一种IGBT逆变手工电弧焊机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种IGBT逆变手工电弧焊机，本实用新型专利技术通过采用IGBT和快恢复二极管套入管脚护套后再焊接到主电路板，并对制成的主电路板进行绝缘漆涂刷，以及数显表及其控制板放入其护盖并浇注环氧灌封料的方式进行防尘保护处理，防止因导电性粉尘的侵入而导致电路失效；通过配置大风量、高速直流冷却风机，利用主电路板、IGBT的散热器和输出快恢复二极管的散热器之间构成的良好“风道”，来改善发热主功率关键零部件的冷却效率，提高焊机的负载持续率，解决了焊接时间短的问题；通过采用新型上电缓冲和过压保护、IGBT驱动、开关电源、过热保护、输出电压等控制电路，较好实现了焊机的控制和保护功能。

IGBT inverter manual arc welding machine

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT逆变手工电弧焊机
本技术涉及一种IGBT逆变手工电弧焊机的结构和电路设计。属于逆变焊机
技术背景手工电弧焊机的销售量很大，应用范围较广。然而，此类焊机，不同的电路、电路板和整机结构设计，控制原理和方式不同，电路板和整机的布局和连接方式，或者连接的复杂程度不同，其产品生产的工序和制作工艺等也会完全不同。这些都会影响产品的性能、可靠性、生产效率和运输成本等，最终影响产品的市场竞争力。目前，国内外市场上，小型IGBT管逆变式手工电弧焊机的额定电流通常在80~200A（负载持续率100~20%）的水平。对此类焊机产品来说，如果设计不好，会出现如下一些问题：1）抗网压波动能力差。例如，当供电电网的输入电源电压较低，如180VAC以下时，即使是采用较细的电焊条，焊机也无法进行正常焊接。这就使焊机的应用范围受到了一定的限制。当供电电压过大，如误接380V则烧坏焊机；2）负载持续率低，有的焊机只能达到10～25%。原因：焊机冷却风扇的配置、关键器件（如IGBT及其散热器、快恢复二极管及其散热器、主变压器等）的冷却风道设计不合理。这会导致焊机工作的负载持续率降低，即可焊接的时间较短。问题严重的，还会导致IGBT或快恢复二极管炸管或损坏、逆变变压器烧坏；3）防尘性能不好，导致焊机工作可靠性降低。逆变焊机长期使用后，工作现场的一些含导电性金属粉尘会吸附到IGBT和快恢复二极管器件引脚之间，导致爬电距离减小、器件和控制电路失效。因此，如何解决好上述问题，开发出结构和性能好、可靠性高的焊机，是本技术解决的问题和目的。
技术实现思路
本技术涉及一种IGBT逆变手工电弧焊机，本技术焊机的前面板部分安装的零部件主要有：正极输出快速接头和接头座组件、负极输出快速接头和接头座组件、前塑料面罩，数显表和前控制电路板上的工作电源指示灯（白色）及热保护指示灯（黄色）、电流调节电位器和旋钮。前控制电路板组件上，除了有电流显示表、电源和过热保护指示发光二极管外，还有其它很多的电子元器件。其电路板称为控制板。该控制板上有输出电流调节电位器、UC3846PWM控制芯片、运算放大器LM324芯片，还有其它很多的电子元器件组成的电路。数显表及其控制板放入其护盖中，并浇注环氧灌封料。这样可起到良好的防尘保护作用，防止控制板因导电性粉尘的侵入而失效。前控制板部分，通过该板上设计的插座或接插件及其它们的连接线与焊机的部分电路进行连接。本技术焊机的后面板上安装的零部件主要有：电源开关、供电电源线、冷却风机、后塑料面罩。冷风从焊机机箱后部的进气孔进行。可使焊机内部的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。本技术焊机的外壳部分，包括外盖、底板、背带或提手手柄。本技术焊机内部的零部件部分，包括整流桥、IGBT和快恢复二极管的A散热器、主电路板、快恢复二极管的B散热器、数显表和前控制板、输出快恢复二极管通过螺丝固定在散热器、逆变主变压器、滤波电解电容、开关电源变压器、驱动变压器、输出电抗器等元器件和零部件。本技术焊机的四个IGBT和快恢复二极管的管脚都采用管脚护套套入后，再焊接到主电路板上，本技术通过上述方式之一来解决焊机的防尘性能问题，主电路板上的器件安装和焊接完成后，涂刷绝缘漆；这些技术措施，可避免逆变焊机长期使用后工作现场的一些含导电性金属粉尘吸附到IGBT管、快恢复二极管器件引脚之间、控制电路板上。不会导致爬电距离减小，器件和控制电路不容易失效。这就提高了焊机工作可靠性。本技术焊机的整流桥、IGBT和快恢复二极管分别通过各自的螺丝固定在A散热器上。之后，A散热器通过螺丝固定在主电路板上。IGBT和快恢复二极管的B散热器通过两个螺丝固定在主电路板上。输出快恢复二极管通过螺丝固定在散热器上。输出快恢复二极管的散热器通过螺丝固定在主电路板上。逆变主变压器、滤波电解电容、控制变压器、驱动变压器焊接在主电路板上。输出电抗器则通过螺丝连接在焊机的输出回路中。通过上述组装、连接方式，使本技术逆变焊机的主要零部件构成一个整体。这样，在主电路板、IGBT的散热器A、B和输出快恢复二极管的散热器之间构成了“风道”。由于配置了大风量、高速（4000～5500rpm/min）直流冷却风机，“风道”的存在，可改善发热主功率关键零部件（如各IGBT、各快恢复二极管、各散热器、整流桥、逆变主变压器和输出电抗器等）的冷却效率。也提高了焊机输出时的负载持续率。如果焊机的输出电流小，则负载持续率会更高，甚至可进行连续不断地焊接。这就较好解决了焊接时间短的问题。同时，有效降低了IGBT或快恢复二极管、逆变变压器等器件或零部件的故障率。在主电路板、前控制板上，还有很多的电子元器件及其组成的控制电路，如电阻、电容、二极管、稳压管、继电器、上电缓冲和过压保护控制电路、IGBT驱动控制电路、脉冲宽度调制器电路、开关电源控制电路、过热保护控制电路等。本技术焊机，不像其它多电路板结构的焊机那样，电路板之间有很多的控制连接线，不仅制作工序多和生产工艺复杂，而且电路板还占据空间大，使整机尺寸大、重量重。而采用本技术焊机的结构、电路板及其电路设计，则可缩小电路板和整机的尺寸，降低产品重量、生产和运输成本。因控制线少，焊机生产加工工序少，制作工艺也大大简化，更加方便生产。从电路的控制功能来看，主要是完成输入上电缓冲和过压保护控制、输入整流和滤波、开关电源直流供电电压的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制和逆变、手工焊方法的逆变电路输出参数（电流、电压）控制、保护控制等工作。最终在控制电路的作用下，实现手工电弧焊的各项控制要求。本技术，通过采用新型控制电路的设计来解决“抗网压波动能力差”的问题。在新的控制电路作用下，当电网输入电源电压较低，如130VAC时，采用细的电焊条，焊机也可进行正常焊接；如果电源电压升高不超过270VAC，都不会影响焊机焊接性能。即使是超过此电压，则可实现供电过电压保护控制。这就提高了焊机的抗网压波动能力，扩大了焊机的应用范围。对不同电流等级和负载持续率要求的本技术焊机，可通过调整电路板上少量的零部件规格参数，形成不同输出额定电流和负载持续率的产品。例如，改变IGBT器件的电流等级、数量（例如，两只并联作为一只使用。需要同时修改电路板设计）和散热器尺寸；改变快速恢复二极管的型号和参数；改变逆变主变压器和输出滤波电抗器的规格和参数等，即可容易形成不同额定电流规格的系列产品。如160A/26.4V、140A/25.6V、120A/24.8V等产品。额定电流越小的，则额定负载持续率越高。当然，这些变化的目的是使产品的制作成本与相应机器的规格参数和性能指标相匹配。这样，每种规格型号的焊机才能实现最优化的成本控制。这就提升了产品的市场竞争力。本技术焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。这也是申请本专利保护的根本目的所在。附图说明】图1是利用本技术制成的一种示例手弧焊机的结构示意图；图2是本技术焊机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT逆变手工电弧焊机，包括外壳和内部的零部件，外壳包括外盖、底板、前面板和后面板，其特征在于：焊机的前面板部分安装有正极输出快速接头和接头座组件、负极输出快速接头和接头座组件、前塑料面罩，数显表和前控制电路板上的工作电源指示灯、热保护指示灯、电流调节电位器和旋钮；前控制电路板上除了有电流显示表、电源和过热保护指示发光二极管外，还有由输出电流调节电位器、PWM控制芯片、运算放大器芯片以及外围电子元器件组成的电路；前控制电路板放入其护盖中，并浇注环氧灌封料，起到良好防尘保护作用，防止控制板因导电性粉尘的侵入而失效；该板上设计的接插件及其连接线与焊机的其它部分电路进行连接；焊机内部的零部件部分包括整流桥、IGBT和快恢复二极管的A散热器、主电路板、快恢复二极管的B散热器、数显表和前控制板、输出快恢复二极管通过螺丝固定在散热器、逆变主变压器、滤波电解电容、开关电源变压器、驱动变压器和输出电抗器，焊机的四个IGBT和快恢复二极管的管脚都套入其管脚护套后再焊接到主电路板上，主电路板制成后再涂刷绝缘漆，焊机的整流桥、IGBT和快恢复二极管分别通过各自的螺丝固定在A散热器上， A散热器通过螺丝固定在主电路板上；IGBT和快恢复二极管的B散热器通过两个螺丝固定在主电路板上，输出快恢复二极管通过螺丝固定在散热器上，并且该散热器通过螺丝固定在主电路板上；逆变主变压器、滤波电解电容、控制变压器、驱动变压器焊接在主电路板上；输出电抗器则通过螺丝连接在焊机的输出回路中；这样设置在主电路板、IGBT的散热器A、B和输出快恢复二极管的散热器之间构成了风道，后面板上配置了大风量直流冷却风机；在主电路板、前控制板上还有很多的控制电路，控制电路包括上电缓冲和过压保护控制电路、IGBT驱动控制电路、脉冲宽度调制器电路、开关电源控制电路、过热保护控制电路；上述电路主要是完成输入上电缓冲和过压保护控制、输入整流和滤波、开关电源直流供电电压的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、逆变、手工焊方法的逆变电路输出参数控制、输出电压控制和过热保护控制工作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种IGBT逆变手工电弧焊机，包括外壳和内部的零部件，外壳包括外盖、底板、前面板和后面板，其特征在于：焊机的前面板部分安装有正极输出快速接头和接头座组件、负极输出快速接头和接头座组件、前塑料面罩，数显表和前控制电路板上的工作电源指示灯、热保护指示灯、电流调节电位器和旋钮；前控制电路板上除了有电流显示表、电源和过热保护指示发光二极管外，还有由输出电流调节电位器、PWM控制芯片、运算放大器芯片以及外围电子元器件组成的电路；前控制电路板放入其护盖中，并浇注环氧灌封料，起到良好防尘保护作用，防止控制板因导电性粉尘的侵入而失效；该板上设计的接插件及其连接线与焊机的其它部分电路进行连接；焊机内部的零部件部分包括整流桥、IGBT和快恢复二极管的A散热器、主电路板、快恢复二极管的B散热器、数显表和前控制板、输出快恢复二极管通过螺丝固定在散热器、逆变主变压器、滤波电解电容、开关电源变压器、驱动变压器和输出电抗器，焊机的四个IGBT和快恢复二极管的管脚都套入其管脚护套后再焊接到主电路板上，主电路板制成后再涂刷绝缘漆，焊机的整流桥、IGBT和快恢复二极管分别通过各自的螺丝固定在A散热器上，A散热器通过螺丝固定在主电路板上；IGBT和快恢复二极管的B散热器通过两个螺丝固定在主电路板上，输出快恢复二极管通过螺丝固定在散热器上，并且该散热器通过螺丝固定在主电路板上；逆变主变压器、滤波电解电容、控制变压器、驱动变压器焊接在主电路板上；输出电抗器则通过螺丝连接在焊机的输出回路中；这样设置在主电路板、IGBT的散热器A、B和输出快恢复二极管的散热器之间构成了风道，后面板上配置了大风量直流冷却风机；在主电路板、前控制板上还有很多的控制电路，控制电路包括上电缓冲和过压保护控制电路、IGBT驱动控制电路、脉冲宽度调制器电路、开关电源控制电路、过热保护控制电路；上述电路主要是完成输入上电缓冲和过压保护控制、输入整流和滤波、开关电源直流供电电压的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、逆变、手工焊方法的逆变电路输出参数控制、输出电压控制和过热保护控制工作。


2.如权利要求1所述的一种IGBT逆变手工电弧焊机，其特征在于：所述的上电缓冲和过压保护控制电路中，一部分电路由可控硅或晶闸管、热敏电阻、继电器的触头、三极管一、光耦、稳压管一，以及电阻一、电阻二、电阻三、电阻四、可变电阻组成；继电器的触头串联在逆变主电路的输入直流母线中，其前端连接到整流桥或整流器的输出正极性端，其后端连接到滤波电解电容的正极性端；在该触头的两端，并联有可控硅或晶闸管和热敏电阻的串联电路，在整流桥或整流器的输出两端，并联有两个支路，其中一个支路为两个电阻一和电阻二的串联电路，另外一个支路为电阻三、光耦的发光二极管阳极、可变电阻、三极管一集电极和稳压管一阴极的串联电路；三极管一的基极连接在前一个支路的两个电阻一和电阻二的中间；可控硅或晶闸管的触发极连接一个电阻四的一端，该电阻的另一端则连接到光耦的发光二极管的阳极；另一部分的电路由继电器、三极管二、稳压管二、二极管一、电解电容一，以及电阻五、电阻六组成；此部分电路由开关电源电路提供的+15V、-12V电源电压进行供电，三极管二的集电极连接到继电器线圈的一端，继电器线圈的另一端连接到供电电压+15V，三极管二的发射极连接到供电电压-12V，三极管二的基极连接一个串联支路，该支路由电阻五、电阻六和稳压管二组成，电阻六的一端连接到供电电压+15V，另一端连接到稳压管二的阴极，稳压管二的阴极则连接到电阻五的一端，而该电阻的另一端则连接到三极管二的基极，电解电容一的阳极连接到稳压管二的阴极，而该电解电容一的阴极则连接到供电电压-12V，并且电解电容一的两端并联连接着光耦的输出级三极管，该光耦三极管的发射极连接到供电电压-12V，其集电极则连接到电解电容一的阳极端，继电器的动作受控于三极管二及其外围的电路。


3.如权利要求2所述的一种IGBT逆变手工电弧焊机，其特征在于：所述的开关电源电路用于产生+15V、-12V电源电压，开关电源电路包括两个部分的电路，其中，一部分电路由开关电源变压器的四个绕组，分别是N1、N2和N3、N4，N1是初级绕组，其它是次级绕组，开关电源变压器的N1和N4绕组、稳压管A和稳压管B、二极管A、二极管B、开关电源控制芯片，以及它们周围的电阻A、电阻B、电阻C、电容A、电容B、电容C组成，开关电源电路的供电电源310V与输入整流和滤波电路之间串联有电容D和电阻B的支路，开关电源控制芯片的S端、F端和V端连接在电容D和电阻B支路的中间，开关电源控制芯片的D端与310V之间并联连接着两个支路，一个支路是开关电源变压器的N1绕组，另一个支路是稳压管A、稳压管B和二极管A的串联电路，稳压管A、稳压管B反极性串联，稳压管A的阴极连接至310V，而稳压管A的阳极则连接着稳压管B的阳极，稳压管B的阴极与二极管A的阴极连接，开关电源变压器的N4绕组，其上端连接二极管B的阳极，其下端连接着开关电源控制芯片的S端、F端和V端，以及电容C和电解电容A的阴极，电容C的另外一端则连接着二极管B的阴极和光耦A中输出级三极管的集电极，光耦A中输出级三极管的发射极则连接着电阻C和电解电容A的串联支路，光耦A中输出级三极管的发射极还连接着开关电源控制芯片的C端，C端与开关电源控制芯片的S端之间连接有电容B，而在开关电源控制芯片的X端与其S端之间连接有电阻A；开关电源的另一部分电路由开关电源变压器的N2和N3次级绕组、稳压管M、稳压管N、二极管P、二极管Q、光耦A以及它们周围的电阻、电解电容和电容组成；开关电源变压器的N2和N3次级绕组是串联的，其中间连接点为输出直流电压的地端，N2绕组的上端连接二极管P的阳极，其阴极与该部分电源的地之间并联连接着电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙敏，魏继昆，朱宣东，陈法庆，朱宣辉，
申请(专利权)人：浙江肯得机电股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33