CN2030523U - 矿用直流电源可控硅逆变电焊机 - Google Patents

Abstract

一种矿用直流电源可控硅逆变电焊机，由逆变主回路，触发控制电路，50HZ逆变电源电路和启动电路组成。本焊机为直流电源供电，适用于电源电压变化较大的井下运输系统。它体积小，重量轻，空耗小，效率高，具有电源波动补偿能力，可在180-320V，450-700V电压下正常工作，整机可靠性好。此焊机为更新换代产品，用户已遍及全国十几个省市。

Description

本实用新型属于一种矿用直流电源可控硅逆变电焊机。（HO2M）

利用可控硅逆变技术制作的弧焊机是近几年才研制成功的新产品，它具有体积小，效率高，输出功率稳定，节约稀有金属等优点，所以国内外都有一些同类产品。

这些逆变弧焊机的共同特点都是采用一相或三相交流电源供电方式，它们只适用于地面具有交流电源的场所。

国内外交流电源逆变弧焊机原理方框图（见图1）

如美国cyclomatic工业公司的powcon可控硅逆变交流电焊机原理图（见图2）。

它的输入为三相380V的交流电源，经过Z1－Z6的整流，R1、L1、C1、C2滤波变为直流，供可控硅串联逆变回路SCR3、SCR4变为高频电流，经变压器B1、D3、D4整流二极管提供直流焊接电源。图1中方框Ⅱ为触发控制电路板（此电路未公开）a、b、c、d、e、f各监测点提供不同的信号保证焊机稳定工作。H、I、J、K为控制板输出的触发可控硅的信号，控制板所需低压直流电源由A、O接入，经降压稳压后供触发电路板使用。

Powcon焊机的逆变主回路是采用PFM脉冲频率调制的串联可控硅逆变电路，可控硅在RLC回路中利用电流过零自然关断。此焊机为了限制在空载状态和断弧状态时变压器产生的反向高电压，防止电容器C3－C6的过充而损坏，故设计了由D1、D2、SCR1、SCR2、DW1、DW2、R5－R9组成的瞬时电压吸收电路。这个电路安装复杂，成本较高。

Powcon焊机工作于电压比较稳定的三相交流电源，用三相整流器Z1－Z6将交流电变为直流，以供逆变电路工作，其供电电源稳定可靠。本实用新型的焊机工作于直流电源，不需要整流装置，但它工作的直流电源是煤矿井下运输巷道供电机车使用直流电源，电压波动范围很大。（450－700 ），或（180－320 ）电机车启动和行走时会产生较大的火花干扰，所以Powcon焊机不能适应此工作条件。

本实用新型的目的是设计一种能利用井下裸体的直流电机车架线为焊机电源，能在电压波动很大的条件下工作，且体积小，重量轻，效率高的矿用直流电源可控硅逆变电焊机。

本实用新型焊机的方框图见图3。

本实用新型的焊机为直流电源供电，且适用于电源电压变化很大的井下运输系统。

此焊机的逆变主回路采用PFM脉冲频率调制的串联可控硅逆变电路，由于提高了逆变频率，使其体积缩小，重量减轻。可控硅在RLC回路中利用电流过零自然关断，其吸收保护电路采用2只TVP1、TVP2瞬时电压抑制二极管来完成。从而简化了电路，降低了成本，提高了可靠性。

该焊机的工作原理（见图4）。

直流电源正极经BX、ZD1、R1再进入L1和ZC1组成的LC滤波电路。

由SCR3、SCR4、B1、R12、C7、R13、C8、RY1、RY2、L2A、L2B、ZC2、ZC3、ZD2、ZD3、TVP1、TVP2、R7组成半桥式串联逆变电路。其逆变过程为：接通直流电源，当触发电路Ⅱ产生的两路输出交替脉冲信号（其触发电路板的波形见图6）使SCR3导通时，ZC2的放电电流由ZC2上端→L2A→SCR3→B1→ZC2下端，ZC3的充电电流由电源“＋”→L2A→SCR3→B1→ZC3→电源“－”，从而主变压器B1次级便感应出正半周电压。当ZC3充电电流小于可控硅的维持电流时，SCR3自行关断。当触发电路的脉冲使SCR4导通时，ZC3的放电电流由ZC3的上端→B1→SCR4→L2B→ZC3下端，ZC2的充电电流由电源“＋”→ZC2→B1→SCR4→L2B→电源“－”，从而主变压器B1的次级又感应出负半周电压。当ZC2充电电流小SCR4的维持电流SCR4自行关断。这样SCR3、SCR4每交替开通和关断一次，在B1的次级上就感应出一个周波的交流电压，而且每秒钟开通和关断的次数越多，逆变频率就越高，在本焊机逆变频率的高低与输出焊接电流成正比，另外本焊机的外特性，电流调节，也是借助改变频率而获得的。

为了保证SCR3  SCR4两只可控硅交替换流的可靠性避免换向失败（即不致发生两只可控硅同时导通造成电源短路现象）在电路中，从SCR3  SCR4阳极通过R10、R11取出关断信号，进入触发电路Ⅱ的M、N端，使之任意一只可控硅由导通到关断时，产生一个控制信号作为另一只可控硅触发信号的必要条件。就是说：SCR3不关断，SCR4控制信号加不上或SCR4不关断SCR3控制信号加不上，因而保证了焊机工作的稳定性和可靠性。

本焊机的整流输出及滤波电路由D3、D4、L3、L4、ZC7组成，整流回路串联的分流器FL产生的电压降进入触发电路Ⅱ的E、F端作为反馈信号来改变触发电路的脉冲频率以实现焊机的外特性和自动稳定焊接电流的功能，另外从输出端的正极引入触发电路Ⅱ中的P端以控制本焊机在适应的电压波动范围内能够保证一定的空载输出电压。

本焊机采用一档电流调节用的电位器ZW1三端分别接在触发电路Ⅱ中的Q、R、S中，改变ZW1的阻值，即能改变电流的输出。

本焊机与美国Powcon焊机有如下不同之处：

1、本焊机电源输入端是直流供电，而Powcon焊机是交流供电。

2、本焊机有50HZ逆变电源，而Powcon焊机没有。

3、本焊机电压吸收电路为TVP控制，而Powcon焊机为SCR控制。

4、本焊机整流输出二极管的阳极接变压器的初级，而Powcon焊机的二极管阳极接变压器的次级。

5、本焊机采用一档电流调节，电路中没必要改变换向电容容量及整流输出滤波电容器的容量，Powcon焊机采用二档粗调电流调节，所以需要改变换向电容及整流输出滤波电容的容量。

此焊机的工作直流电源是煤矿运输巷道供电机车使用的直流电源，出煤班时电机车全部开动，直流电压大幅度下降，检修班时电压又大幅度升高，再加上电机车启动和行走时产生较大的火花干扰，即较多的高次谐波电压，由上述原因产生的暂短的瞬时过电压很可能损坏可控硅。为适应这种波动范围较大的直流电压，在逆变主回路的可控硅SCR1、SCR2的两端上各并联一只压敏电阻RY1、RY2，以吸收过电压，保护可控硅。

为防止使用时将供电电源反接造成机内电路损坏，特设二极管D1，即使电源反接也不损坏焊机。

本焊机工作时的冷却风机需要50HZ交流电压，触发控制电路上的集成电路也需要稳定的±15V电源，所以设计了一套将直流逆变成50HZ交流电的装置（见图5），且安装了过流，过压，过温自动保护电路。保证在恶劣条件下稳定可靠的工作。

本焊机的主要技术条件为：

1、直流电源电压：Ⅰ型250V，电压波动范围180－320V

Ⅱ型550V，电压波动范围450－700V

2、电源输入功率：10KW

3、额定工作电流：250A

4、额定负载持续率：60％

5、空载输出电压：75V

6、额定工作电压30V

7、效率：80％

8、重量：35kg

9、体积：490×260×440mm

附图说明：

图1为Powcon可控硅逆变交流电焊机方框图。

图2为Powcon可控硅逆变交流电焊机原理图。

其中：Ⅱ－触发控制电路。

图3为矿用直流电源可控硅逆变电焊机方框图。

图4为矿用直流电源可控硅逆变电焊机原理图。

其中：Ⅰ－50HZ逆变电源电路

Ⅱ－触发控制电路

TVP－瞬变抑制二极管

RY1、RY2－压敏电阻

RT1、RT2－热敏电阻

FJ－冷却风机

图5为50HZ逆变电源电路原理图。

其中：Ⅱ－触发控制电路

IC－集成电路

GD－光电耦合器

FJ－冷却风机

AN1－启动按钮

图6为触发电路板的波型图。

下面结合附图5所表示的实施例对本实用新型进行详细描述：

50HZ逆变电源电路中IC为可调脉宽开关集成电路块（Cw3524），共有16脚。11脚和14脚输出相位相反的两路方波脉冲，本信号分别接入激励极BG1、BG2的基极，然后经BG1、BG2功率放大后，再经NB1推动由BG3－6组成的逆变输出电路。由于BG3、BG6和BG4、BG5的基极输入脉冲电压相位相反，而四只管子工作时是对角开通和对角关断，因而BG3的发射极，BG4的集电极的联接点和BG5的发射极，BG6的集电极联接点便产生方波，即产生交流电压。此电压供焊机的冷却风机和触发控制电路板工作。

为了提高焊机的可靠性，延长其无故障工作时间，采取如下措施：

1、设计调整电路，保证逆变板逆变主回路稳定工作。

在逆变电路中，为了保证BG3－6逆变输出电路的正常工作，在BG3、BG6关断时和BG4、BG5导通时，必须有一段间隔时间（即为死区时间），这样可以避免导通的管子发生直流短路而导致两只管子同时击穿的现象，这个间隔时间的长短可调整NR2、NR3获得。

整个逆变频率的高低取决于NC4、NR4，其数值越大，频率越低，反之亦然，此逆变频率为50HZ±1周。

2、光电隔离电路：

IC集成电路的第10脚为关闭控制端。当加入此端的电压大于某数值时，IC输出停止工作。为了保证集成块正常工作，利用GD光电耦合器的光电传递信号而电极隔离的特点，将逆变回路的高压部分与IC的低压部分隔离开来，提高了可靠性。

3、过流保护电路：

当三极管逆变回路的输出端过载或短路时，监测过流电阻NR14产生的电压降，经过ND6使之电压高于NDW2稳压值时，GD光电耦合器工作，致使IC无输出，BG3－6逆变器停止工作，起到了保护作用。第11、14脚立即无输出，BG3－6三极管因失去基极驱动电压亦停止逆变。因这一过流反馈过程的存在，避免了BG3－6三极管的损坏。

4、过压保护电路：

因本焊机供电电源电压极不稳定，有时电压过高，因而损坏电焊机逆变主回路的可控硅和风机，为了避免这种现象发生，在电路中加了电阻NR11、AW1和ND5。调整NR11可使直流电压波动上升额定值的27％时，ND5导通，GD光电耦合器工作，致使IC无输出，逆变器停止工作，从而起到了保护作用。

5、过温保护电路：

为了避免在使用焊机时，焊工超额定负载持续率焊接或切割而引起变压器或整流输出二极管过热而损坏，电路中设有RT1、RT2、ND2、ND3、NR5组成的保护电路。当RT1（装在整流输出二极管的散热器上）和RT2（装在主变压器的两个线包中间），在温度超过上限温度值时，RT1、RT2的阻值发生变化使集成块IC第4脚过流检测端电位发生变化，从而迫使IC停止工作。

6、抗干扰电路：

电焊机在工作时，将产生强大的电火花干扰，特别是对集成电路组成的50HZ逆变电源影响更大，为此设计了由罐形磁心绕制的线圈NL1，它有效的消除了干扰而且消除了本焊机在引弧时逆变电源的停振现象。

7、启动电路：

手动启动按钮AN1。当直流电源接入时，焊机不工作，即50HZ逆变电源不工作。此时电源通过AN1的常闭接点与电阻NR1给电容NC1充电。开机时，按下AN1，NC1、NR1与电源隔离，NC1通过NR1、AN1的常开接点向IC供电，为防止瞬时高电压在对电路放电中引起电路损坏，在IC的正负直流输入端接入稳压管NDW1，将启动电压限制在15V，此时逆变电源工作，逆变输出端输出交流电压，冷却风机和触发控制电路立即工作，同时触发控制电路便产生15V的直流电压，将此电压通过NL1反馈到逆变电源电路中去，以供IC长期安全工作下去。

本实用新型的优点是：体积小，重量轻，空耗小，效率高，搬运移动方便，不占道不影响井下运输。并且还具有电源波动补偿能力。在焊接引弧时，具有焊条防沾功能，如万一焊条沾住，在一秒钟之内，焊机自动降低电流避免过载。在改变焊接电弧长度时，也能保证供给稳定的功率。此焊机可在180－320V，450－700V电压下正常工作，空载电压基本稳在75V。由于可控硅参数选用余量大，触发控制电路板采用集成电路化，使得整机可靠性大大提高。

Claims (4)

1、一种矿用直流电源可控硅逆变电焊机，它采用PFM脉冲频率调制的可控硅串联逆变电路为主回路和触发控制电路组成，其特征是将50HZ逆变电路Ⅰ和启动电路接入焊机电路中，使之产生50HZ交流电源，供风机，触发电路Ⅱ工作，50HZ逆变电源电路中的IC为可调脉宽开关集成电路块，它的输出信号经三极管BG1、BG2，变压器NB1推动BG3-6组成的桥式逆变电路；在50HZ电路中接入NR2、NR3，以使BG3、BG6关断和BG4、BG5导通时有一个间隔时间；利用光电耦合器，将逆变主回路的高压部分与IC的低压部分隔离开；电路输出端过载或短路时，接入监测过流电阻NR14、ND6、NDW2，通过GD光电耦合器NR10、ND4，致使IC停止工作；当电源电压超过焊机所适应的电压时，电路中接入R11、NW1、ND5、NDW2，GD光电耦合器工作，致使IC无输出，逆变停止工作；电路中设计了由罐形磁心绕制的线圈NL1，消除焊机在工作时逆变电路的干扰。

2、如权利要求1所述的电焊机，其特征在于50HZ逆变电源电路中接入NR4、NC4，确定50HZ逆变频率。

3、如权利要求1所述的电焊机，其特征在于外接热敏电阻RT1、RT2，通过逆变电源中的ND2、ND3、NR5、NR9组成过温保护电路。

4、如权利要求1所述的电焊机，其特征在于IC集成电路块的正负直流输入端接入稳压管NDW1，将启动电压限制在15V。

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