礦用晶體管直流高壓逆變電焊機制造技術

礦用晶體管直流高壓逆變電焊機，是一種以能在８００伏直流高壓下逆變的晶體管大功率電源為核心制造的超小型便攜式高頻脈沖弧焊機。輸入直流電壓１８０伏至８００伏，焊接電流１０安至４５０安，空載電壓５伏，輸出功率１２千瓦，脈沖頻率１６至３０千周；具備脈沖電流、電壓、頻率、脈寬可調及恒流、恒壓焊接外特性；具有空載節電、防觸電功能；其電弧穩定、飛濺小、成形美觀、且熔深大、效率高、焊接規范易于精確控制，屬于一種高效節能高質量新型焊機。（*該技術在2007年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于晶體管逆變式電氣焊接設備。目前國內煤礦、冶金、化工等礦山井下大巷運輸工具仍以架線電機車為主。由于作為驅動架線電機車動力的直流供電線路，其正極是架空線，負極是巷道中的道軌，而道軌系采用夾板、螺釘聯接固定，接觸電阻大。在井下大巷運輸線路長達數公里甚至十幾公里的情況下，因道軌接觸電阻所產生的電壓降有的高達100伏以上，這樣不僅造成很大的電能損耗，而且還會產生雜散電流嚴重干擾井下通信。為此國家煤炭部要求井下軌道全部進行無縫焊接，但是由于井下運輸大巷距離長，220伏單相交流電源和380伏三相交流電源不易解決，使現有各種常規電焊機無法在井下大巷使用。據了解國內有的廠家專為礦井大巷生產的直流電動機帶發電機組電焊機，重達1.1噸，搬運使用很不方便。而最近出現的幾種可控硅逆變電焊機，有的仍重達180公斤，有的雖輕一些，但輸出焊接電流小，不能滿足使用。普遍存在體積大，噪聲大，干擾大，效率低，可靠性差，焊接特性差等缺點。據查在原理上與本專利技術最接近的已有技術是美國ASTRO-MATIC公司生產的E-300-P型TIG晶體管弧焊電源，以及國外市場上出現的晶體管逆變式交流焊接電源。(其電路可見清華大學何方殿主編“弧焊整流電源及控制”一書中118頁至119頁中圖3-12至圖3-15)。已有技術與本專利技術雖然都屬于晶體管脈沖弧焊電源，但已有技術的前者是在50伏低壓下工作的電流截止反饋式晶體管脈沖弧焊電源;已有技術的后者是單相交流電源整流后逆變輸出功率3千瓦的交流弧焊電源;而本專利技術則是應用在缺乏單相或三相交流電源的礦山井下大巷，直接利用架線電機車用架空線直流高壓進行逆變的脈沖弧焊電源。同已有技術相比，本專利技術直流逆變工作電壓高達800伏;電網電壓變化范圍大，為400伏～800伏;(已有技術工作直流電壓最大僅為300伏，電壓變化一般為±10%)，輸出功率大，為12千瓦;(已有技術3千瓦)等。故本專利技術不僅在電路設計上有明顯獨特的技術特征，而且在使用性能上與已有技術相比也有著重大實質性的區別。針對上述問題，本專利技術的目的是從礦山井下大巷軌道焊接及設備維修這一特點出發，運用新型器件與電子技術研制適用于井下大巷實施電弧焊，而不需交流電源，直接利用架空線直流高壓作為電源供給的一種體積小，重量輕、便于攜帶、使用方便、焊接性能優良，安全可靠的晶體管新型逆變電焊機。本專利技術是按如下方式實現的本專利技術主要由電源輸入電路，輔助逆變電源、200KHz高頻引弧電路，12千瓦高壓大功率逆變電源四大部分組成。以下將結合附圖對本專利技術作進一步的詳細描述。附圖1為本專利技術之方框圖。圖中A為限制浪涌電壓、浪涌電流輸入濾波電路，B為輔助逆變電源，C為主控制電路，D為頻率調正和死區控制電路，E為高速大功率驅動電路，F為此例電壓產生電路，G為大功率逆變電路，H為焊接輸出電路，I為焊接電流檢測電路，J為焊接電流控制及顯示電路，K為焊接電壓控制顯示電路，L為空載檢測控制節電及防觸電電路，M為大功率晶體管組溫度檢測及過熱保護電路，N為大功率晶體管組過壓過流高速保護電路，O為引弧控制電路，P為引弧驅動電路，Q為高頻引弧功率轉換電路，R為引弧可變電源電路，S為引弧功率輸出峰值型取樣電路及功率限制電路，T為引弧頻率調正電路。附圖2為輸入直流電壓400V～800V或180V～360V，輸出功率為12KW，焊接電流調節范圍為10A～450A，最大焊接電流500A，空載電壓5V，引弧電壓60～80V，焊接主脈沖電流頻率為16KHz～30KHz，引弧和維弧脈沖電流頻率為100KHz～200KHz，整機效率達90%以上，具有恒流和恒壓焊接特性，具有空載節電和防觸電安全保護功能的晶體管逆變電焊機電原理圖。因電路復雜，故分別繪在2a～2e5張圖上。現以圖2為例，闡述本專利技術各部分電路的原理、構成和功能。輸入限壓、限流濾波電路〔A〕由YM1、L3、SCR1、R1、C4～C7等電路組成。壓敏電阻YM1對電網輸入的瞬間浪涌電壓吸收限壓。電阻R1可以阻止在開機瞬間因對濾波電容充電而形成很大浪涌電流的產生。電容充電完畢后，輔助逆變電源〔B〕輸出電壓經D17整流、C3濾波后，觸發SCR1;SCR1導通后將R1短路，避免在正常工作中R1產生過大的功耗。阻流圈L2與電容C4～C7組成濾波電路，用以防止電焊機工作時，整機電路與輸入電網之間的相互干擾;同時C4C6與C5C7的串聯分壓又為半橋式大功率轉換級提供了中點電位。輔助逆變電源〔B〕由集成開關電路IC1、BG1～BG6、D2～D26、B1～B3、R6～R27、C8～C19等組成。當接通電源后，由R6～R8、D3、D4、SCR2組成的啟動電源供給集成控制電路IC1(SG3524)及由BG1～BG4等組成的驅動電路以20V左右的低壓電。這時IC1的11、14腳交替輸出方波脈沖，經驅動電路放大后，由B1、B2的次級輸出;再經D7～D12組成的抗飽和電路，推動高壓開關管BG5、BG6工作。從而使高頻變壓器B3次級感應出相應脈沖電壓，再經D18～D25整流后，形成各種低壓直流;分別供給大功率逆變級的主控制電路〔C〕，高速大功率驅動電路〔E〕以及引弧電路等所需低壓直流電源。主控制電路〔C〕由集成開關電路IC2、D26、D27、R35～R42、C20～C23等組成。頻率調正電路和死區控制電路〔D〕由BG7、R28～R31、W3以及BG8、R32、R33等組成。主控制電路〔C〕中IC2采用集成開關電路SG1524。C21與R30、R31、W3等決定SG1524的振蕩頻率。根據焊接需要調節W3即可調正輸出脈沖頻率。IC2的11、14腳交替輸出方波脈沖激勵高速大功率驅動級〔E〕。IC2的4腳為其內部電流限制運算放大器的輸入端，控制4腳的輸入反饋電壓即可控制IC2輸出脈沖的寬度，也就是調節了IC2輸出脈沖的占空比。本專利技術利用IC24腳的脈寬控制特性作為整機輸出焊接電流調節及恒流輸出控制的反饋輸入控制端。同理IC2的1腳為其內部電壓運算放大器的反相輸入端，控制1腳輸入反饋電壓也相應調節了IC2輸出脈沖的占空比。利用此特性，本專利技術作為整機實現恒壓焊接輸出的反饋控制端。BG7與R28、R29的作用是隨電網電壓的變化自動調節IC2輸出脈沖頻率。調正頻率的目的，是為了保持整機輸出電壓不因電網輸入電壓的大幅度升高而產生太大的變化。一般情況下，因恒流控制電路的作用，大功率輸出級〔G〕輸出脈沖寬度隨電網輸入電壓的升高而變窄，即占空比減小。其結果是占空比越小，輸出脈沖中的諧波含量越大。這不僅對電網會造成較大的干擾，而且逆變損耗也會相應增大。本頻率自動調正電路的作用是當電網電壓升高時，其使IC2輸出頻率增高;而焊接輸出回路，因阻流圈L17引弧變壓器B8次級回路電感對高頻脈沖阻抗變大的機理，使輸出焊接電壓不會因電網電壓升高而升高;這樣其結果自然是相對避免單純調正占空比而加重輸出高次諧波分量，增大損耗的缺點。死區控制電路的作用是當電網電壓升高時，BG8阻抗減小，使IC2輸出脈沖死區相對加大。從而切實避免因頻率升高導致IC2輸出，大功率驅動電路，大功率管組基極復合電流等綜合因素造成相對死區減小，有可能使逆變級產生“共同導通”而損壞高反壓大功率管組的危害。高速大功率驅動電路〔E〕由IC3、IC4、BG9～本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種礦用晶體管式直流高壓逆變高頻脈沖電焊機，是由輸入電路、輔助逆變電源，引弧高頻電源，高壓大功率逆變電源，焊接輸出回路等組成。其特征是具有高速大功率驅動電路，比例電壓產生電路，過流過熱保護電路，主控制電路中死區調正，頻率調正，軟啟動電路，焊接電壓、電流控制電路，防觸電和空載節電控制電路，高頻引弧及其附屬電路以及采用新型熱管散熱裝置等。

【技術特征摘要】
1.一種礦用晶體管式直流高壓逆變高頻脈沖電焊機，是由輸入電路、輔助逆變電源，引弧高頻電源，高壓大功率逆變電源，焊接輸出回路等組成。其特征是具有高速大功率驅動電路，比例電壓產生電路，過流過熱保護電路，主控制電路中死區調正，頻率調正，軟啟動電路，焊接電壓、電流控制電路，防觸電和空載節電控制電路，高頻引弧及其附屬電路以及采用新型熱管散熱裝置等。2.按照權利要求1所述的電焊機，其特征是由IC3、IC4、BG9～BG18、D28～D29等組成的高速大功率驅動電路。3.按照權利要求1所述的電焊機，其特征是由輔助逆變電源〔B〕中B3、D19～20、D22～23、L5、L7、C15、C17及感應電壓電路中B6、D34～D37、L11～12、C28等組成的比例電壓產生電路。4.按照權利要求1所述的電焊機，其特征是由IC6、D45、BG32、BG33、R73等組成的高速過流保護電路，以及由IC5、D43、D44等組成的過熱保護電路。5.按照權利要求1所述的電焊機，其特征是由BG7、R28～R31、W3、IC2組成的頻率調正電路，由R32、R33、BG8、IC2、R38、D26～27等組成的死區控制電路，以及由R6...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張作慶，孫萍，
申請(專利權)人：張作慶，孫萍，
類型：發明
國別省市：37[中國|山東]