CN203679493U - 一种中频弧焊电源可控整流的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种中频弧焊电源可控整流的控制装置，属焊接技术领域。本实用新型包括电源电路、三相电源自然换相点电路、电压信号检测电路、带PI控制器的电流信号检测电路、数字处理器、可控硅驱动电路、三相桥式半控整流主电路；本实用新型输出的焊接电流的调节范围大特别是小电流，电流的动态响应快稳定性高，可以输出具有陡降特性的焊接电流，使得焊机输出的电流特性既符合普通焊条的焊接电流特性，也符合纤维素焊条的焊接电流特性，特别在焊接纤维素焊条时，引弧相当容易且在焊接时不易断弧，焊接效果好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种中频弧焊电源可控整流的控制装置，属于焊接技术领域。
背景技术
近年来，长输管道的建设发展迅速，每年都有数千公里的管道项目开工建设，为了保证工程项目的顺利完成，各施工单位在设备方面都有较大的投资，其中焊接电源的投入占较大的比重。目前，在管道施工中大多采用纤维素焊条封底，在使用纤维素焊条立向下焊接时具有熔深大、穿透力强、单面焊双面成形，气孔敏感性小等特点，适用于厚壁容器及钢管底层的打底焊，可以免去铲根, 提高工作效率，改善劳动条件。
一般的手工弧焊电源，主要具有下降静外特性，在进行纤维素焊条焊接时，尤其是小电流纤维素下向焊条打底焊时, 出现断弧、熄弧、粘条及过渡熔滴颗粒粗大，电弧不稳定的现象。纤维素下向焊条对弧焊电源的要求就相当高。因此，我们在进行纤维素下向焊时，就要求焊机在空载时有高电压（80V），输出电流具有陡降特性，特别在小电流时要求电流稳定性和连续性要好，并在焊接短路时加以适当的推力电流使焊条不易熄弧和断弧。
发明内容
本实用新型提供了一种中频弧焊电源可控整流的控制装置，用以解决焊机输出的电流特性既符合普通焊条的焊接电流特性，也符合纤维素焊条的焊接电流特性的问题。
本实用新型的技术方案是：一种中频弧焊电源可控整流的控制装置，包括电源电路1、三相电源自然换相点电路2、电压信号检测电路3、带PI控制器的电流信号检测电路4、数字处理器5、可控硅驱动电路6、三相桥式半控整流主电路7；所述数字处理器5分别与三相电源自然换相点电路2输出端口、电压信号检测电路3输出端、带PI控制器的电流信号检测电路4输出端口和可控硅驱动电路6的输入端口相连接,所述三相电源自然换相点电路2的输入端与三相中频永磁发电机的输出端口相连接, 所述三相桥式半控整流主电路7分别与电压信号检测电路3的输入端、带PI控制器的电流信号检测电路4的输入端、三相中频永磁发电机的输出端口、负载的输入端、可控硅驱动电路6的输出端相连接。
所述电源电路1包括稳压芯片、滤波电容、三极管。
所述三相电源自然换相点电路2包括光耦PC817、电阻R1、R2、R3、R4、二极管D1和滤波电容C6、C7，三相电源自然换相点电路2的u、v、w端分别接三相中频永磁发电机输出的三相电源的相电压U、V、W、其输出端分别与数字处理器5的外部中断0、外部中断1、定时器中断0相连接。
所述电压信号检测电路3包括光藕PC817、电阻R13、R14、R15、稳压管D4和滤波电容C12，电压信号检测电路3的输入端与三相桥式半控整流主电路7的负载采样电阻R29相连接、其输出端与数字处理器5中的单片机的输入端口P1.2相连。
所述带PI控制器的电流信号检测电路4包括运算放大器C3140、电阻R16、R17、R28、R19、坦电容C1、C2、滤波电容C13、C14、稳压管D5、电位器R20，带PI控制器的电流信号检测电路4的输入端与三相桥式半控整流主电路7的负载采样电阻R29相连接、其输出端与数字处理器5中的单片机的输入端口P1.4相连，电位器R20一端接地、其另一端与运算放大器C3140的同相输入端相连。
所述数字处理器5包括一个单片机（可采用STC90C52AD单片机）及其外围电路，数字处理器5中单片机的输出口P2.0、P2.1、P2.2分别与可控硅驱动电路6中相对应的驱动电路连接。
所述可控硅驱动电路6包括光藕TLP250、电阻、滤波电容，可控硅驱动电路6三个驱动电路的输出端分别与三相桥式半控整流主电路7中对应的可控硅的控制极相连接。
所述三相桥式半控整流主电路7包括三个接阴极的晶闸管可控硅U、V、W和三个接阳极的二极管D6、D7、D8。
本实用新型的工作过程为：在进行纤维素焊条焊接时，首先把三相中频永磁发电机输出的电压分别为U、V、W的三相电源（可采用其频率为620Hz左右，其线电压波形图见图9）分别供给三相电源自然换相点电路2、三相桥式半控整流主电路7，三相电源从三相电源自然换相点电路2输出后得到下降沿为三相电源自然换相点的矩形波，因为本实用新型在测量的时候采用双踪示波器，所以三路信号分成两次来测量，具体见图3图4，此矩形波频率为620Hz左右，其平均电压在1.6V-2.0V左右，其下降沿时刻为从5V降为0V的点，其中每个矩形波的相位相差120度其中每个矩形波的下降沿时刻则对应三个相电压的零点即为可控整流的自然换相点时刻；
其次把该换相点信号分别送入数字处理器5中的单片机外部中断0、外部中断1和定时器0端口；
把负载采样电阻R29采集得到负载电流信号送入带PI控制器的电流信号检测电路4 的输入端，通过带PI控制器的电流信号检测电路4输出后得到电流误差信号，再把此电流误差信号输入到数字处理器5中的单片机中；
把负载采样电阻R29采集得到负载电压信号送入电压信号检测电路3的输入端，通过电压信号检测电路3输出后得到单片机能识别的电压信号，再把此电压信号输入到数字处理器5中的单片机中；
数字处理器5中的单片机根据换相信号、电流误差信号、电压信号，确定触发可控硅的PWM触发信号，并由单片机的输出端口将此触发信号输出；
把单片机中输出的三路PWM触发信号，因为本实用新型在测量的时候采用双踪示波器，所以三路信号分成两次来测量，具体见图5图6，此PWM波形频率为620Hz左右，触发信号为高电平有效，高电平也就在5V时，占整个PWM波同期的三分之二，其平均电压为3.0V-3.4V，输入到可控硅驱动电路6中，该每路PWM波相位相差120度，PWM脉冲波的占空比为固定的66.6%。通过对应的矩形波下降沿与PWM波的上升沿的相位差得出可控硅的导通角度ɑ，具体见图8，图中622.9Hz为实测波形频率，+3.322V为PWM波的平均电压，+1.647V为矩形波的平均电压，PWM波的上升沿为从0V到5V的时刻点，通过可控硅驱动电路6得到驱动电流大于80毫安的可驱动大功率器件的PWM电压波，再把此PWM电压波输出到三相桥式半控整流主电路7中，可控硅驱动电路6输出的驱动信号使可控硅导通，整流输出电压一周期脉动六次，每次脉动的波形都是一样，其波形如图7，图中3.734KHz为实测的脉动电压的脉动频率，57.87V为输出的脉动电压值，此PWM电压波驱动三相桥式半控整流主电路7中的三个大功率可控硅来输出相应的直流脉冲电压供给负载，从而得到具有陡降特性的焊接电流。
本实用新型的有益效果是：此控制装置输出的焊接电流的调节范围大特别是小电流，电流的动态响应快稳定性高，可以输出具有陡降特性的焊接电流，使得焊机输出的电流特性既符合普通焊条的焊接电流特性，也符合纤维素焊条的焊接电流特性，特别在焊接纤维素焊条时，引弧相当容易且在焊接时不易断弧，焊接效果好。
附图说明
图1 为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型的电路原理图；
图3 图4为本实用新型三相电源自然换相点电路输出的三路矩形波；
图5 图6为本实用新型触发可控硅的三路PWM波；
图7 为本实用新型整流电路在ɑ=00时的输出电压波形；
图8为本实用新型对可控硅进行相位控制的波形图；
图9 为本实用新型中频永磁发电机输出的线电压波形；
图1-2中各标号：1-电源电路，2-三相电源自然换相点电路，3-电压信号检测电路，4-带PI控制器的电流信号检测电路，5-数字处理器，6-可控硅驱动电路，7-三相桥式半控整流主电路。
具体实施方式
实施例1：如图1-9所示，一种中频弧焊电源可控整流的控制装置，包括电源电路1、三相电源自然换相点电路2、电压信号检测电路3、带PI控制器的电流信号检测电路4、数字处理器5、可控硅驱动电路6、三相桥式半控整流主电路7；所述数字处理器5分别与三相电源自然换相点电路2输出端口、电压信号检测电路3输出端、带PI控制器的电流信号检测电路4输出端口和可控硅驱动电路6的输入端口相连接，所述三相电源自然换相点电路2的输入端与三相中频永磁发电机的输出端口相连接， 所述三相桥式半控整流主电路7分别与电压信号检测电路3的输入端、带PI控制器的电流信号检测电路4的输入端、三相中频永磁发电机的输出端口、负载的输入端、可控硅驱动电路6的输出端相连接。
实施例2：如图1-9所示，一种中频弧焊电源可控整流的控制装置，包括电源电路1、三相电源自然换相点电路2、电压信号检测电路3、带PI控制器的电流信号检测电路4、数字处理器5、可控硅驱动电路6、三相桥式半控整流主电路7；所述数字处理器5分别与三相电源自然换相点电路2输出端口、电压信号检测电路3输出端、带PI控制器的电流信号检测电路4输出端口和可控硅驱动电路6的输入端口相连接，所述三相电源自然换相点电路2的输入端与三相中频永磁发电机的输出端口相连接， 所述三相桥式半控整流主电路7分别与电压信号检测电路3的输入端、带PI控制器的电流信号检测电路4的输入端、三相中频永磁发电机的输出端口、负载的输入端、可控硅驱动电路6的输出端相连接。
所述电源电路1包括稳压芯片、滤波电容、三极管。
所述三相电源自然换相点电路2包括光耦、电阻、二极管和滤波电容，三相电源自然换相点电路2的u、v、w端分别接三相中频永磁发电机输出的三相电源的相电压U、V、W、其输出端分别与数字处理器5的外部中断0、外部中断1、定时器中断0相连接。
所述电压信号检测电路3包括光藕、电阻、稳压管和滤波电容，电压信号检测电路3的输入端与三相桥式半控整流主电路7的负载采样电阻相连接、其输出端与数字处理器5中的单片机的输入端口相连。
所述带PI控制器的电流信号检测电路4包括运算放大器、电阻、坦电容、滤波电容、稳压管、电位器，带PI控制器的电流信号检测电路4的输入端与三相桥式半控整流主电路7的负载采样电阻相连接、其输出端与数字处理器5中的单片机的输入端口相连，电位器一端接地、其另一端与运算放大器的同相输入端相连。
所述数字处理器5包括一个单片机及其外围电路，数字处理器5中单片机的输出口分别与可控硅驱动电路6中相对应的驱动电路连接。
所述可控硅驱动电路6包括光藕、电阻、滤波电容，可控硅驱动电路6三个驱动电路的输出端分别与三相桥式半控整流主电路7中对应的可控硅的控制极相连接。
所述三相桥式半控整流主电路7包括三个接阴极的晶闸管可控硅和三个接阳极的二极管。
实施例3：如图1-9所示，一种中频弧焊电源可控整流的控制装置，包括电源电路1、三相电源自然换相点电路2、电压信号检测电路3、带PI控制器的电流信号检测电路4、数字处理器5、可控硅驱动电路6、三相桥式半控整流主电路7；所述数字处理器5分别与三相电源自然换相点电路2输出端口、电压信号检测电路3输出端、带PI控制器的电流信号检测电路4输出端口和可控硅驱动电路6的输入端口相连接，所述三相电源自然换相点电路2的输入端与三相中频永磁发电机的输出端口相连接，所述三相桥式半控整流主电路7分别与电压信号检测电路3的输入端、带PI控制器的电流信号检测电路4的输入端、三相中频永磁发电机的输出端口、负载的输入端、可控硅驱动电路6的输出端相连接。
所述电源电路1包括稳压芯片、滤波电容、三极管。
所述三相电源自然换相点电路2包括光耦PC817、电阻R1、R2、R3、R4、二极管D1和滤波电容C6、C7，三相电源自然换相点电路2的u、v、w端分别接三相中频永磁发电机输出的三相电源的相电压U、V、W、其输出端分别与数字处理器5的外部中断0、外部中断1、定时器中断0相连接。
所述电压信号检测电路3包括光藕PC817、电阻R13、R14、R15、稳压管D4和滤波电容C12，电压信号检测电路3的输入端与三相桥式半控整流主电路7的负载采样电阻R29相连接、其输出端与数字处理器5中的单片机的输入端口P1.2相连。
所述带PI控制器的电流信号检测电路4包括运算放大器C3140、电阻R16、R17、R28、R19、坦电容C1、C2、滤波电容C13、C14、稳压管D5、电位器R20，带PI控制器的电流信号检测电路4的输入端与三相桥式半控整流主电路7的负载采样电阻R29相连接、其输出端与数字处理器5中的单片机的输入端口P1.4相连，电位器R20一端接地、其另一端与运算放大器C3140的同相输入端相连。
所述数字处理器5包括一个单片机及其外围电路，数字处理器5中单片机的输出口P2.0、P2.1、P2.2分别与可控硅驱动电路6中相对应的驱动电路连接。
所述可控硅驱动电路6包括光藕TLP250、电阻、滤波电容，可控硅驱动电路6三个驱动电路的输出端分别与三相桥式半控整流主电路7中对应的可控硅的控制极相连接。
所述三相桥式半控整流主电路7包括三个接阴极的晶闸管可控硅U、V、W和三个接阳极的二极管D6、D7、D8。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种中频弧焊电源可控整流的控制装置，其特征在于：包括电源电路（1）、三相电源自然换相点电路（2）、电压信号检测电路（3）、带PI控制器的电流信号检测电路（4）、数字处理器（5）、可控硅驱动电路（6）、三相桥式半控整流主电路（7）；所述数字处理器（5）分别与三相电源自然换相点电路（2）输出端口、电压信号检测电路（3）输出端、带PI控制器的电流信号检测电路（4）输出端口和可控硅驱动电路（6）的输入端口相连接，所述三相电源自然换相点电路（2）的输入端与三相中频永磁发电机的输出端口相连接，所述三相桥式半控整流主电路（7）分别与电压信号检测电路（3）的输入端、带PI控制器的电流信号检测电路（4）的输入端、三相中频永磁发电机的输出端口、负载的输入端、可控硅驱动电路（6）的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的中频弧焊电源可控整流的控制装置，其特征在于：所述电源电路（1）包括稳压芯片、滤波电容、三极管。
3.根据权利要求1所述的中频弧焊电源可控整流的控制装置，其特征在于：所述三相电源自然换相点电路（2）包括光耦、电阻、二极管和滤波电容，三相电源自然换相点电路（2）的u、v、w端分别接三相中频永磁发电机输出的三相电源的相电压U、V、W、其输出端分别与数字处理器（5）的外部中断0、外部中断1、定时器中断0相连接。
4. 根据权利要求1所述的中频弧焊电源可控整流的控制装置，其特征在于：所述电压信号检测电路（3）包括光藕、电阻、稳压管和滤波电容，电压信号检测电路（3）的输入端与三相桥式半控整流主电路（7）的负载采样电阻相连接、其输出端与数字处理器（5）中的单片机的输入端口相连。
5.根据权利要求1所述的中频弧焊电源可控整流的控制装置，其特征在于：所述带PI控制器的电流信号检测电路（4）包括运算放大器、电阻、坦电容、滤波电容、稳压管、电位器，带PI控制器的电流信号检测电路（4）的输入端与三相桥式半控整流主电路（7）的负载采样电阻相连接、其输出端与数字处理器（5）中的单片机的输入端口相连，电位器一端接地、其另一端与运算放大器的同相输入端相连。
6.根据权利要求1所述的中频弧焊电源可控整流的控制装置，其特征在于：所述数字处理器（5）包括一个单片机及其外围电路，数字处理器（5）中单片机的输出口分别与可控硅驱动电路（6）中相对应的驱动电路连接。
7.根据权利要求1所述的中频弧焊电源可控整流的控制装置，其特征在于：所述可控硅驱动电路（6）包括光藕、电阻、滤波电容，可控硅驱动电路（6）三个驱动电路的输出端分别与三相桥式半控整流主电路（7）中对应的可控硅的控制极相连接。
8.根据权利要求1所述的中频弧焊电源可控整流的控制装置，其特征在于：所述三相桥式半控整流主电路（7）包括三个接阴极的晶闸管可控硅和三个接阳极的二极管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20140702 Effective date of abandoning: 20151118 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20140702 Effective date of abandoning: 20151118 |
|
| C25 | Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting |