无硅钢片铁芯直流电焊机制造技术

无硅钢片铁芯直流电焊机是一种电子化的电焊机，适于电弧焊接用，属电力电子技术领域。其原理是先把交流市电整流为直流，然后由绝缘栅晶体管逆变为高频交流，再经高频变压器降压整流后成为焊接用的直流电。其特点是取消传统电焊变压器的硅钢片铁芯，使本型电焊机具有重量轻、无噪音、无振动、高效节能等优点，特别是省铁省铜达８０％以上，经济意义大。本发明专利技术完满地解决了逆变管严重的过流过压问题，使开关电源式电焊机达到了实用化。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
现在常用的弧焊电焊机分交流和直流两种类型。交流电焊机结构简单、牢固可靠，它实际上是一台允许输出端可瞬时短路运行、输出电流可调的变压器、直流电焊机结构比较复杂，价格昂贵，但直流焊接质量较好。直流电焊机现有两种形式一种为直流发电机式，一种为变压器降压整流式，常用为直流发电机式，现有电焊机都存在以下一些缺点一是重量大，一般每台重量都在100公斤以上，最重的达数百公斤以上，除工作中移动十分不方便外，还需耗费大量硅钢片及铜线;二是功率因数低，无功功率损耗大;三是铁损铜损较大，效率不高。本专利技术的目的，是采用现有电子技术，研制一种主体部分不含硅钢片的新型电焊机，从而使这种电焊机达到重量轻、省铁省铜、高效、节电的效果。由于绝缘栅双极高压高速大功率半导体器件(简称IGBT)的出现，这种把电焊机彻底电子化的梦想已经由本专利技术的成功而成为现实。本专利技术采用开关逆变原理，把三相工频交流电压整流逆变为频率15-20KHz左右的高频电压，再由高频变压器降低电压以取得大电流，然后进行高频整流，取得可供焊接用的直流电流。本专利技术采用了完善的过流过压自动保护技术，使逆变电源电焊机达到了实用化程度，这种电焊机具有体积小、重量轻、无噪音、无振动、节能、效率高的优点，比传统电焊机省铁省铜达80%-90%以上，具有潜在的巨大社会经济意义。二、工作原理本专利技术的工作原理方框图见附附图说明图1，380伏的三相交流电源由各相整流器分别整流成为脉动直流电压，此直流电压经IGBT大功率晶体管逆变而成为频率达15-20千赫芝左右的高频矩形波，此高频电压经高频变压器降压，变成数十伏的高频低压后，由快速整流二极管整流、滤波而成为可供焊接用的直流电压。由于采用高频逆变，变压器的体积、重量与同容量工频变压器相比可以小得多。高频变压器的导磁材料采用铁氧体，铁氧体是一种与陶瓷烧制工艺类似方法制造的导磁材料，其部分物理性质类似陶瓷，俗称磁芯。传统电焊机采用硅钢片作导磁材料，俗称铁芯。因此，这种由高频变压器组成的电焊机是一种无硅钢片铁芯的电焊机。本专利技术的工作原理虽然简单，但实现起来却不容易，这是因为电焊机是一种工作经常处于短路-负载-空载-短路循环状态的电器工具，当焊条接触工件时，相当于短路，由于是直流，焊接回路无交流阻抗，直流电阻很小，因此短路电流很大，反映到高频变压器高压侧的电流也大，当焊条由短路状态转为起弧(负载)状态，或者电弧突然拉断，由于电流突变，会产生强烈的暂态过程，在高频变压器初级产生比电源电压高得多的暂态电压，而担负逆变任务的晶体管(IGBT)是一种对电流、电压非常敏感的器件，极易因过流过压而损坏。因此，本专利技术的主要任务之一是妥善解决逆变晶体管的过电流过电压保护问题。本专利技术的具体原理线路图见图2，图2中只示出了A相原理图，B、C相原理图与A相完全相同，整机由三相组合而成，各相的整流输出+、-端并联在一起，以增大输出电流，并减小纹波。在未滤波情况下，整机输出电压由高频矩形波组成，但为工频桥式整流脉动电压所调制，其波形(见图4(d))与普通三相桥式整流波形相同。本机各相线路由单相工频整流电路、高频逆变电路、高频整流电路、脉冲宽度调制(PWM)电路、过流过压保护电路、抗干扰电路等组成。1、单相工频整流电路(见图2)主要由二极管D101-104组成一个桥式整流电路。220V交流电压经高频扼流圈EQ1、双向可控硅SCR、起焊限流电阻R101进入整流器、C102为抗干扰电容，空载时，C102两端电压等于交流电压峰值;负载时，C102滤波作用不大，主要起抗干扰作用，整流输出电压为脉动直流电压，其平均电压值小于或等于输入交流电压有效值的0.9倍。R102为放电电阻，其作用是停电时将C102所充电荷迅速放电，以防检修人员误碰触电。2、高频逆变、变压整流电路由绝缘栅双极高压高速晶体管(IGBT)BG1-2、高频变压器B、快速整流二极管D107、D108组成。IGBT是近年来出现的新型高压高速大功率晶体管，它具有VMOS管电压激励和达林顿管低饱和压降的优点，还具有高速、高可靠、低形状损耗、低脉冲拖尾电流、对温度不敏感等优点，是当前十分理想的大功率电力电子器件。BG1-2与高频变压器B的初级线圈组成推挽式逆变电路，这种逆变电路与采用4个管子的桥式逆变电路相比，具有线路简单、用管子少、激励方便、造价较低的优点，但亦具有管子承受电压高的缺点。推挽逆变电路的工作原理(见图2)在BG1-2两个管子的栅极上加上互为反相的矩形触发脉冲，使BG1-2轮流导通与截止，在脉冲正半周时，上面的管子(BG1)导通，下面的管子(BG2)截止，此时直流电源向高频变压器B的初级上半个线圈供电，于是在B的次级产生一个正方波电压;在脉冲负半周时，上面的管子(BG1)由导通变截止，下面的管子(BG2)由截止变导通，直流电源向B的初级下半个线圈供电，于是在B的次级产生一个负方波电压。这样，在连续触发脉冲的作用下，在B的次级便能得到交流矩形波电压，触发脉冲频率这里可选择为15-20KHz，比工频50Hz高得多，因此可称为高频，此高频交流电压经快速整流管D107-108组成的全波整流电路整流后，再经三相电路公用的电容C105及低频扼流圈EQ2滤波后，就可用来焊接了。电容C105用于对高频方波滤波，扼流圈EQ2滤除的是工频的6次(300Hz)以上的谐波，因此仍采用硅钢片铁芯，但由于滤去的频率较高，EQ2的体积可以做得比较小。高频变压器次级两端电压波形见图4(a)-(b)，其中图4(a)是在示波器上用20KHz同步电压观测到的波形，由图可见这是交流方波。图4(b)是用50Hz同步电压观测到的波形，由图4(b)可见，这是高频方波被工频桥式整流脉动电源调制的波形，在20KHz时，每个工频周期包含有400个高频方波。高频变压器次级电压全波整流后的波形见图4(c)-(d)，此两图都是在示波器上用50Hz同步电压观测到的，其中图4(c)是单相整流波形;图4(d)是A、B、C三相整流电压迭加后的波形图，可见与普通三相桥式整流波形相同，其中除直流分量外，还包括工频6次为主的谐波。这些波形中包含的高频矩形波，由电容C105滤波;6次谐波则由低频扼圈EQ2进行滤波。推挽变压器的两个初级线圈匝数相等，同名端顺向串联，因此当一个线圈通电时，会在另一个线圈上产生一个相位相同的电压，此电压与电源电压相加，等于两倍电源电压正向加于截止的逆变管集电极、发射极上。在220V电源情况下，逆变管正向电压峰值为622V，加上尖峰电压，一般达800V左右，因此管子耐压至少应在千伏以上。3、脉冲宽度调制电路该电路的作用一是产生两路互为反相的脉冲，用以触发逆变晶体管;二是通过调节触发脉冲的宽度，达到调节焊接电流的目的。所谓脉冲宽度调制(PWM)，就是控制逆变晶体管导通截止时间比(占空比)，导通脉冲宽时，从直流电源吸收功率大，导通脉冲窄时，吸收功率小，因此通过调节逆变管激励脉冲的宽度，即可调节高频变压器B的输出功率，功率变了，焊接电流也就变了，这是本机电流调整的原理。脉冲宽度调制器采用现成的集成电路，其型号为TL494，国内同类产品型号为CW494，该集成电路是理想的形状电源控制集成电路，已获得广泛应用，其内部原理图见图3(a)。TL494工作原理该电路的主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由绝缘栅双极大功率晶体管构成的开关电源式无硅钢片铁芯直流电焊机，其特征在于包括过电流保护电路和抗干扰电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈甲标，
申请(专利权)人：陈甲标，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]