專利名稱：三相數(shù)字式分時(shí)平衡大功率交流焊接電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相數(shù)字式分時(shí)平衡大功率交流焊接電源，是一種三相變 單相焊接電源，具有三相平衡、節(jié)能、輸出電壓可控的優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
在三相電力系統(tǒng)的背景下，中小功率的單相電力設(shè)備不斷出現(xiàn)。單相交流 大功率負(fù)載主要采用單相線電壓供電方式，導(dǎo)致三相電壓嚴(yán)重不平衡。為解決 三相不平衡問題，目前主要采用了幾種技術(shù)
1、 三相變單相平衡變壓器，能達(dá)到三相變單相的平衡變換，理想狀態(tài)負(fù)序 電流為零，功率因數(shù)l，還能吸收部分諧波；取消電分相，實(shí)現(xiàn)同相供電。變壓 器采用等截面三柱式鐵心，原邊接線是倒"T"形，次邊接線是反"L"形，兼有濾 波功能的移相電容器、電抗器組與移相電抗器在相位上垂直配置；根據(jù)負(fù)荷的 大小及功率因數(shù)配置移相電容器、電抗器組與移相電抗器的容量。變壓器結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，成本高。
2、 由三相交流可控開關(guān)和三相合成主變壓器及控制電路組成三相變單相電 源。在控制電路的控制下，三相交流按時(shí)間順序分別對主變壓器的一次三相繞 組供電，通過三相合成變壓器，在二次輸出三相順序合成的單相輸出，實(shí)現(xiàn)三 相變單相的過程。圖7是工作波形，其中陰影部分是變壓器二次側(cè)單相輸出電 壓波形，其輸出頻率是150Hz，輸出為非正弦波形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種三相數(shù)字式分時(shí)平衡大功率交流焊接電源，通過晶閘管可 控開關(guān)和三相合成主變壓器及單片機(jī)控制電路組成三相變單相大功率交流焊接 電源。在單片機(jī)控制電路的控制下，三相交流電按時(shí)間順序分別對主變壓器的 一次三相繞組供電，通過三相合成變壓器，在二次輸出三相順序合成的單相輸 出，實(shí)現(xiàn)三相變單相的過程。三相輸入功率平衡，單相輸出電壓可控。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，三相數(shù)字式分時(shí)平衡大功率交流焊接電源， 包括三相變單相可控交流電源和控制電路，其特征是:所述三相變單相可控交 流電源包括三相可控開關(guān)電路和三相變單相變壓器T，所述三相可控開關(guān)電路是
指第一晶閘管VTal和第二晶閘管VTa2組成的A相可控開關(guān)電路，第三晶閘管
VTbl和第四晶閘管VTb2組成的B相可控開關(guān)電路，第五晶閘管VTcl和第六 晶閘管VTc2組成的C相可控開關(guān)電路；A相可控開關(guān)電路的輸出和B相線電 壓Ub、 B相可控開關(guān)電路的輸出和C相線電壓u。 C相可控開關(guān)電路的輸出和 A相線電壓Ua分別連接三相變單相變壓器T的初級，三相變單相變壓器T的次 級連接單相交流負(fù)載；三相變單相變壓器T的三個(gè)初級電壓i^、 ubl、 u^按時(shí)間 順序分時(shí)工作；交流電通過三相可控開關(guān)電路，產(chǎn)生三相分時(shí)平衡電壓i^、 ubl、 ucl，經(jīng)過三相變單相變壓器T，變?yōu)閱蜗噍敵鲭妷篣2，供給單相交流負(fù)載；所 述控制電路包括電流檢測電路、電壓檢測電路、過零檢測電路、單片機(jī)和晶閘 管觸發(fā)電路；所述電流檢測電路的輸出連接單片機(jī)的電流檢測A/D轉(zhuǎn)換接口， 所述電壓檢測電路的輸出連接單片機(jī)的電壓檢測A/D轉(zhuǎn)換接口，所述過零檢測 電路的輸出連接單片機(jī)的過零檢測接口 ；單片機(jī)根據(jù)檢測到的過零信號(hào)進(jìn)行相 序確定，決定下一個(gè)要觸發(fā)的晶閘管，根據(jù)檢測到的輸入電流和輸出電壓信號(hào) 和給定功率比較，確定移相角a;單片機(jī)的輸出通過晶閘管觸發(fā)電路，產(chǎn)生觸發(fā) 信號(hào)Gal、 Ga2、 Gbl、 Gb2、 Gcl、 Gc2，分別連接到對應(yīng)的晶閘管VTal、 VTa2、 VTbl、 VTb2、 VTcl、 VTc2的門極，控制對應(yīng)的晶閘管的開關(guān)。
所述電流檢測電路包括三相交流電流互感器、電流信號(hào)處理電路，由三相 交流電流互感器檢測到所述三相變單相可控交流電源輸入端的三相交流電流信 號(hào)經(jīng)電流信號(hào)處理電路變換成直流電壓，輸入到單片機(jī)的電流檢測A/D轉(zhuǎn)換接 口；所述電壓檢測電路包括輸出電壓互感器、電壓信號(hào)處理電路，由輸出電壓 互感器檢測到三相變單相可控交流電源的輸出電壓信號(hào)經(jīng)電壓信號(hào)處理電路變 換成直流電壓，輸入到單片機(jī)的電壓檢測A/D轉(zhuǎn)換接口；所述過零檢測電路包 括同步變壓器、同步信號(hào)處理電路，同步變壓器的輸入連接三相交流電壓ua、 ub、 ue，產(chǎn)生同步信號(hào)SA、 SB、 SC，經(jīng)同步信號(hào)處理電路，輸入到單片機(jī)的過 零檢測接口。
所述晶閘管觸發(fā)電路包括依次連接的光電隔離電路、功率放大電路和脈沖 變壓器，光電隔離電路的輸入端連接單片機(jī)的輸出觸發(fā)端，脈沖變壓器的輸出 端分別連接對應(yīng)晶閘管的門極。
本發(fā)明的特點(diǎn)是①交流電380V通過由晶閘管組成的三相可控開關(guān)電路， 產(chǎn)生三相分時(shí)平衡電壓，經(jīng)過三相變單相變壓器，將三相變?yōu)閱蜗噍敵?，供給 交流負(fù)載。②同歩信號(hào)經(jīng)過零檢測電路，將正弦波變成方波信號(hào)，經(jīng)過光電隔 離電路，輸入到單片機(jī)過零檢測接口。由三相交流電流互感器檢測到電流信號(hào)
經(jīng)電流檢測電路和整流電路變換成直流電壓，輸入到單片機(jī)的電流檢測A/D轉(zhuǎn) 換接口。由輸出電壓互感器檢測到電壓信號(hào)經(jīng)電壓檢測電路和整流電路變換成
直流電壓，輸入到單片機(jī)的電壓檢測A/D轉(zhuǎn)換接口。單片機(jī)根據(jù)檢測到的過零
信號(hào)進(jìn)行相序確定，決定下一個(gè)要觸發(fā)的晶閘管。根據(jù)檢測到的輸入電流和輸
出電壓信號(hào)，和給定功率比較，確定移相角a的大小，單片機(jī)輸出觸發(fā)信號(hào)， 通過光電隔離電路、功率放大電路、脈沖變壓器等部分組成的輸出觸發(fā)電路， 觸發(fā)對應(yīng)的晶閘管。


圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)圖。
圖2為同步變壓器部分結(jié)構(gòu)圖。
圖3為控制電路結(jié)構(gòu)圖。
圖4為單片機(jī)主程序流程圖。
圖5為三相變單相控制波形。
圖6為三相變單相可控交流電源變壓器T次級電壓U2輸出波形。其中圖6a 移相角a為零，圖6b移相角a為60。，圖6c移相角a為120°。
圖7是由三相交流可控開關(guān)和三相合成主變壓器及控制電路組成的三相變 單相電源的工作波形。
具體實(shí)施例方式
圖1中，ua、 ub、 Uc為三相交流輸入電壓，第一晶閘管VTal和第二晶閘管 VTa2組成A相可控開關(guān)電路，第三晶閘管VTbl和第四晶閘管VTb2組成B相 可控開關(guān)電路，第五晶閘管VTcl和第六晶閘管VTc2組成C相可控開關(guān)電路， 他們共同組成三相可控開關(guān)電路。T為三相變單相變壓器，ual、 ubl、 Ud為變壓 器T的三個(gè)初級電壓，三個(gè)電壓按時(shí)間順序分時(shí)工作，U2為變壓器T的次級輸 出電壓。交流電380V通過由晶閘管VTal、 VTa2、 VTbl、 VTb2、 VTcl、 VTc2 組成的三相可控開關(guān)電路，產(chǎn)生三相分時(shí)平衡電壓iw、 ubl、 ucl，經(jīng)過三相轉(zhuǎn)單 相變壓器T，將三相變?yōu)閱蜗噍敵鲭妷篣2，供給交流負(fù)載。
圖2中，三相交流電壓lla、 Ub、 Ue通過同步變壓器產(chǎn)生同步信號(hào)，作為晶閘
管觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)，單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)算觸發(fā)脈沖的移相角，晶閘管觸發(fā)電路
將觸發(fā)脈沖進(jìn)行功率放大。同步變壓器檢測三相交流電壓Ua、 Ub、 Ue的過零點(diǎn)，
產(chǎn)生同步信號(hào)SA、 SB、 SC，通過單片機(jī)系統(tǒng)、晶閘管觸發(fā)電路，產(chǎn)生觸發(fā)信 號(hào)Gal、 Ga2、 Gbl、 Gb2、 Gcl、 Gc2，分別連接到對應(yīng)的晶閘管VTal、 VTa2、
VTbl、 VTb2、 VTcl、 VTc2的門極，控制對應(yīng)的晶閘管的開關(guān)。
圖5中，SA、 SB、 SC為同步變壓器輸出的同步信號(hào)波形，uab、 ube、 uca為
三相線電壓。
主電路的工作原理、控制波形如圖5。
在t0-tl時(shí)段，晶閘管VTal觸發(fā)導(dǎo)通，三相線電壓Uab的正半波通過晶閘管 VTal到變壓器T的ab相繞組，其電壓為ual，次級繞組輸出電壓u2=ual。其余 兩相相繞組bc、 ca的電壓Uw二Ud二O。
在tl-t2時(shí)段，晶閘管Vta2觸發(fā)導(dǎo)通，三相線電壓Uab的負(fù)半波通過晶閘管 Vta2到變壓器T的ab相繞組，其電壓為Ua!，次級繞組輸出電壓u2=ual。其余 兩相相繞組bc、 ca的電壓Uw二Ud二O。
在t2-t3時(shí)段，六個(gè)晶閘管全關(guān)斷，u2 = ual = ubl = Uel = 0。
在t3-t4時(shí)段，晶閘管VTbl觸發(fā)導(dǎo)通，三相線電壓Ube的正半波通過晶閘管 VTbl到變壓器T的bc相繞組，其電壓為iiw，次級繞組輸出電壓112=1^。其余 兩相相繞組ab、 ca的電壓i^二Ud二0。
在t4-t5時(shí)段，晶閘管Vtb2觸發(fā)導(dǎo)通，三相線電壓Ube的負(fù)半波通過晶閘管 Vtb2到變壓器T的bc相繞組，其電壓為uw，次級繞組輸出電壓U2二uw。其余 兩相相繞組ab、 ca的電壓i^二u^二0。
在t5-t6時(shí)段，六個(gè)晶閘管全關(guān)斷，u2=ual=ubl=uel = 0。
在t6-t7時(shí)段，晶閘管VTcl觸發(fā)導(dǎo)通，三相線電壓UeJ勺正半波通過晶閘管 VTcl到變壓器T的ca相繞組，其電壓為Ud，次級繞組輸出電壓ii2二iid。其余 兩相相繞組ab、 bc的電壓ual=ubl = 0。
在t7-化時(shí)段，晶閘管Vtc2觸發(fā)導(dǎo)通，三相線電壓Uea的負(fù)半波通過晶閘管
Vtc2到變壓器T的ca相繞組，其電壓為uel,次級繞組輸出電壓u2=uel。其余 兩相相繞組ab、 be的電壓ual=ubl=0。
在t8時(shí)間點(diǎn)以后進(jìn)行下一個(gè)周期的工作。
在tO-tl， tl-t2， t3-t4， t4-t5， t6-t7， t7-t8時(shí)段，控制觸發(fā)移相角a，可得移 相角a從0。到180°，輸出電壓U2從最大變到零的變化波形。
圖3為單片機(jī)部分主要組成結(jié)構(gòu)。由同步信號(hào)處理電路、電壓信號(hào)處理電 路、電流信號(hào)處理電路、功率給定電路、單片機(jī)組成單片機(jī)系統(tǒng)，由光電隔離、 功率放大、脈沖變壓器等部分組成晶閘管觸發(fā)電路。同步信號(hào)SA、 SB、 SC經(jīng) 同步信號(hào)處理電路，輸入到單片機(jī)過零檢測接口。由三相交流電流互感器檢測
到電流信號(hào)經(jīng)電流信號(hào)處理電路，輸入到單片機(jī)的電流檢測A/D轉(zhuǎn)換接口。由 輸出電壓互感器檢測到電壓信號(hào)經(jīng)電壓信號(hào)處理電路，輸入到單片機(jī)的電壓檢
測A/D轉(zhuǎn)換接口。單片機(jī)根據(jù)檢測到的過零信號(hào)進(jìn)行相序確定，決定下一個(gè)要
觸發(fā)的晶閘管。根據(jù)檢測到的輸入電流和輸出電壓信號(hào)，和給定功率比較，確
定移相角a的大小，單片機(jī)輸出觸發(fā)信號(hào)，通過晶閘管觸發(fā)電路，驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的 品閘管。
圖4是單片機(jī)控制主程序流程圖。主程序包括過零檢測、電流檢測、電壓 檢測、相序確定、A/D轉(zhuǎn)換、觸發(fā)角計(jì)算、觸發(fā)脈沖輸出等程序。
權(quán)利要求
1、三相數(shù)字式分時(shí)平衡大功率交流焊接電源，包括三相變單相可控交流電源和控制電路，其特征是所述三相變單相可控交流電源包括三相可控開關(guān)電路和三相變單相變壓器(T)，所述三相可控開關(guān)電路是指第一晶閘管(VTa1)和第二晶閘管(VTa2)組成A相可控開關(guān)電路，第三晶閘管(VTb1)和第四晶閘管(VTb2)組成B相可控開關(guān)電路，第五晶閘管(VTc1)和第六晶閘管(VTc2)組成C相可控開關(guān)電路；A相可控開關(guān)電路的輸出和B相線電壓(ub)、B相可控開關(guān)電路的輸出和C相線電壓(uc)、C相可控開關(guān)電路的輸出和A相線電壓(ua)分別連接三相變單相變壓器(T)的初級，三相變單相變壓器(T)的次級連接單相交流負(fù)載；三相變單相變壓器(T)的三個(gè)初級電壓(ua1、ub1、uc1)按時(shí)間順序分時(shí)工作；交流電通過三相可控開關(guān)電路，產(chǎn)生三相分時(shí)平衡電壓(ua1、ub1、uc1)，經(jīng)過三相變單相變壓器(T)，變?yōu)閱蜗噍敵鲭妷?u2)，供給單相交流負(fù)載；所述控制電路包括電流檢測電路、電壓檢測電路、過零檢測電路、單片機(jī)和晶閘管觸發(fā)電路；所述電流檢測電路的輸出連接單片機(jī)的電流檢測A/D轉(zhuǎn)換接口，所述電壓檢測電路的輸出連接單片機(jī)的電壓檢測A/D轉(zhuǎn)換接口，所述過零檢測電路的輸出連接單片機(jī)的過零檢測接口；單片機(jī)根據(jù)檢測到的過零信號(hào)進(jìn)行相序確定，決定下一個(gè)要觸發(fā)的晶閘管，根據(jù)檢測到的輸入電流和輸出電壓信號(hào)和給定功率比較，確定移相角(α)；單片機(jī)的輸出通過晶閘管觸發(fā)電路，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)(Ga1、Ga2、Gb1、Gb2、Gc1、Gc2)，分別連接到對應(yīng)的晶閘管(VTa1、VTa2、VTb1、VTb2、VTc1、VTc2)的門極，控制對應(yīng)的晶閘管的開關(guān)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相數(shù)字式分時(shí)平衡大功率交流焊接電源，其特 征在于，所述電流檢測電路包括三相交流電流互感器、電流信號(hào)處理電路，由 三相交流電流互感器檢測到所述三相變單相可控交流電源輸入端的三相交流電 流信號(hào)經(jīng)電流信號(hào)處理電路變換成直流電壓，輸入到單片機(jī)的電流檢測A/D轉(zhuǎn) 換接口；所述電壓檢測電路包括輸出電壓互感器、電壓信號(hào)處理電路，由輸出 電壓互感器檢測到三相變單相可控交流電源的輸出電壓信號(hào)經(jīng)電壓信號(hào)處理電 路變換成直流電壓，輸入到單片機(jī)的電壓檢測A/D轉(zhuǎn)換接口；所述過零檢測電 路包括同步變壓器、同步信號(hào)處理電路，同步變壓器的輸入連接三相交流電壓(ua、 ub、 uc)，產(chǎn)生同步信號(hào)(SA、 SB、 SC)，經(jīng)同步信號(hào)處理電路，輸入到單片機(jī)的過零檢測接口。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相數(shù)字式分時(shí)平衡大功率交流焊接電源，其特征在于，所述晶閘管觸發(fā)電路包括依次連接的光電隔離電路、功率放大電路和 脈沖變壓器，光電隔離電路的輸入端連接單片機(jī)的輸出觸發(fā)端，脈沖變壓器的 輸出端分別連接對應(yīng)晶閘管的門極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三相數(shù)字式分時(shí)平衡大功率交流焊接電源，是一種三相變單相焊接電源，包括三相可控開關(guān)電路、三相變單相變壓器和控制電路。交流電通過由晶閘管組成的三相可控開關(guān)電路，產(chǎn)生三相分時(shí)平衡電壓，經(jīng)過三相變單相變壓器，將三相變?yōu)閱蜗噍敵?，供給交流負(fù)載；在單片機(jī)控制電路的控制下，三相交流電按時(shí)間順序分別對主變壓器的一次三相繞組供電，通過三相合成變壓器，在二次輸出三相順序合成的單相輸出，實(shí)現(xiàn)三相變單相的過程。具有三相輸入功率平衡、節(jié)能、單相輸出電壓可控的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K9/10GK101394134SQ20081019551
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者雷 吳, 晶 惠, 沈錦飛, 顏文旭 申請人:江南大學(xué)