專利名稱：一種nbj集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力半導體開關(guān)管逆變技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種NBJ集 裝箱專用氣體保護焊弧焊電源。
背景技術(shù)：
目前，在集裝箱生產(chǎn)行業(yè)，適應生產(chǎn)線上的連續(xù)作業(yè)和生產(chǎn)效率較高的 要求，MAG焊作為該行業(yè)中最主要的焊接方式之一，工藝上需要有大電流和 大功率，國內(nèi)外傳統(tǒng)的MAG焊電源主要以硅整流和晶閘管整流式為主，整流 式電源工作相對可靠，技術(shù)上也比較成熟，但設(shè)備體積龐大、笨重、能耗低、 效率低，且由于結(jié)構(gòu)其原因，動靜態(tài)特性方面也不夠理想。晶體管式弧焊逆 變器的出現(xiàn)，雖然提高了逆變頻率，有利于提高效率、減小體積重量，但是 存在二次擊穿和需要較大的電流驅(qū)動。大功率場效應管弧焊逆變器只需要極 微小的電流就能實現(xiàn)開關(guān)控制，而且速度更快、無二次擊穿。但是，場效應 管也存在著一定的不足之處，其推廣應用受到限制。具體說來，大功率場效
應管弧悍電源主要存在以下幾個方面的問題
U)單管容量小。耐高壓(800V以上)僅有數(shù)安培，需釆用多管并聯(lián)， 生產(chǎn)和調(diào)試較麻煩。弧焊電源的使用環(huán)境惡劣，有些悍接現(xiàn)場是二十四小時 連續(xù)作業(yè)，所以對其可靠性要求非常高。目前，硬開關(guān)逆變弧焊電源由于高 頻寄生振蕩、負載頻繁復雜變化、電磁干擾、偏磁等原因，特別是大功率焊 接條件下，弧焊電源存在可靠性的不夠的問題。
(2) 管子功率損耗較大。場效應管由于通道電阻比較大，飽和壓降一般 載3、 4V以上，導通管子功率損耗比較大。
(3) 場效應管耐高壓性能較差。
(4) 不易實現(xiàn)焊接電源的大功率大電流化。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提出 一種NBJ集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源，該電源損耗低，可靠性高，焊接
速度快，焊接工藝可實現(xiàn)多參數(shù)優(yōu)化匹配，焊接質(zhì)量高，適合大功率悍接。
本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)所述一種NBJ集裝箱專用氣 體保護焊弧焊電源，包括機箱和內(nèi)置電路，所述內(nèi)置電路包括主電路、電流 閉環(huán)控制電路組成，所述主電路主要由整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率 變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊外接三相交流輸 入電源，所述整流平滑模塊外接負載；所述電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓 檢測模塊、焊接參數(shù)給定模塊、比較器、單片機控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和 高頻驅(qū)動模塊組成，所述電流電壓檢測模塊一端與負載相連接，另一端與比 較器輸入端相連接，所述焊接參數(shù)給定模塊與比較器另一輸入端相連接，所 述比較器輸出端與單片機控制模塊相連接，所述單片機控制模塊與脈寬調(diào)制 模塊相連接，所述脈寬調(diào)制模塊與高頻驅(qū)動模塊相連接，所述高頻驅(qū)動模塊 與高頻逆變模塊相連接。
為了更好地實現(xiàn)本實用新型，所述主電路還包括安全保護電路，所述安 全保護電路包括網(wǎng)壓檢測模塊、電壓保護模塊組成，所述網(wǎng)壓檢測模塊一端 外接三相交流電源，另一端與電壓保護模塊相連接，所述電壓保護模塊與脈 寬調(diào)制模塊相連接。
本實用新型的設(shè)計原理為本實用新型采用IGBT逆變技術(shù)，其單管或者
模塊的容量比較大，耐壓1200V，且最大容量可達600A特別適合較大功率焊 接應用場合。飽和壓降比較低，有利于減少管子功率損耗。本實用新型中， 由三相工頻交流電經(jīng)過整流濾波模塊后成為平滑直流電后進入高頻逆變模 塊，然后通過功率變壓模塊、整流平滑模塊進入負載。與此同時，單片機控 制模塊根據(jù)電流電壓檢測模塊檢測到負載的電流、電壓信號與焊接參數(shù)給定 模塊給定的參數(shù)進行比較，經(jīng)過單片機控制模塊的模糊控制算法運算，發(fā)給 脈寬調(diào)制模塊一個信號，脈寬調(diào)制模塊根據(jù)單片機控制模塊的算法產(chǎn)生兩路 PWM信號，這兩路PWM信號通過高頻驅(qū)動模塊放大去控制高頻逆變模塊的 開關(guān)管的開通和關(guān)斷，從而得到20KHz高頻高壓電，高頻高壓電再經(jīng)過功率 變壓模塊轉(zhuǎn)換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓的焊接電流，再經(jīng)過整流 平滑模塊得到更加平滑的焊接電流，也就是外環(huán)電流模糊閉環(huán)控制過程；網(wǎng) 壓檢測模塊檢測三相工頻電壓，把檢測到的電壓信號送給電壓保護模塊，如 出現(xiàn)過壓、欠壓的現(xiàn)象，電壓保護模塊將送給脈寬調(diào)制模塊一個信號，產(chǎn)生
低電平通過高頻驅(qū)動模塊關(guān)斷高頻逆變模塊的開關(guān)管，保護主電路安全工作。 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果
1、 本實用新型釆用先進的高頻IGBT逆變技術(shù)，可靠性高，效率高達88%, 節(jié)能，比可控硅式節(jié)電最高達30%，空載損耗為其十分之一以下，重量輕， 體積小。
2、 本實用新型以單片機為控制核心，易于實現(xiàn)多特性和多功能以及多種 焊接材料的轉(zhuǎn)換， 一元化調(diào)節(jié)、自動匹配焊接參數(shù)，操作簡單、快捷。
3、 本實用新型采用特有的電子電抗器無級控制動特性以及波控技術(shù)，電 弧挺度大，焊接過程穩(wěn)定，飛濺少，成形美觀，優(yōu)化參數(shù)匹配，焊速可提高 100 200%。

圖l是本實用新型的電路方框圖； 圖2是本實用新型的主電路原理圖3是本實用新型的脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊的電路原理圖4是本實用新型的單片機控制模塊中單片機及其外圍電路的電路原理
圖5是本實用新型的單片機控制模塊中熔滴過渡控制電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型做進一步的詳細說明。但本實用 新型的實現(xiàn)方式并不限于此。
本實用新型所述一種NBJ集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源，包括機箱和
內(nèi)置電路，如圖1所示，內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制電路組成。主電 路由依次連接的整流濾波模塊101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103和整 流平滑模塊104組成，整流濾波模塊101與三相交流輸入電源相連接，整流平 滑模塊104與負載相連接。電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測模塊lll、焊 接參數(shù)給定模塊112、比較器115、單片機控制模塊113、脈寬調(diào)制模塊107和 高頻驅(qū)動模塊108，電流電壓檢測模塊lll一端與負載相連接，另一端與比較 器115輸入端相連接，焊接參數(shù)給定模塊112與比較器115另一輸入端相連接， 比較器115輸出端與單片機控制模塊113相連接，單片機控制模塊113與脈寬調(diào) 制模塊107相連接，脈寬調(diào)制模塊107與高頻驅(qū)動模塊108相連接，高頻驅(qū)動模
塊108與高頻逆變模塊102相連接。主電路還包括安全保護電路，該電路包括
網(wǎng)壓檢測模塊105、電壓保護模塊106，網(wǎng)壓檢測模塊105—端與接入的三相交 流電源相連接，另一端與電壓保護模塊106相連接，電壓保護模塊106與脈寬 調(diào)制模塊107相連接。網(wǎng)壓檢測模塊105檢測三相交流輸入電壓，為常用的電 壓檢測裝置。電壓保護模塊106為一常用的比較器，實現(xiàn)欠壓或者過壓保護。 焊接參數(shù)給定模塊112由兩個電位器組成，給定焊接電壓和送絲速度。比較器 115采用TL082比較器，對外環(huán)檢測信號與焊接給定參數(shù)進行比較。電流電壓
檢測模塊lll為電流電壓傳感器，與負載連接。
如圖2所示，主電路中，三相交流輸入電源接整流濾波模塊101的整流塊 BR1，然后連接濾波環(huán)節(jié)L1、 C5、 C6、 C7、 C8、 R3'、 R4，再連接高頻逆變 模塊102的逆變橋TR, TR2， C11 C14，輸出接功率變壓模塊的高頻功率變 壓器T1初級，變壓器次級串接整流平滑模塊4的飽和RC吸收電路，再經(jīng)過高 頻全波整流電路D1 D4快速二極管組、穩(wěn)弧吸收模塊濾波環(huán)節(jié)L2、 R9、 C9、 CIO、后輸出直流電，以上環(huán)節(jié)構(gòu)成功率主電路，高頻逆變模塊102的包括兩 個兩單元的IGBT TI^ TR2。
如圖3所示，脈寬調(diào)制模塊107和高頻驅(qū)動模塊108主要由脈寬調(diào)制模塊 107的誤差放大電路、反相器芯片ULN2003A、集成控制芯片SG3525以及高頻 驅(qū)動模塊108的兩個脈沖變壓器M1和M2、芯片2SK1417、 M74HC4049和 CD4011及輔助電路相互連接組成。其中，CN6接溫控模塊與過熱、過流以及 單片機關(guān)斷信號的信號線和三個與門邏輯電路以及反相器芯片ULN2003A連 接，通過ULN2003A的16腳與集成控制芯片SG3525的10腳相接。單片機控制 模塊113的輸出端與集成控制芯片SG3525的引腳2相連，作為集成控制芯片 SG3525的輸入信號，在SG3525內(nèi)部與誤差信號比較，使集成控制芯片SG3525 輸出相應的兩路PWM信號。該四路兩兩互補的PWM信號分別進入高頻驅(qū)動 模塊SC0724M，作為逆變橋開關(guān)管TR, TR2的驅(qū)動信號。
如圖4所示，單片機控制模塊113中的單片機及其外圍電路主要由單片機 W77E58、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5620、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC()838、反相器74LHC240、 ULN2003A以及輔助電路相互連接組成。單片機W77E58系統(tǒng)作為電流模糊控
制的核心，采樣電流與給定信號的偏差在單片機內(nèi)部進行模糊控制運算過程， 輸出信號作為脈寬調(diào)制模塊107中集成控制芯片SG3525的腳2輸入信號，該信
號同注入的電流比較，確定驅(qū)動信號的大小，從而控制電源的輸出。其中單
片機W77E58中的I / O端口P0口與數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換TLC5620和TLC0838 相連，完成模擬信號給定、釆樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5620 的12、 ll引腳的模擬信號分別比例放大，與傳感器反饋回來的電流電壓進行 比較產(chǎn)生控制信號，再通過脈寬調(diào)制模塊107和高頻驅(qū)動模塊108對焊接電流 和弧壓進行控制。
如圖5所示，單片機控制模塊113中的熔滴過渡控制電路通過模擬電路的 方式來選擇電源的外特性以及控制熔滴過渡。當采用MAG焊和C02氣保焊 時，繼電器的控制端上CSO-為低電平信號，從而UPWM1與PWMU導通，此 時電源的外特性為恒壓特性，它是通過給定焊接電壓(UREF)與反饋的實際 電壓(UFB)進行比較，其偏差在通過運算放大器以及電容電阻組成的模擬 的PI控制電路進行運算，計算出用于控制SG3525的PWMU。當反饋的實際焊 接電壓大于給定電壓時，亦即U1B的5腳輸入為一個正的偏差，7引腳上的輸 出就會相應地減小，從而輸入到SG3525中的UPWM1信號減小，占空比減小， 焊機的輸出端的電壓就會降低，從而達到輸出恒壓特性的要求，當反饋的實 際焊接電壓小于給定電壓時，情況類似。
上述電路中，圖2中的電流電壓檢測模塊111為傳感器HALL2，同比較器 115連接、再與單片機控制模塊113的單片機W77E58通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC0838連接。單片機控制模塊113輸出端同脈寬調(diào)制模塊107的集成控制芯 片SG3525的引腳2相連，集成控制芯片SG3525的輸出端11、 14腳分別與高頻 驅(qū)動模塊108的兩個驅(qū)動環(huán)節(jié)5、 16管腳相連，驅(qū)動環(huán)節(jié)的輸出分別與高頻逆 變模塊102的四個開關(guān)管的G、 E極相連，上述環(huán)節(jié)構(gòu)成電流電壓閉環(huán)控制電 路。
應用本實用新型時，三相工頻交流電經(jīng)過整流濾波模塊101后成為平滑直 流電后進入高頻逆變模塊102，單片機控制模塊113根據(jù)電流電壓檢測模塊111 檢測到負載的電流、電壓信號與脈沖參數(shù)給定模塊112給定的參數(shù)進行比較， 經(jīng)過單片機控制模塊113的模糊控制算法運算，發(fā)給脈寬調(diào)制模塊107—個信 號，脈寬調(diào)制模塊107根據(jù)單片機控制模塊113設(shè)定的算法產(chǎn)生兩路PWM信 號，這兩路PWM信號通過高頻驅(qū)動模塊108放大去控制高頻逆變模塊102的開 關(guān)管的開通和關(guān)斷，從而得到20KHz高頻高壓電，高頻高壓電再經(jīng)過功率變
壓模塊103轉(zhuǎn)換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓的焊接電流，再經(jīng)過整流 平滑模塊104得到焊接電流，也就是外環(huán)電流閉環(huán)控制過程。網(wǎng)壓檢測模塊105
檢測三相工頻電壓，把檢測到的電壓信號送給電壓保護模塊106，如出現(xiàn)過壓、 欠壓的現(xiàn)象，電壓保護模塊106將送給脈寬調(diào)制模塊107—個信號，產(chǎn)生低電 平通過高頻驅(qū)動模塊108關(guān)斷高頻逆變模塊102的開關(guān)管，保護主電路安全工 作。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1、一種NBJ集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源，包括機箱和內(nèi)置電路，其特征是，所述內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制電路組成，所述主電路主要由整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊外接三相交流輸入電源，所述整流平滑模塊外接負載；所述電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測模塊、焊接參數(shù)給定模塊、比較器、單片機控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊組成，所述電流電壓檢測模塊一端與負載相連接，另一端與比較器輸入端相連接，所述焊接參數(shù)給定模塊與比較器另一輸入端相連接，所述比較器輸出端與單片機控制模塊相連接，所述單片機控制模塊與脈寬調(diào)制模塊相連接，所述脈寬調(diào)制模塊與高頻驅(qū)動模塊相連接，所述高頻驅(qū)動模塊與高頻逆變模塊相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源，其特征是，所述主電路還包括安全保護電路，所述安全保護電路包括網(wǎng)壓檢測 模塊、電壓保護模塊組成，所述網(wǎng)壓檢測模塊一端外接三相交流電源，另一端與電壓保護模塊相連接，所述電壓保護模塊與脈寬調(diào)制模塊相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源，其特征是，所述單片機控制模塊主要由單片機及其外圍電路、熔滴過渡控制電 路組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源，其 特征是，所述單片機及其外圍電路主要由單片機W77E58、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 TLC5620、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0838、反相器74LHC240、 ULN2003A及外圍電 路連接組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源，其 特征是，所述脈寬調(diào)制模塊主要由誤差放大電路、反相器芯片ULN2003A、 集成控制芯片SG3525及外圍電路連接組成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NBJ集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源，其 特征是，所述高頻驅(qū)動模塊主要由兩個脈沖變壓器以及芯片2SK1417、 M74HC4049和CD4011及外圍電路組成。
專利摘要本實用新型公開了一種NBJ集裝箱專用氣體保護焊弧焊電源，包括機箱和內(nèi)置電路，內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制電路組成，主電路主要由整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測模塊、焊接參數(shù)給定模塊、比較器、單片機控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊組成。本實用新型可靠性高，效率達88％，節(jié)能，重量輕，體積小，易于實現(xiàn)多特性和多功能以及多種焊接材料的轉(zhuǎn)換，一元化調(diào)節(jié)、自動匹配焊接參數(shù)，操作簡單、快捷。本實用新型電弧挺度大，焊接過程穩(wěn)定，飛濺少，成形美觀，優(yōu)化參數(shù)匹配，焊速可提高100～200％。
文檔編號B23K9/16GK201002167SQ20062015452
公開日2008年1月9日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者王振民, 黃石生 申請人:華南理工大學