一种具有VRD装置的焊接切割电源

实用新型专利说明书一种具有 VRD 装置的焊割电源技术领域本实用型涉及焊接/切割设备，尤其是一种具有 VRD 装置的焊割电源背景技术焊割电源，是一种为焊接电弧或者切割电弧提供电压电流的电源装置。由于焊接和切割的工艺要求的特殊性，往往要求焊割电源提供足够高的焊接和切割电压，这 种高电压已经远远超出安全电压36V。目前大量使用的焊割电源均存在不安全因素，操作人员 被焊割电源输出电压电击的可能性非常大。发明内容本实用新型要解决的问题是：采用独特的电压减低装置，英文缩写为VRD。该装置的作用 是，在非焊接或切割作业时，将焊割电源输出电压减低到安全电压范围内，只有在焊接或切割 作业时，才输出足够的焊接或切割电压。这就能保证操作者既能正常进行焊接或切割工作，又 使得在更换焊条或其他需要接触电极的操作时，焊割电源输出的是很低的，很安全电压。为达到以上目的，本实用新型“一种具有VRD装置的焊割电源”包括按设备的电功率流向 而顺序连接的：输入EMC电路、一次侧整流滤波电路、逆变电路、隔离变压器和二次侧整流滤 波电路。弱电部分的VRD控制电路、主控制板电路等，并且，VRD控制电路和二次整流滤波电路 双向联通。附图说明图一是本实用新型的电路方框图图二是本实用新型的主回路电路原理图 图三是本实用新型的主控制板电气原理图 如图一所示：一种具有VRD装置的焊割电源，包括按设备的电功率流向而顺序连接的：输 入EMC电路1、一次侧整流滤波电路2、逆变电路3、隔离变压器4和二次侧整流滤波电路5。 以及VRD控制电路6、主控制板电路7等，并且，VRD控制电路和二次整流滤波电路双向联通。图一中各电路的构成和具体相互连接关系见图二和图三。 如图二，主回路电路原理图所示：输入滤波电路1由电源开关S1，差模滤波电容C28和C33,共模滤波电容C29, C30，C31， C32以及共模滤波电感L1组成。电网干扰信号通过上述滤波器的滤除，使得本焊割电源免受外 界电磁干扰，提高稳定性；同样，本焊割电源产生的电磁干扰信号会也会被上述滤波器滤除， 使得本焊割电源不会对外界产生电磁干扰，提高其他设备的稳定性。一次侧整流滤波电路2由整流桥BR1和电容C35,C36,C39和电阻R42组成。送入焊割电源 内的交流电压电流通过整流桥BR1整流成直流电压电流，经过电容C35,C36,C39等滤波后送往 逆变器3。其中：电阻R42是泄放电阻，在关机时泄放掉电容C35,C36,C39里的电荷以保证安全。逆变电路3由四组绝缘栅场效应电力开关器件Q1，Q2, Q3, Q4桥接而成，R43、R44、R50、R49分别为四组绝缘栅场效应电力开关器件的栅极串联驱动电阻。而R46和C37； R45和C38； R47和C40； R48和C41分别为四组绝缘栅场效应电力开关器件两极（对于MOSFET器件为D和S 极，对于IGBT器件为C和E极，对于MCT器件为A和K极）并联的阻容吸收电路。主控制板电路插座A1和A2输出的四路PWM信号分别有序的送到四组绝缘栅场效应电力开 关器件Q1，Q2, Q3, Q4上，让其按Q1和Q4； Q2和Q3分别同时导通，而Q1和Q2； Q3和 Q4 相位相差 180o 导通。这样的交替导通，就会将直流电压电流逆变成中频交流方波电压电流， 该中频交流方波电压电流送至隔离变压器T5的一次侧。隔离变电路4由具有一次侧绕组和二次侧绕组的中频变压器T5担当，隔离变压器T5 一次 侧一头接逆变桥的桥臂中点，另一头穿过一次侧电流互感器T4后接逆变桥的桥臂另一中点；其 二次侧接到二次侧整流滤波电路5，二次侧整流滤波电路5为一具有中心抽头的全波整流电路。 一次侧绕组和二次绕组是通过绝缘材料安全绝缘的。二次侧整流滤波电路5由快恢复整流二极管D16, D17滤波电感L2以及阻容吸收电阻R51, R52 和阻容吸收 C42， C43 等组成。主控制板电路 7 由 PWM 脉宽调制电路,隔离驱动电路,电流给定和电流反馈电路,过流保 护电路，欠压保护电路，VRD控制电路6以及相应的辅助电路等构成。具体电路结构描述如下： 参见图三主控制板电路电源系统：1，从变压器T3 (图二所示)次级双27V绕组通过插座A3引进主控制板，通过整流二极 管 D11， D12， D13， D14 整流后 C22， C23 滤波，再经过三端稳压集成电路 U7(LM7824)， U5(LM7815)，U6(LM7805)和 U4(LM7915)稳压。分别输出+24V，+15V，+5V，-15V 直流电压， 这组电压为主控制板电流反馈和PWM调制等电路以及数字电流表供电。2，电阻R37，R38和C19组成焊割电流显示电路。3，由集成电路U2D，电流调节电位器RT2, RT3，以及电位器RT1，电阻R34和电阻R36 组成电流给定电路，C20和R39组成电流反馈电路。集成电路U2C和电阻R31，R32稳压二极 管ZD1，电容C18等组成误差放大器，二极管D8和电阻R30，R29电容C17等组成误差信号 钳位、衰减和滤波电路。4，集成电路U1，U2A和U2B组成了欠压保护和电流型PWM电路，其中，集成电路U2A 及其周围元件组成欠压保护电路，集成电路U2B及其周围电路组成斜波补偿电路，快恢复二极 管D3, D4, D9, D10和采样电阻R22以及高频滤波电容C14等组成逆变电路一次侧中频交流 电流波形采样、整流、高频滤波电路。5, MOSFET管M1, M2, M3, M4和其对应的驱动电阻R8, R21, R9, R23,脉冲变压器 T1, T2组成脉冲放大和隔离电路，由快恢复二极管D2, D5, D6, D7；电容C5, C6, C15, C16；电阻R10, R11, R12, R24, R25, R26, R27, R28等组成驱动脉冲脉冲上升沿下降沿整 形处理电路。6, 由集成电路U3,和电阻R33, R35, R40,电容C21,二极管D15和稳压二极管ZD2 组成 VRD 控制电路。一，电流给定和反馈以及PWM调制和输出的实现：由RT2和RT3给出的焊割电流给定信号一路经过集成电路U2D反相放大后，变成负的电 流给定电压信号；另一路通过电阻R37, R38分压，电容C19滤波后送到数字显示表DGM1 上, 作为焊割电流的显示。插座A6外连接的分流器取到的是正的电流反馈电压信号。电流给定电压 信号通过R34和RT1,电流反馈电压信号通过R39在误差比较点B点进行比较，其结果通过集 成电路U2C等组成的PI调节器处理后通过R30送到U1的5脚。由电流互感器T4采样的一次侧逆变电流信号经过快恢复二极管D3, D4, D9, D10整流， 经采样电阻R22以及高频滤波电容C14后得到，反应一次测电流大小的直流脉冲电压信号，此 信号一路由R7送至U1的16脚，构成过流保护电路。当一次侧逆变电流异常增大U1的16脚 会得到一个较高电压，U1内部立即封锁脉冲信号，使电源停止输出。另一路经R18送到U1的 4脚，同时U2B将U1的8脚的锯齿波信号射随后通过R13, R14, C7, C9组成的阻容网络后， 也送到U1的4脚，用来为一次测电流的直流脉冲电压信号作斜波补偿。两信号合成后与U1的 5 脚送来的误差信号在 U1 内部进行比较,得到 PWM 信号,通过死区形成,分频锁相后从 U1 的14脚和11脚输出相位相差1800，且具有一定死区时间的PWM信号。二,焊割电源超温保护电路的实现 焊割电源采用的绝缘栅型电力开关半导体工作时都会产生热损耗,会使半导体自身和其散 热器的温度升高，而半导体的工作温度有一定范围，超出范围会损坏半导体器件。插座A7外连 接一只常开温度继电器TS1。当温度正常时，温度继电器TS1是断开的A点电位不受影响，可 正常焊割；当温度超高时，温度继电器TS1闭合，A点被接地，电位变为零焊割电源停止输出， 从而起到过热保护的效果。温度继电器 TS1 安放在绝缘栅场效应电力开关器件 Q1， Q2， Q3， Q4 所在的散热器最热处的表面上。三，电压减低装置VRD的实现：VRD控制电路由集成电路U3,电阻R33, R35，电容C21,稳压二极管ZD2和二极管D15 组成。开关S2是VRD选择开关，LED1为VRD显示灯。当VRD选择开关S1断开时，+24V直流电压不能送到C点，同时VRD显示灯LED1不亮, 集成电路U3截止，A点电位不受影响，焊割机一直处于输出状态。当VRD选择开关S1闭合时，+24V直流电压送到C点，同时VRD显示灯LED1点亮，表 明 VRD 功能已启动。这时：若没有进行焊割工作，+24V电压经过开关S1加到C点，电流流向是：一路+24V - 开关S1- R33 - R40 -D15 - 焊割电源输出正端P;另一路：+24V - 开关S1- R33 - 集成电路U3的1脚和2脚一稳压二极管ZD2 -主控制电路板电源地。此时，电容器C21很 快就通过限流电阻R35被充满电荷，电容C21两端就有了电压。于是集成电路U3的一次侧就有 电流流过，其内部的发光二极管发光，使得其内部光耦三极管受光，所以集成电路U3的3脚和 4脚饱和导通，将A点电位拉至接近于零电平，PWM停止输出，焊割电源的逆变电路停止工作。 主功率回路没有能量传送，二次整流电路没有电流电压输出。但由于稳压二极管 ZD2 的作用， 在焊割电源输出端会输出一个电压和稳压二极管ZD2的稳压值相等的电压，一般的，ZD2可选取 12V-20V的稳压二极管，这样，焊割电源输出的电就是安全电压（小于36V）,操作者接触电极 是安全的，可以进行诸如更换焊条，更换割嘴等等必须和带电电极接触的操作。当操作者焊割时，会将焊条或割嘴和工件短路，此时二极管D15的K极和焊割电源输出负 极短路，通过二极管D15和电阻R40的作用，使得集成电路U3的1脚电位被拉低，稳压二极 管ZD2截止，集成电路U3内部发光二极管不发光，内部光耦三极管不受光，集成电路U3的3 脚和4脚截止，A点电位不再受集成电路U3的影响，PWM输出脉冲，焊割电源就会按照设定的 电流给定输出相应的焊割电流，这样在焊割电源二次侧整流二极管后面，输出电抗器L2前面具 有了底值为零的脉冲电压，该电压通过插座A6，送至二极管D15的K极，脉冲为高时，D15截 止，但脉冲为低时，二极管D15就会导通。二极管D15截止时，电容器C21会通过和其串联的 限流电阻R35对电阻R33放电；二极管D15道通时又会通过电阻R40和限流电阻R35继续为电 容器C21补充电，选电阻R40远远小于R33，使得充电电荷远大于放电电荷，于是电容器C21 上的电压一直保持着，集成电路U3的1脚和2脚一直会没有电流流过，因此A点电位一直不会 受到集成电路U3的影响，焊割电源正常工作，正常输出。当操作者停止焊割时，会将焊条或割嘴拉开远离工件，此时二极管D15的K极悬空。二极 管D15和电阻R40不会有电流流过，于是对电容器C21的充电结束，而电容器C21通过和其串 联的限流电阻 R35 对电阻 R33 放电过程却一直进行着，一段时间后，因电容器 C21 的放电，集 成电路U3的1脚电位逐渐上升，最后使得稳压二极管ZD2导通，集成电路U3内部的发光二极 管发光，使得其内部光耦三极管受光，集成电路U3的3脚和4脚再次导通，将A点电位拉低， 使 PWM 停止输出，焊割电源主功率停止输出。此后，在焊割电源输出端又会只有由稳压二极管 ZD2决定的安全电压（12V-20V）。电容器C21和电阻R33决定了放电时间，也就是决定了焊割操 作结束后，输出焊割高电压的保持时间。操作者可以在这个时间过后进行诸如更换焊条，更换 割嘴等等必须和带电电极接触的操作。这样，本实用新型就达到了焊割电源在焊割时输出焊割需要的电压，在焊割操作停止后， 焊割电源会减低输出电压至安全电压以下，确保焊割设备操作者的人生安全。