一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机，具体是一种单相额定电源电压为220V和380V的逆变手弧焊机，本实用新型专利技术采用了新的IGBT驱动、开关电源电路；利用微处理器电路，通过检测输入电压的高低，去确定是否需要倍压转换，且当直流母线电压异常时，可发出控制指令，关闭IGBT驱动信号，保护IGBT；采用了温度检测自动控制风扇运转的方法，既可节能，也可提高风扇寿命；利用微处理器控制，通过检测焊机输出电压，实现了其低空载电压输出，解决了焊机可靠性低、风扇寿命短且不节能，高空载电压输出的问题；当出现过热、欠压和过压、直流母线过压和电压检测异常现象，控制系统也可发出指令，通过显示代码和指示灯进行指示。通过显示代码和指示灯进行指示。通过显示代码和指示灯进行指示。

【技术实现步骤摘要】
一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机


[0001]本技术涉及一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机。属于逆变焊机


技术介绍

[0002]目前，逆变式焊机产品市场的竞争十分激烈，不仅体现在技术的先进性和优势上，还在很大程度上取决于焊机的功能和设计等方面。
[0003]国内外市场上，小型IGBT管逆变式手弧焊两用机的额定电流通常在80~250A（负载持续率100~15%）的水平。供电电源通常是单相220V的。单相220V和380V电源都能使用的产品，俗称“全网电源的焊机”，或“双电压焊机”。这样的同类产品，市场上也有一些，但很多此类产品故障率很高，返修率达到20%以上。主要问题是220V和380V电源自动识别和倍压转换控制电路、IGBT驱动电路、开关电源电路的工作可靠性低；冷却风扇在焊机长时间不使用的通电情况下仍然高速运转，不仅降低冷却风扇的使用寿命，而且，还增加了焊机的耗电量，不利于产品的节能。此外，焊机的空载输出电压高，有的焊机高达近100V，对焊机使用者的人身安全造成了一定的威胁。由于对不同的产品，其控制电路原理图、电路板结构和整机结构设计等是不同的，因此，在产品的性能、可靠性、制作工艺和成本等方面，也会有较大的差异性。如何开发性能好、可靠性高，并且具有低空载电压的焊机是本技术需要解决的问题。
[0004]本技术焊机采用了新设计的IGBT驱动电路、开关电源电路；利用先进的微处理器控制电路系统，不仅检测焊机的输入电源电压高低，而且还检测逆变主电路中的直流母线电压（即焊机输入整流滤波或整流倍压滤波后的VCC电压）的高低，进而去确定焊机是否需要倍压转换控制，且当直流母线电压异常时，可以发出控制指令，关闭IGBT驱动电路的输出信号，保护IGBT；采用了温度检测自动控制冷却风扇运转的方法，当焊机通电，但长时间未焊接工作、检测到的温度较低时，可以使冷却风扇不运转工作。而当焊机进行焊接时，随着检测温度的升高，微处理器控制电路可及时发出指令，启动冷却风扇运转，有效对焊机的重要元器件和零部件进行冷却；利用微处理器控制电路，通过检测焊机的输出电压，实现了焊机低空载电压（约15V）输出；这些技术性方法提高了焊机电路、冷却风扇的工作可靠性，解决了焊机可靠性低、冷却风扇寿命短且不节能，低空载输出电压输出使用更加安全的问题。并且，即使焊机出现了过热、欠压和过压、直流母线电压过压和电压检测异常现象，焊机也可以通过控制系统发出指令，通过显示异常代码和指示灯状态进行指示。
[0005]本技术焊机，具有手弧焊方法的功能。焊机电路板设计为五块。其中，一块电容板PCB1，在该电容板上设有4个大电解电容（如820μF/400V），以及电容的放电电阻。大电解电容的作用主要是：1）在输入电源电压为380V等高电压情况下，用于输入整流后的滤波；2）在输入电源电压为220V等低电压情况下，作为实现倍压转换电路的电容，同时起到滤波的作用；一块由IGBT和部分驱动电路组成的电路板，称为逆变驱动板PCB2。在该电路板上，主要是焊装有四个IGBT，以及IGBT的高压侧驱动电路部分，如驱动变压器，以及由电阻、电容和二极管组成的高压侧驱动电路；一块由输出快恢复二极管及其阻容吸收电路组成的电
路板，称为输出整流板PCB3。这些快恢复二极管主要是完成逆变主变压器输出的整流变换，实现逆变焊机的直流输出。阻容吸收电路主要是保护快恢复二极管，防止它们过压击穿；一块主要由开关电源电路和切换继电器及其部分控制电路组成的电路板，称为电源和切换控制板PCB4。该控制板上设有开关电源电路、切换继电器及其部分控制电路。开关电源电路主要是用于产生+24V、+15V和+5V直流电压，供相关的控制电路工作使用；切换继电器及其部分控制电路，是在输入电压检测电路和微处理器控制电路的作用下，根据控制的要求，决定是否使倍压电路的继电器动作，进而确定本技术的焊机在220V或380V等电源电压下的不同工作状态；一块前控制板PCB5。在该控制板上，主要设有逆变焊机的输出特性控制，如PWM（脉冲宽度调制）电路，电流给定和反馈控制电路；驱动电路的低压侧控制电路；切换继电器控制电路；输出电压检测电路；冷却风扇控制电路；参数和代码显示电路部分。
[0006]本技术焊机，设有显示表和保护状态指示灯，可指示过热、欠压和过压、直流母线电压过压、电压检测故障状态是否发生。例如，当焊机内部大功率器件的散热器温度过高，超过温度保护继电器的动作温度时，在控制电路的作用下，一方面可使保护状态指示灯点亮，显示表显示E08代码。另一方面，可使焊机停止焊接或输出。在焊机不输出的情况下，风机的冷却作用会使焊机内部大功率器件的温度降低。当降低到温度保护继电器的恢复动作温度时，焊机过热现象消除。过热指示灯熄灭，显示表不显示E08代码。同时，焊机可再次焊接；对于欠压现象，即在接入220V电网，而输入电压低于150V时，焊机的保护状态指示灯会闪烁，显示表显示E04代码，指示焊机发生欠压；或者在接入380V电网，而输入电压低于250V之间时，焊机的保护状态指示灯会闪烁，显示表显示E06代码，指示焊机发生欠压；对于过压现象，即在接入220V电网，而输入电压高于276V时，焊机的保护状态指示灯会闪烁，显示表显示E03代码，指示焊机发生过压；或者在接入380V电网，而输入电压高于480V之间时，焊机的保护状态指示灯会闪烁，显示表显示E05代码，指示焊机发生过压；只有欠压和过压现象消除后，该保护指示灯才会熄灭，并且显示表不显示代码，焊机方可焊接使用。也就是说，本焊机可在160V～260V（对应接入220V电网），或者260V～470V（对应接入380V电网）电源电压条件下工作。从上述数据来看，本焊机同时也具有良好的抗电网电压波动能力。其焊接可使用的输入电源电压波动范围均超过了电焊机标准规定的额定（220V或380V）电源电压的
±
10
℅
；如果检测到直流母线电压过压，则焊机的保护状态指示灯会闪烁，显示表显示E01代码，指示焊机发生直流母线电压过压；如果检测到电压检测故障状态，则焊机的保护状态指示灯会闪烁，显示表显示E02代码，指示焊机发生电压检测故障。
[0007]本技术焊机，由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊机有更好的市场竞争力。其良好的电路及其结构设计是本技术的优势所在，也是满足高效和低成本生产、高可靠性、技术先进性的重要保障。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。本技术专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的电路和结构设计。

技术实现思路

[0008]本技术焊机具有手工电弧焊方法的功能。其供电电源为单相220V或380V。220V和380V电源可自动识别和转换控制。焊机可在160V～260V（对应接入220V电网），或者260V～470V（对应接入380V电网）电源电压条件下焊接使用。焊机具有很宽的电压波动适应
性，或者说较强的抗电网电压波动能力。可使用的输入电源电压波动范围均超过了电焊机标准规定的额定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机，包括外壳部分和前面板；其特征在于：外壳部分包括外壳、提手、L型金属底板、外壳螺丝；L型金属底板包括底部和后面板，后面板上安装的零部件主要有：电源空气开关及其支架、供电电源线及其固定的拉不脱、控制变压器和电源线中黄绿双色线的接地端子部分；前面板上安装的零部件主要有：两组输出快速接头座组件，分为红色正极性输出的快速接头组件和黑色负极性输出的快速接头组件；焊接工作指示灯、保护指示灯、前控制板PCB5、输出电流调节电位器及其旋钮、数码管显示表，以及金属前面板、前塑料面罩部分；壳体内部设有中隔板，中隔板通过四个螺丝分别连接在焊机的前、后面板上；通过中隔板，把焊机的内部分为上、下两层；在中隔板的上层部分包括有一块主要由开关电源电路和切换继电器及其部分控制电路组成的电路板，称为电源和切换控制板PCB4；电容板PCB1；输入整流器及其铝散热板；还有一些内部控制连接导线；在中隔板的下层部分包括有冷却风扇及其安装固定支架、逆变主变压器及其输出导线上的抗干扰磁环、电流检测互感器、热保护器、电容板PCB1的固定支架；连接于输出正极性快速接头组件与输出整流快恢复二极管的铝散热器之间的连接铜或铝导电体；一块由输出快恢复二极管及其阻容吸收电路组成的电路板，称为输出整流板PCB3；一块由IGBT和部分驱动电路组成的电路板，称为逆变驱动板PCB2，以及IGBT管的铝散热器；绝缘板及其固定螺丝；绝缘板通过四个螺丝支撑、固定在焊机外壳部分L型金属底板的底部上；IGBT的铝散热器和输出整流快恢复二极管的铝散热器分别通过螺丝固定在绝缘板上；逆变驱动板PCB2上的IGBT，其散热面涂导热硅脂后，再通过螺丝把IGBT紧贴其对应的铝散热器表面进行安装；输出整流板PCB3上的输出整流快恢复二极管的散热面涂导热硅脂后，再通过螺丝把快恢复二极管紧贴其对应的铝散热器表面进行安装；另外，热保护器的散热面涂导热硅脂后，再通过螺丝把热保护器紧贴快恢复二极管的铝散热器表面进行安装；IGBT和快恢复二极管的铝散热器的锯齿状侧面对面进行安装；上述的前、后金属面板上的零部件与壳体内部的电路板相互连接组成焊机的控制电路，所述的控制电路分为逆变主电路、IGBT驱动电路、输入电压检测电路、微处理器控制电路、切换或倍压控制电路、直流母线电压VCC检测电路、开关电源电路、输出特性控制电路、输出电压检测电路、冷却风扇控制电路几个部分；其中，输出特性控制电路中包含了电流检测和整流变换电路、电流给定微处理器检测电路、输出特性控制的PI控制电路、电流反馈信号MCU微处理器检测电路和PWM关断控制电路几个部分。2.如权利要求1所述的一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机，其特征在于：逆变主电路由电源空气开关KG、输入整流桥或整流器B1、二个继电器、四个电解电容及放电电阻、滤波和倍压部分电路、四个IGBT管及其阻容吸收电路、滤波电容、逆变主变压器、初级电流检测互感器、快速恢复二极管及其阻容吸收电路组成；逆变主电路在PWM脉冲宽度控制信号和IGBT驱动电路的作用下，第一IGBT管和第四IGBT管组与第二IGBT管和第三IGBT管组交替导通和关断，在逆变主变压器的初级形成中频交流；经逆变主变压器降压后与快速恢复二极管组成的输出整流电路进行整流，最后由正极性和负极性输出端输出焊机的电流和电压；四个电解电容是两两并联之后再串联的；分别与两个继电器的触点是并联的，其一端连接到电源输入一端，其另一端连接至四个电解电容的中间结点；触点的闭合取决于继电器的控制电路，该控制电路由输入电压检测和自动识别的微处理器控制系统组成；当两个继电器不动作时，焊机供电电源是属于高电压的，当两个继电器动作时，焊机的供电电源是属于低电压的，控制电路变换为倍压电路，实现倍压转换控制。
3.如权利要求1所述的一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机，其特征在于：所述的 IGBT驱动电路部分分为低压侧电路和高压侧电路，通过驱动变压器进行高、低压侧电路的电气隔离；低压侧电路由四个场效应管、若干电阻和电容组成；第一和第三个场效应管为P沟道MOS管；以及第二和第四场效应管为N沟道MOS管；第一和第三个场效应管的D极并联在一起，并与电阻R27一端连接，电阻R27另一端接+15V电压；+15V与电路的地之间并联有电容C17和电解电容C16；第二和第四场效应管的S极接电路的地；第二和第四场效应管的G极分别连接电阻R33和电阻R41后，再分别连接到PWM脉冲宽度调制控制信号端；类似地，第一和第三个场效应管的G极分别连接电阻R30和电阻R39后，再分别连接到PWM脉冲宽度调制控制信号端；第二和第四场效应管的D极分别连接第一和第三场效应管的S极，并且，第三场效应管的S极连接驱动变压器初级的一端；驱动变压器初级的另一端则连接电阻R38、电容C19和电容C20三个器件的并联电路一端，该并联电路的另一端与第一场效应管的S极连接；驱动电路部分的高压侧电路由四个二极管、若干电阻和电容组成；驱动电路部分的高压侧有四路驱动电路，分别连接驱动变压器的四个次级，再分别去驱动控制4个IGBT管，每个电路的结构形式上是一样的；驱动电路的两个输出端分别连接至逆变主电路中对应IGBT的两端；高压侧电路以及驱动变压器设计在逆变驱动板PCB2上；低压侧电路设计在前控制板PCB5上；驱动电路的控制信号则来自输出特性控制电路的PWM芯片的信号端。4.如权利要求1所述的一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机，其特征在于：所述的输入电压检测电路由电源变压器T4、三个二极管、若干电阻和电容组成；电源变压器T4的输入端AC1和AC2分别连接至逆变主电路焊机空气开关的输出端；电源变压器T4的输出一端接地，电源变压器T4输出的另一端接二极管D1的阳极，二极管D1阴极连接电阻R18、电阻R14和电容C8的一端，电阻R18和电容C8的另一端接地，电阻R14的另一端接电阻R15和二极管D12的阳极，电阻R15另一端接地，二极管D12的阴极、电容C50和二极管D7的阳极并连接至MCU微处理器的3脚，C50的另一端接地，D7阴极接+5V，MCU微处理器的3脚对地之间并联有电阻R92和电容C82。5.如权利要求1所述的一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机，其特征在于：所述的微处理器控制电路由微处理器MCU、若干电阻和电容、热保护器BHQ、数码显示器SMG1、保护指示灯LED1以及连接于MCU的外围一些电路。6.如权利要求1所述的一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机，其特征在于：所述的切换或倍压控制电路由两个继电器、二极管、NPN型三极管、稳压管Z3和若干电阻组成；继电器K1和继电器K2的线包是并联的，一端连接至+24V，另一端连接NPN型三极管Q13的集电极，二极管D32并联在继电器K1和继电器K2线包的两端，二极管D32的阴极接+24V；NPN型三极管Q13的发射极接地，其基极连接电阻R61、电阴R60和NPN型三极管Q12的集电极，电阻R60的另一端接地，电阻R61的另一端接+24V，NPN型三极管Q12的发射极接地，NPN型三极管Q12的基极连接电阻R59，电阻R59的另一端连接电阻R58、稳压管Z3的阴极和微处理器MCU的25脚，电阻R58的另一端接+24V，稳压管Z3的阳极接地。7.如权利要求1所述的一种双电源电压IGBT逆变手弧焊机，其特征在于：所述的直流母线电压VCC检测电路由二极管、若干电阻、若干稳压管、若干电容和光耦U10组成；逆变主电路的VCC端子输入到二极管D33的阳极，二极管D33的阴极连接电阻R63，电阻R63的另一端连接稳压管D52的阴极；稳压管D50、稳压管D51和稳压管D52相互正串...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋和平，陈权，魏继昆，陈法庆，朱宣辉，朱宣东，
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：