一种用于载波控制焊机的载波线短路保护控制方法和电路与流程

1.本发明涉及焊机控制技术领域，尤其是涉及一种用于载波控制焊机的载波线短路保护控制方法和电路。


背景技术：

2.目前，焊机在工程中是必不可少的工具，焊接电源与送丝装置之间通过一个载波线、一个焊接电缆连接，从焊接电源再引出一根母线，送丝装置与焊枪连接，工作时，焊枪与母线之间形成电流回路。
3.焊接电缆用于焊接电源的能量输出，及载波线信号的公共端；载波线用于为送丝装置提供电源及信号交互；实际使用现场环境恶劣，容易造成载波线与焊接母材短路，或者载波线与焊接电缆短路，从而对焊接设备造成损坏。发生短路时目前一般采用的方法，包括：过流保护器、采集载波线上电流信号，在短路故障未排除条件下，过流保护器可人为再次打开或者被人为短接而失去作用；通过采集载波线上电流信号进行保护控制，此方法保护动作后，载波线上无电流，控制电路检测不到过流信号，会再次打开，如短路仍存在，则频繁动作，焊接设备会频繁存在过流冲击。
4.因此，如何保证在短路故障时一直处于保护状态，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于载波控制焊机的载波线短路保护控制方法和电路，通过检测载波线与焊接电缆两端的第一电压，在第一电压小于第一设定阈值时，关断载波线电源、主回路，停止焊机工作；载波线回路施加检测电源，若载波线路处于短路状态，在检测电压小于第二设定阈值时，保持载波线电源关断；若载波线路解除短路状态，在检测电压大于等于第二设定阈值时，开启载波线电源，解除主回路封锁。保证了在短路状态下的持续保护，避免了反复启动，提高了安全性。
6.第一方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：一种用于载波控制焊机的载波线短路保护控制电路， ac输入单元、整流变换单元、整流触发单元、短路检测单元、主回路触发单元、主回路单元，短路检测单元连接分别与整流触发单元一端、主回路触发单元一端、载波端、焊接端连接，用于检测载波端、焊接端、母线端三者之间是否产生短路，并输出短路信号给整流触发单元与主回路触发单元；整流变换单元分别与ac输入单元一端、整流触发单元一端连接，用于将交流输入转换为直流，并根据整流触发单元的整流触发信号控制载波输出；主回路单元用于输出焊接电流与母线电流，主回路触发单元另一端与主回路单元连接，用于根据短路检测单元的检测结果，输出主回路触发信号，控制主回路单元的输出。
7.本发明进一步设置为：还包括检测电源单元、直流电源单元，检测电源单元与ac输入单元、载波端、焊接端连接，用于在短路状态时，为短路检测单元提供电源，使控制电路在短路持续时处于短路保护状态；直流电源单元与ac输入单元连接，用于对控制电路提供直
流电源。
8.本发明进一步设置为：短路检测单元包括依次连接的放大电路、比较电路，放大电路的输入端分别连接载波端、焊接端，用于对载波端、焊接端进行差分放大，比较电路用于将放大电路的输出结果与设定值进行比较，输出比较结果给主回路触发电路与整流触发电路。
9.本发明进一步设置为：整流触发电路包括依次连接的控制开关电路、隔离电路，控制开关电路的输入连接短路检测单元的输出，其输出连接隔离电路的输入，隔离电路的输出连接整流变换单元的控制端，用于根据短路检测单元的输出大小，控制整流变换单元的输出。
10.本发明进一步设置为：检测电源单元包括检测整流滤波电路，其输入用于连接交流电，其输出连接短路检测单元的输入端。
11.本发明进一步设置为：主回路单元包括依次连接的变压器、第一整流滤波电路，变压器的原边与ac输入单元连接，交流电经过变压器变压、整流滤波后，用于提供焊接电流与母线电流。
12.发明进一步设置为：整流变换单元包括依次连接的整流电路、整流控制电路、第二滤波电路，整流电路用于对交流电进行半波整流，其输出一方面连接整流触发单元的第一端，一方面经过整流控制电路的控制后，由第二滤波电路转滤波后输出到载波端、焊接端。
13.本发明进一步设置为：整流控制电路包括可控硅电路，其控制端连接连接整流触发单元的第二端，在整流触发单元发出触发信号时，控制可控硅电路导通或截止，从而控制载波端、焊接端的输出。
14.第二方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：一种用于载波控制焊机的载波线短路保护控制方法，包括检测载波线与焊接电缆两端的第一电压，在第一电压小于第一设定阈值时，关断载波线电源、主回路，停止焊机工作；载波线回路施加检测电源，若检测电压小于第二设定阈值时，载波线路处于短路状态，保持载波线电源关断；若检测电压大于等于第二设定阈值时，载波线路解除短路状态，开启载波线电源、主回路电源。
15.本发明进一步设置为：包括以下步骤：s1、载波线电源提供检测电压；s2、检测载波线与焊接端两端的第一电压；s3、第一电压是否小于第一设定阈值，若是，进入下一步，若否，转s2；s4、电路处于短路状态，关断载波线电源；s5、检测焊机是否有输出，若有，进入下一步，若无，转s7；s6、关断主回路，停止焊机工作；s7、检测电源施加检测电压；s8、监测检测电压大小；s9、判断检测电压是否小于第二预设阈值，若是，进入下一步，若否，转s11；s10、电路还处于短路状态，保持载波线电源关断，转s8；s11、电路解除短路状态，开启载波线电源、主回路电源；s12、转s1。
16.与现有技术相比，本申请的有益技术效果为：1.本申请通过检测是否发生短路，在短路发生时关断载波线电源与主回路电源，实现对短路的控制；2.进一步地，本申请通过检测短路状态是否持续，在持续时一直关断载波线电源，避免了反复启动，提高了安全性。
附图说明
17.图1是本申请的一个具体实施例的载波控制焊接系统结构示意图；图2是本申请的一个具体实施例的焊接电源结构示意图；图3是本申请的一个具体实施例的整流变换单元结构示意图；图4是本申请的一个具体实施例的短路检测单元结构示意图；图5是本申请的一个具体实施例的检测电源单元结构示意图；图6是本申请的一个具体实施例的整流触发单元结构示意图；图7是本申请的一个具体实施例的控制方法流程结构示意图。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
19.具体实施例一本申请的一种用于载波控制焊机的载波线短路保护控制电路，如图1所示，包括ac输入单元、整流变换单元、检测电源单元、整流触发单元、短路检测单元、主回路单元、主回路触发单元，其中，短路检测单元分别与载波线端、焊接电缆端、主回路触发单元、整流触发单元连接；整流变换单元分别与ac输入单元、整流触发单元连接，并引出载波线端；主回路单元与ac输入单元、主回路触发单元连接，并引出焊接电缆端、母线端，主回路单元包括ac输入；检测电源单元分别与焊接电缆端、母线端、ac输入单元连接；送丝装置分别与焊接电缆端、母线端、焊枪端连接。
20.ac输入单元分别与整流变换单元、检测电源单元、主回路单元连接，用于给电路提供电源。
21.整流变换单元，用于提供载波线电源检测电源单元，用于提供短路检测电源；整流触发单元，用于根据短路检测单元的短路控制信号，输出整流触发信号，控制整流变换单元的工作状态；短路检测单元，用于检测载波线与焊接母材之间、载波线与焊接电缆之间电压，并输出相应控制信号，控制整流触发单元及主回路触发单元的工作；主回路单元，用于提供焊接能量；主回路触发单元，用于根据短路检测单元的输出信号，控制主回路单元的工作；检测电源单元，用于提供短路状态时的电压保持。
22.短路检测单元检测载波线与焊接电缆之间的第一电压，当检测到第一电压小于短路保护电压第一预设值时，输出第一控制信号给整流触发单元与主回路触发单元，整流触发单元根据第一控制信号，输出第一整流触发信号给整流变换单元，使整流变换单元停止
工作，载波线上无电流输出；同样地，主回路触发单元根据第一控制信号，输出第一主回路触发信号主回路单元，使主回路单元停止工作。
23.在短路状态持续时段，检测电源单元提供短路检测信号，保持短路检测单元检测到的第一电压小于第一预设值，整流变换单元、主回路单元均持续停止工作状态。
24.在短路解除后，检测电源单元的电源通路被切断，第一电压变换为检测电源单元的电源电压，高于第一预设值；短路检测单元检测到第一电压高于第一预设值时，输出第二控制信号给整流触发单元与主回路触发单元，整流触发单元输出第二整流触发信号给整流变换单元，使整流变换单元开启工作，给载波线上提供电流，同样地，主回路触发单元，输出第二主回路触发信号主回路单元，使主回路单元开启工作，给焊接电缆、母线上提供电流。
25.具体实施例二本申请的一种用于载波控制焊机的载波线短路保护控制电路，如图2所示，ac输入单元提供交流电给整流变换单元、检测电源单元，整流变换单元对交流电进行第一整流滤波后，提供直流电给载波线端、焊接电缆端。同样地，检测电源单元对交流电进行第二整流滤波后，提供直流电给载波线端、焊接电缆端。
26.载波线端、焊接电缆端同时作为短路检测单元的二个输入端，短路检测单元检测载波线端、焊接电缆端之间的第一电压，并与第一预设值进行比较，根据比较结果输出控制信号给整流触发单元、主回路触发单元。
27.当载波线端与焊接电缆端发生短路时，第一电压的值会小于第一预设值，检测电源单元提供电流，从检测电源单元的正端流出，经过载波线、焊接电缆，流入到检测电源单元的负端。
28.当载波线端与母线发生短路时，检测电源单元提供电流，从检测电源单元的正端流出，经过载波线、母线、主回路单元、焊接电缆，流入到检测电源单元的负端。
29.在本申请的一个具体实施例中，如图3所示，整流变换单元包括第二整流电路、整流控制电路、第二滤波电路。第一整流电路的输入、整流控制电路的输入连接ac输入单元的二个交流输出端。第一整流电路的输出连接整流触发单元的第一输入端，整流控制电路的控制端连接整流触发单元的第一输出端。整流控制电路的输出端连接第一滤波电路的输入端，第一滤波电路的输出端引出载波线端、焊接电缆端。
30.第一整流电路包括半波整流桥电路，由二极管d11/d12组成，二极管d11的正极、d12的正极分别接ac输入单元的二个交流输出端，二极管d11的负极、d12的负极同时连接整流触发单元的第一输入端。
31.整流控制电路包括二路相同结构的整流控制组合，二路整流控制组合的输入端分别连接ac输入单元的二个交流输出端；二路整流控制组合的控制端同时连接整流触发单元的第一输出端；二路整流控制组合的输出端并在一起连接第一滤波电路的输入端。
32.具体地，一路整流控制组合包括可控硅q1电路，可控硅q1的输入端连接ac输入单元的一个交流输出端，可控硅q1的控制端经过电阻r22连接整流触发单元的第一输出端，可控硅q1的输出端连接第一滤波电路的输入。
33.在可控硅q1的输入端、输出端之间并联电容c42/电阻r20的串联组合，在可控硅q1的控制端、输出端之间并联电容c42/电阻r20，用于分流限压。
34.另一路整流控制组合与此相同，不再赘述。
35.第一滤波电路包括滤波电容c45/c49、电阻r49、单向导电管d、共模电感l，电容c45/c49、电阻r49并联在电源整流变换单元正极与地gnd1之间，单向导电管d、共模电感l依次串联连接在整流变换单元正极，其输出为载波线端。地gnd1与焊接电缆端之间连接保险管f2。
36.当整流触发单元的第一输入端与第一输出端之间导通时，整流控制组合电路导通，整流变换单元有电流输出，当整流触发单元的第一输入端与第一输出端之间截止时，整流控制组合电路截止，整流变换单元无电流输出。
37.在本申请的一个具体实施例中，如图4所示，短路检测单元包括依次连接的差分放大电路、第一跟随电路、比较电路、第二跟随电路，差分放大电路的二个输入端分别连接载波线端、焊接电缆端，用于对第一电压进行差分放大，经过第一跟随电路后，由比较电路对差分放大结果与第一预设值进行比较，输出比较结果，再经过第二跟随电路输出给整流触发单元、主回路触发单元。
38.具体地，差分放大电路包括放大器ic7b，在放大器ic7b的正输入端连接稳压管zd1的一端、电阻r30的一端，用于钳位正输入端电压，载波线端通过串联电阻组合r27/r29连接到放大器ic7b的正输入端，稳压管zd1的另一端、电阻r30的另一端接地gnd2。
39.焊接电缆端通过串联电阻组合r26/r28连接到放大器ic7b的负输入端，电阻r31连接在放大器ic7b的负输入端与输出端之间。
40.在电阻r26/r28的连接点与电阻r27/r29的连接点之间，连接电容c54,用于滤波。
41.第一跟随器电路包括放大器ic7a，其正输入连接放大器ic7b的输出，其负输入端与输出端连接后，连接到比较电路。
42.比较电路包括放大器ic8b，放大器ic8b的正输入端连接第一预设值电路，第一跟随器电路的输出通过电阻r32/二极管d13连接到放大器ic8b的负输入端，其中二极管d13的负极接放大器ic8b的负输入端、电阻r37的一端、电容c56的一端，电阻r37的另一端、电容c56的另一端接地gnd2。
43.第一预设值电路包括串联连接的电阻r35/r34，电阻r35的一端接电源v2, 电阻r34的一端接地gnd2，电阻r35/r34的连接点连接放大器ic8b的正输入端、电阻r36的一端。电阻r36的另一端连接二极管d7的负端，二极管d7的正端连接放大器ic8b的输出端、电阻r37的一端，电阻r37的另一端连接第二跟随电路的输入端。
44.第二跟随电路包括放大器ic8a的正输入端，其输出通过电阻r38后输出。
45.在本申请的一个具体实施例中，如图5所示，检测电源单元包括检测整流滤波电路，其输入用于连接交流电，其输出连接短路检测单元的二个输入端。
46.具体地，检测整流滤波电路包括半波整流电路与电容滤波电路，半波整流电路包括二极管d19，其正端连接交流输入端，其负端连接电容c70的正端、电阻r66的一端，电容c70的负端接地gnd1，电阻r66的另一端连接二极管d10的正端，二极管d10的负端接载波端。
47.交流电经过二极管d19半波整流后，经过电容c70滤波，再经过电阻r66限流，再经过二极管d10单向导通后输出。
48.直流电源单元包括三端稳压电路，用于将交流电转换的直流电v2。
49.在本申请的一个具体实施例中，如图6所示，整流触发单元包括依次连接的控制开关电路、隔离电路，控制开关电路的输入连接短路检测单元的输出，其输出连接隔离电路的
输入，隔离电路的输出连接整流变换单元的控制端，用于根据短路检测单元的输出大小，控制整流变换单元的输出。
50.控制开关电路在短路检测单元的短路检测信号控制下，导通或截止，从而控制其第一输入端与第一输出端之间的导通或截止，从而控制整流变换单元有无电流输出。
51.控制开关电路包括npn三极管q3，三极管q3的基极通过电路r42连接到短路检测单元的输出端、通过电阻r43接地gnd2、通过电容c68接地gnd2，其集电极连接隔离电路的第二输出端，其发射极接地gnd2。隔离电路的第二输入端通过电阻r40接电源v2。
52.当短路检测单元的输出为高时，三极管q3导通，隔离电路的第一输入端与第一输出端导通，载波端、焊接电缆端有电流输出。
53.反之，当短路检测单元的输出为低时，三极管q3截止，载波端、焊接电缆端无电流输出。
54.在本申请的一个具体实施例中，主回路单元包括变压器t1、第一整流滤波电路，变压器t1的原边与ac输入单元连接，交流电经过变压器t1变压、第一整流滤波电路后，提供焊接电流与母线电流。母线在图中用母材表示。
55.第一整流滤波电路包括二极管d1/d2、电感l1，经过二极管d1/d2整流再由电感l1进行滤波。
56.本申请的工作原理如下：主回路单元提供焊接电缆端、母线端电流。
57.短路检测单元检测第一电压，当第一电压大于等于第一预设值时，输出高电平短路检测信号，整流触发单元的第一输入端与第一输出端导通，整流变换单元有电流输出；同样的，主回路单元有电流输出，载波端、焊接电缆端、母线端有电流。
58.当第一电压小于第一预设值时，短路检测单元输出低电平短路检测信号，整流触发单元的第一输入端与第一输出端截止，整流变换单元无电流输出，同样的，主回路单元无电流输出，载波端、焊接电缆端、母线端无电流。
59.当第一电压小于第一预设值时，说明发生了短路情况，短路检测单元的输入端电压由检测电源单元提供。
60.如果是载波端与焊接电缆端短路，则电流从检测电源单元的正端输出，经过载波端、焊接电缆端，再流回到检测电源单元的负端，短路检测单元的二个输入端电压很小，短路检测单元的输出为低电平。
61.如果是载波端与母线端短路，则电流从检测电源单元的正端输出，经过载波端、母线端、主回路单元、焊接电缆端，再流回到检测电源单元的负端。
62.在短路情况下，短路检测单元的二个输入端电压很小，短路检测单元的输出为低电平。
63.当短路解除后，载波端与焊接电缆断开，或载波端与母线端断开，检测电源单元的电流不能形成回路，检测电源单元的二个输出端为短路检测单元提供检测电压，此时的电压比较大，短路检测单元的输出为高电平。
64.主回路的控制方法相同，不再赘述。
65.具体实施例三本申请的一种用于载波控制焊机的载波线短路保护控制方法，如图7所示，包括检
测载波线与焊接电缆两端的第一电压，在第一电压小于第一设定阈值时，关断载波线电源、主回路，停止焊机工作；载波线回路施加检测电源，若载波线路处于短路状态，在检测电压小于第二设定阈值时，保持载波线电源关断；若载波线路解除短路状态，在检测电压大于等于第三设定阈值时，开启载波线电源，解除主回路封锁。
66.在本申请的一个具体实施例中，第一设定阈值、第二设定阈值、是相等的。
67.如图7所示，包括以下步骤：s1、载波线电源提供检测电压；s2、检测载波线与焊接端两端的第一电压；s3、第一电压是否小于第一设定阈值，若是，进入下一步，若否，转s2；s4、电路处于短路状态，关断载波线电源；s5、检测焊机是否有输出，若有，进入下一步，若无，转s7；s6、关断主回路，停止焊机工作；s7、检测电源施加检测电压；s8、监测检测电压大小；s9、判断检测电压是否小于第二预设阈值，若是，进入下一步，若否，转s11；s10、电路还处于短路状态，保持载波线电源关断，转s8；s11、电路解除短路状态，开启载波线电源、主回路电源；s12、转s1。
68.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。