用于交流氬弧焊的能量回收裝置和交流氬弧焊接電路的制作方法
1.本發明涉及交流氬弧焊技術領域，具體涉及一種用于交流氬弧焊的能量回收裝置和交流氬弧焊接電路。
背景技術：
2.在鋁、鎂及其合金的焊接中，廣泛采用交流tig（鎢極氬弧焊）工藝，保護氣體為氬氣或氦氣。在交流負極性的半波里，鎢極為正，電弧具有清除氧化膜的作用，在交流正極性的半波里，鎢極為負，電弧可以增加焊縫熔深并提高鎢極載流能力。交流氬弧焊焊接回路的電流需要按照一定的頻率切換電流方向，焊接回路里有一個電感量較大的電抗器，并且焊與地線構成的焊接回路可能帶來額外的電感。當焊接電流的方向被強制改變時，這些電感會產生很大的反向尖峰電壓，隨著焊接電流的增加，這種尖峰電壓會變得很大，對焊機內部功率器件的安全運行造成了很大威脅。因此通常需要采用專門的吸收電路把這個尖峰電流吸收掉，以確保作用在功率器件上的電壓不超過器件額定值?，F有技術中一般采用rc吸收電路，當尖峰能量很大時，需要很大的rc參數，這會在電阻上產生很大的功耗，從而降低整機的效率。
3.因此，需要一種交流氬弧焊電感能量回收裝置，在有效吸收電感換相尖峰能量的情況下，將能量返回給主電路，降低能耗，提高整機效率，以解決以上現有技術中存在的問題。
技術實現要素：
4.鑒于上述問題，提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種用于交流氬弧焊的能量回收裝置和交流氬弧焊接電路。
5.根據本發明的一個方面，提供一種用于交流氬弧焊的能量回收裝置，包括順次連接的第一整流電路、儲能模塊、比較模塊、pwm驅動模塊、逆變電路和第二整流電路。其中，第一整流電路為第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管組成的全橋整流電路，第一整流電路的輸入端連接交流氬弧焊機焊接電路中二次逆變電路的輸出端，第一整流電路適于將二次逆變電路中的電感換相產生的尖峰電壓轉換為直流電壓；儲能模塊包括至少一個儲能電容，適于存儲第一整流電路輸出的直流電壓；比較模塊適于將儲能模塊存儲的直流電壓與預設的參考電壓比較，得到輸出電平，以便控制pwm驅動模塊的啟動或關閉；pwm驅動模塊適于在開啟時驅動逆變電路將儲能模塊中存儲的直流電壓轉換為交流電壓；第二整流電路適于將逆變模塊輸出的交流電壓轉換為直流電壓，并連接至交流氬弧焊接電路中一次逆變電路的直流母線輸入端。
6.該能量回收裝置能夠將交流氬弧焊接電路中二次逆變輸出回路中電感換相產生的尖峰電壓能量，被幾乎無損的返回到一次逆變電路的直流母線輸入端，這樣，既保證了二次逆變電路中功率開關器件的可靠性，又能減少能耗。
7.可選地，能量回收裝置的輸入端連接至交流氬弧焊焊接回路中二次逆變電路的輸
出端，能量回收裝置的輸出端連接至交流氬弧焊焊接回路中一次逆變電路的直流母線輸入端。
8.可選地，儲能模塊與比較模塊的輸入端之間設置有第一電阻分壓電路，第一電阻分壓電路包括相互串聯的第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和并聯在第四電阻兩端的第一旁路電容，電阻分壓電路適于將儲能模塊中存儲的直流電壓按照預定比例輸出至比較模塊的正相輸入端。
9.可選地，比較模塊的反相輸入端連接由第五電阻、第六電阻、第二旁路電容組成的第二電阻分壓電路，第二旁路電容并聯在所述第六電阻兩端。
10.可選地，比較模塊適于在儲能模塊存儲的直流電壓小于預設的參考電壓時，輸出低電平，在儲能模塊存儲的直流電壓大于預設的參考電壓時，輸出高電平。
11.可選地，pwm驅動模塊適于在比較模塊輸出高電平時開啟，pwm驅動模塊適于在比較模塊輸出低電平時關閉。
12.可選地，逆變電路為由第一開關器件、第二開關器件、第三旁路電容、第四旁路電容和第一降壓變壓器構成的半橋逆變電路，當第一開關器件導通時，第二開關器件截止；當第一開關器件截止時，第二開關器件導通。
13.可選地，第二整流電路為由第五二極管、第六二極管構成的推挽式整流電路，第二整流電路適于將逆變電路輸出的交流電壓轉換為直流電壓，并連接至交流氬弧焊接電路中一次逆變電路的直流母線輸入端。
14.根據本發明的另一個方面，提供一種交流氬弧焊接電路，其特征在于，包括如上所述的能量回收裝置、一次逆變電路、第二降壓變壓器、第三整流電路、二次逆變電路，能量回收裝置的輸入端連接至二次逆變電路的輸出端，能量回收裝置的輸出端連接至一次逆變電路的直流母線輸入端；一次逆變電路為多個開關器件構成的全橋或半橋逆變電路，適于將直流母線輸出的直流電壓轉換為第一交流電壓；第二降壓變壓器適于將第一交流電壓降低為第二交流電壓；第三整流電路適于將第二交流電壓轉換為直流電；二次逆變電路為第三開關器件、第四開關器件、第五旁路電容、第六旁路電容組成的半橋逆變電路；第三整流電路與二次逆變電路之間連接有電感。
15.可選地，在上述交流氬弧焊接電路中，當第三開關器件導通時，第四開關器件截止；當第三開關器件截止時，第四開關器件導通，二次逆變電路通過第三開關器件和第四開關器件輪流導通使流過電感的電流方向改變，從而在交流氬弧焊接電路中產生電弧。
16.根據本發明的方案，通過能量回收裝置的一次整流、儲能、電壓比較、pwm驅動、二次整流處理，能夠將二次逆變電路中電感換相產生的尖峰電壓能量幾乎無損地返回到一次逆變電路的直流母線輸入端。既保證了二次逆變電路中功率開關器件的可靠性，又能降低能耗，提高整機效率，具有良好的經濟價值。
17.上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本發明的具體實施方式。
附圖說明
18.通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通
技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：圖1示出了現有技術中包含rc吸收電路交流氬弧焊接電路示意圖；圖2示出了根據本發明一個實施例的包含能量回收裝置的交流氬弧焊機焊接電路示意圖；圖3示出了根據本發明一個實施例的用于交流氬弧焊的能量回收裝置300的電路原理圖。
具體實施方式
19.下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。
20.現有技術中一般采用rc吸收電路吸收交流氬弧焊機流過電感的電流在強制換相時產生的尖峰電壓。圖1示出了現有技術中包含rc吸收電路的交流氬弧焊接電路示意圖，如圖1所示，交流氬弧焊接電路包括一次逆變電路1、降壓隔離模塊t1、二次逆變電路2、rc吸收電路。其中開關器件q1、q2、q3、q4以及濾波電容c4構成一次逆變電路1，變壓器t1為高頻變壓器構成降壓隔離模塊，能夠將一次逆變電路與二次逆變電路隔離。開關器件q7、q8、電容器c1、c6、變壓器t1的二次端、二極管d1、d2、d3、d4構成的橋式整流電路共同構成二次逆變電路2。r1、r2、c2、c5構成rc吸收電路，用于吸收流過電感l1的電流在強制換相時產生的尖峰電壓。由于大電流的交流氬弧焊機在強制切換電流方向時的電流很大，一般為400-630a,而且電流的變化率也很大，因此電感l1產生產生的尖峰能量很大，需要很大的rc吸收參數才能處理這個能量。此時通過吸收電阻的電流很大，產生的功耗高達幾百瓦，這個能量時完全被浪費掉的，從而導致整機效率低下。因此，為了提高整機效率，本方案采用一種無損的能量吸收方式，能夠把二次逆變的電感換相能量轉移到一次逆變的直流母線上，使能量再次利用，從而提高整機效率。
21.圖2示出了根據本發明一個實施例的包含能量回收裝置的交流氬弧焊機焊接電路示意圖。如圖2所示，能量回收裝置300的輸入端a1、a2連接至二次逆變電路的輸出端b1、b2，能量回收裝置的輸出端a3、a4連接至一次逆變電路的直流母線輸入端dc_bus+和dc_bus-。如圖2所示，包含能量回收裝置的交流氬弧焊機焊接電路包括一次逆變電路100、第二降壓變壓器t2、第三整流電路200和二次逆變電路400，第三整流電路200和二次逆變電路400之間連接有電感l2和電弧發生端口。其中，一次逆變電路100可以是全橋逆變或半橋逆變結構，本方案對此不做限定。在本發明的一個實施例中，一次逆變電路100包括由開關器件q1、q2、q3、q4以及濾波電容c15、c16構成的全橋逆變電路，一次逆變電路100可以將直流母線輸出的直流電壓轉換為第一交流電壓。開關器件可以是igbt（絕緣柵雙極晶體管）、gto（可關斷晶閘管）、mosfet（場效應管）等全控型半導體開關器件。第二降壓變壓器t2為高頻降壓變壓器，能夠將第一交流電壓降為第二交流電壓，能夠起到降壓和隔離的作用，避免一次逆變電路100和二次逆變電路400之間的相互干擾。第三整流電路200由二極管d11、d12、d13、d14構成，能夠將第二交流電壓轉換為直流電壓。二次逆變電路400包括第三開關器件q9、第四
開關器件q10、第五旁路電容c14、第六旁路電容c17構成的半橋逆變電路。當第三開關器件q9導通時，第四開關器件q10截止，當第三開關器件q9截止時，第四開關器件q10導通。二次逆變電路400通過第三開關器件q9和第四開關器件q10輪流導通使流過電感l2的電流方向改變，從而在交流氬弧焊接電路中產生電弧。為了吸收電感l2因強制改變電流方向產生的尖峰電壓，本方案提供了一種能量回收裝置，能夠將二次逆變電路中電感換相產生的尖峰能量幾乎無損的返回給一次逆變電路，既能保證二次逆變電路中功率開關器件的可靠性，又能降低能耗，提高整機效率。
22.圖3示出了根據本發明一個實施例的用于交流氬弧焊機的能量回收裝置300的電路示意圖。如圖3所示，能量回收裝置300包括順次連接的第一整流電路310、儲能模塊320、比較模塊330、pwm驅動模塊340、逆變電路350和第二整流電路，所述第一整流電路310為第一二極管d5、第二二極管d6、第三二極管d9、第四二極管d10組成的全橋整流電路，第一整流電路310的輸入端連接交流氬弧焊機焊接電路中二次逆變電路的輸出端，第一整流電路適于將二次逆變電路中的電感換相產生的尖峰電壓轉換為直流電壓；儲能模塊320包括至少一個儲能電容（c8、c9、c10），適于存儲第一整流電路輸出的直流電壓；比較模塊330適于將儲能模塊320存儲的直流電壓與預設的參考電壓比較，得到輸出電平，以便控制pwm驅動模塊340的啟動或關閉；pwm驅動模塊340適于在開啟時驅動逆變電路350將儲能模塊330中存儲的直流電壓轉換為交流電壓；第二整流電路360適于將逆變電路350輸出的交流電壓轉換為直流電壓，并連接至交流氬弧焊接電路中一次逆變電路的直流母線輸入端。
23.具體地，能量回收裝置300的輸入端a1、a2連接至二次逆變電路的輸出端（電感l2的兩端），當流過電感l2的電流方向改變時，電感l2中產生的尖峰電壓能量通過第一二極管d5、第二二極管d6、第三二極管d9、第四二極管d10組成的第一整流電路進行整流后輸出直流電壓。轉換后的直流電壓存儲在儲能電容c8、c9、c10并聯組成的儲能模塊中。儲能電容c8、c9、c10中存儲的直流電壓經電阻第一電阻r3、第二電阻r4、第三電阻r5、第四電阻r6、并聯在第四電阻r6兩端的第一旁路電容c12組成的第一電阻分壓電路分壓后，送至比較模塊（電壓比較器u1b）的同相輸入端（電壓比較器u1b的輸入引腳5）第四電阻r6和第一旁路電容c12的一端接地。電壓比較器u1b的反相輸入端（輸入引腳6）接由第五電阻r7、第六電阻r8、并聯在第六電阻r8兩端的c13組成的第二電阻分壓電路后產生一個參考電壓，第六電阻r8和第二旁路電容c13（c13并聯在r8的兩端，r8和c13的一端接地）的一端接地。通過計算電阻的參數獲得合適的分壓比，使電壓比較器u1b在吸收儲能電容c8、c9、c10存儲的直流電壓高于參考電壓值時，輸出電平翻轉為高電平，電壓比較器u1b輸出的高電平信號作為pwm驅動模塊的啟動/關閉信號：當u1b（輸出引腳7）輸出高電平時，pwm驅動模塊啟動工作；當u1b輸出低電平時，pwm驅動模塊停止工作。
24.在本發明的一個實施例中，當儲能模塊中儲能電容存儲的直流電壓高于預設電壓400v時，電壓比較器u1b輸出高電平，使pwm驅動模塊可以驅動由第一開關器件q5、第二開關器件q6、第三旁路電容c7、第四旁路電容c11、第一降壓變壓器t3組成的半橋逆變電路工作，其中，第一開關器件q5、第二開關器件q6可以是igbt、mosfet等任意一種全控型半導體開關器件。半橋逆變電路的輸出電流經由第五二極管d7、第六二極管d8構成的第二整流電路整流后輸出至一次逆變電路的直流母線輸入端（dc_bus+和dc_bus-），完成能量的回收利用。當儲能模塊中儲能電容存儲的直流電壓低于預設電壓400v時，可認為電感產生的尖峰電壓
不高，不會影響二次逆變電路中功率器件的可靠性，此時電壓比較器u1b輸出低電平，pwm驅動模塊關閉，停止能量轉移。
25.通過上述方案，通過能量回收裝置的一次整流、儲能、電壓比較、pwm驅動、二次整流處理，能夠將二次逆變電路中電感換相產生的尖峰電壓能量幾乎無損地返回到一次逆變電路的直流母線輸入端。既保證了二次逆變電路中功率開關器件的可靠性，又能降低能耗，提高整機效率，具有良好的經濟價值。
26.在此處所提供的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本發明的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下被實踐。在一些實例中，并未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。
27.類似地，應當理解，為了精簡本公開并幫助理解各個發明方面中的一個或多個，在上面對本發明的示例性實施例的描述中，本發明的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本發明要求比在每個權利要求中所明確記載的特征更多特征。更確切地說，如下面的權利要求書所反映的那樣，發明方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本發明的單獨實施例。
28.本領域那些技術人員應當理解在本文所公開的示例中的設備的模塊或單元或組件可以布置在如該實施例中所描述的設備中，或者可替換地可以定位在與該示例中的設備不同的一個或多個設備中。前述示例中的模塊可以組合為一個模塊或者此外可以分成多個子模塊。
29.本領域那些技術人員可以理解，可以對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變并且把它們設置在與該實施例不同的一個或多個設備中?？梢园褜嵤├械哪K或單元或組件組合成一個模塊或單元或組件，以及此外可以把它們分成多個子模塊或子單元或子組件。除了這樣的特征和/或過程或者單元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何組合對本說明書（包括伴隨的權利要求、摘要和附圖）中公開的所有特征以及如此公開的任何方法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書（包括伴隨的權利要求、摘要和附圖）中公開的每個特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征來代替。
30.此外，本領域的技術人員能夠理解，盡管在此所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本發明的范圍之內并且形成不同的實施例。例如，在下面的權利要求書中，所要求保護的實施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。
31.此外，所述實施例中的一些在此被描述成可以由計算機系統的處理器或者由執行所述功能的其它裝置實施的方法或方法元素的組合。因此，具有用于實施所述方法或方法元素的必要指令的處理器形成用于實施該方法或方法元素的裝置。此外，裝置實施例的在此所述的元素是如下裝置的例子：該裝置用于實施由為了實施該發明的目的的元素所執行的功能。
32.如在此所使用的那樣，除非另行規定，使用序數詞“第一”、“第二”、“第三”等等來描述普通對象僅僅表示涉及類似對象的不同實例，并且并不意圖暗示這樣被描述的對象必
須具有時間上、空間上、排序方面或者以任意其它方式的給定順序。
33.盡管根據有限數量的實施例描述了本發明，但是受益于上面的描述，本技術領域內的技術人員明白，在由此描述的本發明的范圍內，可以設想其它實施例。此外，應當注意，本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本發明的主題而選擇的。
34.因此，在不偏離所附權利要求書的范圍和精神的情況下，對于本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。對于本發明的范圍，對本發明所做的公開是說明性的而非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求書限定。
