CN2225927Y

CN2225927Y - 微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源

Info

Publication number: CN2225927Y
Application number: CN 94241464
Authority: CN
Inventors: 王春芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-23
Filing date: 1994-09-23
Publication date: 1996-05-01
Anticipated expiration: 2004-09-23

Abstract

一种微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源。它由底座、整流器、滤波电容、逆变器、高频变压器、高频整流器、直流电抗器、面板、数字显示器、键盘和电路构成。电路模块化，有电源、大功率绝缘门双极性晶体管驱动器、电流电压检测、工作系统、单片机、键盘扫描与显示等模板电路。它具有人工智能、节能高效、高可靠、多用途、控制准确，可以广泛应用于各行各业的碳钢、不锈钢、薄板的弧焊中。

Description

微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源

本实用新型涉及弧焊电源，更明确地说属于可焊接碳钢、不锈钢以及薄板的节能的微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源。

以轻小、节能、性能优越为特征的高频化逆变式弧焊整流电源是最近几年新兴的弧焊电源。这是世界公认的目前最有发展前途的新型高效节能电源。其中北京汉迪机电新技术公司和成都佳灵电气制造公司推出的逆变直流电源具有国际先进水平，体积小，重量轻，节电节材，控制性能好。但是，这些逆变直流电源功能单一，用途较少；人为的因素较多，使用者不同则输出和控制也不同；控制方式不够精密，不具有人工智能。

本实用新型的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种以微电脑控制，具有人工智能，消除因使用者不同在输出和控制上的差异，控制方式灵活、准确、精密；多用途，多功能，实现了一机多用；同时又具有体积小、重量轻、节能节材、效率高等优点的微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源。

为了达到上述目的，本实用新型微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源由底座，安装在底座上依次连接的输入整流器、电容器、直流—交流逆变器、高频变压器、高频整流器和直流电抗器，安装在底座上的电子线路，安装在底座上的外壳以及安装在外壳前面的控制面板所构成。控制面板上带有数字显示器、键盘控制器和电源插座。电源可以是单相或三相交流市电，由电源插座输入。键盘可以是4×4键盘，采用标准键，以利于制造和互换。数字显示器用于显示工作电流和工作电压两种工作参数。

控制面板也可以为模拟式的。工作电流和工作电压以指针仪表显示，工作参数以旋钮调节。这种结构可以降低成本。

电子电路由各自具有独立功能的模板构成。模板有依次或彼此相连的电源电路模板、大功率绝缘门双极性晶体管驱动模板、直流电源模板、电流电压检测模板、工作模板、单片机(CPU)模板、键盘扫描与显示驱动模板等7块。键盘扫描与显示驱动模板与控制面板上的数字显示器和键盘控制器相连接。

模块化的电子电路每一块模板完成一个或几个功能，由多块模板完成系统功能。这样的设计便于用户维修更换，十分方便。一旦某一块模板发生故障，用户马上可以单独维修或更换。单片机(CPU)模板和键盘扫描与显示驱动模板等可以采用已有技术。电源

电路模板采用了全桥电路。大功率绝缘门双极性晶体管(IGBT)驱动模板采用了日本富士公司的EXB840型专用集成电路。

工作模板由彼此连接的短路电流峰值限制(给定)电路或设置电流外拖点电路、四重过流保护电路、脉宽调制产生电路、脉宽调制输入给定电路以及它们的接口电路所组成。

本实用新型的任务就是这样完成的。

本实用新型提供了一种以微电脑控制，体积小，重量轻，高效节能的微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源。它具有智能化成分，通过人机对话，可在线修改(或调用)焊接规范。它可实现多用途，多功能，系列化(通过轻触按键切换)。它在控制上更加灵活、精密和复杂化，使得电源的动态特性和焊接工艺性能进一步提高。其模数结合的脉宽调制控制及多重保护方案使得系统具有较高的可靠性。其输出不受电网电压波动的影响，引弧快，电弧稳，飞溅小，重复性较好。与同类直流弧焊发电机相比，重量仅为1/10，体积约1/6，其自身功耗小，效率达85％以上，功率因数大于0.9，比普通焊机节电30％～40％。

这种电源携用轻便，极适合于金属结构、压力容器制造、维修、建筑、钻井平台、汽车船坞等需频繁移动的场合，可焊接碳钢、不锈钢，最适合于薄板焊接(0.5mm以上)。与直流弧焊发电机(效率53％)相比工作一年多时间节能费可收回原机成本；比硅整流弧焊机(效率75％)损耗降低50％。

以下结合实施例及其附图对本实用新型作更进一步的描述。

图l为本实用新型实施例l的外观结构图。

图2为实施例l的内部结构示意图。

图3为实施例1的电子电路的方框图。

图平一7实施例i的工作模板的电气原理图。

图8为实施例1的控制软件的总程序流程图。

图1和图2所示，本实用新型实施例1由底座1、输入整流器2电容器3、直流一交流逆变器4、高频变压器5、高频整流器6、直流电抗器7、电子电路8、外壳9、控制面板10构成。控制面板10上安装有数字显示器11、键盘控制器12和电源插座13。

图2和图3所示，实施例1的电子电路8由各自独立的电源电路模板14、大功率绝缘门双极性晶体管(IGBT)驱动模板15、直流电源模板16、电流电压检测模板17、工作模板18、单片机(CPU)模板19、键盘扫描与显示驱动模板20构成。键盘扫描与显示驱动模板20与数字显示器11和键盘控制器12连接。

图4～7示，实施例1工作模板18由短路电流峰值限制(给定)电路或设置电流外拖点电路21、四重过流保护电路22、脉宽调制产生电路23、脉宽调制输入给定电路24以及接口电路25组成。图中电路工作原理，阐述如下：

IC4(DAC0832)为数模转换器，IC5(OP07)为运算放大器，IC14(LM311)为电压比较器，这三个IC芯片组成了短路电流峰值限制(给定)电路或设置电流外拖点电路21，并兼有短路电流快速保护电路的功能。IC4(DAC0832)的片选型信号地址为：

0C000H

IC13(74LS32)为二输入四或门，IC11(74LS74)，IC17(74LS14)为六反相施密特触发器，IC12(74LS20)为四输入端与非门，这四个IC芯片组成了具有四重过流保护电路22。

IC6(DAC0832)，IC7(OP07)，IC8(OP07)，这三个IC芯片组成脉宽调制(PWM)输入给定电路24，其中IC8是为了用来完成电平移动的。其IC6(DAC0832)的片选信号的地址为：

0C008H

IC9(SG3525)为脉宽调制(PWM)控制芯片，IC10(MC1416)为驱动阵列，这两个芯片组成了PWM产生电路23，并通过16芯扁平线将AA+、BB-、AA-、BB+控制信号送往IGBT驱动板。

IC16(4098)为看门狗电路。

IC1(74LS138)为3—8译码器，用于片选信号的译码。

IC2(74LS377)为八D触发器，用来扩展输出口，其片选信号的地址为：0C018H

①Bit0(SWT)：用于PWM启、停，高电平有效。若Bit0＝1，则关闭PWM。

②Bit1(CLR)：用于过流保护锁存器复位，低电平有效。若Bit1＝0，则复位。

③Bit2(WAT)：用于看门狗电路。

IC3(ADC0809)为模数转换器，IC11(74LS74)为双D触发器，IC15(74LS00)为二输入端四与非门，这三个IC芯片组成了ADC0809与8031的查询式接口25：

AD C0809的通道号选通地址为：

IN0 0C010H

IN1 0C011H

IN2 0C012H

IN3 0C013H

IN4 0C014H

IN5 0C015H

IN6 0016H

IN7 0C017H

工作模板电路具有新颖、可靠、多功能、升级容易、结构紧凑、抗干扰性强、便于调试。与传统微机控制的弧焊电源工作电路相比，有以下特点：

在控制速度、开关的准确与可靠方面，一般的微机控制弧焊电源是用软件实现PWM波形的，不仅占用大量CPU时间，影响了控制速度，而且一旦微机出现故障，开关脉冲的准确性和可靠性难以保证。本电路则避免了上述不足之处，设计时把8031单片机和PWM控制芯片SG3525A结合起来，如图4所示，以此来实现PWM控制。这样做的好处是：一方面大大缩短了控制程序的执行时间，缩短了采样周期，提高了控制速度和精度，使8031单片机的实时控制性能得以充分发挥。另一方面，提高了抗干扰性能和可靠性。SG3525内设有柔顺起动电路，当开机时不致使高频变压器饱和，而且当程序飞出时PWM波形也不会发生混乱，再加上硬件电路中设计了故障锁存功能和通过SG3525A外接电阻制造了死区，这样就确保了开关脉冲的可靠性和准确性。

在灵活控制方面，许多微机控制的弧焊电源是给定值控制方式，不便于对外特性、动特性和调节特性进行灵活的控制。本电路模板中则设计了电流、电压采样电路，通过电流闭环和电压闭环实现了直接数学式控制，使得各种特性的控制实现大为灵活和方便。另外还增加了一路不经过微机的直接模拟式快速过流保护切断电路，这是任何微机控制的弧焊电源中所没有的。这一电路有两个方面的作用：一方面当负载确已过流，但由于主回路电感的作用，还没有反应到IGBT逆变开关时就已准确无误地关断了IGBT管子，另一方面的作用是，通过这一电路，电流的快速反馈值与给定的短路峰值电流(图中用Vsen代替)进行比较达到快速限制电弧短路的电流峰值，使得弧焊电源具有良好的动特性。以达到良好的焊接效果。图3中，IC4、IC5、IC14组成短路电流峰值限制(给定)电路或设置电流外拖点电路，并兼有短路电流快速保护电路的功能。

多重性保护方面，本工作板电路突破了传统的单一性过流保护功能，实现了四重过流保护。把IGBT管子的过流信号，负载的直接过流信号，微机对IGBT管子的过流判断信号，以及通过键盘人为的关断保护信号直接相或后，用以关断SG3525A，从而准确无误地实现过流保护，从这方面讲也提高了整机的可靠性。

抗干扰方面，本电路中设计了几个相当精确的基准流，采用了特殊的布线和接地技术，采用了滤波电路，看门狗电路等一系列抗干扰硬件设计，加上为巡回检测而设计的硬件电路，使得所设计的工作板和电源具有很强的抗干扰性能。

除了上面四个方面所述之外，工作板的右上角另设了6根线的采样接口，用以实现多路检测(数据采集)，以便将来对执行机构，如送丝速度等进行控制，进而充分发挥微机的控制功能。也为除焊接以外把此电源用于其他焊接或自动焊接打下了基础。

所设计的工作板具有下述功能：

(1)PWM方式控制

(2)空载电压调节

(3)恒压调节

(4)恒流调节

(5)四重过流保护

(6)快速动特性调节

(7)故障诊断

图8为本实施例1的控制软件总程序流程图。进行软件设计、调试时，充分考虑了电弧对弧焊电源电气性能的要求，以便对电源外特性和动特性进行适当的控制。其恒流外特性可用于非熔化极焊，恒流外拖特性可用于手工弧焊，恒压外特性可用于二氧化碳保护焊及熔化极焊。

本实施例1微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源具有较高的可靠性和效率。

提高抗干扰能力，确保开关的准确性和可靠性以及充分发挥微机的各种功能，提高控制速度和精度，使电源具有良好的动态特性，是微机控制中很关键的技术。本实施例在控制系统硬件的设计上，首先把工业上具有抗干扰能力强的STD总线思想用到了微机控制系统上，把具有较高性能价格比的8031单片机和PWM控制芯片SG3525结合起来，并采取了故障锁存及人为制造死区等技术，以确保两路控制输出机差180°，这样既提高了开关的准确性和可靠性，又大大缩短了控制程序的执行时间，缩短了采样周期，提高了控制速度和精度，并且使微机能够及时处理故障。

为了使所设计的电源有灵活的控制性能，以及实现一机多用，本电源中还设计了键盘和显示驱动电路，并扩展了8K的RAM，8K的EPROM，2K的E²PROM，这样使所设计的电源通过4×4键盘和10位数码显示器。可方便地实现入机对话，实现在线修改焊接规范，使其真正成为了具有智能化的逆变电源。使用时可以根据不同材料、厚度和丝径，通过键盘和显示器选择最佳规范，焊工不必死记，且具有很好的重复性。

本实施例具有电压反馈和电流反馈，所以利用改变软件的办法可方便地变成其它用途的焊接电源或者电镀电源、电解电源等。

Claims

1、一种微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源，其特征在于它由底座，安装在底座上依次连接的输入整流器、电容器、直流—交流逆变器、高频变压器、高频整流器和直流电抗器，安装在底座上的电子电路，安装在底座上的外壳以及安装在外壳前面的控制面板所构成，其特征在于所说的控制面板上带有数字显示器、键盘控制器和电源插座。

2、按照权利要求1所述的微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源，其特征在于所说的电子电路由各自具有独立功能的模板构成，模板有依次或彼此相连的电源电路模板、大功率绝缘门双极性晶体管(IGBT)驱动模板、直流电源模板、电流电压检测模板、工作模板、单片机(CPU)模板、键盘扫描与显示驱动模板等7块，键盘扫描与显示驱动模板与控制面板上的数字显示器和键盘控制器相连接。

3、按照权利要求2所述的微电脑控制逆变多功能直流弧焊电源，其特征在于所说的工作模板由彼此连接的短路电流峰值限制(给定)电路或设置电流外拖点电路四重过流保护电路、脉宽调制产生电路、脉宽调制输入给定电路以及它们的接口电路所组成。