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交流焊接電源的安全節(jié)能改造
文檔作者：
金秀慧
文檔來源：
德州學院機電工程系
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2021年07月06日
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自動化 中圖分類號： 1"G42 交流焊接電源的安全節(jié)能改造 金秀慧 (德州學院機電工程系， 山東德州 253023) 的應用非常廣泛，但其空載時間較長，空載電壓高，一方面造成大量電能的浪費，另一方面危及操作人員的 從實際出發(fā)．設計了一套安全節(jié)能控制器，將其應用于交流電弧焊機，可以實現(xiàn)安全、節(jié) 安全；節(jié)能；改造 文獻標識碼：A 文章編號：1009—9492 (2010)12-0068-02 1引言 目前．電弧焊機在工業(yè)生產(chǎn)、建筑施工、設備維修等 領(lǐng)域有著廣泛的應用，是電力消耗的重要電器，隨著電力 電子技術(shù)的發(fā)展，雖然出現(xiàn)了相對節(jié)能效果較好的逆變焊 接電源，但受投資成本的制約，部分焊機用戶仍然采用結(jié) 構(gòu)簡單、價格較低的交流焊機， 目前交流焊機仍然有很大 的使用量。 交流焊機的負載持續(xù)率較低．一般標定為60％左右， 即5分鐘之內(nèi)有3分鐘處于lT作狀態(tài)．2分鐘處于空載閑 置狀態(tài)．而且在實際應用過程中． 如果按照額定電流工 作，其暫載率將低于標定值， 即焊機將有一半的時間處于 空載閑置狀態(tài)．而焊機空載時變壓器副邊電壓高達50V～ 90V，遠超出人體所能承受的36V安全電壓，存在很大的 安全隱患。而且焊機空載時，其內(nèi)部變壓器仍然處于完全 通電狀態(tài)，造成大量電能的浪費， 給企業(yè)、社會帶來很大 經(jīng)濟損失。同時變壓器為強感性負載，也造成電網(wǎng)功率因 數(shù)的降低，影響了電網(wǎng)及電力系統(tǒng)的安全高效運行。造成 這些不良后果的根本原因就是交流焊機的空載運行?，F(xiàn) 在， 國家對工人的人身安全非常重視，將其作為建設和諧 社會的一個重要環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)設備的安全性要求較高。另 外節(jié)約能源、建設節(jié)約型社會也是每個人義不容辭的責 任。本文結(jié)合電力電子及相關(guān)控制技術(shù)對交流焊接電源系 統(tǒng)進行簡單實用的改造，實現(xiàn)安全、節(jié)能的控制目標。 2系統(tǒng)總體設計思路 該系統(tǒng)要做到焊接時能正常接通電源，順利起弧，空 載時能自動斷開變壓器所接電源。系統(tǒng)構(gòu)成如圖l所示， 收稿日期：2010—06—28 該安全節(jié)能控制器由電信號自動檢測電路、單片機控制電 路、交流控制電路等組成。自動檢測電路實時檢測焊機的 工作狀態(tài)。并將檢測信息輸入單片機控制電路， 由單片機 發(fā)出指令完成自動切換電源、觸電報警等功能。當要焊接 時， 只需按正常焊接操作，焊條和焊件短接一下，單片機 輸出接通電源指令，使焊機進入正常工作狀態(tài)。當電焊機 連續(xù)工作時單片機將輸出連續(xù)供電指令，使電焊機保持連 續(xù)T作電壓； 當停止焊接時，檢測電路會把數(shù)據(jù)送到單片 機通過運算后輸出停止供電指令．控制器將自動斷開工作 電源。從而既可實現(xiàn)智能化節(jié)約用電，又可以為操作人員 提供安全保障。 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3信號檢測電路設計 信號檢測電路是整個控制系統(tǒng)的輸入環(huán)節(jié)，實時測量 焊接電源的電流信號，根據(jù)檢測電路的輸出信號區(qū)分電路 的不同工作狀態(tài)。該檢測電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，首先將電 工業(yè)自 流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)過整流橋處理轉(zhuǎn)化為單片機的 輸人信號，單片機的輸入信號在0．0V一3-3V之間。檢測電 路與單片機協(xié)調(diào)工作過程如下。 (1)空載時，該檢測電路輸出最高電壓為1．5V， 如果 單片機接收到的信號低于或等于1．5V， 電機為空載，單片 機輸出品閘管的觸發(fā)脈沖。將電容接入，降低變壓器的電 源電壓。 (2)起弧時， 焊槍與 件問瞬間短接，使檢測電路輸 出瞬間電壓大于1．5V．此時單片機立即切斷品閘管的觸發(fā) 脈沖， 同時輸出一控制信號使得交流接觸器導通， 電焊機 進入焊接工作狀態(tài)。 78L05 圖2 信號檢測電路 (3)焊機正常工作時檢測電路輸出最低電壓為2．1V， 當單片機檢測到的信號低于2．1V時．說明焊機為空載狀 態(tài)．單片機輸出一控制信號，斷開交流接觸器， 同時接通 晶閘管電容支路，降低變壓器原邊所接電源電壓，此時電 焊機就處于安全節(jié)能狀態(tài)。接通晶閘管電容支路的目的是 為下一次電焊機的肩弧提供一個小的啟動電流。 (4) 當發(fā)生觸電事故時，單片機將發(fā)出信號進行報 警．并迅速切斷電源。 4單片機電源電路設計 本系統(tǒng)采用體積小、編程靈活的單片機控制方式，可 以有效減小硬件電路，提高控制精度。單片機采用凌陽十 六位單片機SPCE061A，它的顯著特點是結(jié)構(gòu)較為簡單， 體積小巧．特別適用于此類小型控制器的需要， 而且具有 集成度高， 可靠性好等優(yōu)點，此單片機內(nèi)部集成了A＼D、 DkA轉(zhuǎn)換模塊，這樣就避免了自己制作此模塊所帶來的一 些干擾。另外凌陽SPCE061A單片機具有較高的性能價格 比．這也是其適用于價位較低的傳統(tǒng)交流焊接電源改造的 一個重要因素。 為使單片機正常工作．需要5V的穩(wěn)壓電源為其提供 恒定的直流電壓，遵照簡單實用、體積小、成本低的原 則．在控制器內(nèi)部設計一個5V穩(wěn)壓源。輸入為380V交流 電壓，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)，輸出為5V的直流 電壓。電路結(jié)構(gòu)及元件選型如圖3所示。 5交流控制電路設計 在380V的電源線上，接有晶閘管、電容支路和交流 接觸器支路，兩支路并聯(lián)。當電焊機處于焊接工作狀態(tài)時 交流接觸器支路導通，焊機的變壓器正常通電380V； 當 圖3 單片機電源電路 電焊機處于空載狀態(tài)時，通過控制器可以斷開交流接觸 器，將晶閘管、電容支路接通， 達到降低輸出電壓的目 的。這一過程基于軟件編程，對信號檢測電路輸送到單片 機的信號進行處理，識別焊機所處的T作狀態(tài)，單片機將 輸出相應的控制信號去控制交流接觸器和晶閘管，從而實 現(xiàn)焊機的空載自停、起弧自通的}1動控制過程。由于單片 機的輸出信號不能直接驅(qū)動交流接觸器導通， 因此在此加 入了交流控制電路， 該電路由繼電器和j極管等元件組 成．利用三極管的開關(guān)作用，單片機的輸出信號間接控制 交流接觸器的吸合或斷開。電路結(jié)構(gòu)如圖4所示： 4 交流控制電路 6結(jié)論 安裝該安全節(jié)能控制器后，交流焊機的T作電壓保持 在67V左右，空載時輸出電壓降低到24～27V，一般空載 電壓為22V左右，這一電斥既在人體安全電壓36V以下． 又不影響電焊機的二次啟動， 提高了焊機的安全性，符合 國家安全生產(chǎn)的要求．大大降低了能源的消耗，平均節(jié)約 有功功率2kW 左右 無功功率2．4kvar左右。本設計既可 以應用于單獨的安全節(jié)能裝置．也可以應用于具有安全節(jié) 能功能的整體焊機的生產(chǎn)。 參考文獻： [1]唐全勝空載自停節(jié)能控制電路[J]．電工技術(shù)，2003 (2)： 54-56． [2]李曉明．交流焊接電源控制器的改進[J]．焊接，2007 (8)： g-59 作者簡介：金秀慧，女，1961年生， 山東德州人，大學本科，教 授 研究領(lǐng)域： 電子技術(shù)。已發(fā)表論文6O篇。 ＼_曩。| ＼ 69 j一凌 ＼ I ．．．．．· ．． ．．．．． ．．．．． ．．．．． ．．． ；．．．L ，，．．．．．．．．．．．．． J --． ．．．．．． ．．．— ．．— ·．． -．．-J f編輯：向 飛)
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