专利名称：自动切换焊机外特性弧焊发电机励磁电流控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种能使弧焊发电机可以根据焊机负载或空载状态自动切换外特性的励磁电流控制系统。
背景技术：
由于手弧焊的焊接工艺，要求弧焊发电机在引弧时拥有较高的空载电压，以便于引弧。而在焊接过程中又要求焊机拥有较大的电流调节范围。但使用传统控制方法的弧焊电源空载状态和焊接状态实际上是一种状态，当使用大电流焊接时电源输出的焊接电压比较高不存在问题，但使用小电流焊接时电源的输出电压会降低到一个比较低的值(30V至 50V)如此低的电压是不利于甚至不能引弧的，且容易引起短路、粘条等问题。所以在传统控制方法下“高空载电压”和“宽电流调节范围”实际上是一对矛盾，不能很好的同时满足，主要是小电流焊接时不能具有较高的空载电压，不利于引弧。
当前现存的专利例如“多特性内燃弧焊发电机”(发明人刘明宇；孙菊田；周子均；尚尔纯，申请号02222830. 6，公开号CN2549650)利用在发电机定子内部设置不同的绕组，通过手动控制实现弧焊发电机的输出具有平硬外特性、恒流外特性等不同的外特性， 但需要手动操作并不能实现自动切换，且仍不能解决上述问题。发明内容
为了解决上面的技术问题，本发明使用了一种使弧焊发电机的外特性可以根据负载情况自动切换的弧焊发电机励磁电流控制系统，使用简单的方法使弧焊发电机能够区分不同的负载状态并使之得到不同的外特性。使用此控制方法，弧焊发电机的外特性将表现为引弧起焊时具有较高的空载电压，工作时具有较宽的电流调节范围。
本发明采用的技术方案由反馈电路部分和主控制电路组成；反馈电路是通过电压比较器集成芯片LM393的8引脚接高电平、4引脚接地，1引脚和7引脚和电源Vcc之间接上拉电阻RU R2，1引脚和7引脚分别接二极管DU D2，2引脚与电源Vcc之间接电阻R4，2 引脚与地之间接入电容Cl，2引脚接光电耦合器U的集电极，3引脚与电源Vcc之间接入电阻R5，3引脚与地之间接入稳压二极管D3，5引脚与地之间接入稳压二极管D4，5引脚与焊接电流信号Ui正极之间接入电阻R6，6引脚与电源Vcc之间接如电阻R8，6引脚与地之间接入电阻R7，光电耦合器U控制端正端与电弧电压信号正端接入电阻R3，光电耦合器U控制端负端接电弧电压信号负端，电流控制信号Ui正负两端之间接入电容C2构成；主控制电路通过3525芯片和外围电路构成，主控电路输入信号Ui通过电阻R12接到三极管Q3的基极，Q3发射极与地之间接入电阻R13，Q3集电极接电源Vcc，Q3的发射极与光电耦合器正控制极之间接入电阻R14、与非门U2A之间接入电阻R15，光电耦合器Ul集电极接电位器RVl 控制端，光耦合器Ul发射极接3525的2引脚，非门U2A输出端接三极管Q2基极，三极管 Q2集电极接电位器RV2控制端发射极接3525的2引脚，芯片3525的1引脚与9引脚相连接，5脚7脚相连接与地之间接入电容C4，6引脚与地之间接入电阻Rll，8引脚与地之间接3入电容C3，10脚12脚相连接地，13脚与电源Vcc之间接入电阻R9，11脚14脚分别接二极管D5、D6正极，15引脚接电源Vcc，二极管D5、D6负极相连接到三极管Ql基极，Ql集电极与电源Vcc之间接入电阻R10，Ql发射极接地，Ql集电极输出P丽波形连接到IGBT门极。
本发明的有益效果本发明主控制电路采用3525芯片产生一个脉宽可调节的PWM 脉冲，控制IGBT的通断，从而控制励磁电流；并通过反馈电路，根据不同的负载状态切换得到不同的控制信号，从而弧焊发电机得到不同的外特性；同时满足弧焊发电机空载/负载时对输出外特性的不同要求，使焊接引弧容易，焊接电流调节范围大，焊接过程稳定，且电路简单，成本较低，可靠性高。
图1为本发明反馈电路部分结构原理示意图； 图2为本发明主控制电路部分结构原理示意图；图中1-电弧电压信号Uarc端口 ；2-焊接电流信号Ui端口 ；3-反馈电路输出Uo端子； 4-主控电路输入Uin (反馈电路输出)端子；5-主控电路输出PWM，连接IGBT门极端子。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明如图1所示其反馈电路部分由电压比较器集成芯片LM393及其外围电路构成。LM393 具有两组电压比较器，其中LM393的第8及第4引脚分别为芯片的电源输入引脚和信号地引脚，其他引脚为两组电压比较器的输入和输出，用其中一组做焊接电流检测(焊接电流信号是由一组感应线圈取得并变换为电压信号)，焊接电流信号经过6V稳压管D3输入比较器的正输入端(LM393的5引脚)，即若有焊接电流时LM393的5引脚有6V的电压输入，将一个小于6V的电压输入比较器的负输入端(LM393的6弓丨脚)，这里只检测输出焊接电流的有或无，用以区别焊机的焊接状态或空载状态，若检测到有电流输出既判定为焊机处于焊接状态，那么LM393的这一组比较器输出(LM393的7引脚)高电平，反之输出为低。LM393 的另外一组电压比较器用作检测电弧电压，电弧电压经过光电耦合器PC817 (用于隔离高低电压)和电阻R3、R4输入电压比较器的负输入端(LM393的2引脚)，比较器的正输入端 (LM393的3引脚)输入给定电压6V。设置电阻参数R3、R4，使得当电弧电压高于20V时(此时为正常焊接状态)比较器的负输入端输入电压小于6V，此时这一路比较器输出(LM393的 1引脚)为高电平，当电弧电压低于20V时(此时判定为短路)，比较器负输入端输入电压高于6V，此时这一路电压比较器输出为低。之后LM393的两组比较器输出经过由二极管D1、 D2构成的与门作为主控制电路的输入。
反馈电路部分的作用是当弧焊发电机处于正常焊接状态(弧焊发电机有输出电流且电弧电压大于20V)时输出为高电平，当弧焊发电机处于空载或短路状态时输出为低。
如图2所示主控制电路的主要部分是PWM波形发生电路，由PWM控制芯片 SG3525A芯片和外围电路构成，3525芯片的供电引脚是15引脚接18V直流电源，12引脚接信号地，1脚为误差放大器反向输入端，9脚为PWM比较器补偿输入端，本电路为开环系统故 1脚与9脚相连接构成跟随器，5脚为振荡器定时电容接入端，7脚为振荡器放电端，将5脚 7脚相连形成放电回路，并接入震荡电容C4，6脚为振荡器定时电阻接入端接入电阻R11，设置电阻Rll的值可以将输出PWM波形调整到合适的频率，10脚为芯片关断引脚，10脚接高电平则芯片将无任何输出芯片关断，10脚接低电平则芯片开通，芯片正常输出，本电路不需要关断芯片故将10脚接地将芯片打开，13引脚为输出偏置电压输入端，通过电阻R9将18V 电源接入13引脚，11、14引脚为3525芯片的PWM的输出端，分别输出两组互补的PWM波形， 2脚为控制这两组PWM波形死区的控制引脚，控制2引脚的电平即可控制输出的两组PWM波形死区的宽窄，将11、14引脚通过由二极管D5、D6组成的与门作为总输出，则11、14引脚输出波形的互补部分在总输出中呈现低电平，死区部分呈现高电平，即可实现通过控制3525 的2引脚的输入电平使3525输出脉宽可调的PWM波形，然后经过三极管Ql反向放大，输入 IGBT的门极用以控制与发电机转子串联的IGBT，从而控制励磁电流的大小，脉宽越宽则励磁电流越大。
主控电路输入电压Ui即为反馈电路的输出电压Uo，Ui经过三极管Q3放大后分两路，一路连接到主控电路中的光电耦合器PC817的控制极，另一路通过非门U2A连接到三极管Q2的基极。当输入电压Ui为高时(即焊机为正常焊接状态时)光电耦合器Ul接通，三极管Q2关断，此时3525第二引脚的电位由电位器RVl控制，3525第二引脚电压即为光电耦合器U的发射极电压，可以通过调节电位器RVl来调节焊接电流。当输入电压Ui为低时 (即焊机处于空载或短路状态时)光电耦合器U2关断，三极管Ql开通，此时3525第二引脚的电位由电位器RV2控制，3525 二引脚电压即为三极管Q2的发射极电压，可以通过调节电位器RV2来调节焊机的空载电压。之所以焊机短路时输出电压为空载电压是因为当焊机短路时需要较高的输出电压来提供一个大的推力电流，以解除短路状态，使焊机得以继续正常焊接。
本发明是通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。
权利要求
1. 一种自动切换焊机外特性弧焊发电机励磁电流控制系统，其特征在于由反馈电路和主控制电路组成；反馈电路是通过电压比较器集成芯片LM393的8引脚接高电平、4引脚接地，1引脚和7引脚和电源Vcc之间接上拉电阻R1、R2，1引脚和7引脚分别接二极管D1、 D2，2引脚与电源Vcc之间接电阻R4，2引脚与地之间接入电容Cl，2引脚接光电耦合器U的集电极，3引脚与电源Vcc之间接入电阻R5，3引脚与地之间接入稳压二极管D3，5引脚与地之间接入稳压二极管D4，5引脚与焊接电流信号Ui正极之间接入电阻R6，6引脚与电源 Vcc之间接如电阻R8，6弓丨脚与地之间接入电阻R7，光电耦合器U控制端正端与电弧电压信号正端接入电阻R3，光电耦合器U控制端负端接电弧电压信号负端，电流控制信号Ui正负两端之间接入电容C2构成；主控制电路通过3525芯片和外围电路构成，主控电路输入信号Ui通过电阻R12接到三极管Q3的基极，Q3发射极与地之间接入电阻R13，Q3集电极接电源Vcc，Q3的发射极与光电耦合器正控制极之间接入电阻R14、与非门U2A之间接入电阻 R15，光电耦合器Ul集电极接电位器RVl控制端，光耦合器Ul发射极接3525的2引脚，非门U2A输出端接三极管Q2基极，三极管Q2集电极接电位器RV2控制端发射极接3525的2 引脚，芯片3525的1引脚与9引脚相连接，5脚7脚相连接与地之间接入电容C4，6引脚与地之间接入电阻R11，8引脚与地之间接入电容C3，10脚12脚相连接地，13脚与电源Vcc之间接入电阻R9，11脚14脚分别接二极管D5、D6正极，15引脚接电源Vcc, 二极管D5、D6负极相连接到三极管Ql基极，Ql集电极与电源Vcc之间接入电阻R10，Ql发射极接地，Ql集电极输出PWM波形连接到IGBT门极。
全文摘要
本发明涉及了一种能使弧焊发电机可以根据焊机负载或空载状态自动切换外特性的励磁电流控制系统，由反馈电路部分和主控制电路组成；反馈电路部分由电压比较器集成芯片LM393及其外围电路构成，主控制电路通过3525芯片和外围电路构成。本发明根据不同的负载状态切换得到不同的控制信号，从而弧焊发电机得到不同的外特性；同时满足弧焊发电机空载/负载时对输出外特性的不同要求，使焊接引弧容易，焊接电流调节范围大，焊接过程稳定，且电路简单，成本较低，可靠性高。
文档编号H02P9/30GK102510257SQ20111035176
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者杨小明, 沈正彪, 王涛, 邵建龙, 阎彬 申请人:昆明理工大学