專利名稱：直流弧焊機的電流調整裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種直流弧焊設備，具體涉及一種直流弧焊機的電流調整 裝置。
技術背景目前的直流弧焊發(fā)電機為了實現(xiàn)電流的調節(jié)控制，均采用機械式滑動電阻 調節(jié)方式。它是在勵一磁線圈所在回路串接一只功率較大的滑動電阻器，改變滑 動電阻器阻值的大小，可以調節(jié)勵磁線圏串聯(lián)回路的電流大小，從而完成輸出 電流的調節(jié)。但是，通過調節(jié)滑動電阻器來控制直流弧焊機的輸出電流有^^多缺點弧焊機工作時因電阻兩端電壓降大，使滑動電阻器所在的串聯(lián)回路的電 流增大，促引滑動電阻器的溫度升高，造成滑動變阻器的電阻絲發(fā)紅以及加速 氧化。電阻絲發(fā)紅時在內燃機工作中的振動下易斷裂，導致弧焊機無輸出；電 阻絲氧化導致使用中調節(jié)時接觸不良，造成弧焊機的可靠性降低，直接使弧焊 機焊接的質量下降。 實用新型內容本實用新型的目的是提供一種直流弧焊機的電流調整裝置，它采用簡單的 結構，能夠減少弧焊機的故障率，保證弧焊機工作的穩(wěn)定性，具有提高焊接質 量和焊接效率高的優(yōu)點。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的包括連接發(fā)電機勵》茲繞組的橋式整流電 路，還包括一個連接發(fā)電機勵磁繞組的微控制器和一個連接勵磁繞組的啟動電 路，所述微控制器用于產生PWM控制信號以控制勵磁電壓，微控制器的I/0接 口分別連接有顯示電流檔位的數(shù)字顯示器和設置基準控制電流的操作鍵盤；一 個誤差檢測電路連接在勵磁繞組與微控制器之間，所述誤差檢測電路將取樣的 勵磁電壓信號與微控制器輸入的基準電流信號進行比較，并將運算結果輸出到 微控制器處理后用于調整微控制器輸出P麗控制信號的占空比； 一個開關電路連接在勵磁繞組與微控制器之間，開關電路受微控制器輸出的PWM控制信號的 控制，對勵磁電壓實行間斷性開與關；所述啟動電路用于為發(fā)電機建立穩(wěn)定工 作所需的勵磁電壓，啟動電路與整流電路之間連接有濾波器。采用了上述方案，微控制器用于產生PWM控制信號以控制勵磁電壓，該微 控制器的I/O接口連接有顯示電流檔位的數(shù)字顯示器，通過數(shù)字顯示器，可以 分別顯示設定的焊接電流及實際焊接電壓，能時時觀察弧焊機的工作情況，以 便于對弧焊機的輸出電流進行控制或調節(jié)。微控制器的1/0接口連接有設置基 準控制電流的操作鍵盤，操作鍵盤由UP和DOW兩個用于基準控制電流增、減的 操作鍵構成，其結構較為簡單，分別對UP和DOW操作鍵進行操作，可以從小到 大循環(huán)選擇基準控制電流值，該電流通過微控制器處理所產生的P麗控制信號 可用于恒定焊接電流輸出，以保證焊接過程中的穩(wěn)定性；同時按住兩鍵即可進 入基準信號調試，以便于在實際使用時對電流參數(shù)進行校正或調試。通過誤差 檢測電路將取樣的勵磁電壓信號與微控制器輸入的基準電流信號VREF進行比 較，可以提高微控制器輸出的PWM控制信號的精度，以及提高勵磁電壓穩(wěn)定性， 即提高輸出電流的穩(wěn)定性。啟動電路與整流電路之間連接有濾波器，可以提高 勵磁電壓的平滑性及抗干擾性，以提高勵磁電壓的質量。所述啟動電路中包含有穩(wěn)壓二極管，通過穩(wěn)壓二極管可以穩(wěn)定整流及濾波 的直流電壓，以4吏后續(xù)電路可以穩(wěn)定工作。綜上所述，本實用新型通過連接微控制器的操作鍵盤，可以設置不同脈寬 的PWM控制信號，以該P麗控制信號作為勵磁電流調節(jié)的控制信號源，由原來 的機械化控制升級到便于操作的數(shù)字型^4定式控制，避免了以前滑動電阻器調 節(jié)過程中存在的溫升大的問題，能夠減少焊機使用故障率。并且本實用新型的 優(yōu)點還在于杜絕了上述之缺點的同時，其體積小、安裝調試方便；控制精度高、 性能穩(wěn)定可靠；弧焊機焊接質量好，效率高。
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。


圖1為本實用新型的直流弧焊機的電流調整裝置的電路框圖；圖2為本實用新型中所述的微控制器連接電路的原理圖。 圖3為本實用新型中所述的整流電路與啟動電路的原理圖； 圖4為本實用新型中所述的誤差檢測電路的原理圖； 圖5為本實用新型中所述的開關電路的原理圖；具體實施方式
參照圖1至圖5，本實用新型的直流弧焊機的電流調整裝置，包括連接發(fā)電 機勵磁繞組的橋式整流電路1;以及一個產生P麗控制信號以控制勵磁電壓的微 控制器，該微控制器的1/0接口分別連接有顯示電流檔位的數(shù)字顯示器3，和設 置基準控制電流的操作鍵盤4;以及一個連接勵磁繞組的啟動電路5，該啟動電 路用于為電機建立穩(wěn)定工作所需的勵磁電壓，啟動電路與橋式整流電路1之間 連接有濾波器；以及一個連接在勵磁繞組與微控制器之間的誤差檢測電路6，誤 差檢測電路將取樣的勵磁電壓信號與微控制器U3輸入的基準電流信號VREF進 行比較，并將運算結果輸出到《效控制器處理后用于調整^U空制器輸出PWM控制 信號的占空比；以及一個連接在勵磁繞組與微控制器之間的開關電路7，該開關 電路與誤差檢測電路并聯(lián)，開關電路7接收微控制器U3輸出的P麗控制信號對 勵磁繞組電壓實行間斷性開與關； 一個開關電路連接在勵磁繞組與微控制器之 間，開關電路受微控制器輸出的P麗控制信號的控制，對勵磁電壓實行間斷性 開與關。參照圖2,本實用例中的微控制器U3為STC系列單片機，該單片機內置有 2K FLASH程序儲存器及256字節(jié)的內部RAM。微控制器的I/O接口分別連接有 顯示電流檔位的數(shù)字顯示器3,和設置基準控制電流的操作鍵盤4。其中數(shù)字顯 示器3用于焊接電流檔位作指示，數(shù)字顯示器3可采用3位8段的數(shù)碼管，或 者采用如本圖中的LED燈D17 D26通過電阻與微控制器的1/0接口 (P1.0至 Pl. 7接口以及P3. 0和P3. 1)串接。通過操作鍵盤4用于設置基準控制電流， 該基準控制電流經微控制器處理后分成兩個信號，其中 一個為該微控制器的接 口 P3. 7輸出的P麗控制信號；另一個為該微控制器的接口 P3. 5輸出的用于比 較的基準電流信號VREF。操作鍵盤4為與微控制器U3接口 P3. 3、 P3. 2連接的 按鍵UP、 DOW,其中，按鍵UP用于增大基準控制電流的設置鍵，按鍵DOW用于減小基準控制電流的設置鍵；同時按住兩鍵可進入基準控制電流調試，用于在 實際使用時進行校正。參照圖3,該電路中包含了勵磁電壓的橋式整流電路l、濾波器及啟動電路 5,其中連接勵磁繞組的橋式整流電路l為4只二極管構成的橋式整流電路，濾 波器為電解電容Cl。當原動機(內燃機)拖動發(fā)電機轉子旋轉時，轉子上的勵 磁繞組切割剩磁場，產生一個很小的剩磁感應電勢，勵^茲繞組上將產生一個很 小的勵磁電流，該勵磁電流通過橋式整流電路1整流以及濾波器濾波后得到的 直流電壓約為2. 5V。啟動電路5包括第一偏置電阻R1、第二偏置電阻R2、第一 三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3以及穩(wěn)壓二極管ZD1，其中第一三極 管Q1、第二三極管Q2為NPN型的三極管，第三三極管Q3為PNP型的三極管。 第一偏置電阻R1與穩(wěn)壓二極管ZD1串聯(lián)后連接在勵磁繞組正極性端與第一三極 管Q1的基極之間，其中穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極與勵磁繞組正極性端連接。第二 偏置電阻R2連接在勵磁繞組正極性端與第一三極管Ql的集電極之間，第二三 極管Q2基極連接第一三極管Ql集電極，第三三極管Q3基極連接第二三極管Q2 集電極，第三三極管Q3發(fā)射極連接勵磁繞組負極性端，第一三極管Q1、第二三 極管Q2的發(fā)射極以及第三三極管Q3的集電極均與信號地連接。參照圖4，誤差檢測電路6包括同相比例運算電路IHA、電壓跟隨器l^B、 差分運算電路U2C、以及同相比例運算電路U2D。同相比例運算電路UM的同相 輸入引腳3與勵磁繞組之間連接分壓電阻R4,其同相輸入引腳3與地之間連接 分壓電阻R7，分壓電阻R7兩端并聯(lián)有用于濾波的電解電容C10;同相比例運算 電路U2A同相輸入引腳3通過電阻R3分別與分壓電阻R4、 R7連接。同相比例 運算電路U2A的反相輸入引腳2通過電阻R6與地連接，其反相輸入引2還分別 通過反饋電阻R5以及電容C13與其輸出引腳1連接，其輸出引腳1連接差分運 算電路U2B的反相輸入引腳6。差分運算電路U2B的反相輸入引腳6通過電阻 Rll連接同相比例運算電路U2A的輸出引腳1，其輸出引腳7連接微控制器U3 的誤差取樣信號接口 P3. 4，其輸出引腳7還通過反饋電阻R14連接其同相輸入 引腳5。差分運算電路U2B的同相輸入引腳5連接同相比例運算電路U20的輸出引腳14,同相比例運算電路U2D的輸出引腳14分別通過反饋電阻RIO、電容C14 連接其反相輸入引腳13,其反相輸入引腳13還通過電阻R13與地連接。同相比 例運算電路U2D的同相輸入引腳12連接電壓跟隨器的輸出引腳8，電壓跟 隨器U2C的輸出引腳8通過電阻R8分別連接有阻容濾波器以及電阻R9,其中， 阻容濾波器由電阻R12與其并聯(lián)的電解電容C6構成；電阻R9連接同相比例運 算電路U2D的同相輸入引腳12。電壓跟隨器U2C的輸出引腳8直接與其反相輸 入引腳9連接，電壓跟隨器U2C的同相輸入引腳10連接微控制器U3的基準電 流信號VREF輸出接口 P3. 5。參照圖5，開關電路包括第四三極管Q4、第五三極管Q7、光電耦合器U1、 第一場效應管Q5、第二場效應管Q6，第五三極管Q7的基^L連接微控制器U3的 P麗控制信號輸出接口 P3. 7，其發(fā)射極接地。光電耦合器Ul連接在第五三極管 Q7發(fā)射極與第四三極管Q4基極之間，光電耦合器Ul由發(fā)光二極管及基極開路 的光敏三極管組成，其中發(fā)光二極管陰極連接第五三極管Q7的集電極，其陽極 通過電阻R32連接由輔助電源產生的+5V的直流電信號；光敏三極管的發(fā)射極連 接信號地，其集電極連接第四三極管Q4的基極。第四三極管Q4的集電極與基 極之間連接有偏置電阻R31，第四三極管Q4的輸出端連接有穩(wěn)壓二極管D16, 第四三極管Q4的集電極分別與第一場效應管Q5、第二場效應管Q6的柵極連接， 第四三極管Q4的集電極以及第一場效應管Q5、第二場效應管Q6的源極均與信 號地連接，第一場效應管Q5、第二場效應管Q6的漏極均與勵磁繞組的負極性端 連接，第一場效應管Q5的漏極通過二極管D15連接勵^磁繞組，第二場效應管Q6 的漏極通過電阻R30連接勵;磁繞組。第一場效應管Q5、第二場效應管Q6均為耗 盡型的麗OS管。本實用新型的工作過程為，啟動弧焊機后，在原動機的拖動下，勵磁電壓 通過橋式整流電路1整流及濾波后得到的直流電壓約2. 5V,此電壓非常低，輸 出到啟動電路時，由于穩(wěn)壓二極管正常工作需要較高的反向擊穿電壓，該電壓 不足以使穩(wěn)壓二極管擊穿，所以穩(wěn)壓二極管ZD1截止，第一三極管Q1仍保持截 止狀態(tài)。該電壓通過第二偏置電阻R2加到第二三極管Q2的基極，使第二三極管Q2導通，并經第二三極管Q2放大后輸出到第三三極管Q3基極，使第三三極 管Q3導通，經第三三極管Q3進一步放大輸出到勵磁繞組使其產生勵磁電流。 由于勵磁電流的磁勢和剩磁同方向，因此旋轉中的轉子產生磁場使勵磁電壓上 升，勵磁電壓升高使電流也相繼升高，同時還會加大轉子的磁場。當勵磁電壓 上升到設定值時，該電壓將反相擊穿穩(wěn)壓二極管ZD1使其導通，電流依次經過 穩(wěn)壓二極管ZD1、第一偏置電阻Rl后，將電壓加至第一三極管Ql基極使其工作。 第一三極管Ql工作后將使第二三極管Q2基極端電壓對地，使第二三極管Q2、 第三三極管Q3截止完成啟動。根據(jù)上述第二三極管Q2、第三三極管Q3截止完成啟動的情況，這時表明勵 磁電壓已經達到了設定值，此電壓經過分壓電阻R4、 R7分壓，并由電解電容CIO 將此信號的尖峰去掉(用以減小靈敏度)送入同相比例運算電路U2A進行放大， 并輸出到差分運算電路U2B。通過操作鍵盤4設置的基準控制電流，該基準控制 電流經微控制器處理后分成兩個信號，其中一個為該微控制器的接口 P3. 7輸出 的P麗控制信號；另一個為該微控制器的接口 P3. 5輸出的用于比較的基準電流 信號VREF?；鶞孰娏餍盘朧REF輸入到U2C以提高信號增益，從電壓跟隨器輸出 的信號經電阻R9、 R12分壓并由電容C9濾波后，輸入到同相比例運算電路U2D 進行放大?；鶞孰娏餍盘朧REF經電壓跟隨器U2C及同相比例運算電路U2D處理 后，由同相比例運算電路U2D輸出到差分運算電路U2B，與經過處理的勵磁電壓 進行比較，由差分運算電路U2B將比較后的信號，通過微控制器的誤差取樣信 號P3. 4R接口送入微控制器U3內部，該信號通過微控制器內的預置程序處理后， 用于調整微控制器輸出P麗控制信號的占空比。該P麗控制信號信號輸出后即 可限定勵磁電壓。通過微控制器U3將P麗控制信號輸出到開關電路7,當此信 號加至第五三極管Q7的基極時促使該三極管工作，進而該P麗控制信號流入光 電偶合器Ul使光電偶合器Ul工作，此時第四三極管Q4導通，其發(fā)射極將第一 場效應管Q5、第二場效應管Q6的柵極電位下拉到地使其關閉，當P麗控制信號 為低電平時第一場效應管Q5、第二場效應管Q6導通，對勵磁電壓進行控制，即 對勵磁繞組電流進行控制。通過操作鍵盤可以使微控制器產生不同大小的P麗9控制信號，因此，弧焊機工作時，通過操作鍵盤設置不同的基準電流，可以對 勵磁電流進行調節(jié)。雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本實用新型， 任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本實用新型之精神和范圍內，當可作 些許之變動與改進，因此本實用新型之保護范圍當視權利要求所界定者為準。
權利要求1.一種直流弧焊機的電流調整裝置，包括連接發(fā)電機勵磁繞組的橋式整流電路，其特征在于還包括一個連接發(fā)電機勵磁繞組的微控制器和一個連接勵磁繞組的啟動電路，所述微控制器用于產生PWM控制信號以控制勵磁電壓，微控制器的I/O接口分別連接有顯示電流檔位的數(shù)字顯示器和設置基準控制電流的操作鍵盤；一個誤差檢測電路連接在勵磁繞組與微控制器之間，所述誤差檢測電路將取樣的勵磁電壓信號與微控制器輸入的基準電流信號進行比較，并將運算結果輸出到微控制器處理后用于調整微控制器輸出PWM控制信號的占空比；一個開關電路連接在勵磁繞組與微控制器之間，開關電路受微控制器輸出的PWM控制信號的控制，對勵磁電壓實行間斷性開與關；所述啟動電路用于為發(fā)電機建立穩(wěn)定工作所需的勵磁電壓，啟動電路與整流電路之間連接有濾波器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的直流弧焊機的電流調整裝置，其特征在于所述 啟動電路包括第一偏置電阻R1、第二偏置電阻R2、第一三極管Q1、第二三極管 Q2、第三三極管Q3以及穩(wěn)壓二極管ZD1,第一偏置電阻R1與穩(wěn)壓二極管ZD1串 聯(lián)后連接在勵磁繞組正極性端與第一三極管Ql的基極之間，其中穩(wěn)壓二極管ZD1 的陰極與勵磁繞組正極性端連接，第二偏置電阻R2連接在勵磁繞組正極性端與 第一三極管Ql的集電極之間，第二三極管Q2基極連接第一三極管Ql集電極， 第三三極管Q3基極連接第二三極管Q2集電極，第三三極管Q3發(fā)射極連接勵磁 繞組負k性端，第一三極管Ql、第一二三極管Q2的發(fā)射極以及第三三極管Q3 的集電極均與地連接。
3. 根據(jù)權利要求2所述的直流弧焊機的電流調整裝置，其特征在于所述 第一三極管Ql、第二三極管Q2為NPN型的三極管，第三三極管Q3為PNP型的 三極管。
4. 根據(jù)權利要求l所述的直流弧焊機的電流調整裝置，其特征在于所述 誤差檢測電路包括同相比例運算電路U2A、電壓跟隨器U2B、差分運算電路U2C、 以及同相比例運算電路U2D，同相比例運算電路U2A的同相輸入引腳與勵磁繞組之間連接分壓電阻R4，其同相輸入引腳與地之間連接分壓電阻R7，其輸出引腳 連接差分運算電路U2B的反相輸入引腳；差分運算電路U2B的同相輸入引腳連 接同相比例運算電路U2D的輸出引腳，其輸出引腳連接4鼓控制器的誤差信號取 樣輸入接口；同相比例運算電路U2D的同相輸入引腳連接電壓跟隨器U2C的輸 出引腳，電壓跟隨器U2C的同相輸入引腳連接微控制器的基準電流信號輸出接 tr 。
5. 根據(jù)權利要求1所述的直流弧焊機的電流調整裝置，其特征在于所述 開關電路包括第四三極管Q4、第五三極管Q7、光電耦合器Ul、第一場效應管 Q5、第二場效應管Q6,第五三極管Q7基極連接微控制器P麗控制信號輸出接口 ， 其發(fā)射極接地；光電耦合器連接在第五三極管Q7發(fā)射極與第四三極管Q4基極 之間，第四三極管Q4集電極分別與第一場效應管Q5、第二場效應管Q6的柵極 連接，第四三極管Q4的集電極以及第一場效應管Q5、第二場效應管Q6的源極 均與信號地連接，第一場效應管Q5、第二場效應管Q6的漏極均與勵磁繞組的負 極性端連接。
6. 根據(jù)權利要求5所述的直流弧焊機的電流調整裝置，其特征在于所述 光電耦合器U1由發(fā)光二極管及基極開路的光敏三極管組成，其中發(fā)光二極管陰 極連接第五三極管Q7的集電極，其陽極連接+5V的直流電源；光敏三極管發(fā)射 極連接信號地，其集電極連接第四三極管Q4的基極。
7. 根據(jù)權利要求6所述的直流弧焊機的電流調整裝置，其特征在于所述 第一場效應管Q5、第二場效應管Q6均為耗盡型的NM0S管。
8. 根據(jù)權利要求l所述的直流弧焊機的電流調整k置，其特征在于所述 連接勵磁繞組的橋式整流電路為4只二極管構成的橋式整流電路。
9. 根據(jù)權利要求l所述的直流弧焊機的電流調整裝置，其特征在于所述 濾波器為電解電容C1。
專利摘要本實用新型公開了一種直流弧焊機的電流調整裝置，包括連接發(fā)電機勵磁繞組的整流電路、微控制器、啟動電路和濾波器，微控制器用于產生PWM控制信號以控制勵磁電壓，微控制器的I/O接口分別連接數(shù)字顯示器和操作鍵盤，啟動電路用于為發(fā)電機建立穩(wěn)定工作所需的勵磁電壓；誤差檢測電路連接在勵磁繞組與微控制器之間，將取樣的勵磁電壓信號與微控制器輸入的基準電流信號進行比較，并將運算結果輸出到微控制器處理后用于調整微控制器輸出PWM控制信號的占空比；開關電路連接在勵磁繞組與微控制器之間，開關對勵磁電壓實行間斷性開與關。它采用簡單的結構，能夠減少弧焊機的故障率，保證弧焊機工作的穩(wěn)定性，具有提高焊接質量和焊接效率高的優(yōu)點。
文檔編號B23K9/095GK201102121SQ20072018819
公開日2008年8月20日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權日2007年11月9日
發(fā)明者蘇建軍, 黃行文 申請人:重慶潤通動力有限公司