專利名稱：一種多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及焊接設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種一體化內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
由于焊接施工對(duì)象和焊接施工條件的不同，催生了不同的焊接設(shè)備細(xì)分市場(chǎng)，也對(duì)焊接設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)提出了不同的要求。從使用的能源構(gòu)成上對(duì)電焊機(jī)進(jìn)行分類，分為市電型和自發(fā)電型兩大類。市電型電焊機(jī)的基本特點(diǎn)是采用市售交流電作為電源，主要應(yīng)用于工礦企業(yè)等作業(yè)場(chǎng)所比較固定，以及用電方便的場(chǎng)合；而自發(fā)電型電焊機(jī)的特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)(汽油機(jī)或柴油機(jī))驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)出的焊接電流用于焊接，主要應(yīng)用于無動(dòng)力電供應(yīng)，以及需要流動(dòng)性作業(yè)的焊接施工現(xiàn)場(chǎng)，如橋梁、鐵路、高速公路、市政管網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝施工，特別適用于油氣管線以及鐵路線的焊接施工作業(yè)。由于長(zhǎng)輸管線敷設(shè)工程的施工，具有氣候條件地理環(huán)境復(fù)雜、施工流動(dòng)性大、焊接質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，決定了長(zhǎng)輸管線首選工業(yè)級(jí)的自發(fā)電型焊接設(shè)備。并且，由于油氣管線屬于壓力容器類焊接施工，對(duì)焊接設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)提出了更高的要求，決定了油氣管線焊接施工作業(yè)，必須以追求適應(yīng)新材料新工藝、確保焊接質(zhì)量、提高焊接生產(chǎn)率、提高環(huán)境適應(yīng)性、降低費(fèi)用、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面作為為努力目標(biāo)和發(fā)展方向。油氣管線焊接施工作業(yè)已經(jīng)發(fā)展出了多種焊接工藝方法和相應(yīng)的焊接設(shè)備。其中對(duì)于中小口徑的管線，代表性的焊接工藝方法為氬弧焊+低氫焊條手弧焊；對(duì)于中大口徑的管線，具有代表性的兩種高效優(yōu)質(zhì)的焊接工藝方法為纖維素焊條下向焊+自保護(hù)藥性焊絲半自動(dòng)焊。目前油氣管線焊接施工使用的焊接設(shè)備，其主流產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要采用發(fā)動(dòng)機(jī)(汽油機(jī)或柴油機(jī))，驅(qū)動(dòng)繞有焊接繞組的工頻發(fā)電機(jī)輸出焊接用三相工頻交流電，并經(jīng)可控硅整流后輸出所需直流電，依可控硅這種可控型功率器件實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電流的直接調(diào)控，從而獲得所需的外特性曲線輸出，以滿足“氬弧焊”、“低氫焊條手弧焊”、“纖維素焊條立向下焊”和 “自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊”焊接工藝方法對(duì)焊機(jī)外特性曲線、焊接工藝性能的要求。而這其中不單單是要解決可靠性、整體結(jié)構(gòu)等技術(shù)問題，更重要的是采用何種控制方式，以及如何確定控制回路各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的參數(shù)搭配，滿足“纖維素焊條立向下焊”和“自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊”對(duì)焊機(jī)的焊接工藝性能以及焊接工藝適應(yīng)性的高要求。特別是對(duì)于“自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊”，焊機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和響應(yīng)過程，必須充分適應(yīng)自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊的熔滴過渡方式和過渡時(shí)機(jī)，不僅要方便使用，而且還要避免出現(xiàn)諸如啟弧未焊透、啟弧氣孔、焊接氣孔、焊接未熔合、焊接夾渣、收弧氣孔等諸多可能出現(xiàn)的焊接缺陷。由于技術(shù)難度過大，因此只有美國(guó)林肯公司、美國(guó)米勒公司、意大利莫薩公司、日本新大華公司等少數(shù)幾個(gè)主流公司推出了較為成熟的可控硅整流結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，并且均具有同時(shí)發(fā)電、焊接的能力。[0009]重慶運(yùn)達(dá)公司的H300K機(jī)型也較好地解決了上述問題，其較明顯的技術(shù)特點(diǎn)是， 所使用的可控硅除作整流外，同時(shí)還作為電子開關(guān)使用。通過對(duì)中頻發(fā)電機(jī)所輸出的下降外特曲線進(jìn)行性動(dòng)態(tài)掃描，輸出所需的“恒流+外拖”外特性曲線以及“平硬”外特性曲線， 并滿足對(duì)焊機(jī)焊接工藝性能以及焊接工藝適應(yīng)性的高要求，同時(shí)仍保留了結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕的特點(diǎn)。但是H300K機(jī)型的發(fā)電機(jī)為中頻發(fā)電機(jī)，本身就輸出下降外特性曲線， 并且使用的是可控硅整流開關(guān)。在進(jìn)行性動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，實(shí)際上是在最大和最小下降外特性曲線之間切換，因此控制較為粗糙。 隨著焊接材料及焊接工藝水平不斷發(fā)展，對(duì)焊接設(shè)備的焊接工藝性能及工藝適應(yīng)性提出了越來越高的要求，因此需要進(jìn)一步提高對(duì)焊接電流調(diào)控的精細(xì)程度。采用通用的同步發(fā)電機(jī)組配高性能逆變焊機(jī)，也能構(gòu)建出能夠?qū)附与娏鬟M(jìn)行高精密調(diào)控的一體化弧焊發(fā)電機(jī)。但是逆變焊機(jī)的逆變主回路因使用隔離和降壓用的高頻變壓器存在的動(dòng)態(tài)磁偏等問題，可能帶來的一系列故障，而且逆變結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，給維修帶來困難。以美國(guó)林肯公司、美國(guó)米勒公司、意大利莫薩公司為代表的主流公司均未采用逆變結(jié)構(gòu)，而是采用了 IGBT斬波結(jié)構(gòu)。由于是對(duì)焊接電流直接進(jìn)行調(diào)控，并且單只IGBT模塊的容量有限，因此只是小電流弧焊發(fā)電機(jī)采用單只IGBT模塊進(jìn)行PWM斬波；對(duì)于大電流弧焊發(fā)電機(jī)，根據(jù)焊接電流的大小，則需采用兩只或多只同型號(hào)IGBT模塊并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。但是由于IGBT模塊本身的性能參數(shù)分散性很大，因此直接并聯(lián)時(shí)，難以保證流過IGBT模塊電流的均衡，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通好的IGBT模塊出現(xiàn)過載現(xiàn)象，從而影響整機(jī)的可靠性。美國(guó)林肯公司的斬波主回路采用了特殊設(shè)計(jì)的雙繞組濾波電感對(duì)兩只IGBT模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)均流的結(jié)構(gòu)。 測(cè)試表明，該種結(jié)構(gòu)的IGBT模塊，在每個(gè)斬波周期，導(dǎo)通階段的初期均流效果明顯，但是在導(dǎo)通階段的末期，由于電流變化率的降低，故均流效果明顯下降。因此需要采取進(jìn)行IGBT 模塊參數(shù)篩選配對(duì)的技術(shù)措施，也就是篩選出性能參數(shù)基本一致的IGBT模塊配對(duì)使用。因此當(dāng)IGBT模塊損壞時(shí)，不能直接更換IGBT模塊，而仍需要IGBT模塊參數(shù)篩選配對(duì)，否則會(huì)因不均流而影響使用壽命，由于IGBT模塊篩選配對(duì)工藝復(fù)雜，會(huì)給維修帶來困難。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，針對(duì)斬波開關(guān)管(如 IGBT模塊)并聯(lián)均流困難的問題，提供了一種壓控電阻的結(jié)構(gòu)和控制方式，在不需要參數(shù)篩選配對(duì)的情況下，就可以實(shí)現(xiàn)斬波開關(guān)管(如IGBT模塊)的并聯(lián)均流，并且實(shí)現(xiàn)精密并聯(lián)均流。進(jìn)一步提高整機(jī)的可靠性，提高維修的便利度。并且針對(duì)研制的壓控電阻斬波主回路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)負(fù)反饋控制回路結(jié)構(gòu)，在滿足上述高要求的同時(shí)，滿足焊接工藝性能的要求，并實(shí)現(xiàn)“氬弧焊”、“低氫焊條手弧焊”、“纖維素焊條立向下焊”和“自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊”。本實(shí)用新型所述的一種多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)包括內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、觸發(fā)電路、可控硅整流開關(guān)、三相橋式整流器、輔助電源整流電路、激磁電流調(diào)節(jié)電路、發(fā)電機(jī)定子、第一開關(guān)管T1、第二二極管D2和第一電容C1、第一二極管D1和斬波主回路；其中發(fā)電機(jī)定子的嵌線槽內(nèi)有外托繞組、焊接繞組、輔助電源繞組、反饋繞組和勵(lì)磁繞組，外托繞組經(jīng)過可控硅整流開關(guān)與斬波主回路的輸出端同極性并聯(lián)，觸發(fā)電路連接可控硅整流開關(guān)；焊接繞組經(jīng)三相橋式整流器和第二電容濾波后輸出低壓大電流直流，此電流經(jīng)過斬波主回路為電弧負(fù)載供電；輔助電源繞組經(jīng)輔助電源整流電路整流，輸出為220V直流電源；反饋繞組經(jīng)過激勵(lì)電流調(diào)節(jié)電路連接第一開關(guān)管T1的基極，第一開關(guān)管T1的集電極連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；勵(lì)磁繞組經(jīng)第二二極管D2、第一電容C1和第一二極管D1與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接。所述的激磁電流調(diào)節(jié)電路包括整流器濾波電路、激磁比較環(huán)節(jié)、激磁給定電路和激磁控制電路，經(jīng)過整流器濾波電路的反饋繞組和激磁給定電路分別連接到激磁比較環(huán)節(jié)，第一開關(guān)管T1的基極通過激磁控制電路連接激磁比較環(huán)節(jié)的輸出，這些環(huán)節(jié)共同構(gòu)成激磁電流負(fù)反饋控制電路。所述的可控硅整流開關(guān)包括第一可控硅SCR1、第二可控硅SCR2、第三可控硅SCR3、 第七二極管D7、第八極管D8和第九二極管D9 ；其中，第一可控硅SCR1連接第七二極管D7,第二可控硅SCR2連接第八二極管D8,第三可控硅SCR3連接第九二極管D9,三個(gè)可控硅的控制系統(tǒng)安裝在同一機(jī)架上。所述的斬波主回路至少有兩路，且每一路斬波主回路包括順次連接的開關(guān)管、續(xù)流二極管和濾波電感，還有開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路和開關(guān)管的吸收網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路都由相應(yīng)內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制。本實(shí)用新型中的斬波主回路具有并聯(lián)的兩路，一路包括順次連接的第二開關(guān)管T2、第一續(xù)流二極管D5和第一濾波電感La，還有第二開關(guān)管T2 的驅(qū)動(dòng)電路(14)和由第一電阻R1、第三二極管D3和第三電容C3構(gòu)成的第二開關(guān)管T2的吸收網(wǎng)絡(luò)；另一路包括順次連接的第三開關(guān)管T3、第二續(xù)流二極管D6和第二濾波電感Lb，還有第三開關(guān)管T3的驅(qū)動(dòng)電路(15)和由第二電阻R2、第四二極管D4和第四電容C4構(gòu)成的第三開關(guān)管T3的吸收網(wǎng)絡(luò)。所述第二開關(guān)管T2的驅(qū)動(dòng)電路由第一內(nèi)環(huán)霍爾電流傳感器Ha、內(nèi)環(huán)控制電路、第六電阻(Rf)、可控電阻和第一濾波電路構(gòu)成的第二開關(guān)管T2的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制； 所述第三開關(guān)管T3的驅(qū)動(dòng)電路由第二內(nèi)環(huán)霍爾電流傳感器Hb、內(nèi)環(huán)控制電路、第六電阻、可控電阻和第一濾波電路構(gòu)成的第三開關(guān)管T3的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制。所述的內(nèi)環(huán)控制電路包括第二濾波電路、第三濾波電路、第一內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)、第二內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)、第一內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路和第二內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路；其中，第二濾波電路和第二內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路分別連接第一內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)，第三濾波電路和第一內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路分別連接第二內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)。所述可控電阻包括第四開關(guān)管T4、第三電阻R3、第四電阻R4和第五電阻R5 ；其中， 所述第五電阻R5連接第四開關(guān)管T4的基極，第四電阻R4連接第四開關(guān)管T4的集電極，第三電阻R5連接第四開關(guān)管T4的發(fā)射極和第四電阻R4;該可控電阻由光電耦合器、外環(huán)控制電路、外環(huán)給定電路、外環(huán)霍爾電流傳感器H和電壓采樣電路構(gòu)成的外環(huán)負(fù)反饋控制回路控制。所述的外環(huán)控制電路包括外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)K1、第五濾波電路、第六濾波電路、外環(huán)比較環(huán)節(jié)、外環(huán)PWM調(diào)控電路、推力選擇開關(guān)K2、推力控制電路、推力給定電路、第四濾波電路和推力比較環(huán)節(jié)；其中，推力給定電路、第四濾波電路和推力控制電路分別連接推力比較環(huán)節(jié)，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第一觸點(diǎn)IV1、外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第二觸點(diǎn)IV2、推力選擇開關(guān)第一觸點(diǎn) K2^1和外環(huán)PWM調(diào)控電路分別連接外環(huán)比較環(huán)節(jié)，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第一觸點(diǎn)IV1連接第五濾波電路或第六濾波電路，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第二觸點(diǎn)K"連接降特性給定電路或平特性給定電路，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第三觸點(diǎn)Ki_3連接推力選擇開關(guān)第一觸點(diǎn)K2_i ；其中的外環(huán)給定電路，分為降特性給定電路和平特性給定電路。 本實(shí)用新型中的發(fā)電機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)電機(jī)定子中同時(shí)繞有焊接繞組和輔助電源繞組，輔助電源繞組經(jīng)輔助電源整流電路整流，輸出為220V直流電源，焊接繞組經(jīng)整流濾波，并由斬波主回路斬波調(diào)控后為焊接電弧供電，實(shí)現(xiàn)同時(shí)發(fā)電和焊接的要求。本實(shí)用新型采用了斬波結(jié)構(gòu)，雖然逆變焊機(jī)和斬波焊機(jī)在調(diào)控方式上沒有本質(zhì)上的區(qū)別，但采用斬波結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，并且避免了在逆變主回路因使用隔離和降壓用的高頻變壓器帶來的動(dòng)態(tài)磁偏等問題，可能引起的一系列故障。而且走訪用戶表明，斬波結(jié)構(gòu)屬于低壓結(jié)構(gòu)，其維修比逆變這種高壓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便得多。本實(shí)用新型中的斬波主回路采用內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制，高速開關(guān)斬波管對(duì)流過的焊接電流進(jìn)行頻率高達(dá)數(shù)十千赫茲的高速斬波控制，因此可以掃描輸出無數(shù)條下降外特性曲線，因此能夠?qū)崿F(xiàn)所需的精密控制效果，獲得了比之H300K機(jī)型更為優(yōu)良的動(dòng)態(tài)指標(biāo)和焊接工藝性能。本實(shí)用新型由于開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路由內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制，使斬波主回路具有壓控電阻特性，能實(shí)現(xiàn)兩路斬波主回路的精密并聯(lián)均流，以及確保能夠與“自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊”熔滴過渡方式和過渡時(shí)機(jī)相適應(yīng)。本實(shí)用新型研發(fā)的壓控電阻控制法，不僅能夠確保斬波開關(guān)管能夠精密并聯(lián)均流，還可以依據(jù)斬波主回路的壓控電阻特性，避免斬波開關(guān)管可能出現(xiàn)的過大瞬態(tài)短路電流，這是確保斬波開關(guān)管以及整個(gè)系統(tǒng)工作可靠的重要技術(shù)措施；另外，因?yàn)槟軌驅(qū)崿F(xiàn)開關(guān)管的精密并聯(lián)均流，可以通過增加斬波主回路以及相應(yīng)的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路的路數(shù)，構(gòu)建更大容量的焊接電源。同時(shí)，當(dāng)所需功率不大時(shí)，可以只采用一路斬波主回路以及相應(yīng)的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路構(gòu)建所需小容量的焊接電源，因此還具有模塊化的結(jié)構(gòu)特征。本實(shí)用新型中的斬波主回路具有壓控電阻特性，可控電阻由外環(huán)負(fù)反饋控制回路控制，整機(jī)能輸出“恒流”、“恒流+外拖”以及“平硬”外特性曲線，能滿足“氬弧焊”、“低氫焊條手弧焊”、“纖維素焊條立向下焊”和“自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊”焊接工藝方法對(duì)焊機(jī)外特性曲線的要求。該控制方案不僅能夠確保斬波開關(guān)管工作可靠，而且能夠保證整機(jī)具有優(yōu)良的動(dòng)特性、焊接工藝性能以及焊接工藝適應(yīng)性，滿足油氣管線焊接施工，焊接質(zhì)量要求高、適應(yīng)新材料新工藝、確保焊接質(zhì)量、提高焊接生產(chǎn)率、提高環(huán)境適應(yīng)性、降低費(fèi)用、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的高要求。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為內(nèi)環(huán)控制電路原理圖；圖3為外環(huán)控制電路原理圖；圖4為可控電阻原理圖；圖5為可控硅整流開關(guān)觸發(fā)電路原理圖；圖6為激磁電流調(diào)節(jié)電路原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。參見圖1所示的一種多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，包括內(nèi)燃機(jī)1、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2、觸發(fā)電路3、可控硅整流開關(guān)4、三相橋式整流器5、輔助電源整流電路6、激磁電流調(diào)節(jié)電路7、發(fā)電機(jī)定子8、第一開關(guān)管T1、第二二極管D2和第一電容C1、第一二極管D1和斬波主回路；其特征是發(fā)電機(jī)定子的嵌線槽內(nèi)有外托繞組9、焊接繞組10、輔助電源繞組11、反饋繞組12和勵(lì)磁繞組13，外托繞組9經(jīng)過可控硅整流開關(guān)4與斬波主回路的輸出端同極性并聯(lián)，觸發(fā)電路 3連接可控硅整流開關(guān)4 ；焊接繞組10經(jīng)三相橋式整流器5整流和第二電容C2濾波后輸出低壓大電流直流，此電流經(jīng)過斬波主回路為電弧負(fù)載供電；輔助電源繞組11經(jīng)輔助電源整流電路6整流，輸出為220V直流電源；反饋繞組12經(jīng)過激勵(lì)電流調(diào)節(jié)電路7連接第一開關(guān)管T1的基極，第一開關(guān)管T1的集電極連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2 ；勵(lì)磁繞組13經(jīng)第二二極管D2、第一電容C1和第一二極管D1與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2連接。參見圖1，斬波主回路可以采用多路并聯(lián)，本實(shí)施例以兩路并聯(lián)為例，一路包括順次連接的第二開關(guān)管T2、第一續(xù)流二極管D5和第一濾波電感La，還有第二開關(guān)管T2的驅(qū)動(dòng)電路14和第二開關(guān)管T2的吸收網(wǎng)絡(luò)即第一電阻禮、第三二極管D3和第三電容C3;另一路包括順次連接的第三開關(guān)管T3、第二續(xù)流二極管D6和第二濾波電感Lb，還有第三開關(guān)管T3的驅(qū)動(dòng)電路15和第三開關(guān)管T3的吸收網(wǎng)絡(luò)即第二電阻R2、 第四二極管D4和第四電容C4 ；斬波開關(guān)管可以使用場(chǎng)效應(yīng)管，也可以使用IGBT管，或者使用它們的模塊，本實(shí)施例中用的是IGBT管。參見圖1和圖2所示的第二開關(guān)管T2的驅(qū)動(dòng)電路14由第一內(nèi)環(huán)霍爾電流傳感器 Ha、內(nèi)環(huán)控制電路17、第六電阻Rf、可控電阻18和第一濾波電路16構(gòu)成的開關(guān)管T2的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制；所述第三開關(guān)管T3的驅(qū)動(dòng)電路15由第二內(nèi)環(huán)霍爾電流傳感器Hb、內(nèi)環(huán)控制電路17、第六電阻Rf、可控電阻18、第一濾波電路16構(gòu)成的第三開關(guān)管T3的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制。兩路內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路使用內(nèi)環(huán)霍爾電流傳感器Ha、Hb分別采集兩路斬波主回路的電流作為反饋信號(hào)，分壓電阻Rf、Rx采集斬波主回路的端電壓，作為共同的給定電壓，由此實(shí)現(xiàn)兩路斬波主回路的精密并聯(lián)均流，并且使斬波主回路具有壓控電阻特性。該電阻串接于焊接主回路中，為電弧負(fù)載輸出下降的外特性曲線。通過調(diào)節(jié)&的值， 即可調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制的給定電壓信號(hào)Ux=iiU，從而調(diào)節(jié)該壓控電阻的值，并調(diào)節(jié)焊接輸出。參見圖5所示的可控硅整流開關(guān)4包括第一可控硅SCR1、第二可控硅SCR2、第三可控硅SCR3、第七二極管D7、第八極管D8和第九二極管D9 ；其中，第一可控硅SCR1連接第七二極管D7,第二可控硅SCR2連接第八二極管D8,第三可控硅SCR3連接第九二極管D9。參見圖6所示的激磁電流調(diào)節(jié)電路7包括整流器濾波電路42、激磁比較環(huán)節(jié)41、 激磁給定電路43和激磁控制電路40，經(jīng)過整流器濾波電路42的反饋繞組12和激磁給定電路43分別連接到激磁比較環(huán)節(jié)41，其中，第一開關(guān)管T1的基極通過激磁控制電路40連接激磁比較環(huán)節(jié)41的輸出，這些環(huán)節(jié)共同構(gòu)成激磁電流負(fù)反饋控制電路。參見圖2所示的內(nèi)環(huán)控制電路17包括第二濾波電路23、第三濾波電路26、第一內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)24、第二內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)25、第一內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路27和第二內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路 28 ；其中，第二濾波電路23和第二內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路28分別連接第一內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)24，第三濾波電 路26和第一內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路27分別連接第二內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)25。參見圖1和4所示的可控電阻18包括第四開關(guān)管T4、第三電阻R3、第四電阻R4和第五電阻R5;其中，第五電阻R5連接第四開關(guān)管T4的基極，第四電阻R4連接第四開關(guān)管T4 的集電極，第三電阻R5連接第四開關(guān)管T4的發(fā)射極和第四電阻R4 ；該可控電阻18由光電耦合器19、外環(huán)控制電路20、外環(huán)給定電路21、外環(huán)霍爾電流傳感器H和電壓采樣電路22構(gòu)成的外環(huán)負(fù)反饋控制回路控制?？煽仉娮璧闹礡x通過外環(huán)負(fù)反饋控制回路對(duì)可控電阻18 進(jìn)行調(diào)控來實(shí)現(xiàn)。參見圖3所示的外環(huán)控制電路20包括外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)K1、第五濾波電路32、第六濾波電路33、外環(huán)比較環(huán)節(jié)35、外環(huán)PWM調(diào)控電路34、推力選擇開關(guān)K2、推力控制電路31、 推力給定電路29、第四濾波電路30和推力比較環(huán)節(jié)38 ；其中，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第二觸點(diǎn)Ku 連接降特性給定電路36或平特性給定電路37，推力給定電路29、第四濾波電路30和推力控制電路31分別連接推力比較環(huán)節(jié)38，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第一觸點(diǎn)Kh、外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第二觸點(diǎn)IV2、推力選擇開關(guān)第一觸點(diǎn)IV1和外環(huán)PWM調(diào)控電路34分別連接外環(huán)比較環(huán)節(jié)35， 外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第三觸點(diǎn)IV3連接推力選擇開關(guān)第一觸點(diǎn)IV1，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第二觸點(diǎn) K1^2連接降特性給定電路36或平特性給定電路37 ；其中的外環(huán)給定電路21，分為降特性給定電路36和平特性給定電路37。當(dāng)外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)K1置于“P”位置時(shí)，其觸點(diǎn)外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第一觸點(diǎn)Kh和外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第二觸點(diǎn)IV2將第五濾波電路32、平特性給定電路37、外環(huán)比較環(huán)節(jié)35、外環(huán) PWM調(diào)控電路34、電壓采樣電路22以及開關(guān)管T2、T3的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路接成電弧電壓負(fù)反饋控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)壓控電阻的阻值，通過調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)壓控電阻的阻值，掃描輸出 “平硬”外特性曲線，滿足“自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊”對(duì)焊機(jī)輸出“平硬”外特性曲線的要求。當(dāng)外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)K1置于“J”位置時(shí)，其觸點(diǎn)K1+ K1^2將濾波電路33、將特性給定電路36、外環(huán)比較環(huán)節(jié)35、外環(huán)PWM調(diào)控電路34、外環(huán)霍爾電流傳感器H以及開關(guān)管T2 、T3的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路接成焊接電流負(fù)反饋控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)壓控電阻的阻值， 通過調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)壓控電阻的阻值，掃描輸出“恒流”或“恒流+外拖”外特性曲線，滿足“氬弧焊”、“低氫焊條手弧焊”、“纖維素焊條立向下焊”對(duì)焊機(jī)輸出“恒流”或“恒流+外拖”外特性曲線的要求。當(dāng)外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)K1置于“ J”位置，推力選擇開關(guān)K2置于“ 1 ”、“2”位置時(shí)，觸點(diǎn) K1+ K2^1將推力控制電路31、推力給定電路29、推力比較環(huán)節(jié)38、濾波電路30與外環(huán)比較環(huán)節(jié)35接通。推力選擇開關(guān)K2置于“1”位置時(shí)，其觸點(diǎn)Κ2_2將可控硅整流開關(guān)4的觸發(fā)電路3中的觸發(fā)控制電路39的信號(hào)輸入端接于觸發(fā)電位“+V。?！鄙?，提供最大推力控制，輸出推力最大的“恒流+外拖”外特性曲線輸出，滿足“纖維素焊條立向下焊”對(duì)焊機(jī)輸出“恒流+外拖”外特性曲線的要求；當(dāng)推力選擇開關(guān)K2置于“2”時(shí)位置時(shí)，可控硅整流開關(guān)4關(guān)閉，僅將推力控制電路31、推力給定電路29、推力比較環(huán)節(jié)38、濾波電路30接通，提供較小推力控制，輸出推力較小的“恒流+外拖”外特性曲線輸出，滿足“低氫焊條手弧焊”對(duì)焊機(jī)輸出“恒流+外拖”外特性曲線的要求。當(dāng)外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)K1置于“ J”位置，推力選擇開關(guān)K2置于“3”位置時(shí)不提供推力控制，輸出“恒流”外特性曲線輸出，滿足“氬弧焊”對(duì)焊機(jī)輸出“恒流”外特性曲線的要求。
試驗(yàn)表明，本實(shí)用新型首次提出并研制的“壓控電阻動(dòng)態(tài)掃描”控制技術(shù)，不僅能夠方便地獲得所需的“恒流”、“恒流+外拖”以及“平硬”外特性曲線輸出，在全電流調(diào)節(jié)范圍內(nèi)和全電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)均獲得了優(yōu)良的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和焊接工藝性能，滿足了油氣管線的焊接施工“氬弧焊”、“纖維素焊條立向下焊”和“自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊”焊接工藝方法對(duì)焊機(jī)的焊接工藝性能和工藝適應(yīng)性的高要求，并構(gòu)建成多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)。
權(quán)利要求1.一種多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，包括內(nèi)燃機(jī)(1)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)、觸發(fā)電路(3)、可控硅整流開關(guān)(4)、三相橋式整流器(5)、輔助電源整流電路(6)、激磁電流調(diào)節(jié)電路(7)、發(fā)電機(jī)定子(8)、第一開關(guān)管T1、第二二極管D2和第一電容C1、第一二極管D1和斬波主回路；其特征是發(fā)電機(jī)定子(8)的嵌線槽內(nèi)有外托繞組(9)、焊接繞組(10)、輔助電源繞組(11)、反饋繞組(12)和勵(lì)磁繞組(13)，外托繞組(9)經(jīng)過可控硅整流開關(guān)(4)與斬波主回路的輸出端同極性并聯(lián)，觸發(fā)電路(3)連接可控硅整流開關(guān)(4)；焊接繞組(10)經(jīng)三相橋式整流器(5) 整流和第二電容(2濾波后輸出低壓大電流直流，此電流經(jīng)過斬波主回路為電弧負(fù)載供電； 輔助電源繞組(11)經(jīng)輔助電源整流電路(6 )整流，輸出為220V直流電源；反饋繞組(12 )經(jīng)過激勵(lì)電流調(diào)節(jié)電路(7)連接第一開關(guān)管T1的基極，第一開關(guān)管T1的集電極連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)；勵(lì)磁繞組(13)經(jīng)第二二極管D2、第一電容C1和第一二極管D1與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，其特征在于激磁電流調(diào)節(jié)電路(7) 包括整流器濾波電路(42)、激磁比較環(huán)節(jié)(41)、激磁給定電路(43)和激磁控制電路(40)， 經(jīng)過整流器濾波電路(42)的反饋繞組(12)和激磁給定電路(43)分別連接到激磁比較環(huán)節(jié) (41)，其中，第一開關(guān)管T1的基極通過激磁控制電路(40)連接激磁比較環(huán)節(jié)(41)的輸出， 共同構(gòu)成激磁電流負(fù)反饋控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，其特征在于斬波主回路至少有兩路，且每一路斬波主回路包括順次連接的開關(guān)管、續(xù)流二極管和濾波電感，還有開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路和開關(guān)管的吸收網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路都由相應(yīng)的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，其特征在于斬波主回路具有并聯(lián)的兩路，一路包括順次連接的第二開關(guān)管T2、第一續(xù)流二極管D5和第一濾波電感La，還有第二開關(guān)管T2的驅(qū)動(dòng)電路(14)和由第一電阻R1、第三二極管D3和第三電容C3構(gòu)成的第二開關(guān)管T2的吸收網(wǎng)絡(luò)；另一路包括順次連接的第三開關(guān)管T3、第二續(xù)流二極管D6和第二濾波電感Lb，還有第三開關(guān)管T3的驅(qū)動(dòng)電路(15)和由第二電阻R2、第四二極管D4和第四電容C4構(gòu)成的第三開關(guān)管T3的吸收網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，其特征在于第二開關(guān)管T2的驅(qū)動(dòng)電路(14)由第一內(nèi)環(huán)霍爾電流傳感器Ha、內(nèi)環(huán)控制電路(17)、第六電阻Rf、可控電阻(18) 和第一濾波電路(16)構(gòu)成的第二開關(guān)管T2的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制；所述第三開關(guān)管 T3的驅(qū)動(dòng)電路(15)由第二內(nèi)環(huán)霍爾電流傳感器Hb、內(nèi)環(huán)控制電路(17)、第六電阻Rf、可控電阻(18)、第一濾波電路(16)構(gòu)成的第三開關(guān)管T3的內(nèi)環(huán)負(fù)反饋控制回路控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，其特征在于內(nèi)環(huán)控制電路(17) 包括第二濾波電路(23)、第三濾波電路(26)、第一內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)(24)、第二內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié) (25)、第一內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路(27)和第二內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路(28);其中，第二濾波電路(23) 和第二內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路(28)分別連接第一內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)(24)，第三濾波電路(26)和第一內(nèi)環(huán)PWM調(diào)控電路(27)分別連接第二內(nèi)環(huán)比較環(huán)節(jié)(25)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，其特征在于可控電阻(18)包括第四開關(guān)管T4、第三電阻R3、第四電阻R4和第五電阻R5 ；其中，第五電阻R5連接第四開關(guān)管T4的基極，第四電阻R4連接第四開關(guān)管T4的集電極，第三電阻R3連接第四開關(guān)管T4的發(fā)射極和第四電阻R4 ；該可控電阻(18)由光電耦合器(19)、外環(huán)控制電路(20)、外環(huán)給定電路 (21)、外環(huán)霍爾電流傳感器H和電壓采樣電路(22)構(gòu)成的外環(huán)負(fù)反饋控制回路控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，其特征在于外環(huán)控制電路(20) 包括外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)K1、第五濾波電路(32)、第六濾波電路(33)、外環(huán)比較環(huán)節(jié)(35)、外環(huán) PWM調(diào)控電路(34)、推力選擇開關(guān)K2、推力控制電路(31)、推力給定電路(29)、第四濾波電路(30)和推力比較環(huán)節(jié)(38)；其中，推力給定電路(29)、第四濾波電路(30)和推力控制電路(31)分別連接推力比較環(huán)節(jié)(38)，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第一觸點(diǎn)IV1、外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第二觸點(diǎn)K"、推力選擇開關(guān)第一觸點(diǎn)K2_i和外環(huán)PWM調(diào)控電路(34)分別連接外環(huán)比較環(huán)節(jié) (35)，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第一觸點(diǎn)Kh連接第五濾波電路(32)或第六濾波電路(33)，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第二觸點(diǎn)IV2連接降特性給定電路(36)或平特性給定電路(37)，外特性轉(zhuǎn)換開關(guān)第三觸點(diǎn)Ku連接推力選擇開關(guān)第一觸點(diǎn)IV1 ；其中的外環(huán)給定電路(21)分為降特性給定電路(36 )和平特性給定電路(37 )。
專利摘要一種多功能內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)，包括內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、觸發(fā)電路、可控硅整流開關(guān)、三相橋式整流器、輔助電源整流電路、激磁電流調(diào)節(jié)電路、發(fā)電機(jī)定子、第一開關(guān)管T1、第二二極管D2和第一電容C1、第一二極管D1和斬波主回路。本實(shí)用新型針對(duì)斬波開關(guān)管并聯(lián)均流困難的問題，提供了一種壓控電阻的結(jié)構(gòu)和控制方式，可控電阻由光電耦合器、外環(huán)控制電路、外環(huán)給定電路、外環(huán)霍爾電流傳感器、電壓采樣電路構(gòu)成的外環(huán)負(fù)反饋控制回路控制，通過選擇和切換外環(huán)霍爾電流傳感器和電壓采樣電路輸出的反饋信號(hào)，獲得“恒流”、“恒流+外拖”和“平硬”外特性曲線輸出，滿足“氬弧焊”、“低氫焊條手弧焊”、“纖維素焊條立向下焊”對(duì)焊機(jī)外特性曲線和焊接工藝性能的要求。
文檔編號(hào)H02K3/16GK201947114SQ20102068689
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者劉明宇, 彭書松, 李紅, 鄭勇, 陳朝禮 申請(qǐng)人:重慶運(yùn)達(dá)科技有限公司