CN201044407Y - 内燃直流弧焊发电两用机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种内燃直流弧焊发电两用机，包括发动机、三相异步发电机、整流电路和移相触发及焊接特性控制电路。本实用新型采用三相异步发电机、可控硅三相全控整流技术、电子控制调节的方式，既兼具普通焊机良好的控制和调节性能及对现代焊接工艺的适应性、又具有弧焊发电机适宜野外焊接发电使用的特点。本实用新型既提高了发电机的效率，也改善了焊接特性，同时还可提供辅助电源输出，是野外焊接施工和后备应急电源的理想设备。具有结构简单，效率高，焊接性能优异，体积小，重量轻，移动方便，输出电流范围大，输出电流连续可调，机组输出功率从几个kW至几十个kW均能实现，能满足管道全位置焊、纤维素焊等管线焊接的多种需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种弧焊发电机，特别是电子控制的内燃直流弧焊发电两用机。
背景技术
目前国内外生产的自发电式弧焊机主要有三种结构形式：一是原动机直接驱动的直流弧焊发电机，二是原动机直接驱动的交流发电整流式直流弧焊机，三是原动机驱动的发电机组配置普通弧焊机。
传统的原动机直接驱动的直流弧焊发电机一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装置组成，调节装置通过调节发电机输出达到调节外特性的目的，其缺点是损耗大、效率低，焊接特性较差，机组庞大笨重，机动性差。
原动机直接驱动的交流发电整流式直流弧焊发电机，其发电采用转子激磁，定子绕组发电的结构，并使用半导体整流元件整流后用于焊接，具有体积小、重量轻、造价低的特点，非常适用于野外无电源地区的焊接作业。但其控制性差，因此输出动特性、焊接工艺性适应性都较差，难以进行全位置焊及纤维素立向下焊，不能满足焊接工艺的发展。国外内燃直流弧焊发电机组技术已较为成熟，多采用旋转直流发电机，励磁调节，或硅整流技术，产品焊接性能稳定，但体积重量较大。
以上两种都是通过调节发电机的输出特性来满足焊接对机组输出的要求，因此焊接输出调节具有很大的局限性。
原动机驱动的发电机组配置普通弧焊机也是一种方式，具有焊机选择灵活，容易满足焊接工艺性能等优点。但这只是一种发电机和焊机简单的组合，不足之处一是体积重量较大，成本很高；二是为满足管道焊接施工工艺的要求及移动方便，多配置逆变焊机，存在对野外恶劣环境适应性差，故障率高等逆变焊机固有的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服已有技术缺点，提供一种采用电子控制技术、电力电子技术与发电机组相结合的一种内燃直流弧焊发电两用机。
本实用新型的技术解决方案是：一种内燃直流弧焊发电两用机，包括发动机、三相异步发电机、晶闸管整流电路和移相触发及焊接特性控制电路，发动机驱动三相异步发电机的转子，发电机内设有两套相互独立的绕组，一套为励磁和发电绕组，输出380V和220V电源，另一套为三相焊接绕组，其输出端连接晶闸管整流电路的输入端，整流电路整流后输出直流焊接电源，另外整流电路输出端经电流、电压采样电路与电流设定电路一起连接到控制电路输入端，控制电路输出触发脉冲连接晶闸管整流电路触发端。
所述的整流电路包括整流晶闸管和电阻，电流、电压采样电路包括分流器和滤波电抗器，晶闸管接成三相桥式全控整流电路，其中，三只晶闸管为共阴极接法，另三只晶闸管为共阳极接法，三相桥式全控整流电路正负极之间连接一电阻，整流电路输出端经滤波电抗器、分流器连接控制电路输入端。
所述的控制电路包括电源电路板、移相触发及焊接特性控制电路板、主电流调节电位器、弧力电流调节电位器、碱性和纤维素焊条功能转换开关、远控近控转换开关，电源电路板输入端与整流电路输出端连接，其输出端连接移相触发及焊接特性控制电路板，主电流调节电位器、弧力电流调节电位器、碱性和纤维素焊条功能转换开关、远控近控转换开关分别连接移相触发及焊接特性控制电路板，移相触发及焊接特性控制电路板脉冲输出端产生互隔60°的基本脉冲序列按序触发晶闸管，再以互隔60°的添补脉冲序列同步对前一只未换相的晶闸管补发一个触发脉冲。
所述的移相触发及焊接特性控制电路板包括移相与触发电路、焊接电流控制电路、引弧控制电路和过流保护电路，所述的移相与触发电路包括以下部分：①整流电路输出端与电阻、电容连接构成同步移相电路；②比较器和电容构成比较、微分电路，同步移相电路输出端和直流切割电压U+或U-分别连接到比较器的输入端，比较器输出端产生触发脉冲；③晶体管和脉冲变压器组成触发脉冲功率放大电路，其输出端触发整流电路晶闸管；焊接电流控制电路包括以下部分：直流焊接电源输出端给定信号经过调节电位器、电阻连接运算放大器反向输入端，电流采样电路通过分流器输出电流采样信号经过运算放大器、电阻连接到运算放大器的反向输入端，运算放大器输出负切割电压U-；引弧控制电路包括碱性焊条状态下引弧控制电路和纤维素焊条状态下引弧控制电路，碱性焊条状态下引弧控制电路由下述部分构成：外置碱性和纤维素焊条功能转换开关置于BASIC状态，直流焊接电源输出端引入弧压检测信号，经过调节电位器连接到运算放大器输入端，其输出端经二极管、电阻、常闭触点连接弧力电位器，弧力电位器经常闭触点、电阻连接焊接电流控制电路中运算放大器的输入端，晶体管饱和导通，运算放大器输出-12V电压；纤维素焊条状态下引弧控制电路由下述部分构成：外置碱性和纤维素焊条功能转换开关置于CELLULOSIC状态，常闭触点导通，晶体管截止，直流焊接电源输出端引入弧压检测信号，经运算放大器连接到运算放大器的输入端，弧力电位器经常开触点、电阻连接到运算放大器的输入端，运算放大器的输出端经电阻、二极管输出U-；过流保护电路包括运算放大器和晶体管，电流采样电路经分流器连接到运算放大器，运算放大器输出端经过电阻、电容连接到由运算放大器组成的比较器输入端，比较器输出端连接晶体管，晶体管连接运算放大器。
本实用新型采用三相异步发电机、可控硅三相金控整流技术、电子控制调节的方式，提供一种既兼具普通焊机良好的控制和调节性能及对现代焊接工艺的适应性、又具有弧焊发电机适宜野外焊接发电使用的特点。本实用新型既提高了发电机的效率，也改善了焊接特性，同时还可提供辅助电源输出，是野外焊接施工和后备应急电源的理想设备。具有结构简单，效率高，焊接性能优异，体积小，重量轻，移动方便，输出电流范围大，输出电流连续可调，机组输出功率从几个kW只几十个kW均能实现，能满足管道全位置焊、纤维素焊等管线焊接的多种需求，并具有完善的保护系统。
附图说明
图1为本实用新型电路原理框图。
图2为本实用新型电路原理图。
图3为整流电路原理路。
图4移相触发及焊接特性控制电路原理图。
图5为控制电路中移相与触发电路原理图。
图6为控制电路中焊接电流控制电路原理图。
图7为控制电路中引弧控制电路原理图。
图8为控制电路中过流保护电路原理图。
具体实施方式
本实用新型包括发动机1、三相异步发电机2、晶闸管整流电路3、移相触发及焊接特性控制电路4和发动机保护电路5，发动机1驱动三相异步发电机2的转子，发电机1内设有两套相互独立的绕组，一套为励磁和发电绕组，输出380V和220V电源6，另一套为三相焊接绕组，其输出端连接晶闸管整流电路3的输入端，整流电路3整流后输出直流焊接电源7，另外整流电路3输出端经电流、电压采样电路8与电流设定电路9一起连接到控制电路4输入端，控制电路4输出触发脉冲连接晶闸管整流电路3触发端。其工作过程如下：发动机1驱动三相异步发电机G001转子转动，励磁电容C001～C003和定子励磁线圈建立起励磁磁场后，异步发电机G001发电输出。电机内有两套相互独立的绕组，一套为励磁和发电绕组，提供380V和220V辅助电源输出XS001、XS002，用于野外照明和其它设备及工具等；另一套输出为三相焊接绕组，作为交流焊接电源输入由晶闸管组成的整流电路整流后，经电抗器滤波，输出直流焊接电源XS003、XS004。电流检测信号和电压检测信号作为反馈输入，与电流给定信号一起输入焊接特性控制电路，控制触发脉冲的输出，由触发电路触发晶闸管的导通。
整流电路3由整流晶闸管VT1～VT6、电阻R002、分流器RS001、滤波电抗器L001等组成。晶闸管VT1～VT6接成三相桥式全控整流电路，其中，VT1、VT3、VT5为共阴极接法，VT2、VT4、VT6为共阳极接法。在任何时刻，共阳极组和共阴极组中均有一只晶闸管导通，且每隔π/3相位时间就有一只晶闸管换相，为保证电路连续工作，在换相点要对未换相的一只晶闸管补发一个触发脉冲。在整流桥输出正负极间接一电阻R002，R002取值50W/100Ω，在未施焊及负载电流断续时，维持晶闸管处于导通状态，以获得较高的空载电压。只有较高的空载电压才能保证引弧时能顺利起弧。为防止在晶闸管导通角较小时波形不连续，产生断弧，在整流电路的输出端串联直流电抗器L001，同时起到平滑输出电流，抑制谐波的作用，以获得更好的焊接特性。分流器RS001采样焊接电流，输入控制回路，与设定焊接状态进行比较，控制晶闸管的导通角。
移相触发及焊接特性控制电路4主要由控制电路板AP002、电源电路板AP005、主电流调节电位器RP001、弧力电流调节电位器RP002、碱性和纤维素焊条功能转换开关S002、远控近控转换开关S001等构成，如图4所示。控制电路板AP002主要完成移相并产生触发脉冲、焊接电流控制、引弧控制、过流保护等功能。电源电路板AP005将从整流桥引入的三相同步焊接电源信号由角型连接变换为星型连接。为移相电路提供同步电压信号，同时为控制电路板AP002提供工作电源。焊接所需电流大小由外置主电流调节电位器RP001设定，焊接电流从30A至500A连续可调，设定信号由控制电路板AP002的9、10、11脚引入。外置弧力电流调节电位器RP002设置引弧电流的大小，即设置焊接外特性的外拖段。使用碱性焊条焊接时，外拖电流最大可增加150A；使用纤维素焊条焊接时，外拖电流最大可增加215A。其使用不同焊条时的功能转换由转换开关S002完成，且外拖曲线也是可调的，其设定信号由控制电路板AP002的31、32、33脚引入，功能转换信号由控制电路板AP002的36、37脚引入。远控开关S001可以完成焊接电流的直接设定或远控设定。控制电路板AP002的12、13脚和34、35脚分别为焊接整流电路的电流反馈采样信号和电压反馈采样信号的引入脚。
所述的移相触发及焊接特性控制电路板AP002包括移相与触发电路、焊接电流控制电路、引弧控制电路和过流保护电路，移相与触发电路主要由三部分组成：(1)从整流电路输入端引入的三相同步信号和电阻R081、电容C136构成同步移相电路。该部分电路产生的同步移相电压的瞬时值近似地与相位角呈线性关系；(2)主要由比较器N109A、N109B和电容C137、C140构成的比较、微分电路。同步移相电压信号和直流切割电压U+或U-分别输入到比较器的输入端，相应地，比较器输出方波信号，该信号经过微分作用，在方波信号的上升沿产生触发脉冲；(3)主要由晶体管V103、V104和脉冲变压器T101、T102组成的触发脉冲功率放大电路，产生具有足够触发功率的脉冲信号，触发整流电路晶闸管。
焊接电流控制电路主要由电流给定环节、电流反馈环节和电流比较、调节环节组成。给定信号ugi由外接1K线绕电位器RP1的滑动点电位决定，在0～-4.8V之间变化，给定信号ugi经过调节电位器RP112、电阻R073至运算放大器N108:B反向输入端；由整流电路分流器RS001取得的焊接电流采样信号，经过运算放大器N107的差动放大后得到电流反馈信号ufi，该值正比于焊接电流。ufi经电阻R034也输入到运算放大器N108:B的反向输入端。在N108:B的反向输入端，电流给定信号ugi为负值，电流反馈信号ufi为正值，两路信号经N108:B差分放大后，在稳态下，N108:B输出负切割电压U-。引弧控制电路根据焊条药皮成分的不同，分为碱性焊条和酸性焊条(纤维素焊条)，两种焊条特性不同，对引弧电压和稳态短路电流的要求也不同。下面分别描述：
在碱性焊条状态下，外置开关置于BASIC状态。弧压检测信号由XS102:35端引入，调节RP101使得当弧压低于约10V时，运算放大器N104:B输出变负，弧压信号经VD119、R023、KA103常闭触点1加至外接弧力电位器RP2，通过RP2中心抽头，经KA103常闭触点2、R025、R033加至外特性控制电路中N108:B的6脚，该信号削弱了焊接电流采样信号，使U-绝对值降低，从而使焊接输出电流增大。调节RP2使稳态短路电流增量在0～150A自由变化，方便不同直径焊条焊接时设置不同的弧力电流。
此状态下，V102饱和导通，N103:B输出被拉至-12V，其输出不影响焊接电流。
当使用纤维素焊条焊接时，外置开关置于CELLULOSIC状态，KA103、KA104得电。此时V102截止，不影响N 103:B输出。弧压检测信号由XS102:34端引入，经N103:A放大后，加N103:B的6脚，与此同时弧力电位器给定电压经KA103常开触点、RP110、R069也加N103:B的6脚，两信号经N103:B运算放大后，N103:B的7脚输出经R068、VD133至U-，在短路状态时，N103:B输出低于N108:B，将主电流信号淹没。调节RP2使稳态短路电流增量在120A～250A自由变化，方便不同直径焊条焊接时设置不同的弧力电流。
过流保护电路是以运算放大器N107、N106:A和晶体管V101为核心组成的。由整流电路分流器RS001取得的焊接电流采样信号，经过运算放大器N107的差动放大后得到电流反馈信号ufi，该值正比于焊接电流。当短路电流达到设定的过载电流时，电容C115两端电压达到设定值，由运算放大器N106:A组成的比较器输出变为-12V。于是晶体管V101饱和导通，将N108:B的6脚电位钳在0V左右，N108:B输出被限定在允许值，使焊接电源的输出电流降低。可见当过流时电源输出波形呈陡降特性，该部分电路起到了过流保护作用。
相反，若电流小于允许过载电流时，运算放大器N106:A所组成的比较器输出为+12V，则晶体管V101截止，对电流反馈信号不构成影响。则电源输出电流由给定电位器RP001和电流反馈信号正常运算决定，机组处于正常工作状态。
Claims (4)
1.一种内燃直流弧焊发电两用机，包括发动机(1)、三相异步发电机(2)、晶闸管整流电路(3)和移相触发及焊接特性控制电路(4)，其特征在于：发动机(1)驱动三相异步发电机(2)的转子，发电机(1)内设有两套相互独立的绕组，一套为励磁和发电绕组，输出380V和220V电源(6)，另一套为三相焊接绕组，其输出端连接晶闸管整流电路(3)的输入端，整流电路(3)整流后输出直流焊接电源(7)，另外整流电路(3)输出端经电流、电压采样电路(8)与电流设定电路(9)一起连接到控制电路(4)输入端，控制电路(4)输出触发脉冲连接晶闸管整流电路(3)触发端。
2.如权利要求1所述的内燃直流弧焊发电两用机，其特征在于：所述的整流电路(3)包括整流晶闸管(VT1～VT6)和电阻(R002)，电流、电压采样电路(8)包括分流器(RS001)和滤波电抗器(L001)，晶闸管(VT1～VT6)接成三相桥式全控整流电路，其中，三只晶闸管(VT1、VT3、VT5)为共阴极接法，另三只晶闸管(VT2、VT4、VT6)为共阳极接法，三相桥式全控整流电路正负极之间连接一电阻(R002)，整流电路(3)输出端经滤波电抗器(L001)、分流器(RS001)连接控制电路(4)输入端。
3.如权利要求1或2所述的内燃直流弧焊发电两用机，其特征在于：所述的控制电路(4)包括电源电路板(AP005)、移相触发及焊接特性控制电路板(AP002)、主电流调节电位器(RP001)、弧力电流调节电位器(RP002)、碱性和纤维素焊条功能转换开关(S002)、远控近控转换开关(S001)，电源电路板(AP005)输入端与整流电路(3)输出端连接，其输出端连接移相触发及焊接特性控制电路板(AP002)，主电流调节电位器(RP001)、弧力电流调节电位器(RP002)、碱性和纤维素焊条功能转换开关(S002)、远控近控转换开关(S001)分别连接移相触发及焊接特性控制电路板(AP002)，移相触发及焊接特性控制电路板(AP002)脉冲输出端产生互隔60°的基本脉冲序列按序触发晶闸管(VT1～VT6)，再以互隔60°的添补脉冲序列同步对前一只未换相的晶闸管补发一个触发脉冲。
4.如权利要求3所述的内燃直流弧焊发电两用机，其特征在于：所述的移相触发及焊接特性控制电路板(AP002)包括移相与触发电路、焊接电流控制电路、引弧控制电路和过流保护电路，所述的移相与触发电路包括以下部分：①整流电路输出端与电阻(R081)、电容(C136)连接构成同步移相电路；②比较器(N109A、N109B)和电容(C137、C140)构成比较、微分电路，同步移相电路输出端和直流切割电压U+或U-分别连接到比较器(N109A、N109B)的输入端，比较器输出端产生触发脉冲；③晶体管(V103、V104)和脉冲变压器(T101、T102)组成触发脉冲功率放大电路，其输出端触发整流电路(3)晶闸管(VT1～VT6)；焊接电流控制电路包括以下部分：直流焊接电源(7)输出端给定信号(ugi)经过调节电位器(RP112)、电阻(R073)连接运算放大器(N108：B)反向输入端，电流采样电路(8)通过分流器(RS001)输出电流采样信号经过运算放大器(N107)、电阻(R034)连接到运算放大器(N108：B)的反向输入端，运算放大器(N108：B)输出负切割电压U-；引弧控制电路包括碱性焊条状态下引弧控制电路和纤维素焊条状态下引弧控制电路，碱性焊条状态下引弧控制电路由下述部分构成：外置碱性和纤维素焊条功能转换开关(S002)置于BASIC状态，直流焊接电源输出端(XS102：35)引入弧压检测信号，经过调节电位器(RP101)连接到运算放大器(N104：B)输入端，其输出端经二极管(VD119)、电阻(R023)、常闭触点(KA103-1)连接弧力电位器(RP002)，弧力电位器(RP002)经常闭触点(KA103-2)、电阻(R025、R033)连接焊接电流控制电路中运算放大器(N108：B)的输入端，晶体管(V102)饱和导通，运算放大器(N103：B)输出-12V电压；纤维素焊条状态下引弧控制电路由下述部分构成：外置碱性和纤维素焊条功能转换开关(S002)置于CELLULOSIC状态，常闭触点(KA103、KA104)导通，晶体管(V102)截止，直流焊接电源输出端(XS102：34)引入弧压检测信号，经运算放大器(N103：A)连接到运算放大器(N103：B)的输入端，弧力电位器(RP002)经常开触点(KA103)、电阻(RP110、R069)连接到运算放大器(N103：B)的输入端，运算放大器(N103：B)的输出端经电阻(R068)、二极管(VD133)输出U-；过流保护电路包括运算放大器(N107、N106：A)和晶体管(V101)，电流采样电路(8)经分流器(RS001)连接到运算放大器(N107)，运算放大器(N107)输出端经过电阻(R031)、电容(C115)连接到由运算放大器(N106：A)组成的比较器输入端，比较器(N106：A)输出端连接晶体管(V101)，晶体管(V101)连接运算放大器(N108：B)。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080402 Termination date: 20110424 |