自動切換焊機外特性弧焊發電機勵磁電流控制系統的製作方法
2023-10-31 16:35:22 1
專利名稱：自動切換焊機外特性弧焊發電機勵磁電流控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及了一種能使弧焊發電機可以根據焊機負載或空載狀態自動切換外特性的勵磁電流控制系統。
背景技術：
由於手弧焊的焊接工藝，要求弧焊發電機在引弧時擁有較高的空載電壓，以便於引弧。而在焊接過程中又要求焊機擁有較大的電流調節範圍。但使用傳統控制方法的弧焊電源空載狀態和焊接狀態實際上是一種狀態，當使用大電流焊接時電源輸出的焊接電壓比較高不存在問題，但使用小電流焊接時電源的輸出電壓會降低到一個比較低的值(30V至 50V)如此低的電壓是不利於甚至不能引弧的，且容易引起短路、粘條等問題。所以在傳統控制方法下「高空載電壓」和「寬電流調節範圍」實際上是一對矛盾，不能很好的同時滿足，主要是小電流焊接時不能具有較高的空載電壓，不利於引弧。
當前現存的專利例如「多特性內燃弧焊發電機」(發明人劉明宇；孫菊田；周子均；尚爾純，申請號02222830. 6，公開號CN2549650)利用在發電機定子內部設置不同的繞組，通過手動控制實現弧焊發電機的輸出具有平硬外特性、恆流外特性等不同的外特性， 但需要手動操作並不能實現自動切換，且仍不能解決上述問題。發明內容
為了解決上面的技術問題，本發明使用了一種使弧焊發電機的外特性可以根據負載情況自動切換的弧焊發電機勵磁電流控制系統，使用簡單的方法使弧焊發電機能夠區分不同的負載狀態並使之得到不同的外特性。使用此控制方法，弧焊發電機的外特性將表現為引弧起焊時具有較高的空載電壓，工作時具有較寬的電流調節範圍。
本發明採用的技術方案由反饋電路部分和主控制電路組成；反饋電路是通過電壓比較器集成晶片LM393的8引腳接高電平、4引腳接地，1引腳和7引腳和電源Vcc之間接上拉電阻RU R2，1引腳和7引腳分別接二極體DU D2，2引腳與電源Vcc之間接電阻R4，2 引腳與地之間接入電容Cl，2引腳接光電耦合器U的集電極，3引腳與電源Vcc之間接入電阻R5，3引腳與地之間接入穩壓二極體D3，5引腳與地之間接入穩壓二極體D4，5引腳與焊接電流信號Ui正極之間接入電阻R6，6引腳與電源Vcc之間接如電阻R8，6引腳與地之間接入電阻R7，光電耦合器U控制端正端與電弧電壓信號正端接入電阻R3，光電耦合器U控制端負端接電弧電壓信號負端，電流控制信號Ui正負兩端之間接入電容C2構成；主控制電路通過3525晶片和外圍電路構成，主控電路輸入信號Ui通過電阻R12接到三極體Q3的基極，Q3發射極與地之間接入電阻R13，Q3集電極接電源Vcc，Q3的發射極與光電耦合器正控制極之間接入電阻R14、與非門U2A之間接入電阻R15，光電耦合器Ul集電極接電位器RVl 控制端，光耦合器Ul發射極接3525的2引腳，非門U2A輸出端接三極體Q2基極，三極體 Q2集電極接電位器RV2控制端發射極接3525的2引腳，晶片3525的1引腳與9引腳相連接，5腳7腳相連接與地之間接入電容C4，6引腳與地之間接入電阻Rll，8引腳與地之間接3入電容C3，10腳12腳相連接地，13腳與電源Vcc之間接入電阻R9，11腳14腳分別接二極體D5、D6正極，15引腳接電源Vcc，二極體D5、D6負極相連接到三極體Ql基極，Ql集電極與電源Vcc之間接入電阻R10，Ql發射極接地，Ql集電極輸出P麗波形連接到IGBT門極。
本發明的有益效果本發明主控制電路採用3525晶片產生一個脈寬可調節的PWM 脈衝，控制IGBT的通斷，從而控制勵磁電流；並通過反饋電路，根據不同的負載狀態切換得到不同的控制信號，從而弧焊發電機得到不同的外特性；同時滿足弧焊發電機空載/負載時對輸出外特性的不同要求，使焊接引弧容易，焊接電流調節範圍大，焊接過程穩定，且電路簡單，成本較低，可靠性高。
圖1為本發明反饋電路部分結構原理示意圖； 圖2為本發明主控制電路部分結構原理示意圖；圖中1-電弧電壓信號Uarc埠 ；2-焊接電流信號Ui埠 ；3-反饋電路輸出Uo端子； 4-主控電路輸入Uin (反饋電路輸出)端子；5-主控電路輸出PWM，連接IGBT門極端子。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明如圖1所示其反饋電路部分由電壓比較器集成晶片LM393及其外圍電路構成。LM393 具有兩組電壓比較器，其中LM393的第8及第4引腳分別為晶片的電源輸入引腳和信號地引腳，其他引腳為兩組電壓比較器的輸入和輸出，用其中一組做焊接電流檢測(焊接電流信號是由一組感應線圈取得並變換為電壓信號)，焊接電流信號經過6V穩壓管D3輸入比較器的正輸入端(LM393的5引腳)，即若有焊接電流時LM393的5引腳有6V的電壓輸入，將一個小於6V的電壓輸入比較器的負輸入端(LM393的6弓丨腳)，這裡只檢測輸出焊接電流的有或無，用以區別焊機的焊接狀態或空載狀態，若檢測到有電流輸出既判定為焊機處於焊接狀態，那麼LM393的這一組比較器輸出(LM393的7引腳)高電平，反之輸出為低。LM393 的另外一組電壓比較器用作檢測電弧電壓，電弧電壓經過光電耦合器PC817 (用於隔離高低電壓)和電阻R3、R4輸入電壓比較器的負輸入端(LM393的2引腳)，比較器的正輸入端 (LM393的3引腳)輸入給定電壓6V。設置電阻參數R3、R4，使得當電弧電壓高於20V時(此時為正常焊接狀態)比較器的負輸入端輸入電壓小於6V，此時這一路比較器輸出(LM393的 1引腳)為高電平，當電弧電壓低於20V時(此時判定為短路)，比較器負輸入端輸入電壓高於6V，此時這一路電壓比較器輸出為低。之後LM393的兩組比較器輸出經過由二極體D1、 D2構成的與門作為主控制電路的輸入。
反饋電路部分的作用是當弧焊發電機處於正常焊接狀態(弧焊發電機有輸出電流且電弧電壓大於20V)時輸出為高電平，當弧焊發電機處於空載或短路狀態時輸出為低。
如圖2所示主控制電路的主要部分是PWM波形發生電路，由PWM控制晶片 SG3525A晶片和外圍電路構成，3525晶片的供電引腳是15引腳接18V直流電源，12引腳接信號地，1腳為誤差放大器反向輸入端，9腳為PWM比較器補償輸入端，本電路為開環系統故 1腳與9腳相連接構成跟隨器，5腳為振蕩器定時電容接入端，7腳為振蕩器放電端，將5腳 7腳相連形成放電迴路，並接入震蕩電容C4，6腳為振蕩器定時電阻接入端接入電阻R11，設置電阻Rll的值可以將輸出PWM波形調整到合適的頻率，10腳為晶片關斷引腳，10腳接高電平則晶片將無任何輸出晶片關斷，10腳接低電平則晶片開通，晶片正常輸出，本電路不需要關斷晶片故將10腳接地將晶片打開，13引腳為輸出偏置電壓輸入端，通過電阻R9將18V 電源接入13引腳，11、14引腳為3525晶片的PWM的輸出端，分別輸出兩組互補的PWM波形， 2腳為控制這兩組PWM波形死區的控制引腳，控制2引腳的電平即可控制輸出的兩組PWM波形死區的寬窄，將11、14引腳通過由二極體D5、D6組成的與門作為總輸出，則11、14引腳輸出波形的互補部分在總輸出中呈現低電平，死區部分呈現高電平，即可實現通過控制3525 的2引腳的輸入電平使3525輸出脈寬可調的PWM波形，然後經過三極體Ql反向放大，輸入 IGBT的門極用以控制與發電機轉子串聯的IGBT，從而控制勵磁電流的大小，脈寬越寬則勵磁電流越大。
主控電路輸入電壓Ui即為反饋電路的輸出電壓Uo，Ui經過三極體Q3放大後分兩路，一路連接到主控電路中的光電耦合器PC817的控制極，另一路通過非門U2A連接到三極體Q2的基極。當輸入電壓Ui為高時(即焊機為正常焊接狀態時)光電耦合器Ul接通，三極體Q2關斷，此時3525第二引腳的電位由電位器RVl控制，3525第二引腳電壓即為光電耦合器U的發射極電壓，可以通過調節電位器RVl來調節焊接電流。當輸入電壓Ui為低時 (即焊機處於空載或短路狀態時)光電耦合器U2關斷，三極體Ql開通，此時3525第二引腳的電位由電位器RV2控制，3525 二引腳電壓即為三極體Q2的發射極電壓，可以通過調節電位器RV2來調節焊機的空載電壓。之所以焊機短路時輸出電壓為空載電壓是因為當焊機短路時需要較高的輸出電壓來提供一個大的推力電流，以解除短路狀態，使焊機得以繼續正常焊接。
本發明是通過具體實施過程進行說明的，在不脫離本發明範圍的情況下，還可以對本發明專利進行各種變換及等同代替，因此，本發明專利不局限於所公開的具體實施過程，而應當包括落入本發明專利權利要求範圍內的全部實施方案。
權利要求
1. 一種自動切換焊機外特性弧焊發電機勵磁電流控制系統，其特徵在於由反饋電路和主控制電路組成；反饋電路是通過電壓比較器集成晶片LM393的8引腳接高電平、4引腳接地，1引腳和7引腳和電源Vcc之間接上拉電阻R1、R2，1引腳和7引腳分別接二極體D1、 D2，2引腳與電源Vcc之間接電阻R4，2引腳與地之間接入電容Cl，2引腳接光電耦合器U的集電極，3引腳與電源Vcc之間接入電阻R5，3引腳與地之間接入穩壓二極體D3，5引腳與地之間接入穩壓二極體D4，5引腳與焊接電流信號Ui正極之間接入電阻R6，6引腳與電源 Vcc之間接如電阻R8，6弓丨腳與地之間接入電阻R7，光電耦合器U控制端正端與電弧電壓信號正端接入電阻R3，光電耦合器U控制端負端接電弧電壓信號負端，電流控制信號Ui正負兩端之間接入電容C2構成；主控制電路通過3525晶片和外圍電路構成，主控電路輸入信號Ui通過電阻R12接到三極體Q3的基極，Q3發射極與地之間接入電阻R13，Q3集電極接電源Vcc，Q3的發射極與光電耦合器正控制極之間接入電阻R14、與非門U2A之間接入電阻 R15，光電耦合器Ul集電極接電位器RVl控制端，光耦合器Ul發射極接3525的2引腳，非門U2A輸出端接三極體Q2基極，三極體Q2集電極接電位器RV2控制端發射極接3525的2 引腳，晶片3525的1引腳與9引腳相連接，5腳7腳相連接與地之間接入電容C4，6引腳與地之間接入電阻R11，8引腳與地之間接入電容C3，10腳12腳相連接地，13腳與電源Vcc之間接入電阻R9，11腳14腳分別接二極體D5、D6正極，15引腳接電源Vcc, 二極體D5、D6負極相連接到三極體Ql基極，Ql集電極與電源Vcc之間接入電阻R10，Ql發射極接地，Ql集電極輸出PWM波形連接到IGBT門極。
全文摘要
本發明涉及了一種能使弧焊發電機可以根據焊機負載或空載狀態自動切換外特性的勵磁電流控制系統，由反饋電路部分和主控制電路組成；反饋電路部分由電壓比較器集成晶片LM393及其外圍電路構成，主控制電路通過3525晶片和外圍電路構成。本發明根據不同的負載狀態切換得到不同的控制信號，從而弧焊發電機得到不同的外特性；同時滿足弧焊發電機空載/負載時對輸出外特性的不同要求，使焊接引弧容易，焊接電流調節範圍大，焊接過程穩定，且電路簡單，成本較低，可靠性高。
文檔編號H02P9/30GK102510257SQ20111035176
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者楊小明, 沈正彪, 王濤, 邵建龍, 閻彬 申請人:昆明理工大學