオードC405は、ダイオードD404に逆並列接続され、抵抗R405とダイオードD405の接続箇所は、ダイオードD406を介してPNPトランジスタQ403のコレクタに接続され、PNPトランジスタQ403のベースは、抵抗R406を介して駆動給電回路2のアノードに接続され、PNPトランジスタQ403のエミッタは、抵抗R407を介して駆動給電回路2のアノードに接続され、
NPNトランジスタQ402のコレクタは、順次に接続された抵抗R410とダイオードD411を介してNPNトランジスタQ404のベースに接続され、抵抗R410には、コンデンサC404が並列に接続され、ダイオードD411には、ダイオードD412が逆並列に接続され、抵抗R410とダイオードD411の接続箇所には、ダイオードD410を介してNPNトランジスタQ404のコレクタが接続され、NPNトランジスタQ404のコレクタ電極は、PNPトランジスタQ403のコレクタ電極に接続され、NPNトランジスタQ404のエミッタは、抵抗R411を介して駆動給電回路2のカソードに接続され、NPNトランジスタQ404のコレクタは、抵抗R412を介して駆動給電回路2のカソードに接続され、NPNトランジスタQ404のコレクタは、高周波切替モジュールに接続されている。
1、従来のパルスTIG溶接システムと比較して、本発明の高速周波数パルスTIG溶接電源のパワースイッチングデバイスは、新しいSiCパワースイッチングトランジスタを採用し、インバータ周波数は100kHz以上と高く、現在一般的に使用されているIGBTと比較して10倍近く高く、全体的なサイズが大幅に低減されるだけでなく、良好な動的応答速度を有する。高周波アーク制御効果を高めるのに有利であり、20kHzの高速周波数パルス電流波形を安定して出力し、溶接中の波形が歪みなく安定する。
2、本発明において、高速周波数パルスTIG溶接電源は、極めて高いエネルギー効率を有する。SiCパワースイッチングングトランジスタ自体の優れた性能により、スイッチング損失および導通損失が小さく、TIG溶接電源のエネルギー効率が大きく改善される。
3、本発明において、高周波電流切替回路は、高周波パルス電流の変調過程で発生するスパイク過電圧を効果的に吸収しながら、高速周波数パルス電流の基本波形を破壊することがなく、構造が簡単で、低コストで、信頼性が高い。
4、本発明のサンプリング絶縁方式は、ARM最小制御システムとSiC高周波駆動回路、およびARM最小制御システムと切替スイッチ駆動回路が接続される。スイッチングトランジスタを効率的に駆動しながらスイッチングトランジスタの破損を防止することができる保護機能を有する。SiCパワースイッチングトランジスタの駆動中に過渡電圧および過渡電流が高くなり過ぎて電磁干渉が発生する問題を抑制し、電圧スパイクの発生による誤作動を防止して良好な駆動効果を有する。
5、本発明の高速周波数パルスTIG溶接システムは、高周波インバータやデジタル自動制御などの技術を取り入れ、システムの集積度を高め、より精密な制御を可能にするために、CANバスを介してシステムの各部を協調動作させる。
ここで、三相交流入力電源が商用周波数整流フィルタモジュールに接続され、商用周波数整流フィルタモジュールは、SiCフルブリッジインバータモジュール1およびSiCフルブリッジインバータモジュール2にそれぞれ接続され、SiC整流平滑モジュール1は、高周波切替モジュールに接続され、逆灌流防止モジュールは、外部アーク負荷に接続され、SiC整流平滑モジュール2は、外部アーク負荷に接続される。制御回路は、ARM最小制御システム、それぞれがARM最小制御システムに接続されたヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュール、SiC高周波駆動回路、切替スイッチ駆動回路、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路を含む。ここで、SiC高周波駆動回路は、SiCフルブリッジインバータモジュール1とSiCフルブリッジインバータモジュール2とにそれぞれ接続され、切替スイッチ駆動回路は、高周波切替モジュールに接続され、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路は、外部アーク負荷、SiC整流平滑モジュール1およびSiC整流平滑モジュール2にそれぞれ接続され、ヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュールは、ヒューマンコンピュータインタラクションシステムに接続される。
Claims (10)
- 高速周波数パルスTIG溶接電源を含み、前記高速周波数パルスTIG溶接電源が主回路と制御回路とヒューマンコンピュータインタラクションシステムとを含む高速周波数パルスTIG溶接システムにおいて、
前記主回路は、商用周波数整流フィルタモジュール、パルス電流主回路、ベース電流主回路および高周波電流切替回路を含み、前記パルス電流主回路は、順次に接続されたSiCフルブリッジインバータモジュール1、高周波変圧モジュール1およびSiC整流平滑モジュール1を含み、前記ベース電流主回路は、順次に接続されたSiCフルブリッジインバータモジュール2、高周波変圧モジュール2およびSiC整流平滑モジュール2を含み、前記高周波電流切替回路は、順次に接続された高周波切替モジュールと逆灌流防止モジュールとを含み、前記SiCフルブリッジインバータモジュール1は、SiCパワースイッチングトランジスタを含み、
ここで、三相交流入力電源は、商用周波数整流フィルタモジュールに接続され、商用周波数整流フィルタモジュールは、SiCフルブリッジインバータモジュール1およびSiCフルブリッジインバータモジュール2にそれぞれ接続され、SiC整流平滑モジュール1は、高周波切替モジュールに接続され、逆灌流防止モジュールは、外部アーク負荷に接続され、SiC整流平滑モジュール2は、外部アーク負荷に接続され、
前記制御回路は、ARM最小制御システム、それぞれが前記ARM最小制御システムに接続されたヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュール、SiC高周波駆動回路、切替スイッチ駆動回路、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路を含み、ここで、SiC高周波駆動回路は、SiCフルブリッジインバータモジュール1とSiCフルブリッジインバータモジュール2とにそれぞれ接続され、切替スイッチ駆動回路は、高周波切替モジュールに接続され、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路は、外部アーク負荷、SiC整流平滑モジュール1およびSiC整流平滑モジュール2にそれぞれ接続され、ヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュールは、ヒューマンコンピュータインタラクションシステムに接続されることを特徴とする高速周波数パルスTIG溶接システム。 - 前記SiCフルブリッジインバータモジュール1は、SiCパワースイッチングトランジスタを含み、すなわち、SiCフルブリッジインバータモジュール1は、SiCパワースイッチングトランジスタM101、SiCパワースイッチングトランジスタM102、SiCパワースイッチングトランジスタM103およびSiCパワースイッチングトランジスタM104を含み、前記高周波変圧モジュール1は、高周波トランス1 T101を含み、前記SiCパワースイッチングトランジスタM101、SiCパワースイッチングトランジスタM102、SiCパワースイッチングトランジスタM103およびSiCパワースイッチングトランジスタM104は、フルブリッジインバータ回路を構成し、その後、直流阻止コンデンサC109を介して高周波トランス1 T101の一次側に接続され、前記SiCパワースイッチングトランジスタM101、SiCパワースイッチングトランジスタM102、SiCパワースイッチングトランジスタM103およびSiCパワースイッチングトランジスタM104は、それぞれRC吸収回路1を並列接続し、
前記SiC整流平滑モジュール1は、整流ダイオードVD101、整流ダイオードVD102およびインダクタL101を含み、高周波トランス1 T101の2次側第1出力端子は、順次に接続された整流ダイオードVD101および整流ダイオードVD102を介して高周波トランス1 T101の2次側第3出力端子に接続され、整流ダイオードVD101と整流ダイオードVD102との接続箇所は、インダクタL101の一端に接続され、インダクタL101の他端と高周波トランス1 T101の2次側第2出力端は、それぞれパルス電流主回路の出力端として高周波切替モジュールに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の高速周波数パルスTIG溶接システム。 - 前記SiCパワースイッチングトランジスタM101、SiCパワースイッチングトランジスタM102、SiCパワースイッチングトランジスタM103およびSiCパワースイッチングトランジスタM104は、フルブリッジインバータ回路を構成し、その後、直流阻止コンデンサC109を介して高周波変圧モジュール1の1次側に接続され、前記SiCパワースイッチングトランジスタM101、SiCパワースイッチングトランジスタM102、SiCパワースイッチングトランジスタM103およびSiCパワースイッチングトランジスタM104は、それぞれRC吸収回路1を並列接続し、すなわち、
さらに、コンデンサC101、コンデンサC102、コンデンサC103、コンデンサC104、コンデンサC109、抵抗R101、抵抗R102、抵抗R103および抵抗R104を含み、
SiCパワースイッチングトランジスタM101とSiCパワースイッチングトランジスタM103が直列に接続された後、SiCパワースイッチングトランジスタM102とSiCパワースイッチングトランジスタM104が直列に形成された回路と共に商用周波数整流フィルタ回路に並列接続され、コンデンサC101と抵抗R101は、直列に接続された両端がSiCパワースイッチングトランジスタM101に並列接続され、コンデンサC102と抵抗R102は、直列に接続された両端がSiCパワースイッチングトランジスタM102に並列接続され、コンデンサC103と抵抗R103は、直列に接続された両端がSiCパワースイッチングトランジスタM103に並列接続され、コンデンサC104と抵抗R104は、直列に接続された両端がSiCパワースイッチングトランジスタM104に並列接続され、前記SiCパワースイッチングトランジスタM101とSiCパワースイッチングトランジスタM103との接続箇所は、コンデンサC109と直列に接続されて高周波変圧モジュール1の1次側第1入力端に接続され、前記SiCパワースイッチングトランジスタM102とSiCパワースイッチングトランジスタM104との接続箇所は、高周波変圧モジュール1の1次側第2入力端に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の高速周波数パルスTIG溶接システム。 - 前記SiCフルブリッジインバータモジュール2の回路構成は、SiCフルブリッジインバータモジュール1と同一であり、高周波変圧モジュール2の回路構成は、高周波変圧モジュール1と同一であり、SiC整流平滑モジュール2の回路構成は、SiC整流平滑モジュール1と同一であることを特徴とする請求項2に記載の高速周波数パルスTIG溶接システム。
- 前記高周波切替モジュールは、変調スイッチングトランジスタIGBT Q202と変調スイッチングトランジスタIGBT Q201とを含み、前記逆灌流防止モジュールは、整流ダイオードVD201を含み、前記変調スイッチングトランジスタIGBT Q201は、前記SiC整流平滑モジュール1に並列に接続され、SiC整流平滑モジュール1は、順次に接続された変調スイッチングトランジスタIGBT Q202と整流ダイオードVD201とを介して外部アーク負荷に接続され、前記変調スイッチングトランジスタIGBT Q202は、スパイク電圧吸収モジュール1に並列に接続され、変調スイッチングトランジスタIGBT Q201は、スパイク電圧吸収モジュール2に並列に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の高速周波数パルスTIG溶接システム。
- 前記スパイク電圧吸収モジュール1は、コンデンサC202、抵抗R202、ダイオードD204およびダイオードD203を含み、抵抗R202とコンデンサC202とが並列接続された後にダイオードD204と直列に形成された回路は、変調スイッチングトランジスタIGBT Q202に並列接続され、ダイオードD203は、変調スイッチングトランジスタIGBT Q202に並列接続され、
前記スパイク電圧吸収モジュール2は、コンデンサC201、抵抗R201、ダイオードD202およびダイオードD201を含み、抵抗R201とダイオードD202が並列接続された後にコンデンサC201と直列に形成された回路は、変調スイッチングトランジスタIGBT Q201に並列接続され、ダイオードD201は、変調スイッチングトランジスタIGBT Q201に並列接続されていることを特徴とする請求項5に記載の高速周波数パルスTIG溶接システム。 - 前記ARM最小制御システムは、SiC高周波駆動回路に絶縁1を介して接続され、前記ARM最小制御システムは、切替スイッチ駆動回路に絶縁2を介して接続されていることを特徴とする請求項1に記載の高速周波数パルスTIG溶接システム。
- 前記ARM最小制御システムは、SiC高周波駆動回路に絶縁1を介して接続され、すなわち、
ARM最小制御システムは、規格型式がISO5451の絶縁ドライバチップを介してSiC高周波駆動回路に接続され、絶縁ドライバチップは、駆動給電回路1も接続され、
前記SiC高周波駆動回路は、コンデンサC304、コンデンサC305、ツェナーダイオードZD301、ダイオードD302、ダイオードD303、抵抗R310、抵抗R311、抵抗R312および抵抗R313を含み、絶縁ドライバチップのピンCLAMPは、SiCパワースイッチングトランジスタのゲートに接続され、SiCパワースイッチングトランジスタのゲートは、並列接続された抵抗R313およびコンデンサC305を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンOUTは、抵抗R312を介してSiCパワースイッチングングトランジスタのゲートに接続され、ダイオードD303と抵抗R311は、直列に接続された両端が抵抗R312に並列接続され、絶縁ドライバチップのピンOUTは、直列の抵抗器R310およびダイオードD302を介してSiCパワースイッチングトランジスタドレインに接続され、絶縁ドライバチップのピンOUTは、並列のコンデンサC304およびツェナーダイオードZD301を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンDESATは、絶縁ドライバチップのピンOUTに接続されることを特徴とする請求項7に記載の高速周波数パルスTIG溶接システム。 - 前記ARM最小制御システムが切替スイッチ駆動回路に絶縁2を介して接続されているとは、ARM最小制御システムが、切替スイッチ駆動回路に光結合絶縁チップを介して接続されていることであり、前記切替スイッチ駆動回路は、NPNトランジスタQ401と、NPNトランジスタQ402と、NPNトランジスタQ404と、PNPトランジスタQ403と、駆動給電回路2とを含み、
光結合絶縁チップの出力端は、順次に接続された抵抗R402、抵抗R403、ダイオードD402を介してNPNトランジスタQ401のベースに接続され、抵抗R403には、コンデンサC401が並列に接続され、ダイオードD402は、ダイオードD403が逆並列に接続され、抵抗R403とダイオードD402の接続箇所には、ダイオードD401を介してNPNトランジスタQ401のコレクタが接続され、NPNトランジスタQ401のコレクタは、さらに、抵抗R404を介して駆動給電回路2のアノードに接続され、
抵抗R402と抵抗R403の接続箇所は、順次に接続された抵抗R408とダイオードD408を介してNPNトランジスタQ402のベースに接続され、抵抗R408には、コンデンサC403が並列に接続され、ダイオードD408は、ダイオードD409を逆並列に接続し、抵抗R408とダイオードD408の接続箇所は、ダイオードD407を介してNPNトランジスタQ402のコレクタに接続され、NPNトランジスタQ402のコレクタは、さらに、抵抗R409を介して駆動給電回路2のアノードにも接続され、NPNトランジスタQ401のエミッタとNPNトランジスタQ402のエミッタは、それぞれ駆動給電回路2のカソードに接続され、
NPNトランジスタQ401のコレクタは、順次に接続された抵抗R405とダイオードD405を介してPNPトランジスタQ403のベースに接続され、抵抗R405には、コンデンサC402が並列に接続され、ダイオードC405は、ダイオードD404に逆並列接続され、抵抗R405とダイオードD405の接続箇所は、ダイオードD406を介してPNPトランジスタQ403のコレクタに接続され、PNPトランジスタQ403のベースは、抵抗R406を介して駆動給電回路2のアノードに接続され、PNPトランジスタQ403のエミッタは、抵抗R407を介して駆動給電回路2のアノードに接続され、
NPNトランジスタQ402のコレクタは、順次に接続された抵抗R410とダイオードD411を介してNPNトランジスタQ404のベースに接続され、抵抗R410には、コンデンサC404が並列に接続され、ダイオードD411には、ダイオードD412が逆並列に接続され、抵抗R410とダイオードD411の接続箇所には、ダイオードD410を介してNPNトランジスタQ404のコレクタが接続され、NPNトランジスタQ404のコレクタ電極は、PNPトランジスタQ403のコレクタ電極に接続され、NPNトランジスタQ404のエミッタは、抵抗R411を介して駆動給電回路2のカソードに接続され、NPNトランジスタQ404のコレクタは、抵抗R412を介して駆動給電回路2のカソードに接続され、NPNトランジスタQ404のコレクタは、高周波切替モジュールに接続されていることを特徴とする請求項7に記載の高速周波数パルスTIG溶接システム。 - 産業用ロボット、ワイヤ送給装置、溶接ガン、送気装置および治具をさらに含み、前記産業用ロボットおよび前記ワイヤ送給装置は、それぞれARM最小制御システムに接続され、前記治具は、それぞれ産業用ロボットおよび溶接ガンに接続され、前記高速周波数パルスTIG溶接電源は、さらに送気装置に接続され、前記溶接ガンは、さらに送気装置およびワイヤ送給装置に接続されていることを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の高速周波数パルスTIG溶接システム。
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