CN101515775B - 基于pwm技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路，其特征在于，主要由第一延时电路、第二延时电路、刹车逻辑控制电路及输出电路组成，所述的第一延时电路的输入端与第二延时电路的输入端相连接；第一延时电路及第二延时电路的输出端均分别与刹车逻辑控制电路的输入端相连，输出电路的输入端与刹车逻辑控制电路的输出端相连接。同时，本发明还公开了一种实现该基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路的控制方法。本发明在送丝电机从正转(送丝)到反转(退丝)过程中加入了一个刹车过程，有效地将电机及减速箱的惯性能量降低到零后再实现反转，从而有效的克服了传统送丝电机在从正转到反转过程中的直通故障。

Description

基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电机控制电路，具体是指一种基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路及其控制方法。

背景技术

埋弧自动焊接作为一种传统的焊接方式，其送丝电机的控制电路多种多样，大致可以分为以下几类：一、基于触点的逻辑控制电路，即应用继电器或继电器组构成直流伺服电机的方向切换电路。此种电路的特点是控制简单，但由于触点的闭合-断开易在接触点打火，再加上环境问题，容易导致灰尘过多而影响工作的可靠性。其控制逻辑分为两类，一类为“硬”切换，即在触点断开时，流经触点内部仍然有较大电流，依靠触点拉弧产生的间隙较大将电弧拉断，此种方法经常容易导致继电器损坏，需要经常更换继电器；另一类则为“软”切换，即在触点动作时，内部电流降为0A，切换的大多数情况是没有电流，但是由于工作过程中灰尘导致接触不好，仍然会出现打火现象，因此故障率也比较高。

近年来，随着电子技术的发展，出现了较为成熟的控制技术，即第二类的采用可控硅作为控制原件的控制电路。该电路利用可控硅换向的方式省去了电机换向的触点，成为第一代无触点换向技术。该技术除具有无触点的特点外，由于SCR(半导体控制整流器)器件还具有高耐压、大容量等优点，因此使得故障率明显的降低。但是，其缺点为在低速时其性能不佳，加之是采用正弦波控制，因此在普通的直流电机驱动中运用较多，不适合广泛推广。

为了提高焊接性能，最近出现了第三类以PWM(脉宽调制技术)技术为代表的驱动电路，并要求开关管可以关断，用来切换电机方向。由于普通的SCR器件无法满足该要求，于是采用了MOSFET(高压金属氧化物硅场效应晶体管)管来代替。当采用PWM的H桥或半桥电路时，其技术性能优异，但是由于电机及减速箱具有较大的惯性，其反电动势能较大，电路的可靠性能较差。

发明内容

本发明的目的在于克服采用PWM技术时，送丝电机从正转到反转过程中电机及减速箱具有较大的惯性、反电动势能较大及电路可靠性能较差的缺陷，提供一种能够显著降低送丝电机从正转到反转过程中电机及减速箱的惯性、反电动势能的基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路。

本发明的目的还在于提供一种实现基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路的控制方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路，主要由第一延时电路、第二延时电路、刹车逻辑控制电路及输出电路组成，所述的第一延时电路的输入端与第二延时电路的输入端相连接；第一延时电路及第二延时电路的输出端均分别与刹车逻辑控制电路的输入端相连，输出电路的输入端与刹车逻辑控制电路的输出端相连接；所述刹车逻辑控制电路则由四个非门、一个与非门、一个异或门、三个二极管D15、D16和D17，以及一个第三延时电路构成。

进一步的，所述第一延时电路由二极管D13、电阻R47、电阻R48及电容C27组成，电容C27的一端与电阻R48相连，电容C27的另一端与电阻R47的一端相连后接于二级管D13的P极，电阻R48的另一端与电阻R47的另一端相连后接于二极管D13的N极，同时，电容C27与电阻R48的连接点还直接接地；第二延时电路由二极管D14、电阻R58及电容C28组成，电容C28的一端与电阻R58的一端相连后接于二极管D14的N极，电阻R58的另一端直接与二极管D14的P极相连，同时，电容C28的另一端直接接地；二极管D14的P极与二极管D13的N极相连后形成输入端CT。

所述的刹车逻辑控制电路为：非门IC5A的输入端与二极管D13的P极相连，其输出端经非门IC5C、电阻R37、二极管D17后与二极管D15的P极相连，同时，二极管D17的输出端还与与非门IC5E的一个输入端相连；非门IC5B的输入端与二极管D14的N极相连，其输出端与与非门IC5E的另一个输入端相连；二极管D16的P极与二极管D14的P极相连，二极管D16的N极与二极管D15的N极相连后与异或门IC5F的一个输入端相连；与非门IC5E的输出端经非门IC5D后与异或门IC5F的另一个输入端相连，异或门IC5F的输出端直接形成刹车逻辑控制电路的输出端QR；同时，非门IC5C的输出端还直接引出形成刹车逻辑控制电路的输出端QF，非门IC5D的输出端还直接引出形成刹车逻辑控制电路的输出端QS。

所述的输出电路由二极管D35、二极管D34构成，二极管D34的P极直接与输出端QR相连；二极管D35的P极直接与输出端QS相连，同时，二极管D35的N极与二极管D34的N极相连后形成输出电路的输出端QR3。同时，在二极管D17和与非门IC5E的连接点还设有第三延时电路，所述的第三延时电路由电阻R49及电容C29组成，且电阻R49的一端及电容C29的正极均与二极管D17的N极相连，电阻R49的另一端则直接与电容C29的负极相连。

实现上述的自动埋弧焊送丝电机正反转控制电路的控制方法，包括以下步骤：

(1)当输入端CT为上升沿时，第一延时电路产生一个延时时间ΔT，同时，刹车逻辑控制电路的输出端QF、QS、QR，以及输出电路的输出端QR3均输出一个低电平；

(2)经过延时时间ΔT后，刹车逻辑控制电路的输出端QF输出一个高电平，并同时控制送丝电机进入正转工作状态；

(3)当输入端CT为下降沿时，在第二延时电路产生一个延时时间ΔT的同时，第三延时电路也产生一个延时时间Δt；此时，刹车逻辑控制电路的输出端QF、QS、QR，以及输出电路的输出端QR3继续输出低电平；

(4)经过延时时间ΔT后，刹车逻辑控制电路的输出端QS，以及输出电路的输出端QR3立即输出一个高电平，而刹车逻辑控制电路的输出端QR则继续输出一个低电平，从而控制送丝电机进入刹车状态；

(5)经过延时时间Δt后，刹车逻辑控制电路的输出端QS立即输出一个低电平，而输出端QR则立即输出一个高电平，此时送丝电机的刹车状态结束，送丝电机立即进入反转工作状态。

进一步的，步骤(1)～(4)中所述的延时时间ΔT的取值为22ms；而步骤(3)及步骤(5)中所述的延时时间Δt的取值为0.7s。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本发明在送丝电机从正转(送丝)到反转(退丝)过程中加入了一个刹车过程，有效地将电机及减速箱的惯性能量降低到零后再实现反转，从而有效的克服了传统送丝电机在从正转到反转过程中的直通故障；

(2)由于送丝电机反转(退丝)时的速度远远小于送丝电机正转(送丝)时的速度，因此本发明在送丝电机从反转到正转的过程中取消了该刹车过程，从而实现了小能量换向，有效的避免了电路故障。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明运行时的波形图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，二极管D13、电阻R47、电阻R48及电容C27一起组成了本发明的第一延时电路，二极管D14、电阻R58及电容C28则一起组成了本发明的第二延时电路。所述电容C27的一端与电阻R48相连，电容C27的另一端与电阻R47的一端相连后接于二级管D13的P极，电阻R48的另一端与电阻R47的另一端相连后接于二极管D13的N极，同时，电容C27与电阻R48的连接点还直接接地。第二延时电路中的电容C28的一端与电阻R58的一端相连后接于二极管D14的N极，电阻R58的另一端直接与二极管D14的P极相连，同时，电容C28的另一端直接接地。二极管D14的P极与二极管D13的N极相连后形成输入端CT。第一延时电路及第二延时电路的输出端均与刹车逻辑控制电路相连后再与输出电路相连接。

所述的刹车逻辑控制电路根据输入端CT输入的信号产生相应的高电平或低电平，并经输出电路输出后控制送丝电机的正反转。而刹车逻辑控制电路由四个非门、一个与非门、一个异或门、三个二极管D15、D16和D17，以及一个第三延时电路构成，其连接关系为：非门IC5A的输入端与二极管D13的P极相连，其输出端与非门IC5C的输入端相连。非门IC5C的输出端经电阻R37后与二极管D17的P极相连接。而非门IC5C的输出端还直接引出形成刹车逻辑控制电路的一个输出端QF(以下简称输出端QF)。二极管D17的N极还分别与二极管D15的P极以及与非门IC5E的一个输入端相连接。非门IC5B的输入端与二极管D14的N极相连，其输出端直接同与非门IC5E的另一个输入端相连接。二极管D16的P极与二极管D14的P极相连，二极管D16的N极与二极管D15的N极相连后接于异或门IC5F的一个输入端。与非门IC5E的输出端与非门IC5D的输入端相连，而非门IC5D的输出端则与异或门IC5F的另一个输入端相连接。同时，非门IC5D的输出端还直接引出形成刹车逻辑控制电路的另一个输出端QS(以下简称输出端QS)。

所述的第三延时电路由电解电容C29及电阻R49组成，电解电容C29的正极及电阻R49的一端均与二极管D17的N极相连，而电解电容C29的负极直接与电阻R49的另一端相连接。同时，电解电容C29的负极也接地。

所述的输出电路则由两只二极管D35和D34构成，二极管D34的P极直接与异或门IC5F的输出端相连，同时该异或门IC5F的输出端还直接引出形成刹车逻辑控制电路的第三个输出端QR(以下简称输出端QR)，而二极管D35的P极则与非门IC5D的输出端相连接。同时，二极管D34和D35的N极相连接后形成输出电路的输出端QR3(以下简称输出端QR3)。

在实际的安装过程中，刹车逻辑控制电路的输出端和输出电路的输出端直接与现有的PWM控制的送丝电机电路相连即可。即，输出端QF分别与电阻R14和电阻R59的一端相连，而输出端QR则直接与电阻R60的一端相连，输出端QR3直接与电阻R13的一端相连接。

本发明控制过程中的波形如图2所示：当输入端CT输入一个上升沿信号时，二极管D13因反偏而截止，该上升沿信号经第一延时电路后立即产生一个时间常数为22ms的延时时间ΔT，且输出端QF立即输出一个低电平信号。在输入端CT输入上升沿信号的同时，二极管D14导通，该信号经刹车逻辑控制电路和输出电路后分别从输出端QR、QS和QR3输出一个低电平，此时，送丝电机M处于停止状态。

经过22ms以后，即由第一延时电路产生的延时时间ΔT结束时，输入端CT输入的上升沿信号经刹车逻辑控制电路中的非门IC5A和非门IC5C后立即从输出端QF输出高电平。由于输出端QR3和输出端QR均为低电平，使得与送丝电机M相连接的MOSFET管Q3和Q2关断；而此时的输出端QF为高电平，从而使得与送丝电机M相连接的MOSFET管Q1和Q4导通，则输入电压VE经MOSFET管Q1、送丝电机M及MOSFET管Q4后进入公共端，从而使送丝电机M的电路导通，送丝电机M处于正转状态。

当输入端CT由上升沿信号变为下降沿信号时，二极管D13导通，该信号经非门IC5A和非门IC5C后立即在输出端QF输出低电平。在输入端CT由上升沿信号变为下降沿信号的同时，二极管D14因反偏而截止，该信号经第二延时电路后立即产生一个时间常数为22ms的延时时间ΔT。同时，由电阻R49和电容C29组成的第三延时电路也立即产生一个时间常数为0.7s的延时时间Δt。由于此时的输出端QS、QR3和QR继续处于低电平状态，因此，送丝电机M处于刹车状态。

经过22ms后，即由第二延时电路产生的延时时间ΔT结束时，输出端QS、QR3立即从低电平变为高电平。由于输出端QR此时还处于第三延时电路所产生的延时时间Δt的时间内，因此输出端QR继续处于低电平状态。送丝电机M继续处于刹车状态，并通过输出端QS继续释放能量。

经过0.7s后，即由第三延时电路产生的延时时间Δt结束时，输出端QR立即由低电平变为高电平，此时送丝电机M的刹车过程结束。由于此时输出端QR为高电平，输出端QR3为高电平，输出端QF为低电平，因此MOSFET管Q2、Q3处于导通状态，而MOSFET管Q1、Q4则处于关断状态，输入电压VE经MOSFET管Q2和Q3后与公共端相连接，从而使得送丝电机M进入反转状态。

由于送丝电机M在从正转变为反转过程中，通过刹车过程将其能量释放，因此能够有效的避免送丝电机M从正转到反转过程中的直通故障。由于送丝电机M在正转状态时具有很大的惯性，而在反转状态时其惯性很小，因此在从送丝电机M从反转变为正转时，就不需要经过刹车过程。

如上所述，便可较好的实现本发明。

Claims (8)

1.基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路，其特征在于，主要由第一延时电路、第二延时电路、刹车逻辑控制电路及输出电路组成，所述的第一延时电路的输入端与第二延时电路的输入端相连接；第一延时电路及第二延时电路的输出端均分别与刹车逻辑控制电路的输入端相连，输出电路的输入端与刹车逻辑控制电路的输出端相连接；所述刹车逻辑控制电路则由四个非门、一个与非门、一个异或门、三个二极管D15、D16和D17，以及一个第三延时电路构成。

2.根据权利要求1所述的基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路，其特征在于，所述第一延时电路由二极管D13、电阻R47、电阻R48及电容C27组成，电容C27的一端与电阻R48相连，电容C27的另一端与电阻R47的一端相连后接于二级管D13的P极，电阻R48的另一端与电阻R47的另一端相连后接于二极管D13的N极，同时，电容C27与电阻R48的连接点还直接接地；第二延时电路由二极管D14、电阻R58及电容C28组成，电容C28的一端与电阻R58的一端相连后接于二极管D14的N极，电阻R58的另一端直接与二极管D14的P极相连，同时，电容C28的另一端直接接地；二极管D14的P极与二极管D13的N极相连后形成输入端CT。

3.根据权利要求2所述的基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路，其特征在于，所述的刹车逻辑控制电路为：非门IC5A的输入端与二极管D13的P极相连，其输出端经非门IC5C、电阻R37、二极管D17后与二极管D15的P极相连，同时，二极管D17的输出端还与与非门IC5E的一个输入端相连；非门IC5B的输入端与二极管D14的N极相连，其输出端与与非门IC5E的另一个输入端相连；二极管D16的P极与二极管D14的P极相连，二极管D16的N极与二极管D15的N极相连后与异或门IC5F的一个输入端相连；与非门IC5E的输出端经非门IC5D后与异或门IC5F的另一个输入端相连，异或门IC5F的输出端直接形成刹车逻辑控制电路的输出端QR；同时，非门IC5C的输出端还直接引出形成刹车逻辑控制电路的输出端QF，非门IC5D的输出端还直接引出形成刹车逻辑控制电路的输出端QS。

4.根据权利要求3所述的基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路，其特征在于，所述的输出电路由二极管D35、二极管D34构成，二极管D34的P极直接与输出端QR相连；二极管D35的P极直接与输出端QS相连，同时，二极管D35的N极与二极管D34的N极相连后形成输出电路的输出端QR3。

5.根据权利要求3所述的基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路，其特征在于，所述第三延时电路设在二极管D17和与非门IC5E的连接点之间；所述的第三延时电路由电阻R49及电容C29组成，且电阻R49的一端及电容C29的正极均与二极管D17的N极相连，电阻R49的另一端则直接与电容C29的负极相连。

6.实现基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)当输入端CT为上升沿时，第一延时电路产生一个延时时间ΔT，同时，刹车逻辑控制电路的输出端QF、QS、QR，以及输出电路的输出端QR3均输出一个低电平；

(2)经过延时时间ΔT后，刹车逻辑控制电路的输出端QF输出一个高电平，并同时控制送丝电机进入正转工作状态；

(3)当输入端CT为下降沿时，在第二延时电路产生一个延时时间ΔT的同时，第三延时电路也产生一个延时时间Δt；此时，刹车逻辑控制电路的输出端QF、QS、QR，以及输出电路的输出端QR3继续输出低电平；

(4)经过延时时间ΔT后，刹车逻辑控制电路的输出端QS，以及输出电路的输出端QR3立即输出一个高电平，而刹车逻辑控制电路的输出端QR则继续输出一个低电平，从而控制送丝电机进入刹车状态；

(5)经过延时时间Δt后，刹车逻辑控制电路的输出端QS立即输出一个低电平，而输出端QR则立即输出一个高电平，此时送丝电机的刹车状态结束，送丝电机立即进入反转工作状态。

7.根据权利要求6所述的实现基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路的控制方法，其特征在于，步骤(1)～(4)中所述的延时时间ΔT的取值为22ms。

8.根据权利要求6所述的基于PWM技术的埋弧焊送丝电机正反转控制电路的控制方法，其特征在于，步骤(3)及步骤(5)中所述的延时时间Δt的取值为0.7s。

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