CN202655768U

CN202655768U - 一种送丝调速装置

Info

Publication number: CN202655768U
Application number: CN201220062690XU
Authority: CN
Inventors: 黄鹏飞; 卢振洋; 张永刚
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2022-02-22

Abstract

一种送丝调速装置，其属于焊接技术领域，其将交流电变化为直流电整流器连接到电机电路的两端；同步电路的一端接到PWM芯片的管脚a上，另一端连接到采样保持电路，采样保持电路的输入端与电机电路相连。电流保护电路的输入端与电机电路相连。采样保持电路和电流保护电路的输出端连接到比例积分电路，比例积分电路的输出端与PWM芯片的管脚b相连；PWM芯片的管脚c与开关管相连，控制开关管的导通与关断。本实用新型通过对电机工作于发电机状态时感应电动势的信号采集，可以比较精确地反映出电机旋转的速度，从而精确控制其转速，达到送丝速度稳定的效果。同时此种方法通过闭环反馈控制电机的转速，结构简单，成本低廉，精度较高。

Description

一种送丝调速装置

技术领域

本实用新型属于送丝调速装置，具体指不同于其他送丝速度检测通过检测电机旋转感应电动势实现调速的送丝系统，属于焊接技术领域。

技术背景

随着焊接技术的发展，对焊丝送进速度有了更加严格的要求。在焊接应用领域中，各种焊接方法已经广泛使用等速送丝系统。只有保证焊丝的均匀送进，才能产生有规律的熔滴过渡和实现电弧的稳定燃烧。

对于电机转度的控制，多采用三种方法：（1）电枢电压负反馈自动调节，这种调节方式可以实现电枢电压的稳定，即对网压波动有补偿作用，却不能对因负载力矩变化造成的转速变化起到调节作用，机械特性较软；（2）电枢电压负反馈配合电枢电流正反馈调节方式，虽然这种方式可以等效为速度负反馈，但是其对速度信号的提取是通过检测电枢电压间接获得的，并不是速度的直接表征量，精度有待提高，而且它对温度变化引起的细小变化不具有补偿作用。（3）转速反馈自动调节方式，它是对电机转动速度的直接采样，所以不仅对于负载力矩变化造成的转速变化有调节作用，也对网压波动造成的转速变化有调节作用，控制精度高。

在目前常用的送丝系统中，电机速度检测方法主要借助编码器或光电码盘。对于编码器，编码器的价格较贵而且安装复杂。对于光电码盘同样存在着电路接线较为复杂的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于使电机电流工作于不连续状态，通过检测电机工作于发电机状态时电枢旋转产生的感应电动势，实现对电机转速的直接测量，从而实现对电机速度的控制。

本实用新型采用如下技术方案：

整流器将交流电变化为直流电通过开关管的导通和关断加到电机电路的两端；PWM芯片的管脚a连接到采样保持电路，触发采样保持电路，采样保持电路的输入端与电机电路相连，实现对电机感应电动势的检测。为防止电机电路中电流过大，电流保护电路的输入端与电机电路相连。采样保持电路和电流保护电路的输出端连接到比例积分电路，比例积分电路的输出端与PWM芯片的管脚b相连，将运算结果送给PWM芯片，调整占空比；PWM芯片的管脚c与开关管相连，控制开关管的导通与关断。当开关管导通时，电源电压加到电机的两端，电机开始转动，流过电机的电流逐渐增大，速度增加，当电源电压撤离后，由于电机自身电感的作用，电流的方向不变，通过开关管的反向并联二极管形成回路释放电能，当电能释放完毕，即电流减小到零，电机旋转产生感应电动势即可表现出来，并且对于此时的电机，虽然感应电动势表现出来，但因为没有放电回路，所以不会产生机械能向电能的转化，检测此感应电动势，即可得出电机的转动速度，从而实现电机转动速度的控制。

此系统采用PWM芯片使得在下一个脉冲信号到来之前的瞬间，触发采样保持器对电机工作在发电机状态时旋转产生的感应电动势进行采样保持，从而获得旋转的精确速度。

通过对电机感应电动势的采集，将采样结果与给定电压进行比例积分运算，再将运算结果送给PWM芯片，通过PWM调节方法，实现对电机速度的控制。

在电机的回路中，对电机电流进行采样，当电流信号过大时，把采样结果送给比例积分电路，通过调整占空比实现过流保护。

本实用新型具有的有益效果：

这种送丝调速系统通过对电机工作于发电机状态时感应电动势的信号采集，可以比较精确地反映出电机旋转的速度，从而精确控制其转速，达到送丝速度稳定的效果。同时此种方法通过闭环反馈控制电机的转速，结构简单，成本低廉，精度较高，有着非常广泛的应用前景。

附图说明

图1送丝调速系统总体方框图

图2系统电路图

图3工作原理图

图中1——整流器，2——电机电路，3——采样保持电路，4——电流保护电路，5——比例积分电路，6——PWM芯片

R1-R14——电阻器，C1——电容器，Q1、Q2——开关管，Z1——稳压管， MOTOR——电机，IC1——PWM芯片，IC2——采样保持器，IC3、IC4——运算放大器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对于本发明作进一步的说明。

如图1所示为本实用新型的总体系统方框简图。整流器1将交流电变化为直流电通过开关管的导通和关断加到电机电路2的两端；PWM芯片6的管脚a连接到采样保持电路3，触发采样保持电路3，采样保持电路3的输入端与电机电路2相连，实现对电机感应电动势的检测。为防止电机电路2中的电流过大，电流保护电路4的输入端与电机电路2相连。采样保持电路3和电流保护电路4的输出端连接到比例积分电路5，比例积分电路5的输出端与PWM芯片6的管脚b相连，将运算结果送给PWM芯片6，调整占空比；PWM芯片6的管脚c与开关管相连，控制开关管的导通与关断。

如图2所示为系统电路图，其为方框简图中元器件的具体连接图，当开关管Q1导通时，电源电压加在电机两端，电机电流逐渐增大，随着电流的增大，电机的加速度也随之增大。当开关管Q1关断后，流过电机的电流逐渐减小，电流经由并联在电机两端的二极管，电阻R10形成回路，此时电机仍然工作在加速状态，只是随着电流的减小，加速度也随之减小，直到电流减小到零，存储于电机的电能完全释放完毕，因为惯性的原因，电机继续转动，切割磁力线，开始工作于发电机状态，此时感应电动势表现出来，由于无放电回路，不会产生能量的转化，所以此时的感应电动势是一稳定值，检测此时电机两端电压，即可得出电机的转速，电机两端电压的变化见图3（b）,电机电流变化见图3（c），速度变化见图3（d）。要得到某一送丝速度，即可根据电机转速与其切割磁力线产生电动势的对应关系，给定某一电压Vset与采样保持器IC2检测的电压经过运算放大器IC4比较，再通过积分环节送给PWM芯片IC1，如果检测电压小于给定电压，那么芯片IC1就会加大脉冲的宽度，使开关管Q1的导通时间增长，从而提高电机的转速，最终使检测到的电压与给定电压相等，脉冲的宽度不变，即得到稳定的转速。如果检测的电压小于给定的电压，调节过程相反，也可以得到稳定的转速。

并且PWM芯片IC1在下一个脉冲到来之前，会产生一个同步信号，触发采样保持器IC2，使其对电压信号进行采样保持，这样可以保证在电机的电能释放完毕后，切割磁力线产生电动势时对电压信号进行采集，得到可以准确反映电机转速的检测电压。

此系统可以将调节频率提高到6KHz，配合阻值较小的放电电阻R10，既可以保证在较短的时间内，使电机放电完毕，将此电阻的温度控制在一定范围内，采集可以准确反映电机转速的电压，又提高了调节的频率，提高了本系统的动态响应。

此调节系统通过选择合适的比例环节与积分环节的参数，在保证响应速度的前提下，又使系统具有良好的稳定性，达到工程实用的要求。使送丝系统在1.5m/min-25.0m/min送丝速度的条件下，都能可靠的使用。

Claims

1.一种送丝调速装置，其特征在于：整流器(1)将交流电变化为直流电通过开关管的导通和关断连接到电机电路(2)的两端；PWM芯片(6)的管脚a连接到采样保持电路(3)，触发采样保持电路(3)，采样保持电路(3)的输入端与电机电路(2)相连，实现对电机感应电动势的检测；为防止电机电路(2)中的电流过大，电流保护电路(4)的输入端与电机电路(2)相连,采样保持电路(3)和电流保护电路(4)的输出端连接到比例积分电路(5)，比例积分电路(5)的输出端与PWM芯片(6)的管脚b相连，将运算结果送给PWM芯片(6)，调整占空比；PWM芯片(6)的管脚c与开关管相连，控制开关管的导通与关断。