适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电焊接【技术领域】，具体涉及一种电弧焊的送丝电机调速系统。适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，包括一用于运送焊丝的送丝电机，送丝电机连接供电源，还包括一用于调整送丝电机转速的调速电路，调速电路包括一用于输出控制电压的转速调节器，转速调节器的输出端连接一电力电子变换器，电力电子变换器的输出端连接送丝电机，电力电子变换器的电源输入端连接供电源。由于采用上述技术方案，本实用新型通过送丝速度和电枢电流的双反馈对电机转速进行调节，提高了系统抗力矩变化的能力，使得网路电压波动和负载的变化所引起的送丝系统的速度变化率远远小于国标，送丝速度均匀、稳定、抗干扰能力强。
【专利说明】适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电焊接【技术领域】，具体涉及一种电弧焊的送丝电机调速系统。
【背景技术】
[0002]在脉冲熔化极电弧焊中，送丝速度对焊接过程影响比非脉冲熔化极电弧焊大。由于脉冲MIG/MAG焊接的电流脉冲有严格的周期性，当送丝速度不均匀时，焊接过程会出现短路或断弧现象，影响焊缝的成形、焊接质量以及增加飞溅，因此只有均匀稳定的送丝速度，才能保证焊接过程的稳定。实际的焊接过程中存在各种外界的干扰，因此送丝速度的精确控制是保证焊接过程稳定进行的重要因素。
[0003]送丝系统由送丝机构、送丝软管、焊丝盘等组成。送丝机构是由电动机、减速器、矫值机构、送丝滚轮等组成。送丝稳定性是指电动机的电源输入电压发生变化或送丝阻力发生变化时，能保持送丝速度恒定不变的性能。送丝稳定性一方面与送丝电机的机械特性及拖动控制电路的控制精度有关，另一方面又与焊丝送进过程中的阻力、送丝滚轮机构以及送丝滚轮对焊丝的驱动方式等有关，也与送丝机的机架刚度有关。在在脉冲MIG/MAG焊时常用的送丝驱动方式是推丝式，焊丝需要经过较长的送丝软管才能进入焊枪，并且焊丝在软管中受到较大的阻力，所以会影响焊接过程中送丝的稳定性。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于，提供一种适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，解决以上技术问题。
[0005]本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0006]适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，包括一用于运送焊丝的送丝电机，所述送丝电机连接供电源，其特征在于，还包括一用于调整送丝电机转速的调速电路；
[0007]所述调速电路包括一用于输出控制电压的转速调节器，所述转速调节器的输出端连接一电力电子变换器，所述电力电子变换器的输出端连接所述送丝电机；
[0008]所述电力电子变换器的电源输入端连接所述供电源。
[0009]本实用新型工作时，由调速电路生成的控制电压对电力电子变换器进行输出控制，使电力电子变换器输出可驱动电机的电压，实现通过调速电路来调节送丝电机转速的目的。
[0010]还包括一用于检测电机转速的转速反馈电路，所述转速反馈电路的信号输出端连接所述调速电路，以便将检测结果传送给调速电路后生成用于调节送丝电机转速的控制电压；
[0011]所述转速反馈电路包括一用于检测电机转速后生成脉冲信号的光码盘和一用于将脉冲信号转换成电压的频压转换模块，所述光码盘与所述送丝电机的转轴通过联轴器连接，所述光码盘的信号输出端连接所述频压转换模块的输入端，所述频压转换模块的信号输出端连接所述调速电路。[0012]本实用新型工作时，送丝电机转动时使光码盘产生联动，光码盘产生对应电机转速的脉冲信号，并将之传送到频压转换模块，频压转换模块将脉冲信号转成对应的电压后传送给调速电路，以便调速电路根据该转换后的电压生成用于控制电机转速的控制电压。
[0013]所述频压转换模块包括一 XR4151D集成电路，光码盘的信号输出端连接XR4151D的第6引脚，XR4151D的第I号引脚连接一运算放大器电路，光码盘的光栅测得的脉冲信号经过光电隔离后送给XR4151D，XR4151D将脉冲信号转换为模拟电流信号，从其I号引脚输出，经过运算放大器电路转换后成为模拟电压信号。
[0014]还包括一检测所述送丝电机中电枢电流的电流反馈电路，所述电流反馈电路的信号输出端连接所述调速电路，以便对送丝电机的电枢电流进行实时监测后反馈给调速电路；
[0015]所述电流反馈电路包括一电流检测模块，所述电流检测模块设置于所述电力电子变换器与所述送丝电机之间，以便实时监测送丝电机的电枢电流；
[0016]所述电流检测模块的信号输出端连接所述调速电路。
[0017]所述电流检测模块优选采用一霍尔电流传感器。
[0018]本实用新型工作时，电流检测模块实时监测送丝电机的电枢电流并将之传送给调速电路，以便调速电路根据反馈的电枢电流生成用于控制电机转速的控制电压。
[0019]还包括一用于产生给定转速电压的给定转速电压生成器，所述给定转速电压生成器连接所述调速电路，以便给调速电路传送给定速度电压，便于调速电路进行电压比较后生成偏差电压。
[0020]所述给定转速电压生成器优选采用一单片机。
[0021 ] 还包括一用于产生给定电枢电流的给定电枢电流生成器，所述给定电枢电流生成器连接所述调速电路，以便给调速电路传送给定电枢电流，便于调速电路进行电流比较后生成偏差电流。
[0022]所述给定电枢电流生成器优选采用一单片机。
[0023]所述调速电路包括一转速处理模块，用于将转速反馈电路的反馈信号与给定转速电压进行比较后生成偏差电压并放大，所述转速处理模块连接所述转速调节器；
[0024]所述转速处理模块包括一转速比较电路和一积分放大电路PIl，所述转速比较电路的输出端连接所述积分放大电路PU，所述积分放大电路PII的输出端连接所述转速调节器；
[0025]所述转速反馈电路的信号输出端和所述给定转速电压生成器的信号输出端分别连接所述转速比较模块，以便将送丝电机的实时转速对应的电压与给定速度电压进行比较后生成转速偏差电压，积分放大环节PII对转速偏差电压进行放大并传送给转速调节器，由转速调节器生成控制电压，并通过该控制电压控制电力电子变换器的输出。
[0026]本实用新型通过设置转速反馈电路，配合调速电路中的对应部分对送丝电机的转速进行检测和调整，使其维持稳定。当送丝电机的负载增大时，对应的电机转速会降低，降低后的转速被转速反馈电路反馈给调速电路后生成控制电压，控制电力电子变换器输出调整后的电压使得送丝电机的转速得以稳定。
[0027]所述调速电路包括电枢电流处理模块，用于将电流反馈电路的反馈信号与给定电枢电流进行比较后生成偏差电流并放大，所述电枢电流处理模块连接所述转速调节器；[0028]所述电枢电流处理模块包括一电流比较电路和一积分放大电路PI2，所述电流反馈电路的信号输出端和给定电枢电流生成器的输出端分别与所述电流比较电路连接，以便将送丝电机的电枢电流和给定电流进行比较并生成偏差电流，并由积分放大电路PI2对其进行放大后传送给转速调节器，由转速调节器生成控制电压对电力电子变换器进行控制，使其输出调整后的电压，以便使得送丝电机的转速得到调整和稳定。
[0029]本实用新型通过设置电流反馈电路，配合调速电路对送丝电机的电枢电流进行实时监测，当送丝电机负载增加时会引起电枢电流增大，此时，增大的电流被调速电路采集后处理成控制电压，该控制电压被用来对电力电子变换器进行控制使其输出调整电压，以便使得送丝电机的转速基本保持不变。
[0030]所述调速电路中的转速处理模块、电枢电流处理模块采用一集成电路TL494实现，所述积分放大电路PIl和PI2分别连接集成电路TL494的输入端，所述集成电路TL494的输出端连接一 4或非门集成电路IC2和一电子开关4053。
[0031]所述供电源采用变压器对工业380V电压进行压降并整流后产生的直流供电电源。
[0032]所述电力电子变换器包括一用于电机驱动的MOS管Ql，一用于电机制动的MOS管Q2，分别用于开启和停止所述送丝电机，所述MOS管Ql串联于所述送丝电机的供电回路中，所述MOS管Q2并联在所述送丝电机上，所述MOS管Ql的控制端连接所述调速电路的电机驱动信号输出端，所述MOS管Q2的控制端连接所述调速电路的电机制动信号输出端。
[0033]所述送丝电机上还并联一压敏电阻ZNRl，所述送丝电机的两个电源接入端分别连接一压敏电阻ZNR2、ZNR3后接地，所述压敏电阻ZNR1、ZNR2、ZNR3用于吸收电路中的异常过电压，以便保护电机和相关电路元件。
[0034]有益效果:由于采用上述技术方案，本实用新型通过送丝速度和电枢电流的双反馈对电机转速进行调节，提高了系统抗力矩变化的能力，使得网路电压波动和负载的变化所引起的送丝系统的速度变化率远远小于国标，送丝速度均匀、稳定、抗干扰能力强。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本实用新型的电路连接简图；
[0036]图2为本实用新型的频压转换电路的电路图；
[0037]图3为本实用新型的PWM输出制动与驱动电路图；
[0038]图4为本实用新型的送丝电机供电电路。
【具体实施方式】
[0039]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。
[0040]参照图1，适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机M调速系统，包括一用于运送焊丝的送丝电机M，送丝电机M连接供电源，供电源采用变压器对工业380V电压进行压降并整流后产生的直流供电电源。还包括一用于调整送丝电机M转速的调速电路，调速电路包括一用于输出控制电压的转速调节器ASR，转速调节器ASR的输出端连接一电力电子变换器UPE，电力电子变换器UPE的输出端连接送丝电机M，电力电子变换器UPE的电源输入端连接供电源。本实用新型工作时，由调速电路生成的控制电压对电力电子变换器UPE进行输出控制，使电力电子变换器UPE输出可驱动电机的电压，实现通过调速电路来调节送丝电机M转速的目的。
[0041 ] 还包括一用于检测电机转速的转速反馈电路，转速反馈电路包括一用于检测电机转速后生成脉冲信号的光码盘Encoder和一用于将脉冲信号转换成电压的频压转换模块F/V,光码盘Encoder与送丝电机M的转轴通过联轴器连接,光码盘Encoder的信号输出端连接频压转换模块F/V的输入端，频压转换模块F/V的信号输出端连接调速电路。本实用新型工作时，送丝电机M转动时使光码盘Encoder产生联动,光码盘Encoder产生对应电机转速的脉冲信号，并将之传送到频压转换模块F/V，频压转换模块F/V将脉冲信号转成对应的电压后传送给调速电路，以便调速电路根据该转换后的电压生成用于控制电机转速的控制电压。还包括一用于产生给定转速电压的单片机A，单片机A连接调速电路，以便给调速电路传送给定速度电压，便于调速电路进行电压比较后生成偏差电压。调速电路包括一转速处理模块，转速处理模块包括一转速比较电路CPl和一积分放大电路PII，转速比较电路CPl的输出端连接积分放大电路PI1，积分放大电路PIl的输出端连接转速调节器ASR，转速反馈电路的信号输出端和单片机A的信号输出端分别连接转速比较电路CP1，以便将送丝电机M的实时转速对应的电压与给定速度电压进行比较后生成转速偏差电压，积分放大环节PIl对转速偏差电压进行放大并传送给转速调节器ASR，由转速调节器ASR生成控制电压，并通过该控制电压控制电力电子变换器UPE的输出。
[0042]本实用新型通过设置转速反馈电路，配合调速电路中的对应部分对送丝电机M的转速进行检测和调整，使其维持稳定。当送丝电机M的负载增大时，对应的电机转速会降低，降低后的转速被转速反馈电路反馈给调速电路后生成控制电压，控制电力电子变换器UPE输出调整后的电压使得送丝电机M的转速得以稳定。
[0043]参照图1、图2，频压转换模块F/V包括一 XR4151D集成电路，光码盘Encoder的信号输出端连接XR4151D的第6引脚，XR4151D的第I号引脚连接一运算放大器电路，光栅测得的脉冲信号经过光电隔离后送给XR4151D，XR4151D将脉冲信号转换为模拟电流信号，从其I号引脚输出，经过运算放大器电路转换后成为模拟电压信号Vout。
[0044]参照图1，还包括一检测送丝电机M中电枢电流的电流反馈电路，电流反馈电路包括一霍尔电流传感器Sensor,霍尔电流传感器Sensor设置于电力电子变换器UPE与送丝电机M之间，以便实时监测送丝电机M的电枢电流,霍尔电流传感器Sensor的信号输出端连接调速电路。本实用新型工作时，霍尔电流传感器Sensor实时监测送丝电机M的电枢电流并将之传送给调速电路，以便调速电路根据反馈的电枢电流生成用于控制电机转速的控制电压。
[0045]还包括一用于产生给定电枢电流的单片机B，单片机B连接调速电路，以便给调速电路传送给定电枢电流，便于调速电路进行电流比较后生成偏差电流。调速电路包括电枢电流处理模块，电枢电流处理模块包括一电流比较电路CP2和一积分放大电路PI2，电流反馈电路的信号输出端和单片机B的输出端分别与电流比较电路CP2连接，以便将送丝电机M的电枢电流和给定电流进行比较并生成偏差电流，并由积分放大电路PI2对其进行放大后传送给转速调节器ASR，由转速调节器ASR生成控制电压对电力电子变换器UPE进行控制，使其输出调整后的电压，以便使得送丝电机M的转速得到调整和稳定。[0046]本实用新型通过设置电流反馈电路，配合调速电路对送丝电机M的电枢电流进行实时监测，当送丝电机M负载增加时会引起电枢电流增大,此时,增大的电流被调速电路采集后处理成控制电压，该控制电压被用来对电力电子变换器UPE进行控制使其输出调整电压，以便使得送丝电机M的转速基本保持不变。
[0047]参照图3，调速电路包括一用于脉宽调制的集成电路TL494、一 4或非门集成电路IC2、一电子开关4053，集成电路TL494的I号引脚连接转速反馈电路的输出端，集成电路TL494的16号引脚连接电流反馈电路的输出端，集成电路TL494的2号引脚连接给定转速电压生成器，集成电路TL494的15号引脚输入电流门限值，经过电容C2、电阻R3、电阻R5组成的PI2运算，由集成电路TL494的3号引脚输出，集成电路TL494的5号引脚和6号引脚构成锯齿波发生器，产生锯齿电压信号，频率为1.2kHz，并与集成电路TL494的3号引脚的输出电压比较输出，改变PWM信号的占空比，经过集成电路TL494的内部运算后由其8号引脚和11号引脚输出，从而实现对送丝电机的转速调节；集成电路TL494的11号引脚连接电子开关4053的Z-COM端，集成电路TL494的8号引脚连接4或非门集成电路IC2的Al端，电子开关4053的A、B、C端为焊枪开关信号端，电子开关4053的Y-COM端引出后连接一三极管Q4，三级管Q4的集电极产生送丝电机制动信号，电子开关4053的IZ端连接一三极管Q3，三极管Q3的集电极端产生送丝电机驱动信号。
[0048]本实用新型中，当集成电路TL494的8号引脚为高电平时，则集成电路IC2的Al端为高电平，高电压通过电阻R35给电容ClO充电，在充电电压低于6V期间，集成电路IC2的BI是低电平，Xl输出高电平。在Xl为高电平期间，电子开关4053的Z-COM和Y-COM输出高阻态。此时三极管Q4关闭，输出送丝电机制动信号，三极管Q3导通，关闭送丝电机驱动信号，送丝电机处于制动状态。当在充电电压高于6V时，集成电路IC2的Xl输出低电平，X2变为高电平，电子开关4053正常工作，Y-COM和IY接通，三极管Q4导通，送丝电机制动信号关闭。Z-COM和IZ接通，三极管Q3导通，送丝电机驱动信号关闭。当集成电路TL494的8号引脚为低电平，集成电路IC2的Xl输出低电平，X2输出高电平，三极管Q4导通，送丝电机制动信号关闭。集成电路L494的11脚输出低电平，从电子开关4053的IZ到Z-C0M，送丝电机开始送丝。
[0049]参照图4，送丝电机M的供电电路包括MOS管Ql、Q2，分别用于开启和停止送丝电机，还包括用于吸收电路中异常过电压的压敏电阻ZNRl、ZNR2、ZNR3，其中压敏电阻ZNRl并联在送丝电机M上；压敏电阻ZNR2的一端连接在送丝电机M的电源正极接入点，另一端接地；压敏电阻ZNR3的一端连接在送丝电机M的电源负极接入点，另一端接地。MOS管Ql串接于送丝电机M的供电回路中，MOS管Q2并联在送丝电机M上。MOS管Ql的控制端连接三极管Q3的集电极，MOS管Q2的控制端连接三极管Q4的集电极，以便通过控制电路对送丝电机进行启动和停止的控制操作。调速电路输出两路PWM信号进行控制，改变PWMl的占空比就可以实现送丝电机的调速。当送丝电机需要制动时，导通MOS管Q2，为了提高送丝电机转速的控制精度，采用每个控制周期都制动，使每个控制周期内的送丝电机的转速在较大范围内变化，从而保证每个控制周期内都进行转速调节，避免多周期内误差累积后造成的超速或者低速现象。
[0050]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，包括一用于运送焊丝的送丝电机，所述送丝电机连接供电源，其特征在于，还包括一用于调整送丝电机转速的调速电路； 所述调速电路包括一用于输出控制电压的转速调节器，所述转速调节器的输出端连接一电力电子变换器，所述电力电子变换器的输出端连接所述送丝电机； 所述电力电子变换器的电源输入端连接所述供电源。
2.根据权利要求1所述的适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，其特征在于，还包括一用于检测电机转速的转速反馈电路，所述转速反馈电路的信号输出端连接所述调速电路； 所述转速反馈电路包括一用于检测电机转速后生成脉冲信号的光码盘和一用于将脉冲信号转换成电压的频压转换模块，所述光码盘与所述送丝电机的转轴通过联轴器连接，所述光码盘的信号输出端连接所述频压转换模块的输入端，所述频压转换模块的信号输出端连接所述调速电路。
3.根据权利要求2所述的适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，其特征在于，所述频压转换模块包括一 XR4151D集成电路，光码盘的信号输出端连接XR4151D的第6引脚，XR4151D的第I号引脚连接一运算放大器电路，光栅测得的脉冲信号经过光电隔离后送给XR4151D，XR4151D将脉冲信号转换为模拟电流信号，从其I号引脚输出，经过运算放大器电路转换后成为模拟电压信号。
4.根据权利要求1、2或3所述的适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，其特征在于，还包括一检测所述送丝电机中电枢电流的电流反馈电路，所述电流反馈电路的信号输出端连接所述调速电路； 所述电流反馈电路包括一电流检测模块，所述电流检测模块设置于所述电力电子变换器与所述送丝电机之间； 所述电流检测模块的信号输出端连接所述调速电路。
5.根据权利要求4所述的适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，其特征在于，所述电流检测模块采用一霍尔电流传感器。
6.根据权利要求2所述的适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，其特征在于，还包括一用于产生给定转速电压的给定转速电压生成器，所述给定转速电压生成器连接所述调速电路； 所述调速电路包括一转速处理模块，用于将转速反馈电路的反馈信号与给定转速电压进行比较后生成偏差电压并放大，所述转速处理模块连接所述转速调节器； 所述转速处理模块包括一转速比较电路和一积分放大电路PII，所述转速比较电路的输出端连接所述积分放大电路PI1，所述积分放大电路PII的输出端连接所述转速调节器； 所述转速反馈电路的信号输出端和所述给定转速电压生成器的信号输出端分别连接所述转速比较模块。
7.根据权利要求4所述的适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，其特征在于，还包括一用于产生给定电枢电流的给定电枢电流生成器，所述给定电枢电流生成器连接所述调速电路； 所述调速电路包括电枢电流处理模块，用于将电流反馈电路的反馈信号与给定电枢电流进行比较后生成偏差电流并放大，所述电枢电流处理模块连接所述转速调节器；所述电枢电流处理模块包括一电流比较电路和一积分放大电路PI2，所述电流反馈电路的信号输出端和给定电枢电流生成器的输出端分别与所述电流比较电路连接。
8.根据权利要求1所述的适用于脉冲熔化极电弧焊的送丝电机调速系统，其特征在于，所述供电源采用变压器`对工业380V电压进行压降并整流后产生的直流供电电源。
【文档编号】B23K9/173GK203448851SQ201320524246
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】田松亚, 余学成 申请人:上海东升焊接集团有限公司