专利名称：节能型电弧焊机触电漏电保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于交流电弧焊机上的、防止人体触电、并具有漏电保护功能的节能型电弧焊机触电漏电保护器，它属于低压电器产品。
技术背景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。为了保证电弧焊机在焊接时能够引弧，电弧焊机空载时需要具有较高的引弧电压，约70-80伏。由于引弧电压高于安全电压，人体接触后，极易发生触电事故，因此，为了防止人体触电，电弧焊机应连接一空载降压保护器，以防止人体触电伤亡。
另外，由于电弧焊机工作电压为380伏或220伏，如果由于电弧焊机或者电弧焊机的附件绝缘性能不好，也极易导致漏电事故的发生，造成人身伤亡。因此，为了防止发生漏电伤亡事故，电弧焊机也应安装一具有漏电保护功能的装置。
然而，现有的电弧焊机并不具备以上装置。
发明内容
鉴于上述原因，为了解决现有电弧焊机空载电压高，易发生人体触电事故，以及电弧焊机漏电时，易导致人身伤亡事故的发生，本实用新型的目的是提供一种节能型电弧焊机触电漏电保护器。
为实现上述目的，本实用新型采用以下设计方案一种节能型电弧焊机触电漏电保护器，它主要由壳体和设置在壳体内的脱扣器、电子继电器、漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器、控制电路、小型变压器和切换继电器构成；所述脱扣器、漏电电流检测传感器、电子继电器、工作信号检测传感器依次串联在380V/220V电源与电焊机电源输入端之间，构成电焊机第一供电电路；所述小型变压器与切换继电器串联后连接在380V/220V电源与电焊机电源输入端之间，构成电焊机第二供电电路；所述控制电路的控制信号输入端分别与所述漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器的信号输出端相连，控制电路的控制信号输出端与所述电子继电器、切换继电器和脱扣器触发线圈的控制端相连，控制电子继电器、切换继电器和脱扣器的导通与关断，切换电弧焊机的第一供电电路和第二供电电路的导通与关断。
所述控制电路主要由微处理器、启动信号检测电路、工作信号检测电路、空载电压监测及显示电路和漏电检测保护电路构成；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通过一驱动电路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通过一驱动电路与所述电子继电器的控制端相连；所述空载电压监测及显示电路的输入端与电焊机弧焊变压器的一次侧并联，输出端与显示数码管相连，同时也与所述微处理器的信号输入端相连；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，其控制信号输出端与所述脱扣器触发线圈相连，控制脱扣器的动作。
在本实用新型的具体实施例中所述变压器供电电路的输出端通过所述切换继电器与所述电子继电器的输出端并联在一起。
所述切换继电器的控制端与所述微处理器的控制信号输出端相连，该切换继电器的信号输出端把变压器的输出端和电焊机弧焊变压器的电源输入端连接在一起。
本实用新型安装在电弧焊机上可有效地降低电弧焊机次级空载电压，防止人体触电事故的发生，并能够在电弧焊机漏电时，切断电弧焊机的供电，防止发生人身伤亡事故。同时，还能够对电弧焊机空载电压进行监测和显示，能够在电弧焊机空载电压处于非安全状态时切断电源输入。
由于本实用新型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，结合弧焊变压器的工作特点，采用微处理器检测技术，在硬件上设计出了高灵敏度和高可靠性的信号采集电路、信号处理电路以及监测、显示电路，在软件上设计出了智能化的逻辑判断规则，所以本实用新型具有以下优点1、智能化，能够自动的采集电焊机空载工作参数，所以适用于不同型号的交流电弧焊机；2、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，保证漏电时电弧焊机可靠关断。4、具有安全保护功能，假若由于电子继电器意外损坏或者其他原因导致电弧焊机空载电压不安全时，能够可靠的关断380伏电源输入。5、能够实时显示电弧焊机二次侧的电压值。6、具有高节能性，实践表明，节能效果高达99％。7、操作简单，安装方便。8、使用寿命长。9、体积小，重量轻。
图1为本实用新型与电弧焊机的连接关系图图2为本实用新型的电路原理图图3为本实用新型启动信号检测电路具体电路图图4为本实用新型工作信号检测电路具体电路图图5为本实用新型电焊机空载电压监测及显示电路具体电路图图6为本实用新型的驱动电路具体电路图图7为本实用新型漏电保护电路具体电路图图8为本实用新型微处理器控制具体电路图图9为本实用新型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为本实用新型与电弧焊机的具体连接关系图。如图所示，使用时，将本实用新型串接在电源与电弧焊机弧焊变压器一次侧之间。本实用新型的作用是1、自动调节电焊机输入/输出端电压。当电弧焊机空载时，自动降低电焊机输入端电压，从而降低电焊机次级电压(空载电压)，使其低于人体安全电压，防止人体触电伤亡，节约能源。当电焊机工作时，自动将电焊机输入端电压升高，使其满足电焊机引弧要求。2、进行电弧焊机漏电保护。如果电弧焊机漏电，立即切断电弧焊机的电源。3、对电弧焊机的空载电压进行监测，如果空载电压高于安全电压值(24伏)，立即切断电弧焊机的电源。4、实时显示电弧焊机的二次侧电压。
本实用新型主要由壳体和设置在壳体内的脱扣器T、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、控制电路板4、小型变压器47和切换继电器48构成；脱扣器T、漏电电流检测传感器2、电子继电器1、工作信号检测传感器3依次串联在380V/220V电源与电焊机电源输入端之间；小型变压器47与切换继电器48串联后连接在380V/220V电源与电焊机电源输入端之间。当电弧焊机处于空载状态时，控制电路板4输出控制信号切断电子继电器1供电电路，而使切换继电器48导通，由小型变压器47向电弧焊机提供电源，降低电焊机空载时输入端电压，从而降低电焊机次级电压(空载电压)，使其低于人体安全电压，防止人体触电伤亡，同时还能节约能源。当电弧焊机工作时，控制电路板4输出控制信号切断切换继电器48，使电子继电器1吸合，由电子继电器1供电电路向电弧焊机提供380V/220V电源，使电焊机达到引弧电压要求。
如图2所示，脱扣器T、电子继电器1、漏电电流检测传感器2和工作信号检测传感器3依次串联在380V/220V电源与电弧焊机的弧焊变压器一次侧电路中。当电焊机工作时，脱扣器T和电子继电器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主要由微处理器单元41、启动信号检测电路42、工作信号检测电路43、空载电压监测及显示电路44、驱动电路45和漏电检测电路46构成。
启动信号检测电路42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单元41的信号输入端相连，微处理器单元的控制信号输出端与驱动电子继电器1动作的驱动电路45的控制端相连，驱动电路45的控制信号输出端与电子继电器1的控制端相连。当启动信号检测电路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43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检测传感器3的信号输出端相连，其信号输出端与微处理器1的信号输入端相连。工作信号检测电路43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43通过传感器3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1的通断。如果还需要继续焊接，工作信号检测电路43就输出信号，通知微处理器，微处理器输出控制信号使驱动电路45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。
空载电压监测及显示电路44的信号输入端与电焊机的一次侧并联，其输出端与微处理器41的信号输入端相连。如果电弧焊机空载电压值大于24伏时，表明电弧焊机空载电压不安全，微处理器输出控制信号，使开关器件GTR2导通，使脱扣器T的脱扣触发线圈中流过动作电流，触发脱扣器T动作，切断电弧焊机的输入电源。如果电弧焊机空载电压值小于24伏时，微处理器41输出控制信号，驱动数码管LCD1和LCD2显示电弧焊机空载电压值。
漏电电流检测电路46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，其信号输出端与脱扣器T脱扣触发线圈的触发端连接。当发生漏电事故时，漏电检测电路46检测到漏电信号后，立即触发脱扣线圈，使脱扣触发线圈中流过动作电流，触发脱扣器T动作，切断380伏电源，保证焊工的人身安全。
为了降低电弧焊机次级空载电压，当电弧焊机空载时，自动将电弧焊机弧焊变压器次级电压降低，低于人体安全电压，防止人体触电伤亡，节约能源，本实用新型还在漏电电流检测传感器2的输出端与电焊机弧焊变压器一次侧输入端之间并联一超小型变压器47和切换继电器48。切换继电器48与超小型变压器47串联，微处理器41的控制信号输出端直接控制切换继电器48的导通与断开。超小型变压器47的输入端与380伏电源连接，输出端通过切换继电器48向电弧焊机提供电源。当电弧焊机处于空载状态时，微处理器41切断电子继电器1，使切换继电器48导通，由超小型变压器47和切换继电器48向电弧焊机提供电源。变压器47的作用是把380伏的电压变换为15伏电压提供给电弧焊机。这样，空载时电弧焊机的输入电压为15伏左右，次级输出电压则降低至3伏。当电弧焊机工作时，微处理器41使切换继电器48断开，切断变压器47向弧焊变压器的供电电路，导通电子继电器1，由380伏电源向电弧焊机供电。
如图3所示，电焊机弧焊变压器原边输入端1通过切换继电器U4的常开触点与超小型变压器D的副边1端相连，电焊机弧焊变压器原边输入端2通过切换继电器U5的常开触点与超小型变压器D的副边2端相连。启动信号检测电路42主要由串联的稳压管U1、灵敏度调节电阻U2和光耦U3构成。稳压管U1的阴极与超小型变压器D副边的1端相连，光耦U3中发光二极管的阴极与超小型变压器D副边的2端相连；光耦U3的信号输出端与微处理器41的P1.2(参见图8所示)相连。切换继电器U4、U5的控制端与微处理器41的P3.7脚相连。
空载时，微处理器41使切换继电器U4、U5线圈吸合，常开触点闭合，由超小型变压器D向电弧焊机提供输入电源。此时，电弧焊机一次侧两端的电压经过启动信号检测电路42中的稳压管和灵敏度调节电阻驱动光耦导通，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，判断出是否需要导通电子继电器1。这是根据当焊条瞬时接触工件后(相当于电弧焊机输出端被短路)，电弧焊机一次侧两端的电压值降低，如果电压低于稳压管的稳压值时，光耦不导通。光耦输出低电平。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、可靠的驱动电子继电器1工作，使电弧焊机由380V电压供电。
在电弧焊机工作过程中，如果焊条一离开工件就立即断开电子继电器1，那么会严重影响焊接质量。所以，本实用新型设计了工作信号检测电路43，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4所示，该工作信号检测电路43主要由光耦U7、单稳触发器U6构成。光耦U7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U7的信号输出端与单稳触发器U6的信号输入端1B相连，U6的信号输出端1Q与微处理器41的信号输入端P1.7(参见图8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U7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U6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。
本实用新型在工作信号检测电路43中光耦U7的信号输入端串接有一电位器RW。由于光耦U7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U7两端的电压大小。当电焊机工作时，从环形传感器3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U6的2脚，从13脚输出的是方波信号，该信号接入微处理器的P1.7引脚。
本实用新型中的空载电压监测和电压显示电路44的作用是实时监测并显示电焊机空载状态时二次侧输出电压的大小，并显示该电压值。如图5所示，电阻R1和R2的作用是根据电焊机初级和次级线圈的比例关系把电焊机输入端电压转换为电弧焊机二次侧电压值输入到模/数转换器TLC7106的30脚和31脚。模/数转换器7106的2-8脚、9-14脚和25脚分别与数码管LCD1、LCD2相连，实时显示出电弧焊机二次侧的电压值，其中，LCD1显示个位，LCD2显示十位。同时，7106的9-14、25脚分别与微处理器的7-9、15-18脚相连，监测LCD2显示值。电弧焊机空载时，加入本实用新型后，二次侧输出电压值远远小于安全电压，约为3伏。这表明数码管LCD1、LCD2的显示值一定小于24。如果显示的电压值大于24时，这表明电焊机空载电压不安全了，此时立刻导通图7所示的漏电保护电路中的光耦D1，导通GTR2，从而由脱扣触发线圈触发脱扣器T动作，切断380伏电源。
电弧焊机或者电弧焊机的附件由于绝缘性能不好，可能会出现漏电现象。为了防止发生人体触电事故，本实用新型还具有漏电检测电路46。如图7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GTR1、脱扣触发线圈T组成。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GTR1的门极相连。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GTR1导通，脱扣触发线圈中流过的电流达到额定工作电流，从而脱扣触发线圈动作，触发脱扣器T切断380伏电源。
由图2可知，本实用新型空载时，由超小型变压器47和切换继电器48为电焊机提供低于人体安全电压的待机状态电压，当电焊机工作时，由电子继电器1为电焊机提供工作电压。图9为本实用新型微处理器执行的控制程序程序框图。如图所示，当微处理器41上电工作后，通过启动信号检测电路42自动采集电弧焊机的参数。空载时，对电焊机的空载电压进行监测，并显示出空载电压值，如果空载电压低于人体安全电压，继续往下执行程序，如果空载电压高于人体安全电压，微处理器输出控制信号触发脱扣器T动作，停止向电焊机提供电源。如果电焊机的空载电压低于人体安全电压，则微处理器继续不断地检测电焊机焊把是否有启动动作，如果电焊机有启动信号，微处理器立即通过驱动电路45(图6)，使电子继电器1导通，由380V交流电源为电焊机提供工作电源；反之，微处理器就不断通过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43检测电焊机的工作状态，当电焊机停止焊接工作时，微处理器输出控制信号，切断电子继电器1，使切换继电器48导通，由超小型变压器47为电焊机提供空载电压。
本实用新型具有以下特点1.智能化的特点。本实用新型接在电焊机输入端。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弧焊机一次侧的电压值(通过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.空载时，采用小型变压器向电弧焊机提供输入电压，安全性和节能效果十分明显。本实用新型最大的特点是由变压器向电弧焊机一次侧提供的输入电压，可使电弧焊机二次侧空载电压低于3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，本实用新型比同类装置具有更高的安全性，以及更高的节能效果。而且，由于空载时向电弧焊机提供的功率小，所以可以采用体积小、重量轻的变压器。
3.启动信号检测电路设计精简，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.空载电压监测及显示电路能够实时的监测并显示电弧焊机空载时二次侧的电压值，能够在二次侧空载电压值高于安全电压时，立刻切断电源。
6.采用专用的漏电检测电路，漏电时立即切断电源输入。保证了焊工的人身安全。
7.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。
8.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。
9.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。
10.体积小、重量轻、安装方便。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的保护范围并不局限于此。任何基于本实用新型技术方案上的等效变换均属于本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种节能型电弧焊机触电漏电保护器，其特征在于它主要由壳体和设置在壳体内的脱扣器、电子继电器、漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器、控制电路、小型变压器和切换继电器构成；所述脱扣器、漏电电流检测传感器、电子继电器、工作信号检测传感器依次串联在380V/220V电源与电焊机电源输入端之间，构成电焊机第一供电电路；所述小型变压器与切换继电器串联后连接在380V/220V电源与电焊机电源输入端之间，构成电焊机第二供电电路；所述控制电路的控制信号输入端分别与所述漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器的信号输出端相连，控制电路的控制信号输出端与所述电子继电器、切换继电器和脱扣器触发线圈的控制端相连，控制电子继电器、切换继电器和脱扣器的导通与关断，切换电弧焊机的第一供电电路和第二供电电路的导通与关断。
2.根据权利要求1所述的一种节能型电弧焊机触电漏电保护器，其特征在于所述控制电路主要由微处理器、启动信号检测电路、工作信号检测电路、空载电压监测及显示电路和漏电检测保护电路构成；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通过一驱动电路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通过一驱动电路与所述电子继电器的控制端相连；所述空载电压监测及显示电路的输入端与电焊机弧焊变压器的一次侧并联，输出端与显示数码管相连，同时也与所述微处理器的信号输入端相连；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，其控制信号输出端与所述脱扣器触发线圈相连，控制脱扣器的动作。
3.根据权利要求2所述的一种节能型电弧焊机触电漏电保护器，其特征在于所述变压器供电电路的输出端通过所述切换继电器与所述电子继电器的输出端并联在一起。
4.根据权利要求1所述的一种节能型电弧焊机防触电保护器，其特征在于所述切换继电器的控制端与所述微处理器的控制信号输出端相连，该切换继电器的信号输出端把变压器的输出端和电焊机弧焊变压器的电源输入端连接在一起。
专利摘要一种节能型电弧焊机触电漏电保护器主要由设置在壳体内的脱扣器、电子继电器、漏电电流检测传感器、工作信号检测传感器、控制电路、变压器和切换继电器构成。其中，脱扣器、漏电电流检测传感器、电子继电器、工作信号检测传感器依次串联在电源与电焊机电源输入端之间，构成电焊机第一供电电路；变压器与切换继电器串联后连接在电源与电焊机电源输入端之间，构成电焊机第二供电电路。控制电路根据电焊机的工作状态控制电子继电器、切换继电器和脱扣器的导通与关断，切换第一和第二供电电路的导通与关断。在电弧焊机不工作时自动降低二次侧空载电压，防止触电事故的发生；在焊接时自动使电压升高至引弧电压，可靠性高、安全性高、节能效果显著。
文档编号H02H3/28GK2678224SQ20032011379
公开日2005年2月9日 申请日期2003年12月31日 优先权日2003年12月31日
发明者徐洪泽 申请人:北京交通大学