专利名称：弧焊电源的电压降低防触电装置及弧焊电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弧焊电源，主要应用于手工、半自动、自动焊接设备领域，特别涉及电压降低防触电装置及应用该电压降低防触电装置的弧焊电源装置。
背景技术：
随着焊接技术的发展，在当今的工业生产已经成为非常重要的金属加工手段。尤其在造船、港口机械、压力容器、油气管线、金属结构厂房、电力建设等行业显得更加重要， 焊接效率、焊接质量、焊接安全作业的要求也越来越高。同一作业面多工位、多工种立体作业随处可见，已经对安全生产构成威胁，在高温、高湿环境，特别是沿江靠海的生产企业常有操作工人被弧焊电源电击事件发生。针对焊接工作的危险性，现有技术的电压降低(VRD，英文=Voltage Reduced-Device，中文名称电压降低装置)防触电装置采用如下两种方式来提高焊接工作的安全性1)检测焊接的输出电流有无变化通过接触器切断主电路输入电源的模式来实现， 此方式存在可靠性低且接触器寿命短，使用成本偏高等缺陷。2)借助辅助待机电源(安全电压以下)，通过检测回路焊接电流有无变化，输出电子控制信号禁止或允许功率半导体如可控硅、IGBTansulated Gate Bipolar Transistor, 绝缘栅双极型晶体管)模组的导通或关断来实现安全保护，但由于此方法难于准确采集输出焊条或焊丝是否可靠与工件接触，辅助电源功耗大而且辅助电源长期处在焊接回路中对电路可靠工作构成严重影响，信号干扰大不能可靠地运行，大多数设备在现场工作时，由于该功能影响焊接起弧成功率而被禁止。因此，该种方法也对焊接安全生产构成严重威胁。因此，发展一种安全性高、工作可靠的电压降低防触电装置则成为当前焊接领域亟需解决的技术问题。
发明内容本发明提供一种弧焊电源的电压降低防触电装置，安全性高、工作运行可靠，便于安全操作。本发明还进一步提供一种电流电压复合感应电压降低防触电的焊接装置，提高焊接的安全性，便于焊接的安全性操作。为解决上述的技术问题，本发明提供一种弧焊电源的电压降低防触电装置，包括连接弧焊电源输出端的辅助电源、分别连接辅助电源和电压降低防触电装置的输出信号控制装置，所述电压降低防触电装置是电压电流复合感应电压降低防触电装置。如上所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，所述电压电流复合感应电压降低防触电装置包括分别连接输出信号控制装置的电压信号控制装置和电流信号控制装置。如上所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，所述电压信号控制装置包括依次连接的电压信号传感器和电压信号检测装置，所述电流信号控制装置包括依次连接的电流信号传感器和电流信号检测装置，所述的电压信号检测装置和电流信号检测装置分别连接输出信号控制装置。如上所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，所述辅助电源包括依次连接的12V 辅助电源和12V辅助电源控制装置。如上所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，所述电压信号传感器由依次连接的第一分压电路、积分电路、电气隔离电路、采样电路、消噪电路以及射极跟随输出电路构成。如上所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，所述分压电路由分压电阻R46和分压电阻R47串联构成，所述分压电路的分压比例为10 1。如上所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，所述电压检测装置设置第二分压电路，所述第二分压电路设定电压检测分压阈值，当所述电压检测装置的输出电压反馈值小于电压检测分压阈值，所述电压检测装置输出高电平并开启弧焊电源输出；当所述电压检测装置的输出电压反馈值大于或等于分压阈值，所述电压检测装置输出低电平并关闭弧焊电源输出。如上所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，，所述第二分压电路由分压电阻R69 和分压电阻R68构成，所述电压检测分压阈值范围为0. 6V-1. 0V。如上所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，所述电流检测装置设置第三分压电路，所述第三分电路设定电流检测分压阈值，当电流检测装置的输出电压大于或等于电流检测分压阈值时，所述电流检测装置输出高电平并控制弧焊电源输出有效；当所述电流检测装置的输出电压小于电流检测分压阈值时，所述电流检测装置输出低电平并控制弧焊电源无效。如上所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，第三分压电路由分压电阻R99和分压电阻R98构成，第三分电路设定的所述电流检测分压阈值范围为0. 03V-0. 06V。为解决上述的技术问题，本发明还进一步提供一种包括上述任一技术方案的电压降低防触电装置的弧焊电源装置，还包括弧焊电源、引弧装置、功率半导体控制装置和弧焊电源输出端，所述弧焊电源、引弧装置、输出信号控制装置、功率半导体控制装置和弧焊电源输出端依次连接，所述电压电流复合感应电压降低防触电装置、输出信号控制装置、辅助电源和弧焊电源输出端依次连接。如上所述的弧焊电源装置，所述输出信号控制装置包括逻辑运算单元和脉宽调制器，所述逻辑运算单元连接所述辅助电源，所述脉度调制器连接功率半导体控制装置，所述复合感应电压降低防触电装置连接逻辑运算单元并控制辅助电源。如上所述的弧焊电源装置，所述功率半导体控制装置包括依次连接的IGBT驱动装置和IGBT模组。如上所述的弧焊电源装置，所述引弧装置设置延迟电路，所述的延迟电路由延迟电阻R127和延迟电容C59构成，所述延迟时间设定为50MS-200MS。综上所述，本发明的弧焊电源的电压降低防触电装置及弧焊电源装置，通过电压电流复合感应电压降低防触电装置，分别对弧焊电源的输出回路中的电压信号和电流信号进行检测，并通过电压和电流信号的双重处理进而感测控制弧焊电源的输出，实现弧焊电源的安全性输出和可靠性运行，极大便利了焊接行业的安全性操作和工作的安全稳定性， 有利于产业的推广应用。
图1是本发明的弧焊电源装置的结构原理图。图2是本发明的电压降低防触电装置的电压信号传感器的电路原理图。图3是本发明的电压降低防触电装置的电压信号检测装置的电路原理图。图4是本发明的电压降低防触电装置的电流信号检测装置的电路原理图。图5是本发明的电压降低防触电装置的引弧装置的电路原理图。
具体实施方式为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施方式、结构特征，对本发明的具体结构及其功效，详细说明如下。本发明的弧焊电源的电压降低防触电装置应用于弧焊电源，控制弧焊电源输出端的安全性，提高焊接工作的安全性和可靠性。 如图1，是具有本发明的电压降低防触电装置的弧焊电源装置。本发明的弧焊电源装置包括依次连接的弧焊电源13、引弧装置、功率半导体控制装置和弧焊电源输出端，电压降低防触电装置连接至输出信号控制装置并控制弧焊电源输出端。在具体实施例中，弧焊电源13输出端设置为弧焊电源输出接口 12，引弧装置为热引弧装置8。电压降低防触电装置包括辅助电源、电压电流复合感应电压降低防触电装置和输出信号控制装置，辅助电源包括辅助电源装置1和辅助电源控制装置，在具体实施例中，辅助电源装置1的电压采用12V直流的安全电压，提供待机检测输出回路接触状态电源。辅助电源装置1、辅助电源控制装置2和弧焊电源输出端依次连接，在具体实施例中，辅助电源控制装置是12V辅助电源导通/切断装置2并以此控制弧焊电源输出端，实现12V直流电源间隙带载工作，降低功耗，让电路在正常焊接过程中切断与焊接回路的连接，提高电路安全性和可靠性。本发明的电压电流复合感应电压降低防触电装置包括分别连接输出信号控制装置的电压信号控制装置和电流信号控制装置。电压信号控制装置包括依次连接的电压信号传感器5和电压信号检测装置6，电流信号控制装置包括依次连接的电流信号传感器4和电流信号检测装置3，电压信号检测装置6和电流信号检测装置3分别连接输出信号控制装置。输出信号控制装置包括逻辑运算单元9和脉宽调制器7 (脉冲宽度调制，英文=Pulse Width Modulation的缩写，中文简称脉宽调制)，逻辑运算单元9接收电压电流复合感应电压降低防触电装置的电压检测信号装置6、电流信号检测装置3和引弧装置的输出信号，并完成信号逻辑处理和PID运算(指进行比例(P)、积分(I)和微分(D)运算)并输出控制信号，逻辑运算单元9的输出控制信号分两路且分别输出至辅助电源导通/切断装置2和脉宽调制器7，以分别控制弧焊电源输出接口 12的输出。本发明的功率半导体控制装置包括IGBT(IGBT，英文名称=Insulated Gate Bipolar Transistor,中文名称绝缘栅双极型晶体管)驱动装置10和IGBT模组11，IGBT 驱动装置10完成IGBT驱动及开关过流/欠压保护措施，IGBT模组11完成弧焊电源输出电流控制，实现焊接工艺过程中的焊接规范调节。弧焊电源输出接口 12，完成弧焊电源输出的电缆的快速连接。
如图2，为本发明的弧焊电源的电压降低防触电装置的电压信号控制装置的电压信号传感器的电路原理结构图。电压信号传感器用以采集弱电压信号，并处理后传输至地拿呀检测装置。本发明的电压信号传感器设置第一分压电路，分压电阻R46与分压电阻R47 完成对输出电压分压，第一分压电路的分压比例可以设定为10 1。第一分压电路的分压信号经附1，R48，R49，C21，完成动态信号积分。积分信号通过R50和HCl完成电气隔离通过R52采样获得与前面电压分压值相等的信号，该信号经过R51和C22消噪后，经过W2A 射极跟随放大输出电压采样信号UfO，并将采样信号UfO提供给后一级的电压信号检测装置使用。如图3，为本发明的电压信号检测装置的电路原理结构图。电压信号检测装置通过电压传感装置的输出端的UfO的电压变化，进而检测输出回路状态并结合电流信号传感器的输出状态，识别输出回路是否接触良好。图3中，mec完成图2中电压信号传感器中输出信号与基准的比较，具体实施例中，电压信号检测装置中设置第二分压电路，第二分压电路由分压电阻R69和分压电阻R68构成并设定电压检测分压阈值，电压检测分压阈值范围可以设定为0. 6V 1. 0V, N16C输出信号经过N7A，N7B, N7C逻辑电路处理完成初期上电复位，复位时间由电阻R65和电容C102的数值确定，当电压信号检测装置的输出电压反馈值低于电压检测分压阈值0. 6V 1.0V，电压信号检测装置输出高电平1，允许脉宽调制器工作，焊接电源工作允许该路信号开放；当电压信号检测装置的输出电压反馈值高于电压检测分压阈值0. 6V 1. 0V,电压检测装置输出低电平0，禁止脉宽调制器工作，焊接电源工作不允许输出。如图4，为本发明的电流信号检测装置的电路结构原理图。电流信号传感器采集电流信号，并传输给电流信号检测装置，电流信号检测装置完成电流弱信号检测。图4中的 N15D完成电流信号传感器中输出信号IfO与基准的比较，电流信号检测装置设置第三分压电路，第三分压电路由分压电阻R99和分压电阻R98构成，第三分电路设定电流检测分压阈值，具体实施例中，电流检测分压阈值的范围设定为0. 03V 0. 06V, N15D输出信号经过电阻R101，电阻R102，元件V18和电容C50信号处理后变成引弧成功信号Isurge，当IfO >电流检测分压阈值0. 03 0. 06V,电流信号检测装置输出高电平Isurge = 1，允许脉宽调制器工作，焊接电源工作允许该路信号开放；当IfO <电流检测分压阈值0. 03 0. 06V，电流信号检测装置输出低电平Isurge = 0，禁止脉宽调制器工作，焊接电源工作不允许输出。图5是本发明的引弧装置的电路原理结构图，在图5中，NIBS接收并依据图4中描述的电流信号检测装置的输出信号，进行延迟处理，引弧装置中设置的引弧装置由延迟电路由电阻Rl27和电容C59构成，延迟时间一般为50MS 200MS (MS,毫秒的英文缩写)。图 5的引弧装置的输出信号保证引弧信号成功后，让弧焊电源继续维持当前引弧状态，同时保证辅助检测电源继续接入焊接回路。维持引弧状态通过元件V30，元件V33，电阻RU6，电容 C60，电阻R125，元件VQ9，电阻R124，元件HC2实现；辅助电源继续接入焊接回路通过元件 V30,元件V33，电阻Rl26，电容C60，电阻Rl25，元件VQ9，元件元件V23，元件K2A实现。当延迟时间到达，引弧装置解除引弧状态让电源工作于正常焊接状态，同时切断辅助电源和焊接回路的连接关系。本发明的弧焊电源的电压降低防触电装置以及应用该电压降低防触电装置的弧焊电源装置，通过电压电流复合感应电压降低防触电装置，分别对弧焊电源的输出回路中的电压信号和电流信号进行检测，并通过电压和电流信号的双重处理后，通过输出信号控制装置的逻辑运算单元进行逻辑运算，并输出控制信号，在电压信号检测装置和电流信号检测装置均符合设定标准时，允许并控制弧焊电源的输出，实现弧焊电源的安全性输出和可靠性运行，提高检测的精确性，极大便利了焊接行业的安全性操作和工作的安全稳定性， 有利于产业的推广应用。本发明在产业应用中完成电压降低(VRD)防触电功能，取得的引弧成功率可以实现95%以上。 本发明在上述所举的实施例仅用以说明本发明的原理和结构，而非用以限制本发明，凡此种种依据本发明或现有技术的等效变换是本领域的技术人员所显而易见地得知， 理应在本发明所公开保护的范畴之内。
权利要求
1.一种弧焊电源的电压降低防触电装置，包括连接弧焊电源输出端的辅助电源，其特征在于，还包括分别连接辅助电源和电压降低防触电装置的输出信号控制装置，所述电压降低防触电装置是电压电流复合感应电压降低防触电装置。
2.根据权利要求1所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，其特征在于，所述电压电流复合感应电压降低防触电装置包括分别连接输出信号控制装置的电压信号控制装置和电流信号控制装置。
3.根据权利要求2所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，其特征在于，所述电压信号控制装置包括依次连接的电压信号传感器和电压信号检测装置，所述电流信号控制装置包括依次连接的电流信号传感器和电流信号检测装置，所述的电压信号检测装置和电流信号检测装置分别连接输出信号控制装置。
4.根据权利要求3所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，其特征在于，所述电压信号传感器包括依次连接的第一分压电路、积分电路、电气隔离电路、采样电路、消噪电路以及射极跟随输出电路构成。
5.根据权利要求4所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，其特征在于，所述分压电路由分压电阻(R46)和分压电阻(R47)串联构成，所述分压电路的分压比例为10 1。
6.根据权利要求4所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，其特征在于，所述电压检测装置设置第二分压电路，所述第二分压电路设定电压检测分压阈值，当所述电压检测装置的输出电压反馈值小于电压检测分压阈值，所述电压检测装置输出高电平并开启弧焊电源输出；当所述电压检测装置的输出电压反馈值大于或等于分压阈值，所述电压检测装置输出低电平并关闭弧焊电源输出。
7.根据权利要求6所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，其特征在于，所述第二分压电路由分压电阻(R69)和分压电阻(R68)构成，所述电压检测分压阈值范围为 0. 6V-1. OV0
8.根据权利要求6所述的弧焊电源的电压降低防触电装置，其特征在于，所述电流检测装置设置第三分压电路，所述第三分电路设定电流检测分压阈值，当电流检测装置的输出电压大于或等于电流检测分压阈值时，所述电流检测装置输出高电平并控制弧焊电源输出有效；当所述电流检测装置的输出电压小于电流检测分压阈值时，所述电流检测装置输出低电平并控制弧焊电源无效。
9.一种包括权利要求1-8任一权利要求所述的电压降低防触电装置的弧焊电源装置， 还包括弧焊电源、引弧装置、功率半导体控制装置和弧焊电源输出端，所述弧焊电源、引弧装置、输出信号控制装置、功率半导体控制装置和弧焊电源输出端依次连接，所述电压电流复合感应电压降低防触电装置、输出信号控制装置、辅助电源和弧焊电源输出端依次连接。
10.根据权利要求9所述的弧焊电源装置，其特征在于，所述输出信号控制装置包括逻辑运算单元和脉宽调制器，所述逻辑运算单元连接所述辅助电源，所述脉度调制器连接功率半导体控制装置，所述复合感应电压降低防触电装置连接逻辑运算单元并控制辅助电源。
全文摘要
本发明公开一种弧焊电源的电压降低防触电装置，包括连接弧焊电源输出端的辅助电源、分别连接辅助电源和电压降低防触电装置的输出信号控制装置，所述电压降低防触电装置是电压电流复合感应电压降低防触电装置。本发明还进一步公开包括上述电压降低防触电装置的弧焊电源装置，并进一步包括弧焊电源、引弧装置、功率半导体控制装置和弧焊电源输出端，通过电压降低防触电装置的输出信号以控制弧焊电源输出端。因此，本发明通过电压电流复合感应电压降低防触电装置，分别对弧焊电源的输出回路中的电压信号和电流信号进行检测处理输出控制信号，实现弧焊电源的安全性输出和可靠性运行，极大便利了焊接行业的安全性操作，有利于产业的推广应用。
文档编号H02H3/24GK102294532SQ201110157958
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者刘胜龙, 张伟, 张涛, 李伟, 李毅, 杨朔, 王雨蓬, 罗建坤, 钱颖杰 申请人:北京宏孚瑞达科技有限公司