CN2035678U - 一种可控硅弧焊整流器 - Google Patents

Abstract

一种可控硅弧焊整流器，它用三路同步、移相、触发电路控制触发三相桥全控整流电路中的六只可控硅，用电流负反馈电路、电压反馈电路和断弧操作电路构成变结构自适应控制系统，控制电路全部采用集成电路元件。它能获得十种组合外特性，焊接电流调节范围大，引弧容易，电弧稳定性好、吹力大，焊接飞溅小且可控，控制电路稳定性、可靠性高、调试简化，便于焊机维修，可用于手工电焊弧、TIG焊、埋弧自动焊和碳弧气刨。

Description

本实用新型属于弧焊电源。

美国MILLER公司GS系列可控硅手工弧焊整流器（GOLDSTARSS  Series  com－stant Current  are  Wellders）为三相桥全控式可控硅弧焊整流器，在其控制电路中采用完全相同的六套同步、移相、触发电路控制触发主电路中的六只可控硅，控制电路显得繁琐，其外特性为陡降加电流外拖型，在进行断弧操作时不易断弧，在其控制电路中使用了十几只晶体三极管，集成化程度低。

本实用新型的目的在于提供一种同步、移相、触发电路简化，能获得多种组合式多折线外特性，控制电路全集成化，焊接工艺性好，并具有多功能多用途的可控硅弧焊整流器。

本实用新型的构成是控制电路全集成电路化的变结构自适应控制的多功能手工弧焊整流器，其主电路（14）采用三相桥全控式，在控制电路（15）中，采用完全相同的三套同步电路（5）、移相电路（6）、触发电路（7）触发主电路（14）中的六只可控硅［SCR₁－SCR₆］，采用电流负反馈电路（8）、电压反馈电路（9）和断弧操作电路（10）构成变结构自适应控制系统，在控制电路（15）中还设有过载保护电路（11）、网压补偿电路（12）和控制电源（13），控制电路全部采用集成电路元件构成。

上述三套同步电路（5）、移相电路（6）、触发电路（7）产生三路相位相差120°，每路相隔180°的双窄脉冲。每路双窄脉冲触发对应相中的阴极组可控硅［SCR₁、SCR₂、SCR₃］和阳极组可控硅［SCR₄、SCR₅、SCR₆］中各一只可控硅，为防止最大移相时付脉冲使反相可控硅误触发，在触发电路中加有付脉冲移相到120°时自行消除电路。

上述由变结构自适应控制系统产生的十种组合式多折线外特性包括连弧操作用的基本陡降二折线外特性（ABC）、基本陡降加推力电流三折线外特性（ABDH）、基本陡降加电弧吹力三折线外特性（ABEM）、基本陡降加推力电流加飞溅控制四折线外特性（ABDFG）、基本陡降加电弧吹力加飞溅控制四折线外特性（ABEFG）。包括断弧操作用的三折线外特性（PQRC）、断弧操作加推力电流的四折线外特性（PQRDH）、断弧操作加电弧吹力的四折线外特性（PQREM）、断弧操作加推力电流加飞溅控制五折线外特性（PQRDFG）、断弧操作加电弧吹力加飞溅控制五折线外特性（PQREFG）。

上述控制电路（15）的同步电路（5）、移相电路（6）、电流负反馈电路（8）、电压反馈电路（9）、断弧操作电路（10）、过载保护电路（11）皆由集成四运算放大器构成，触发电路（7）由集成四与非门和集电极开路双功率与非门构成，实现了控制电路集成化。

下面结合附图，对本实用新型作进一步详细描述。

图1是弧焊整流器的框图；

图中（14）－主电路，其中（1）－三相变压器；（2）－三相桥全控可控硅整流电路；（3）－输出电抗器；（4）－分流器；（15）－控制电路，其中（5）－同步电路；（6）－移相电路；（7）－触发电路；（8）－电流负反馈电路；（9）－电压反馈电路；（10）－断弧操作电路；（11）－过载保护电路；（12）－网压补偿电路；（13）－控制电源。

图2是弧焊整流器的主电路图

图中B－三相变压器；N₁－三相变压器一次线圈；N₂－三相变压器二次主电路线圈；N₃－三相变压器二次同步电压线圈；N₄－三相变压器二次控制电源线圈；N₅－三相变压器二次指示灯线圈；SCR₁～SCR₆－主电路六只可控硅；DK－输出电抗器；F－分流器。

图3是弧焊整流器控制电路（15）的同步电路（5）、移相电路（6），触发电路（7）的电路图；

图中［T₀₁－T₀₆，T₁₀－T₁₂］－集成运算放大器；［T₀₇－T₀₉，T₁₃－T₁₈］－集成与非门；［T₁₉－T₂₁］－集电极开路功率与非门；［MB₁－MB₃］－脉冲变压器；［SCR₇－SCR₁₂］－小可控硅。

图4是弧焊整流器控制电路（15）的电流负反馈电路（8）、电压反馈电路（9）、断弧操作电路（10）、过载保护电路（11）、网压补偿电路（12）的电路图；

图中［T₂₂－T₂₆］－集成运算放大器；［W₁－W₁₁］－电位器；［Z₁－Z₄］－单相整流桥；［K₁－K₂］－开关；［DW₁－DW₂］－稳压管；［SCR₁₃］－小可控硅。

图5是弧焊整流器外特性曲线图。

图中（JK）－负载线。

如图1所示，本实用新型由主电路（14）和控制电路（15）构成，主电路（14）由Y／△接三相变压器（1）、三相桥全控可控硅整流电路（2）、输出电抗器（3）和分流器（4）组成，控制电路（15）由同步电路（5）、移相电路（6）、触发电路（7）、电流负反馈电路（8）、电压反馈电路（9）、断弧操作电路（10）、过载保护电路（11）、网压补偿电路（12）和控制电路电源（13）组成。

如图2所示，上述的主电路（14）包括接成Y／△的三相变压器［B］、三相桥全控可控硅整流电路［SCR₁－SCR₆］、条铁芯式输出电抗器［DK］和分流器［F］。在三相变压器三个芯柱上绕有接成Y型的一次线圈［N₁］、结成△型的二次线圈［N₂］，接成Y型的同步线圈［N₃］，在其中一个芯柱上绕有控制电源线圈［N₄］和指示灯线圈［N₅］。

如图3所示，上述控制电路［15］的同步电路（5）、移相电路（6）、触发电路（7）具体构成如下：

在三路同步电路中，a相同步电路由集成运算放大器［T₀₁、T₀₄］、与非门［T₀₇］、电阻、电容和二极管构成的同步信号采样电路、顺相微分电路、放大整形集成电路组成，其中集成运算放大器［T₀₁］的同相输入经电阻与同步正弦电压相接，反相输入端接地，输出端经微分电容、两只正反接顺相二极管和两只微分电阻分别与接成比例放大器的集成运算放大器［T₀₄］的两输入端相接，集成运算放大器［T₀₄］的输出端和与非门［T₀₇］输入端相接，与非门［T₀₇］输出端经二极管接向移相电路，b相、c相同步电路的构成方式与a相相同，得到三路相差120°，每路相隔180°的低电位同步脉冲信号。

三路移相电路由接成比较电路的集成运算放大器（T₁₀－T₁₂）、电阻、电容和二极管构成，集成运算放大器（T₁₀－T₁₂）的同相输入端输入同步锯齿波电压，该同步锯齿波电压是在同步信号作用下由电阻电容充放电形成的，其反相输入端经m点输入由图4中m点输出的反馈电压信号，经比较后实现移相。

在三路触发电路中，a相触发电路由电容、电阻和与非门（T₁₃）构成的微分和整形电路，与非门（T₁₆）构成的双窄脉冲形成电路，集电极开路功率与非门（T₁₉）构成的功率放大电路，脉冲变压器（MB₁）、小可控硅（SCR₇、SCR₈）、电阻、二极管构成的分相触发电路和由b相中移相电路的集成运算放大器（T₁₁）、电阻、a相中集电极开路功率与非门（T₁₉）构成的双窄脉冲中付脉冲移相到120°后的消除电路组成，b相、c相触发电路的构成方式与a相相同，得到三路变六路的双窄脉冲触发电路。上述的双窄脉冲形成电路，其中a相与非门（T₁₃）的输出端除与本相与非门（T₁₆）一输入端相接外，还与b相中与非门（T₁₇）一输入端相接，b相与非门（T₁₄）的输出端除与本相与非门（T₁₇）一输入端相接外，还与c相与非门（T₁₈）一输入端相接，c相与非门（T₁₅）的输出端除与本相与非门（T₁₈）一输入端相接外，还与a相中与非门（T₁₆）一输入端相接，构成三相双窄脉冲形成电路。上述的功率放大电路和分相触发电路，其中a相的脉冲变压器（BM₁）的一次线圈作为集电极开路功率与非门（T₁₉）的负载，脉冲变压器的二次线圈有两组，分别经二极管触发小可控硅（SCR₇、SCR₈），小可控硅（SCR₇）的阳极经电阻与图2主电路中可控硅（SCR₁）的阳极相接，小可控硅（SCR₇）的阴极与可控硅（SCR₁）的控制极相接，小可控硅（SCR₈）的阳极经电阻与图2主电路中可控硅（SCR₄）的阳极相接，小可控硅（SCR₈）的阴极与可控硅（SCR₄）的控制极相接，b相、c相的功率放大电路和分相触发电路的构成方式与a相相同，得到三路变六路的触发电路。

上述的双窄脉冲中付脉冲移相到120°后的消除电路，其中a相移相电路中的运算放大器（T₁₀）输出端经一电阻与c相功率放大电路中集电极开路功率与非门（T₂₁）一输入端相接，b相移相电路中的集成运算放大器（T₁₁）输出端经一电阻与a相功率放大电路中集电极开路功率与非门（T₁₉）一输入端相接，c相移相电路中的运算放大器（T₁₂）输出端经一电阻与b相功率放大电路中集电极开路功率与非门（T₂₀）一输入端相接，构成三路双窄脉冲中的付脉冲移相到120°后的消除电路。

如图4所示，构成上述变结构自适应控制系统的电流负反馈电路（8），电压反馈电路（9）和断弧操作电路（10）的具体构成如下：

由分流器（F）和接成二级比例放大的集成运算放大器（T₂₂、T₂₃）、电位器（W₄－W₈）、稳压管（DW₁）、电阻、二极管组成电流负反馈电路，其输出电压经电位器（W₇）的动臂m点电送至图3中移相电路的m点实现移相控制。电位器（W₈）用来整定最小输出电流，电位器（W₄）用来整定最大输出电流，电位器（W₅）用来调节焊接电流，电位器（W₆、W₇）用来保证最大输出短路电流时稳压管进入稳压。三只正向串联的二极管对图3中移相电路（6）提供空载时所需的比较电压。

变结构自适应控制系统中的电压反馈电路（9）由接成比例放大器的集成运算放大器［T₂₅］、电位器［W₉、W₁₀、W₁₁］、开关［K₂］、电阻和二极管构成，集成运算放大器［K₂₅］的同相输入端可通过开关［K₂］选择分压电阻的不同分压比，此分压电阻一端接地，另一端通过两只二极管分别与电位器［W₁₁］的动臂和可控硅弧焊整流器正输出端相接，集成运算放大器［T₂₅］的反相输入端与电位器［W₁₀］相接，电位器［W₁₀］与电流负反馈电路中的给定电压电位器［W₅］联动，电压反馈电路由电位器［W₉］输出，电位器［W₉］的动臂经电阻接到电流负反馈电路（8）中的集成运算放大器［T₂₃］同相输入端，上述电路使本实用新型获得电弧吹力控制、推力电流控制和飞溅控制的功能。当开关［K₂］置向低电位端时，弧焊整流器输出电压经分压电阻分压后，通过集成运算放大器（T₂₅）比较放大，可使电弧电压降至负载线（JK）以上5伏左右以下时，电位器（W₉）输出随电弧电压降低而绝对值增加的负电位，送至电流截止负反馈电路的集成运算放大器［T₂₃］的同相输入端，形成如图5所示的电弧吹力外拖段（EM），其可使本实用新型具有旋转弧焊发电机一样强的电弧吹力。当开关［K₂］置向高电位端时，则外特性外拖拐点（D）降至20伏以下，形成如图5所示的推力电流外拖段（DH），其可促进熔滴过渡和便于引弧。电位器［W₁₀］与［W₅］联动，使电弧吹力外拖拐点（E）始终高于负载线（JK）。飞溅控制是通过限制短路电流值来实现的，当电位器（W₁₁）的动臂向高电位端移到某一位置时，电弧电压降低到低于电位器（W₁₁）分压比以下时，在二极管的作用下分压电阻将由电位器（W₁₁）供给一恒定电压，则获得控制飞溅用外拖部分垂直切除段［FG］，切除部分的大小可用电位器（W₁₁）调节。

变结构自适应控制系统中的断弧操作电路（10）由集成运算放大器［T₂₄］、电位器［W₃］、开关［K₁］、电阻和二极管构成的比较电路，集成运算放大器［T₂₄］的同相输入端经电阻接地，反相输入端经电阻接电位器［W₃］的动臂，由电位器［W₃］、电阻构成的分压电阻的一端接负15伏电压，另一端接可控硅弧焊整流器正输出端，集成运算放大器［T₂₄］的输出端经电阻、二极管、开关［K₁］，接在电流负反馈电路中的电位器［W₄、W₅］连线上，开关［K₁］接通为断弧操作。当弧焊整流器输出电压较高，使集成运算放大器［T₂₄］反相输入端呈正电位时，集成运算放大器［T₂₄］输出负15伏电位，通过二极管和开关［K₁］将电流截止负反馈电路（8）的给定电压电位器［W₅］的输出电位箝位于负电位，随弧焊整流器输出电压的降低，其分压电阻中电位器［W₃］动臂输出电压小于零电位时，集成运算放大器［T₂₄］输出正15伏电位，由于二极管的阻断作用，使给定电位器［W₅］的输出电位恢复到原调定的正值。如此，弧焊整流器获得如图5所示断弧焊操作用外特性段（PQR），电位器［W₃］可调节（PQR）段的高低。开关［K₁］断开时，断弧操作控制电路不起作用，弧焊整流器外特性恢复到如图5所示的基本陡降外特性［ABC］，此时为连弧操作。

上述电路可任意选择和搭配，能形成十种多折线组合外特性。

由接成比较电路的集成运算放大器［T₂₆］、小可控硅［SCR₁₂］和电阻构成过载保护电路，当弧焊整流器输出电流超过额定电流三倍时，集成运算放大器［T₂₆］输出正电位，［SCR₁₃］触发导通，（n）点为低电位，使图3中集电极开路功率与非门［T₁₉－T₂₁］无脉冲输出，弧焊整流器无输出，起到保护作用。由单相整流桥［Z₁－Z₄］、稳压管［DW₂］、电位器［W₁、W₂］、电阻和电容构成网压补偿电路，网压为额定电压时，调电位器［W₁］动臂使电位器［W₂］两固定端电位差为零，稳定管［WD₂］负极对地无电压输出，对电流负反馈电路的集成运算放大器［T₂₃］反相输入端无影响。当网压高于额定电压时，稳压管［DW₂］对地有负电位输出，使集成运算放大器［T₂₃］输出正电位增加，使主电路可控硅［SCR₁－SCR₆］移相角增加，当网压低于额定电压时，主电路可控硅［SCR₁－SCR₆］移相角减小，起到网压补偿作用。由图4可知，在电流负反馈电路（8）中无惯性元件，使弧焊整流器具有很好的动态品质。

本实用新型的积极效果是：1.因用三套同步、移相、触发电路控制触发主电路中六只可控硅，故简化了控制电路；2.因在电流电压反馈电路中采用的变结构自适应控制系统可获得十种多折线外特性，故使本实用新型具有电弧吹力控制、推力电流控制、焊接飞溅控制、连弧操作或断弧操作选择多种功能；3.因控制电路全部采用集成电路元件，故提高了电路的可靠性、稳定性和一致性，简化了调试，并做到控制板小型化，为用户维修焊机提供了方便条件；4.焊接工艺性好，焊接电流调节范围大，引弧容易、电弧稳定性好、电弧吹力大，焊接飞溅小且可控、连弧操作不断弧、断弧操作时断弧性和重复引弧性好；5.可用于手工电弧焊、TIG焊、埋弧自动焊和碳弧气刨。

Claims (7)

1、一种可控硅弧焊整流器，它由主电路(14)和控制电路(15)构成，主电路(14)由Y/△接三相变压器(1)、三相桥全控可控硅整流电路(2)、输出电抗器(3)和分流器(4)组成，控制电路(15)由同步电路(5)、移相电路(6)、触发电路(7)、电流负反馈电路(8)、电压反馈电路(9)、过载保护电路(11)、网压补偿电路(12)和控制电路电源(13)组成，其特征在于，用完全相同的三路同步电路(5)、移相电路(6)、触发电路(7)来控制触发三相桥全控整流电路(2)中的六只可控硅(SCR₁-SCR₆)，用电流负反馈电路(8)、电压反馈电路(9)和断弧操作电路(10)构成变结构自适应控制系统，控制电路(15)全部采用集成电路元件构成。

2、按权利要求1所述的可控硅弧焊整流器，其特征在于所述的三路同步电路，其中a相同步电路由集成运算放大器（T₀₁、T₀₄）、与非门（T₀₇）、电阻、电容和二极管构成的同步信号采样电路、顺相微分电路、放大整形电路组成，其中集成运算放大器（T₀₁）的同相输入端经电阻与同步正弦电压相接、反相输入端接地，输出端经微分电容、两只正反接顺相二极管和两只微分电阻分别与接成比例放大器的集成运算放大器（T₀₄）的两输入端相接，集成运算放大器（T₀₄）的输出端和与非门（T₀₇）输入端相接，与非门（T₀₇）输出端经二极管接向移相电路，b相、c相同步电路的构成方式与a相相同，得到三路相差120°，每路相隔180°的低电位同步脉冲信号。

3、按权利要求1所述的可控硅弧焊整流器，其特征在于所述的三路触发电路，其中a相触发电路由电容、电阻和与非门（T₁₃）构成的微分和整形电路，与非门（T₁₆）构成的双窄脉冲形成电路，集成极开路功率与非门（T₁₉）构成的功率放大电路，脉冲变压器（MB₁）、小可控硅（SCR₇、SCR₈）、电阻、二极管构成的分相触发电路和由b相中移相电路的集成运算放大器（T₁₁）、电阻、a相中集电极开路功率与非门（T₁₉）构成的双窄脉冲中付脉冲移相到120°后的消除电路组成，b相、c相触发电路的构成方式与a相相同，得到三路变六路的双窄脉冲触发电路。

4、按权利要求3所述的可控硅弧焊整流器，其特征在于所述的双窄脉冲形成电路，其中a相与非门（T₁₂）的输出端除与本相与非门（T₁₆）一输入端相接外，还与b相中与非门（T₁₇）一输入端相接，b相与非门（T₁₄）的输出端与本相与非门（T₁₇）一输入端相接外，还与c相与非门（T₁₈）一输入端相接，c相与非门（T₁₅）的输出端除与本相与非门（T₁₈）一输入端相接外，还与a相中与非门（T₁₆）一输入端相接，构成三相双窄脉冲形成电路。

5、按权利要求3所述的可控硅弧焊整流器，其特征在于所述的付脉冲移相到120°后的消除电路，其中a相移相电路中的集成运算放大器（T₁₀）输出端经一电阻与c相功率放大电路中集电极开路功率与非门（T₂₁）一输入端相接，b相移相电路中的集成运算放大器（T₁₁）输出端经一电阻与a相功率放大电路中集电极开路功率与非门（T₁₉）一输入端相接，c相移相电路中的集成运算放大器（T₁₂）输出端经一电阻与b相功率放大电路中集电极开路功率与非门（T₂₀）一输入端相接，构成三路双窄脉冲中的付脉冲移相到120°后的消除电路。

6、按权利要求1所述的可控硅弧焊整流器，其特征在于所述的变结构自适应控制系统中的电压反馈电路（9）由接成比例放大器的集成运算放大器（T₂₅）、电位器（W₉、W₁₀、W₁₁）、开关（K₂）、电阻和二极管构成，集成运算放大器（T₂₅）的同相输入端可通过开关（K₂）选择分压电阻的不同分压比，此分压电阻一端接地，另一端通过两只二极管分别与电位器（W₁₁）的动臂和可控硅弧焊整流器正输出端相接，集成运算放大器（T₂₅）的反相输入端与电位器（W₁₀）相接，电位器（W₁₀）与电流负反馈电路中的给定电压电位器（W₅）联动，电压反馈电路由电位器（W₉）输出，电位器（W₉）的动臂经电阻接到电流负反馈电路（8）中的集成运算放大器（T₁₃）的同相输入端。

7、按权利要求1所述的可控硅弧焊整流器，其特征在于所述的变结构自适应控制系统中的断弧操作电路（10），是由集成运算放大器（T₂₄）、电位器（W₃）、开关（K₁）、电阻和二极管构成的比较电路，其集成运算放大器（T₂₄）的同相输入端经电阻接地，反相输入端经电阻接电位器（W₃）的动臂，由电位器（W₃）、电阻构成的分压电阻的一端接负15伏电压，另一端接可控硅弧焊整流器正输出端，集成运算放大器（T₂₄）的输出端经电阻、二极管、开关（K₁），接在电流负反馈电路中的电位器（W₄、W₅、）连线上，开关（K₁）接通为断弧操作。

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