CN115255570A - 一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路及方法，其电路包括PWM控制电路、PWM脉冲宽度取样电路、取样信号比较运算电路、推力大小调节电路和PI调节电路；PWM控制电路与PWM脉冲宽度取样电路耦合；PWM脉冲宽度取样电路与取样信号比较运算电路耦合，PWM脉冲宽度取样电路用于对PWM信号进行电压取样得到取样信号，并将取样信号传输至取样信号比较运算电路；取样信号比较运算电路与推力大小调节电路耦合，取样信号比较运算电路用于将预设的基准电压信号与取样信号进行比较并输出比较电压信号至推力大小调节电路，推力大小调节电路用于输出推力电压；推力大小调节电路与PI调节电路耦合。本申请具有有效防止焊接过程中粘焊条现象的发生的效果。

Description

一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路及方法

技术领域

本申请涉及电焊机领域，尤其是涉及一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路及方法。

背景技术

手工电弧焊为焊接方法中熔化焊的一种，用于将两个分离的金属，在接头处局部加热或加压，或加热时同时又加压、熔化和冷却后凝固成一个牢固的整体。手工电弧焊是利用电弧热局部熔化焊件和焊条以形成焊缝的一种手工操作焊接方法。

手工电弧焊的主要设备为弧焊机，按其供给的焊接电流种类的不同可将弧焊机分为交流弧焊机和直流弧焊机两类。在使用弧焊机进行手动焊接的过程中，焊条在熔化过程中产生的熔滴会通过焊接电流产生的磁场作用，迅速过渡到工件上，由此申请人认为，熔滴过渡到工件的过程当中，会出现熔滴未脱离焊条的时候，熔滴已经接触到了工件的情况，此时会造成焊条与工件短接，即粘焊条的现象。

申请内容

为了有效防止焊接过程中粘焊条现象的发生，本申请提供一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路及方法。

第一方面，本申请提供的一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路采用如下的技术方案：

一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路，包括PWM控制电路、PWM脉冲宽度取样电路、取样信号比较运算电路、推力大小调节电路和PI调节电路；

所述PWM控制电路与所述PWM脉冲宽度取样电路耦合，所述PWM控制电路用于接收PWM信号并将所述PWM信号传输至所述PWM脉冲宽度取样电路；

所述PWM脉冲宽度取样电路与所述取样信号比较运算电路耦合，所述PWM脉冲宽度取样电路用于对所述PWM信号进行电压取样得到取样信号，并将所述取样信号传输至所述取样信号比较运算电路；

所述取样信号比较运算电路与所述推力大小调节电路耦合，所述取样信号比较运算电路用于将预设的基准电压信号与所述取样信号进行比较并输出比较电压信号至所述推力大小调节电路，所述推力大小调节电路用于输出推力电压；

所述推力大小调节电路与所述PI调节电路耦合，所述PI调节电路用于将所述实际输出电压与通过推力调节器调节的给定电压构成的控制偏差进行调节并将调节后的输出信号传输至所述PWM控制电路，以使所述PWM控制电路对推力进行调节。

通过采用上述技术方案，首先通过PWM脉冲宽度取样电路取样电压信号得到取样信号，后将取样信号经过取样信号比较运算电路得到比较电压信号，推力大小调节电路用于控制比较电压信号并将比较电压信号传输至PI调节电路进行调节得到输出信号，将输出信号传输至PWM控制电路进而对推力进行调节；PWM脉冲宽度取样电路、取样信号比较运算电路、推力大小调节电路共同构成推力电路，在焊接过程中若出现熔滴与工件短接的趋势时，可通过控制推力大小调节电路控制推力大小，进而通过由PI调节电路输出的输出信号使弧焊机增加电流，从而使输出电流增大，有利于使熔滴在磁场的作用下脱离焊条端头，过渡到工件上的熔池当中，有效防止焊接过程中粘焊条现象的发生。

可选的，还包括推力选择开关J1，所述推力选择开关J1与所述取样信号比较运算电路连接，用于控制所述取样信号比较运算电路的开闭。

通过采用上述技术方案，推力选择开关J1用于控制弧焊机是否产生推力，若推力选择开关J1闭合，此时可通过推力大小调节电路调节推力，以便于有效防止粘焊条的现象产生；若推力选择开关J1断开，此时弧焊机不具备推力功能，以便于使用户灵活选择是否使用推力。

可选的，所述PWM脉冲宽度取样电路包括取样电阻R1、取样电阻R2、滤波电阻R3和滤波电容C1，所述取样电阻R1与所述取样电阻R2并联，所述取样电阻R1与所述滤波电阻R3的一端连接，所述滤波电阻R3的另一端与所述滤波电容C1的一端连接，所述滤波电容的另一端接地。

通过采用上述技术方案，取样电阻R1与取样电阻R2用于对PWM脉冲宽度进行电压取样，滤波电阻R3与滤波电容C1共同构成滤波电路，用于滤除整流电压信号中的纹波。

可选的，所述取样信号比较运算电路包括运算放大器、平衡电阻R4和电源滤波电容C2，所述运算放大器的反相输入端与所述滤波电阻R3远离所述取样电阻R1的一端连接，所述运算放大器的反相输入端接地，所述平衡电阻R4的一端接地，所述平衡电阻R4的另一端与所述运算放大器的同相输入端连接，所述电源滤波电容C2的一端接地，所述电源滤波电容C2的另一端与所述运算放大器的同相输入端和电源正极连接。

通过采用上述技术方案，平衡电阻R4的一端与运算放大器的同相输入端连接，用于消除零点漂移；电源滤波电容C2用于在电源整流电路中，滤除交流成分；运算放大器用于将基准电压信号与所述取样信号进行比较并输出比较电压信号。

可选的，所述取样信号比较运算电路还包括限流电阻R5，所述限流电阻R5的一端位于所述平衡电阻R4与所述运算放大器的同相输入端之间，且与所述平衡电阻R4和所述运算放大器的同相输入端连接，所述限流电阻R5的另一端与所述推力选择开关J1连接。

通过采用上述技术方案，推力选择开关J1通过限流电阻与运算放大器的同相输入端连接，用于通过控制运算放大器的工作进而控制推力电路的开闭。

可选的，还包括限流电阻R6、保护电阻R7、整流二极管D1和滤波电容C3，所述限流电阻R6的一端与所述运算放大器的输出端连接，所述限流电阻R6的另一端与所述整流二极管D1的正极和所述保护电阻R7的一端连接，所述保护电阻R7的另一端接地，所述整流二极管D1的负极与所述滤波电容C3的一端连接，所述滤波电容C3的另一端与所述推力大小调节电路连接。

通过采用上述技术方案，整流二极管D1用于对运算放大器输出的比较电压信号进行整流，滤波电容C3用于在整流电路中，滤除交流成分；推力大小调节电路通过限流电阻R6、保护电阻R7、整流二极管D1和滤波电容C3与取样信号比较运算电路连接，用于接收取样信号比较运算电路传输的比较电压信号。

可选的，所述推力大小调节电路包括分流电阻R8、保护电阻R9和推力调节电位器，所述分流电阻R8的一端与所述滤波电容C3远离接地端的一端连接，所述分流电阻R8的另一端与所述保护电阻R9的一端连接，所述保护电阻R9的另一端与所述PI调节电路连接，所述分流电阻R8与所述推力调节电位器并联。

通过采用上述技术方案，使用推力调节电位器调节推力大小即通过调节推力调节电位器的电阻调节分流电阻R8分得的电流，进而通过PI调节电路将输出信号传输至PWM控制电路以控制推力大小。

第二方面，本申请提供的一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制方法采用如下的技术方案：

一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制方法，包括：

判断是否接收到弧焊机的推力选择信号；

若接收到推力选择信号，判断是否接收到推力档位选择信号；

若接收到所述档位选择信号，则基于所述推力档位选择信号，确定推力档位；

基于所述推力档位，调节推力电压。

通过采用上述技术方案，若接收到推力选择信号，以及接收到推力档位选择信号，即可通过调节推力大小使熔滴在磁场的作用下脱离焊条端头，有效防止焊接过程中粘焊条现象的发生。

综上所述，本申请具有以下至少一种有益技术效果：

1.在焊接过程中若出现熔滴与工件短接的趋势时，可通过控制推力大小调节电路控制推力大小，进而通过由PI调节电路输出的输出信号使弧焊机增加电流，从而使输出电流增大，有利于使熔滴在磁场的作用下脱离焊条端头，过渡到工件上的熔池当中，有效防止焊接过程中粘焊条现象的发生。

2．推力选择开关J1通过限流电阻与运算放大器的同相输入端连接，用于通过控制运算放大器的工作进而控制推力电路的开闭。

3．使用推力调节电位器调节推力大小即通过调节推力调节电位器的电阻调节分流电阻R8分得的电流，进而通过PI调节电路将输出信号传输至PWM控制电路以控制推力大小。

附图说明

图1是本申请实施例一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路的整体结构图。

附图标记说明：

1、PWM脉冲宽度取样电路；2、取样信号比较运算电路；3、推力大小调节电路；4、PI调节电路。

具体实施方式

本申请实施例公开一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路。

参照图1，一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路包括PWM控制电路、PWM脉冲宽度取样电路、取样信号比较运算电路、推力选择开关J1、推力大小调节电路和PI调节电路。

PWM控制电路与PWM脉冲宽度取样电路耦合，本实施例中，弧焊机采用型号为UC3525的PWM脉冲宽度调制芯片，PWM控制电路通过调节控制电压脉冲的宽度和脉冲列的周期控制输出电压和频率。PWM控制电路用于接收PWM信号并将PWM信号传输至PWM脉冲宽度取样电路；

具体的，PWM脉冲宽度取样电路包括取样电阻R1、取样电阻R2、滤波电阻R3和滤波电容C1，取样电阻R1与取样电阻R2并联，取样电阻R1与滤波电阻R3的一端电连接，滤波电阻R3的另一端与滤波电容C1的一端电连接，滤波电容的另一端接地。

取样电阻R1与取样电阻R2并联，用于对电压进行采样，本实施例中，输入A,B两路PWM脉冲，首先PWM脉冲宽度取样电路对两路PWM脉冲宽度进行电压取样，并将PWM脉冲宽度调制芯片控制的A,B两路互补驱动信号进行取样，即得到取样信号。滤波电阻R3与滤波电容C1共同构成滤波电路，用于滤除整流电压信号中的纹波。

PWM脉冲宽度取样电路用于对PWM信号进行电压取样得到取样信号，并将取样信号传输至取样信号比较运算电路。

参照图1，PWM脉冲宽度取样电路与取样信号比较运算电路耦合，具体的，取样信号比较运算电路包括运算放大器、平衡电阻R4和电源滤波电容C2，运算放大器的反相输入端与滤波电阻R3远离取样电阻R1的一端电连接，运算放大器的反相输入端接地，平衡电阻R4的一端接地，平衡电阻R4的另一端与运算放大器的同相输入端电连接，电源滤波电容C2的一端接地，电源滤波电容C2的另一端与运算放大器的同相输入端和电源正极电连接。

平衡电阻R4的一端与运算放大器的同相输入端连接，用于消除零点漂移；零点漂移指当放大电路输入信号为零时，由于受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象。由于在漂移现象严重的情况下，放大电路往往无法正常工作。因此，通过将运算放大器的同相输入端与平衡电阻R4的一端电连接，保证运算放大器两输入端即同相输入端和反相输入端的电压近似相等，从而抑制零点漂移。

电源滤波电容C2用于在电源整流电路中，滤除交流成分；运算放大器用于将基准电压信号与取样信号进行比较并输出比较电压信号。本实施例中，运算放大器采用的型号为U1ALM358。

推力选择开关J1与取样信号比较运算电路电连接，用于控制取样信号比较运算电路的开闭。

参照图1，具体的，取样信号比较运算电路还包括限流电阻R5，限流电阻R5的一端位于平衡电阻R4与运算放大器的同相输入端之间，且与平衡电阻R4和运算放大器的同相输入端电连接，限流电阻R5的另一端与推力选择开关J1电连接。

推力选择开关J1通过限流电阻与运算放大器的同相输入端连接，用于通过控制运算放大器的工作进而控制推力电路的开闭，即当推力选择开关J1闭合时，此时运算放大器同相输入端与限流电阻R5连接并导通，此时，运算放大器将预设的基准电压信号与取样信号进行比较并输出比较电压信号至推力大小调节电路；当推力选择开关J1断开时，此时运算放大器的同相输入端的电流为0，此时为虚断，视为运算放大器断开，无法进行后续的信号传输工作。

取样信号比较运算电路与用于输出推力电压的推力大小调节电路耦合。

参照图1，取样信号比较运算电路与用于输出推力电压的推力大小调节电路通过限流电阻R6、保护电阻R7、整流二极管D1和滤波电容C3耦合，具体的，限流电阻R6的一端与运算放大器的输出端电连接，限流电阻R6的另一端与整流二极管D1的正极和保护电阻R7的一端电连接，保护电阻R7的另一端接地，整流二极管D1的负极与滤波电容C3的一端电连接，滤波电容C3的另一端与推力大小调节电路电连接。

整流二极管D1用于对运算放大器输出的比较电压信号进行整流，滤波电容C3用于在整流电路中，滤除交流成分；推力大小调节电路通过限流电阻R6、保护电阻R7、整流二极管D1和滤波电容C3与取样信号比较运算电路连接，用于接收取样信号比较运算电路传输的比较电压信号。

推力大小调节电路包括分流电阻R8、保护电阻R9和推力调节电位器，分流电阻R8的一端与滤波电容C3远离接地端的一端电连接，分流电阻R8的另一端与保护电阻R9的一端电连接，保护电阻R9的另一端与PI调节电路电连接，分流电阻R8与推力调节电位器并联。

本实施例中，推力调节电位器为可调电位器，是一种可调的电子元件，由一个转动或滑动系统组成。电位器调节电阻原理如下：转动推力调节电位器的转柄时,动片在电阻体上滑动,动片到两个定片之间的阻值大小发生改变。当动片到一个定片的阻值增大时,动片到另一个定片的阻值减小。

使用推力调节电位器调节推力大小即通过调节推力调节电位器的电阻调节分流电阻R8分得的电流，进而通过PI调节电路将输出信号传输至PWM控制电路以控制推力大小。

推力大小调节电路与PI调节电路耦合，PI调节电路用于将实际输出电压与通过推力调节器调节的给定电压构成的控制偏差进行调节并将调节后的输出信号传输至PWM控制电路，以使PWM控制电路对推力进行调节。PI调节电路为线性控制电路，根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，并对被控对象进行控制。本实施例中，被控对象为推力电压。

PI调节电路的比例调节作用为：按比例对控制偏差进行反应，比例调节产生调节作用以减少控制偏差。积分调节作用为：消除稳态误差。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越小，积分作用就越强。反之TI大则积分作用弱。

本实施例中，将PWM脉冲宽度取样电路、取样信号比较运算电路、推力选择开关J1、推力大小调节电路和PI调节电路统称为推力电路，相比于现有的推力电路，目前现有的推力电路在取样后输出电压，故取样电路后增加比例降压电路用于对取样端口输出的电压进行降压，同时对比例降压电路输出的信号进行吸收滤波处理，用于防止对PWM控制电路造成干扰，由于增加了额外的处理电路，造成现有的推力电路过于庞大，且电路与电路间的电线连接极容易引起电磁干扰，造成推力控制效果达不到预期。本实施例的推力电路无比例降压电路和滤波电路，且电路简单，电线间产生电磁干扰极少，故提高推力控制效果的同时，避免了以上现有推力电路的缺陷。

本申请实施例一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路的实施原理为：首先通过PWM脉冲宽度取样电路取样电压信号得到取样信号，后将取样信号经过取样信号比较运算电路得到比较电压信号，推力大小调节电路用于控制比较电压信号并将比较电压信号传输至PI调节电路进行调节得到输出信号，将输出信号传输至PWM控制电路进而对推力进行调节；PWM脉冲宽度取样电路、取样信号比较运算电路、推力大小调节电路共同构成推力电路，在焊接过程中若出现熔滴与工件短接的趋势时，可通过控制推力大小调节电路控制推力大小，进而通过由PI调节电路输出的输出信号使弧焊机增加电流，从而使输出电流增大，有利于使熔滴在磁场的作用下脱离焊条端头，过渡到工件上的熔池当中，有效防止焊接过程中粘焊条现象的发生。

本申请实施例还公开一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制方法。

一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制方法包括：

判断是否接收到弧焊机的推力选择信号；

若接收到推力选择信号，判断是否接收到推力档位选择信号；

若接收到档位选择信号，则基于推力档位选择信号，确定推力档位；

基于推力档位，调节推力电压。

本申请实施例一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制方法的实施原理为：若接收到推力选择信号，以及接收到推力档位选择信号，即可通过调节推力大小使熔滴在磁场的作用下脱离焊条端头，有效防止焊接过程中粘焊条现象的发生。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路，其特征在于：包括PWM控制电路、PWM脉冲宽度取样电路、取样信号比较运算电路、推力大小调节电路和PI调节电路；

所述PWM控制电路与所述PWM脉冲宽度取样电路耦合，所述PWM控制电路用于接收PWM信号并将所述PWM信号传输至所述PWM脉冲宽度取样电路；

所述PWM脉冲宽度取样电路与所述取样信号比较运算电路耦合，所述PWM脉冲宽度取样电路用于对所述PWM信号进行电压取样得到取样信号，并将所述取样信号传输至所述取样信号比较运算电路；

所述取样信号比较运算电路与所述推力大小调节电路耦合，所述取样信号比较运算电路用于将预设的基准电压信号与所述取样信号进行比较并输出比较电压信号至所述推力大小调节电路，所述推力大小调节电路用于输出推力电压；

所述推力大小调节电路与所述PI调节电路耦合，所述PI调节电路用于将所述实际输出电压与通过推力调节器调节的给定电压构成的控制偏差进行调节并将调节后的输出信号传输至所述PWM控制电路，以使所述PWM控制电路对推力进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路，其特征在于：还包括推力选择开关J1，所述推力选择开关J1与所述取样信号比较运算电路连接，用于控制所述取样信号比较运算电路的开闭。

3.根据权利要求2所述的一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路，其特征在于：所述PWM脉冲宽度取样电路包括取样电阻R1、取样电阻R2、滤波电阻R3和滤波电容C1，所述取样电阻R1与所述取样电阻R2并联，所述取样电阻R1与所述滤波电阻R3的一端连接，所述滤波电阻R3的另一端与所述滤波电容C1的一端连接，所述滤波电容的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路，其特征在于：所述取样信号比较运算电路包括运算放大器、平衡电阻R4和电源滤波电容C2，所述运算放大器的反相输入端与所述滤波电阻R3远离所述取样电阻R1的一端连接，所述运算放大器的反相输入端接地，所述平衡电阻R4的一端接地，所述平衡电阻R4的另一端与所述运算放大器的同相输入端连接，所述电源滤波电容C2的一端接地，所述电源滤波电容C2的另一端与所述运算放大器的同相输入端和电源正极连接。

5.根据权利要求4所述的一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路，其特征在于：所述取样信号比较运算电路还包括限流电阻R5，所述限流电阻R5的一端位于所述平衡电阻R4与所述运算放大器的同相输入端之间，且与所述平衡电阻R4和所述运算放大器的同相输入端连接，所述限流电阻R5的另一端与所述推力选择开关J1连接。

6.根据权利要求1所述的一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路，其特征在于：还包括限流电阻R6、保护电阻R7、整流二极管D1和滤波电容C3，所述限流电阻R6的一端与所述运算放大器的输出端连接，所述限流电阻R6的另一端与所述整流二极管D1的正极和所述保护电阻R7的一端连接，所述保护电阻R7的另一端接地，所述整流二极管D1的负极与所述滤波电容C3的一端连接，所述滤波电容C3的另一端与所述推力大小调节电路连接。

7.根据权利要求6所述的一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制电路，其特征在于：所述推力大小调节电路包括分流电阻R8、保护电阻R9和推力调节电位器，所述分流电阻R8的一端与所述滤波电容C3远离接地端的一端连接，所述分流电阻R8的另一端与所述保护电阻R9的一端连接，所述保护电阻R9的另一端与所述PI调节电路连接，所述分流电阻R8与所述推力调节电位器并联。

8.一种逆变式直流手工弧焊机的推力控制方法，其特征在于，包括：

判断是否接收到弧焊机的推力选择信号；

若接收到推力选择信号，判断是否接收到推力档位选择信号；

若接收到所述档位选择信号，则基于所述推力档位选择信号，确定推力档位；

基于所述推力档位，调节推力电压。

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