专利名称：全电子式智能型电弧焊机防触电保护器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于交流电弧焊机上的、监测电焊机漏电、防止触电的全电子式智能型电弧焊机防触电保护器，它属于低压电器产品。
背景技术：
交流电弧焊机是一种常用的低压电气设备，在建筑、冶金、机械制造等行业应用广泛，它主要用于钢铁材料的焊接。其特点是工作时间间断频繁，空载时间长。电弧焊机为了保证焊接引弧的要求，电弧焊机空载时需要具有较高的引弧电压，约70-80伏，高于安全电压，人体接触后，极易发生触电事故；而且，能耗较大。因此，为了防止人体触电，电弧焊机应有次级空载降压保护器或防触电保护器。然而，现有的电弧焊机并不具备这些保护装置。
发明内容
为了解决电弧焊机次级缺少保护装置，易发生人体触电现象，以及电焊机空载能耗大的缺点，本发明的目的是提供一种全电子式智能型电弧焊机防触电保护器，它安装在电弧焊机上可有效地降低电弧焊机次级空载电压，并能在电焊机漏电时断开供电回路，防止人体触电，降低空载能耗。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案一种全电子式智能型电弧焊机防触电保护器，它主要由壳体和设置在壳体内的电子继电器、漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器和控制电路板构成；所述电子继电器、漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器串联在电源与电弧焊机的弧焊变压器一次侧回路中；所述控制电路板的控制信号输出端直接与所述电子继电器的线圈相连；所述控制电路板根据电弧焊机的工作状态控制电子继电器的导通与断开。
所述控制电路板主要由微处理器、电阻分压电路、启动信号检测电路、工作信号检测电路、漏电电流检测电路和驱动电路构成；所述电阻分压电路并联在所述电子继电器的两端；所述启动信号检测电路的信号输入端与电焊机弧焊变压器的一次侧并联，其信号输出端与微处理器的信号输入端相连，微处理器的控制信号输出端与所述驱动电路的控制端相连，驱动电路的输出端直接与所述电子继电器的控制端相连；启动信号检测电路不断检测电焊机弧焊变压器一次侧电压，当发现启动信号后，通知微处理器，微处理器通过驱动电路使电子继电器导通；所述工作信号检测电路的信号输入端与串联在电焊机弧焊变压器一次侧回路中的所述工作信号传感器的信号输出端相连，其信号输出端与微处理器的信号输入端相连，微处理器的控制信号输出端与所述驱动电路的控制端相连，驱动电路的输出端直接与所述电子继电器的控制端相连；所述漏电电流检测电路的信号输入端与串联在电焊机弧焊变压器一次侧回路中的所述漏电电流检测传感器的信号输出端相连，其信号输出端与所述微处理器和驱动电路的信号输入端相连；所述驱动电路的输出端直接与所述电子继电器的控制端相连。
所述电阻分压电路主要由分压电阻构成，它并联在电焊机电源输入端电子继电器两端。
所述启动信号检测电路的信号输入端前还连接一隔离电路该隔离电路主要由开关管、光耦构成；该隔离电路中开关管的控制端与所述微处理器的控制信号输出端相连，该开关管的信号输出端与光耦的信号输入端相连，光耦的信号输出端与所述启动信号检测电路的信号输入端相连。
由于本发明具有在电弧焊机焊接不进行时能自动降低次级空载电压，而在焊接时能自动使电压恢复至电焊机额定空载电压的功能；并且，采用最新的微处理器检测技术，并结合弧焊变压器的工作特点，在硬件上设计出了高灵敏度的信号采集电路、信号处理电路，在软件上设计出了智能化的逻辑判断规则，所以本发明具有以下优点1、具有智能化的特点，能够智能的采集电焊机空载工作参数，以适用于不同型号的交流电弧焊机；2、具有高可靠性、高安全性。能够在电焊机不工作时，把空载电压降低，低于人体安全电压，工作时迅速恢复到引弧电压值。3、具有漏电保护功能，保证漏电时电焊机可靠关断。4、具有高节能性。经实验证明，加入本发明后，电焊机的节电率高达98％。5、全电子式装置。由于本发明采用电子式触点，无任何机械触点，因而，提高了设备的可靠性和使用寿命。6、操作简单，安装方便。
图1为本发明与电弧焊机的连接关系2为本发明的电路原理3为本发明微处理器的具体电路4为本发明启动信号检测电路的具体电路5为本发明隔离电路具体电路6为本发明驱动电路具体电路7为本发明工作信号检测电路具体电路8为本发明漏电检测电路具体电路9为本发明存储在微处理器中的控制程序程序框图具体实施方式
图1为本发明与电弧焊机的具体连接关系图。如图所示，使用时，将本发明串接在电源与电弧焊机弧焊变压器一次侧之间，本发明的作用是1、降低电弧焊机次级空载电压。当电弧焊机空载时，自动将次级电压降低为1伏，防止人体触电，节约能源。2、防止电弧焊机漏电。如果电弧焊机漏电，立即切断电弧焊机的电源。
本发明主要由壳体和设置在壳体内的电子继电器1、漏电电流检测传感器2、工作信号检测传感器3和控制电路板4构成。
如图2所示，电子继电器1、漏电电流检测传感器2、工作信号检测传感器3串联在电源与电弧焊机的弧焊变压器一次侧回路中。当电焊机工作时，电子继电器1导通，380V电源与电弧焊机相连，为其提供工作电源，当电焊机停止工作时，电子继电器1断开，380V电源停止为电焊机供电。
控制电路板4主要由微处理器41、电阻分压电路42、启动信号检测电路43、工作信号检测电路44、漏电电流检测电路45和驱动电路46构成。
电阻分压电路42并联在电子继电器1的两端。当电弧焊机工作时，电子继电器1导通，电弧焊机直接与380V电源相连；电弧焊机停止工作时，电子继电器1断开，380V电压经电阻分压电路42降压后与电弧焊机相连。由于电阻分压电路42将电弧焊机弧焊变压器一次侧电压降低，所以，使电弧焊机的次级空载电压降低，低于人体安全电压。
启动信号检测电路43的信号输入端与电焊机弧焊变压器的一次侧并联，其信号输出端与微处理器41的信号输入端相连，微处理器41的控制信号输出端与驱动电路46的控制端相连，驱动电路46的输出端直接与电子继电器相连。当启动信号检测电路43检测到启动电弧焊机的信号后，立即通知微处理器，微处理器输出控制信号使驱动电路46工作，驱动电子继电器1导通，使电弧焊机工作。
工作信号检测电路44的信号输入端与串联在电焊机弧焊变压器一次侧回路中的工作信号传感器3的信号输出端相连，其信号输出端与微处理器41的信号输入端相连。工作信号检测电路44的作用是在电焊机工作过程中，当焊条离开工件后，工作信号检测电路44通过检测工作信号，判断是否还需要继续焊接，并相应地控制电子继电器的通断。如果还需要继续焊接，工作信号检测电路44就输出信号，通知微处理器41，微处理器41输出控制信号使驱动电路46工作，驱动电子继电器1继续导通，电弧焊机继续工作；反之，使电子继电器1断开，切断电焊机工作电源。
漏电电流检测电路45的信号输入端与串联在电焊机弧焊变压器一次侧回路中的漏电电流检测传感器2的信号输出端相连，其信号输出端与微处理器41和驱动电路46的信号输入端相连。当漏电电流检测电路45检测到漏电电流后，立即输出信号，一方面通知微处理器41，一方面使驱动电路46工作，使电子继电器1断开，切断电焊机的工作电源。
在本发明的具体实施例中，电阻分压电路42主要由两个100k阻值的分压电阻构成，它们分别并联在电焊机电源输入端的两个电子继电器1两端。当电焊机处于空载状态时，电子继电器1断开，380V电源电压经电阻降压后，与电焊机弧焊变压器的一次侧相连。由于电阻分压电路中的分压电阻将电弧焊机的一次侧电压降低，所以，使电弧焊机的次级空载电压为1伏，远远低于人体安全电压。
如图4所示，启动信号检测电路43主要由运算放大器U1、滤波电路U2和光耦U3构成。运算放大器U1的信号输入端2、3经电阻R1、R2并联在电焊机弧焊变压器一次侧，运算放大器U1的信号输出端经滤波电路U2(电容C1、电阻R7)与光耦U3相连，光耦U3的信号输出端与微处理器41的P1.1(参见图3所示)相连。
为了使启动信号检测电路中的运算放大器U1不被高压损坏。在运算放大器U1的信号输入端前还连接一隔离电路。如图5所示，该隔离电路主要由三极管U4、光耦U5、U6构成。隔离电路的控制端与微处理器41的控制信号输出端P3.2(参见图3所示)相连，光耦U5的6脚接电焊机一次侧的一端，光耦U6的6脚接电焊机一次侧的另一端。U5的4脚接运算放大器的反向输入端，U6的4脚接运算放大器的同相输入端。当电焊机处于空载状态时，控制端驱动三极管U4导通，从而使光耦U5、U6导通，电焊机两端的电压通过光耦输入到运算放大器两端。当电焊机工作时，光耦截止，运算放大器与电焊机隔离开来，这样保证了运算放大器不会被高压损坏。
空载时，电焊机一次侧两端的电压经过隔离后输入到运算放大器，经过运算放大器U1的差动放大后驱动光耦导通，光耦输出端输出一定宽度的方波信号，微处理器通过检测并分析这个方波，判断出是否需要焊接。这是根据当焊条瞬时接触工件后(相当于电焊机次级被短路)，电焊机一次侧两端的电压值降低，此电压经运算放大器差动放大后对光耦的驱动能力明显降低，光耦输出端输出的方波信号宽度急剧变小，通过微处理器41的逻辑判断，提取出这个启动信号，从而能够安全、可靠的通过驱动电路46驱动电子继电器1工作。
如图6所示，驱动电路46主要由与非门U1、光耦U2组成。与非门U1的一个输入端与漏电检测电路45的信号输出端相连，与非门的另一个信号输入端与单片机的控制信号输出端P1.4(参见图3所示)相连，与非门的信号输出端与光耦U2中二极管的负极相连，U2中二极管的正极经电阻与电源相连，U2中的三极管的直接与电子继电器1相连。当漏电检测电路检测到漏电信号或者是微处理器控制端输出闭合或关断电子继电器1的信号时，驱动电路46中的光耦U2即会导通或关断，从而使电子继电器1处于导通或关闭状态。
在电弧焊机工作过程中，焊条与工件要不断地接触与断开。如果焊条一离开工件就立即断开电子继电器，那么会严重影响焊接质量。所以，本发明设计了工作信号检测电路44，当焊条离开工件后，延时一定时间后才断开电子继电器。如图7所示，该工作信号检测电路44主要光耦U1、单稳触发器U2构成。光耦U1的信号输入端与串联在电焊机弧焊变压器一次侧回路中的工作信号传感器3(环形电磁传感器)的信号输出端相连，光耦U1的信号输出端与单稳触发器U2的信号输入端1B相连，U2的信号输出端1Q与微处理器41的信号输入端P3.7(参见图3所示)相连。
当电焊机工作时，从环形电磁传感器3输出的信号经过光耦U1整形和隔离后，输出一个脉冲信号，这个脉冲信号经过单稳触发器U2调理后变成一个方波信号，然后输入到微处理器41中，微处理器41对这个信号进行相应的处理。微处理器41根据工作情况，决定是断开电子继电器还是继续闭合。在焊条离开工件后，微处理器41通过检测工作信号，判断是否需要继续焊接，并相应的控制电子继电器的通断。如果还需要焊接，就继续开通继电器，否则关闭继电器。
本发明在工作信号检测电路44中光耦U1的信号输入端串接有一电位器RW。由于光耦U1的导通门限电压为0.9伏，所以可以通过调节电位器RW输入到光耦U1两端的电压大小。当电焊机工作时，从环形传感器输出的脉冲信号驱动光耦导通，从光耦输出端输出信号。当电焊机停止工作时，这个脉冲信号很小，未能驱动光耦导通，光耦输出端无信号输出。从光耦输出端输出的脉冲信号接到单稳触发器74LS221的2脚，从13脚输出的是方波信号，该信号接入微处理器。电阻R1、电容C1可用于调节方波的宽度。
在电焊机工作过程中可能会出现漏电现象。为了防止发生触电现象，本发明还设计了漏电检测电路。如图8所示，该漏电检测电路主要由漏电检测专用芯片U1(型号M54123)、可控硅SCR、光耦U3构成。漏电检测专用芯片U1的信号输入端1、2与漏电检测传感器2的信号输出端相连，U1的信号输出端与可控硅的门极相连，可控硅SCR的阴极与光耦U3的信号输入端相连，U3的信号输出端与微处理器41的信号输入端P1.2(参见图3所示)和驱动电路46的控制信号输入端相连。当漏电检测传感器2检测到漏电信号时，漏电检测专用芯片U1输出控制信号，使可控硅SCR导通，光耦U2输出漏电信号，微处理器41检测到这个信号后，立即通过驱动电路46，使电子继电器1断开，切断电弧焊机的工作电源，并报警。
图9为本发明的控制程序程序框图。如图所示，当微处理器41上电工作后，自动采集电弧焊机的相关信息。判断电焊机是否漏电，如果电焊机漏电，立即断开电子继电器，切断电焊机工作电源，并报警；反之，继续检测电焊机是否有启动信号。如果电焊机有启动信号，微处理器立即通过驱动电路，使电子继电器导通，电焊机工作；反之，微处理器就不断通过漏电检测电路和启动信号检测电路检测电焊机的状态。当电焊机工作后，微处理器不断通过工作信号检测电路检测电焊机的工作状态，如果电焊机处于工作状态，则继续使电子继电器导通，如果停止焊接，则关断电子继电器。
本发明具有以下特点1.智能化的特点。本发明接在电焊机输入端。通电后，能够自动采集到初始化信息。这个信息是指处于空载安全低压下的电焊机次级的电压值(通过隔离光耦转化为相应宽度的方波信号)，针对不同型号的电焊机，微处理器也能够智能的识别出空载安全电压。
2.采用电阻降压方式，安全性和节能效果十分明显。本发明最大的特点是经分压电阻降压后，可使电弧焊机二次侧空载电压低于1伏，在得到同样的启动信号后能够安全、可靠地恢复到正常引弧电压70-80伏。这样，在电弧焊机处于空载状态时，本发明比同类装置具有更高的安全性，以及更高的节能效果。而且，电阻上消耗的功率极低，无需在装置中另加散热风扇。
3.采用运算放大器电路检测启动信号，结合抗干扰电路，使得检测灵敏度高，抗干扰性好。并且以数字信号的方式输入到微处理器中，便于逻辑判断和处理。由于数字信号的稳定性和抗干扰性比模拟信号高，这样保证了电焊机不会因为意外的干扰误触发。
4.采用体积小的环形电磁传感器及其信号调理电路采集工作信号，采集灵敏度高，并且能够滤掉干扰信号，保证了可靠性和安全性。而且电磁传感器的绕制简单，加工方便。
5.采用专用的漏电检测电路，漏电时立即关断电子继电器。保证了焊工的人身安全。
6.启动时间短，小于0.02s。低于《中华人民共和国国家标准》GB10235-2000中要求启动时间小于0.06s的技术要求。因而提高了工作效率。
7.采用把焊接的工作特点与微处理器强大的逻辑处理功能结合在一起，使得操作简单，功能强大，实现了装置的智能化、电子化、小型化。解决了以往接入保护器后对焊接质量影响的缺点。
8.采用无触点式的电子继电器，使得本新型的可靠性和使用寿命大大提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此。任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种全电子式智能型电弧焊机防触电保护器，其特征在于它主要由壳体和设置在壳体内的电子继电器、漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器和控制电路板构成；所述电子继电器、漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器串联在电源与电弧焊机的弧焊变压器一次侧回路中；所述控制电路板的控制信号输出端直接与所述电子继电器的线圈相连；所述控制电路板根据电弧焊机的工作状态控制电子继电器的导通与断开。
2.根据权利要求1所述的一种全电子式智能型电弧焊机防触电保护器，其特征在于所述控制电路板主要由微处理器、电阻分压电路、启动信号检测电路、工作信号检测电路、漏电电流检测电路和驱动电路构成；所述电阻分压电路并联在所述电子继电器的两端；所述启动信号检测电路的信号输入端与电焊机弧焊变压器的一次侧并联，其信号输出端与微处理器的信号输入端相连，微处理器的控制信号输出端与所述驱动电路的控制端相连，驱动电路的输出端直接与所述电子继电器的控制端相连；启动信号检测电路不断检测电焊机弧焊变压器一次侧电压，当发现启动信号后，通知微处理器，微处理器通过驱动电路使电子继电器导通；所述工作信号检测电路的信号输入端与串联在电焊机弧焊变压器一次侧回路中的所述工作信号传感器的信号输出端相连，其信号输出端与微处理器的信号输入端相连，微处理器的控制信号输出端与所述驱动电路的控制端相连，驱动电路的输出端直接与所述电子继电器的控制端相连；所述漏电电流检测电路的信号输入端与串联在电焊机弧焊变压器一次侧回路中的所述漏电电流检测传感器的信号输出端相连，其信号输出端与所述微处理器和驱动电路的信号输入端相连；所述驱动电路的输出端直接与所述电子继电器的控制端相连。
3.根据权利要求2所述的一种全电子式智能型电弧焊机防触电保护器，其特征在于所述电阻分压电路主要由分压电阻构成，它并联在电焊机电源输入端电子继电器两端。
4.根据权利要求1所述的一种全电子式智能型电弧焊机防触电保护器，其特征在于所述启动信号检测电路的信号输入端前还连接一隔离电路该隔离电路主要由开关管、光耦构成；该隔离电路中开关管的控制端与所述微处理器的控制信号输出端相连，该开关管的信号输出端与光耦的信号输入端相连，光耦的信号输出端与所述启动信号检测电路的信号输入端相连。
全文摘要
本发明公开了一种全电子式智能型电弧焊机防触电保护器，它主要由壳体和设置在壳体内的电子继电器、漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器和控制电路板构成。所述电子继电器、漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器串联在电源与电弧焊机的弧焊变压器一次侧回路中。控制电路板的控制信号输出端直接与电子继电器的控制端相连；控制电路板根据电弧焊机的工作状态控制电子继电器的导通与断开，从而控制电焊机的工作。本发明具有在电弧焊机焊接不进行时能自动降低二次侧空载电压，防止触电事故的发生；而在焊接时能自动使电压恢复至原值的功能。本发明具有智能化、高可靠性、高安全性、漏电保护和节能效果十分明显等优点。
文档编号B23K9/10GK1511671SQ0215959
公开日2004年7月14日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者徐洪泽 申请人:徐洪泽