矿用晶体管直流高压逆变电焊机制造技术

矿用晶体管直流高压逆变电焊机，是一种以能在８００伏直流高压下逆变的晶体管大功率电源为核心制造的超小型便携式高频脉冲弧焊机。输入直流电压１８０伏至８００伏，焊接电流１０安至４５０安，空载电压５伏，输出功率１２千瓦，脉冲频率１６至３０千周；具备脉冲电流、电压、频率、脉宽可调及恒流、恒压焊接外特性；具有空载节电、防触电功能；其电弧稳定、飞溅小、成形美观、且熔深大、效率高、焊接规范易于精确控制，属于一种高效节能高质量新型焊机。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于晶体管逆变式电气焊接设备。目前国内煤矿、冶金、化工等矿山井下大巷运输工具仍以架线电机车为主。由于作为驱动架线电机车动力的直流供电线路，其正极是架空线，负极是巷道中的道轨，而道轨系采用夹板、螺钉联接固定，接触电阻大。在井下大巷运输线路长达数公里甚至十几公里的情况下，因道轨接触电阻所产生的电压降有的高达100伏以上，这样不仅造成很大的电能损耗，而且还会产生杂散电流严重干扰井下通信。为此国家煤炭部要求井下轨道全部进行无缝焊接，但是由于井下运输大巷距离长，220伏单相交流电源和380伏三相交流电源不易解决，使现有各种常规电焊机无法在井下大巷使用。据了解国内有的厂家专为矿井大巷生产的直流电动机带发电机组电焊机，重达1.1吨，搬运使用很不方便。而最近出现的几种可控硅逆变电焊机，有的仍重达180公斤，有的虽轻一些，但输出焊接电流小，不能满足使用。普遍存在体积大，噪声大，干扰大，效率低，可靠性差，焊接特性差等缺点。据查在原理上与本专利技术最接近的已有技术是美国ASTRO-MATIC公司生产的E-300-P型TIG晶体管弧焊电源，以及国外市场上出现的晶体管逆变式交流焊接电源。(其电路可见清华大学何方殿主编“弧焊整流电源及控制”一书中118页至119页中图3-12至图3-15)。已有技术与本专利技术虽然都属于晶体管脉冲弧焊电源，但已有技术的前者是在50伏低压下工作的电流截止反馈式晶体管脉冲弧焊电源;已有技术的后者是单相交流电源整流后逆变输出功率3千瓦的交流弧焊电源;而本专利技术则是应用在缺乏单相或三相交流电源的矿山井下大巷，直接利用架线电机车用架空线直流高压进行逆变的脉冲弧焊电源。同已有技术相比，本专利技术直流逆变工作电压高达800伏;电网电压变化范围大，为400伏～800伏;(已有技术工作直流电压最大仅为300伏，电压变化一般为±10%)，输出功率大，为12千瓦;(已有技术3千瓦)等。故本专利技术不仅在电路设计上有明显独特的技术特征，而且在使用性能上与已有技术相比也有着重大实质性的区别。针对上述问题，本专利技术的目的是从矿山井下大巷轨道焊接及设备维修这一特点出发，运用新型器件与电子技术研制适用于井下大巷实施电弧焊，而不需交流电源，直接利用架空线直流高压作为电源供给的一种体积小，重量轻、便于携带、使用方便、焊接性能优良，安全可靠的晶体管新型逆变电焊机。本专利技术是按如下方式实现的本专利技术主要由电源输入电路，辅助逆变电源、200KHz高频引弧电路，12千瓦高压大功率逆变电源四大部分组成。以下将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。附图1为本专利技术之方框图。图中A为限制浪涌电压、浪涌电流输入滤波电路，B为辅助逆变电源，C为主控制电路，D为频率调正和死区控制电路，E为高速大功率驱动电路，F为此例电压产生电路，G为大功率逆变电路，H为焊接输出电路，I为焊接电流检测电路，J为焊接电流控制及显示电路，K为焊接电压控制显示电路，L为空载检测控制节电及防触电电路，M为大功率晶体管组温度检测及过热保护电路，N为大功率晶体管组过压过流高速保护电路，O为引弧控制电路，P为引弧驱动电路，Q为高频引弧功率转换电路，R为引弧可变电源电路，S为引弧功率输出峰值型取样电路及功率限制电路，T为引弧频率调正电路。附图2为输入直流电压400V～800V或180V～360V，输出功率为12KW，焊接电流调节范围为10A～450A，最大焊接电流500A，空载电压5V，引弧电压60～80V，焊接主脉冲电流频率为16KHz～30KHz，引弧和维弧脉冲电流频率为100KHz～200KHz，整机效率达90%以上，具有恒流和恒压焊接特性，具有空载节电和防触电安全保护功能的晶体管逆变电焊机电原理图。因电路复杂，故分别绘在2a～2e5张图上。现以图2为例，阐述本专利技术各部分电路的原理、构成和功能。输入限压、限流滤波电路〔A〕由YM1、L3、SCR1、R1、C4～C7等电路组成。压敏电阻YM1对电网输入的瞬间浪涌电压吸收限压。电阻R1可以阻止在开机瞬间因对滤波电容充电而形成很大浪涌电流的产生。电容充电完毕后，辅助逆变电源〔B〕输出电压经D17整流、C3滤波后，触发SCR1;SCR1导通后将R1短路，避免在正常工作中R1产生过大的功耗。阻流圈L2与电容C4～C7组成滤波电路，用以防止电焊机工作时，整机电路与输入电网之间的相互干扰;同时C4C6与C5C7的串联分压又为半桥式大功率转换级提供了中点电位。辅助逆变电源〔B〕由集成开关电路IC1、BG1～BG6、D2～D26、B1～B3、R6～R27、C8～C19等组成。当接通电源后，由R6～R8、D3、D4、SCR2组成的启动电源供给集成控制电路IC1(SG3524)及由BG1～BG4等组成的驱动电路以20V左右的低压电。这时IC1的11、14脚交替输出方波脉冲，经驱动电路放大后，由B1、B2的次级输出;再经D7～D12组成的抗饱和电路，推动高压开关管BG5、BG6工作。从而使高频变压器B3次级感应出相应脉冲电压，再经D18～D25整流后，形成各种低压直流;分别供给大功率逆变级的主控制电路〔C〕，高速大功率驱动电路〔E〕以及引弧电路等所需低压直流电源。主控制电路〔C〕由集成开关电路IC2、D26、D27、R35～R42、C20～C23等组成。频率调正电路和死区控制电路〔D〕由BG7、R28～R31、W3以及BG8、R32、R33等组成。主控制电路〔C〕中IC2采用集成开关电路SG1524。C21与R30、R31、W3等决定SG1524的振荡频率。根据焊接需要调节W3即可调正输出脉冲频率。IC2的11、14脚交替输出方波脉冲激励高速大功率驱动级〔E〕。IC2的4脚为其内部电流限制运算放大器的输入端，控制4脚的输入反馈电压即可控制IC2输出脉冲的宽度，也就是调节了IC2输出脉冲的占空比。本专利技术利用IC24脚的脉宽控制特性作为整机输出焊接电流调节及恒流输出控制的反馈输入控制端。同理IC2的1脚为其内部电压运算放大器的反相输入端，控制1脚输入反馈电压也相应调节了IC2输出脉冲的占空比。利用此特性，本专利技术作为整机实现恒压焊接输出的反馈控制端。BG7与R28、R29的作用是随电网电压的变化自动调节IC2输出脉冲频率。调正频率的目的，是为了保持整机输出电压不因电网输入电压的大幅度升高而产生太大的变化。一般情况下，因恒流控制电路的作用，大功率输出级〔G〕输出脉冲宽度随电网输入电压的升高而变窄，即占空比减小。其结果是占空比越小，输出脉冲中的谐波含量越大。这不仅对电网会造成较大的干扰，而且逆变损耗也会相应增大。本频率自动调正电路的作用是当电网电压升高时，其使IC2输出频率增高;而焊接输出回路，因阻流圈L17引弧变压器B8次级回路电感对高频脉冲阻抗变大的机理，使输出焊接电压不会因电网电压升高而升高;这样其结果自然是相对避免单纯调正占空比而加重输出高次谐波分量，增大损耗的缺点。死区控制电路的作用是当电网电压升高时，BG8阻抗减小，使IC2输出脉冲死区相对加大。从而切实避免因频率升高导致IC2输出，大功率驱动电路，大功率管组基极复合电流等综合因素造成相对死区减小，有可能使逆变级产生“共同导通”而损坏高反压大功率管组的危害。高速大功率驱动电路〔E〕由IC3、IC4、BG9～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用晶体管式直流高压逆变高频脉冲电焊机，是由输入电路、辅助逆变电源，引弧高频电源，高压大功率逆变电源，焊接输出回路等组成。其特征是具有高速大功率驱动电路，比例电压产生电路，过流过热保护电路，主控制电路中死区调正，频率调正，软启动电路，焊接电压、电流控制电路，防触电和空载节电控制电路，高频引弧及其附属电路以及采用新型热管散热装置等。

【技术特征摘要】
1.一种矿用晶体管式直流高压逆变高频脉冲电焊机，是由输入电路、辅助逆变电源，引弧高频电源，高压大功率逆变电源，焊接输出回路等组成。其特征是具有高速大功率驱动电路，比例电压产生电路，过流过热保护电路，主控制电路中死区调正，频率调正，软启动电路，焊接电压、电流控制电路，防触电和空载节电控制电路，高频引弧及其附属电路以及采用新型热管散热装置等。2.按照权利要求1所述的电焊机，其特征是由IC3、IC4、BG9～BG18、D28～D29等组成的高速大功率驱动电路。3.按照权利要求1所述的电焊机，其特征是由辅助逆变电源〔B〕中B3、D19～20、D22～23、L5、L7、C15、C17及感应电压电路中B6、D34～D37、L11～12、C28等组成的比例电压产生电路。4.按照权利要求1所述的电焊机，其特征是由IC6、D45、BG32、BG33、R73等组成的高速过流保护电路，以及由IC5、D43、D44等组成的过热保护电路。5.按照权利要求1所述的电焊机，其特征是由BG7、R28～R31、W3、IC2组成的频率调正电路，由R32、R33、BG8、IC2、R38、D26～27等组成的死区控制电路，以及由R6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张作庆，孙萍，
申请(专利权)人：张作庆，孙萍，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]