多功能内燃弧焊发电机制造技术

本发明专利技术涉及一种多功能内燃弧焊发电机，包括内燃机、发电机转子、触发电路、可控硅整流开关、三相桥式整流器整流、辅助电源整流电路、激磁电流调节电路、发电机定子、第一开关管Ｔ１、第二二极管Ｄ２和第一电容Ｃ１、第一二极管Ｄ１和斩波主回路。本发明专利技术针对斩波开关管并联均流困难的问题，提供了一种压控电阻的结构和控制方式，可控电阻由光电耦合器、外环控制电路、外环给定电路、外环霍尔电流传感器、电压采样电路构成的外环负反馈控制回路控制，通过选择和切换外环霍尔电流传感器和电压采样电路输出的反馈信号，获得“恒流”、“恒流＋外拖”和“平硬”外特性曲线输出，满足“氩弧焊”、“低氢焊条手弧焊”、“纤维素焊条立向下焊”对焊机外特性曲线和焊接工艺性能的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接设备领域，特别涉及一种内燃弧焊发电机。技术背景由于焊接施工对象和焊接施工条件的不同，催生了不同的焊接设备细分市场，也 对焊接设备的研发与生产提出了不同的要求。从使用的能源构成上对电焊机进行分类，分为市电型和自发电型两大类。市电型 电焊机的基本特点是采用市售交流电作为电源，主要应用于工矿企业等作业场所比较固 定，以及用电方便的场合；而自发电型电焊机的特点是发动机(汽油机或柴油机)驱动发电 机，发出的焊接电流用于焊接，主要应用于无动力电供应，以及需要流动性作业的焊接施工 现场，如桥梁、铁路、高速公路、市政管网的现场安装施工，特别适用于油气管线以及铁路线 的焊接施工作业。由于长输管线敷设工程的施工，具有气候条件地理环境复杂、施工流动性大、焊接 质量要求高的特点，决定了长输管线首选工业级的自发电型焊接设备。并且，由于油气管线 属于压力容器类焊接施工，对焊接设备的研发与生产提出了更高的要求，决定了油气管线 焊接施工作业，必须以追求适应新材料新工艺、确保焊接质量、提高焊接生产率、提高环境 适应性、降低费用、降低工人劳动强度等方面作为为努力目标和发展方向。油气管线焊接施工作业已经发展出了多种焊接工艺方法和相应的焊接设备。其中 对于中小口径的管线，代表性的焊接工艺方法为氩弧焊+低氢焊条手弧焊；对于中大口径 的管线，具有代表性的两种高效优质的焊接工艺方法为纤维素焊条下向焊+自保护药性 焊丝半自动焊。目前油气管线焊接施工使用的焊接设备，其主流产品结构主要采用发动机(汽油 机或柴油机)，驱动绕有焊接绕组的工频发电机输出焊接用三相工频交流电，并经可控硅整 流后输出所需直流电，依可控硅这种可控型功率器件实现对焊接电流的直接调控，从而获 得所需的外特性曲线输出，以满足“氩弧焊”、“低氢焊条手弧焊”、“纤维素焊条立向下焊”和 “自保护药芯焊丝半自动焊”焊接工艺方法对焊机外特性曲线、焊接工艺性能的要求。而这其中不单单是要解决可靠性、整体结构等技术问题，更重要的是采用何种控 制方式，以及如何确定控制回路各关键节点的参数搭配，满足“纤维素焊条立向下焊”和“自 保护药芯焊丝半自动焊”对焊机的焊接工艺性能以及焊接工艺适应性的高要求。特别是对 于“自保护药芯焊丝半自动焊”，焊机的动态响应速度和响应过程，必须充分适应自保护药 芯焊丝半自动焊的熔滴过渡方式和过渡时机，不仅要方便使用，而且还要避免出现诸如启 弧未焊透、启弧气孔、焊接气孔、焊接未熔合、焊接夹渣、收弧气孔等诸多可能出现的焊接缺 陷。由于技术难度过大，因此只有美国林肯公司、美国米勒公司、意大利莫萨公司、日 本新大华公司等少数几个主流公司推出了较为成熟的可控硅整流结构的产品，并且均具有 同时发电、焊接的能力。重庆运达公司的H300K机型也较好地解决了上述问题，其较明显的技术特点是， 所使用的可控硅除作整流外，同时还作为电子开关使用。通过对中频发电机所输出的下降 外特曲线进行性动态扫描，输出所需的“恒流+外拖”外特性曲线以及“平硬”外特性曲线， 并满足对焊机焊接工艺性能以及焊接工艺适应性的高要求，同时仍保留了结构紧凑、体积 小、重量轻的特点。但是H300K机型的发电机为中频发电机，本身就输出下降外特性曲线， 并且使用的是可控硅整流开关。在进行性动态扫描时，实际上是在最大和最小下降外特性 曲线之间切换，因此控制较为粗糙。随着焊接材料及焊接工艺水平不断发展，对焊接设备的焊接工艺性能及工艺适应 性提出了越来越高的要求，因此需要进一步提高对焊接电流调控的精细程度。采用通用的同步发电机组配高性能逆变焊机，也能构建出能够对焊接电流进行高 精密调控的一体化弧焊发电机。但是逆变焊机的逆变主回路因使用隔离和降压用的高频变 压器存在的动态磁偏等问题，可能带来的一系列故障，而且逆变结构较复杂，给维修带来困 难。以美国林肯公司、美国米勒公司、意大利莫萨公司为代表的主流公司均未采用逆 变结构，而是采用了 IGBT斩波结构。由于是对焊接电流直接进行调控，并且单只IGBT模块 的容量有限，因此只是小电流弧焊发电机采用单只IGBT模块进行PWM斩波；对于大电流弧 焊发电机，根据焊接电流的大小，则需采用两只或多只同型号IGBT模块并联的结构。但是 由于IGBT模块本身的性能参数分散性很大，因此直接并联时，难以保证流过IGBT模块电流 的均衡，会导致导通好的IGBT模块出现过载现象，从而影响整机的可靠性。美国林肯公司 的斩波主回路采用了特殊设计的双绕组滤波电感对两只IGBT模块进行动态均流的结构。 测试表明，该种结构的IGBT模块，在每个斩波周期，导通阶段的初期均流效果明显，但是在 导通阶段的末期，由于电流变化率的降低，故均流效果明显下降。因此需要采取进行IGBT 模块参数筛选配对的技术措施，也就是筛选出性能参数基本一致的IGBT模块配对使用。因 此当IGBT模块损坏时，不能直接更换IGBT模块，而仍需要IGBT模块参数筛选配对，否则会 因不均流而影响使用寿命，由于IGBT模块筛选配对工艺复杂，会给维修带来困难。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种多功能内燃弧焊发电机，针对斩波开关管(如 IGBT模块)并联均流困难的问题，提供了一种压控电阻的结构和控制方式，在不需要参数筛 选配对的情况下，就可以实现斩波开关管(如IGBT模块)的并联均流，并且实现精密并联均 流。进一步提高整机的可靠性，提高维修的便利度。并且针对研制的压控电阻斩波主回路 结构，设计了双闭环负反馈控制回路结构，在满足上述高要求的同时，满足焊接工艺性能的 要求，并实现“氩弧焊”、“低氢焊条手弧焊”、“纤维素焊条立向下焊”和“自保护药芯焊丝半 自动焊”。本专利技术所述的一种多功能内燃弧焊发电机包括内燃机、发电机转子、触发电路、可 控硅整流开关、三相桥式整流器整流、辅助电源整流电路、激磁电流调节电路、发电机定子、 第一开关管T1、第二二极管D2和第一电容C1、第一二极管D1和斩波主回路；其中定子的嵌线 槽内有外托绕组、焊接绕组、辅助电源绕组、反馈绕组和励磁绕组，外托绕组经过可控硅整 流开关与斩波主回路的输出端同极性并联，触发电路连接可控硅整流开关；焊接绕组经三相桥式整流器整流和第二电容滤波后输出低压大电流直流，此电流经过斩波主回路为电弧 负载供电；辅助电源绕组经辅助电源整流电路整流，输出为220V直流电源；反馈绕组经过 激励电流调节电路连接第一开关管T1的基极，第一开关管T1的集电极连接发电机转子；励 磁绕组经第二二极管A和第一电容C1、第一二极管D1和定子连接。所述的激磁电流调节电路包括整流器滤波电路、激磁比较环节、激磁给定电路和 激磁控制电路，经过整流器滤波电路的反馈绕组和激磁给定电路分别连接到激磁比较环 节，第一开关管T1的基极通过激磁控制电路连接激磁比较环节的输出，这些环节共同构成 激磁电流负反馈控制电路。所述的可控硅整流开关包括第一可控硅SCR1、第二可控硅SC&、第三可控硅SCR3、 第七二极管D7、第八极管D8和第九二极管D9 ；其中，第一可控硅SCR1连接第七二极管D7,第 二可控硅SC&连接第八二极管D8,第三可控硅SCIi3连接第九二极管D9,三个可控硅的控制 系统安装在同一机架上。所述的斩波主回路至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能内燃弧焊发电机，包括内燃机（１）、发电机转子（２）、触发电路（３）、可控硅整流开关（４）、三相桥式整流器整流（５）、辅助电源整流电路（６）、激磁电流调节电路（７）、发电机定子（８）、第一开关管Ｔ↓［１］、第二二极管Ｄ↓［２］和第一电容Ｃ↓［１］、第一二极管Ｄ↓［１］和斩波主回路；其特征是发电机定子（８）的嵌线槽内有外托绕组（９）、焊接绕组（１０）、辅助电源绕组（１１）、反馈绕组（１２）和励磁绕组（１３），外托绕组（９）经过可控硅整流开关（４）与斩波主回路的输出端同极性并联，触发电路（３）连接可控硅整流开关（４）；焊接绕组（１０）经三相桥式整流器（５）整流和第二电容Ｃ↓［２］滤波后输出低压大电流直流，此电流经过斩波主回路为电弧负载供电；辅助电源绕组（１１）经辅助电源整流电路（６）整流，输出为２２０Ｖ直流电源；反馈绕组（１２）经过激励电流调节电路（７）连接第一开关管Ｔ↓［１］的基极，第一开关管Ｔ↓［１］的集电极连接发电机转子（２）；励磁绕组（１３）经第二二极管Ｄ↓［２］和第一电容Ｃ↓［１］、第一二极管Ｄ↓［１］和定子连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明宇，陈朝礼，彭书松，郑勇，李红，
申请(专利权)人：重庆运达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]