專利名稱：全電子式智能型電弧焊機防觸電保護器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種應用于交流電弧焊機上的、監(jiān)測電焊機漏電、防止觸電的全電子式智能型電弧焊機防觸電保護器，它屬于低壓電器產(chǎn)品。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案一種全電子式智能型電弧焊機防觸電保護器，它主要由殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的電子繼電器、漏電電流檢測傳感器、工作信號檢測傳感器和控制電路板構(gòu)成；所述電子繼電器、漏電電流檢測傳感器、工作信號檢測傳感器串聯(lián)在電源與電弧焊機的弧焊變壓器一次側(cè)回路中；所述控制電路板的控制信號輸出端直接與所述電子繼電器的線圈相連；所述控制電路板根據(jù)電弧焊機的工作狀態(tài)控制電子繼電器的導通與斷開。
所述控制電路板主要由微處理器、電阻分壓電路、啟動信號檢測電路、工作信號檢測電路、漏電電流檢測電路和驅(qū)動電路構(gòu)成；所述電阻分壓電路并聯(lián)在所述電子繼電器的兩端；所述啟動信號檢測電路的信號輸入端與電焊機弧焊變壓器的一次側(cè)并聯(lián)，其信號輸出端與微處理器的信號輸入端相連，微處理器的控制信號輸出端與所述驅(qū)動電路的控制端相連，驅(qū)動電路的輸出端直接與所述電子繼電器的控制端相連；啟動信號檢測電路不斷檢測電焊機弧焊變壓器一次側(cè)電壓，當發(fā)現(xiàn)啟動信號后，通知微處理器，微處理器通過驅(qū)動電路使電子繼電器導通；所述工作信號檢測電路的信號輸入端與串聯(lián)在電焊機弧焊變壓器一次側(cè)回路中的所述工作信號傳感器的信號輸出端相連，其信號輸出端與微處理器的信號輸入端相連，微處理器的控制信號輸出端與所述驅(qū)動電路的控制端相連，驅(qū)動電路的輸出端直接與所述電子繼電器的控制端相連；所述漏電電流檢測電路的信號輸入端與串聯(lián)在電焊機弧焊變壓器一次側(cè)回路中的所述漏電電流檢測傳感器的信號輸出端相連，其信號輸出端與所述微處理器和驅(qū)動電路的信號輸入端相連；所述驅(qū)動電路的輸出端直接與所述電子繼電器的控制端相連。
所述電阻分壓電路主要由分壓電阻構(gòu)成，它并聯(lián)在電焊機電源輸入端電子繼電器兩端。
所述啟動信號檢測電路的信號輸入端前還連接一隔離電路該隔離電路主要由開關(guān)管、光耦構(gòu)成；該隔離電路中開關(guān)管的控制端與所述微處理器的控制信號輸出端相連，該開關(guān)管的信號輸出端與光耦的信號輸入端相連，光耦的信號輸出端與所述啟動信號檢測電路的信號輸入端相連。
由于本實用新型具有在電弧焊機焊接不進行時能自動降低次級空載電壓，而在焊接時能自動使電壓恢復至電焊機額定空載電壓的功能；并且，采用最新的微處理器檢測技術(shù)，并結(jié)合弧焊變壓器的工作特點，在硬件上設(shè)計出了高靈敏度的信號采集電路、信號處理電路，在軟件上設(shè)計出了智能化的邏輯判斷規(guī)則，所以本實用新型具有以下優(yōu)點1、具有智能化的特點，能夠智能的采集電焊機空載工作參數(shù)，以適用于不同型號的交流電弧焊機；2、具有高可靠性、高安全性。能夠在電焊機不工作時，把空載電壓降低，低于人體安全電壓，工作時迅速恢復到引弧電壓值。3、具有漏電保護功能，保證漏電時電焊機可靠關(guān)斷。4、具有高節(jié)能性。經(jīng)實驗證明，加入本實用新型后，電焊機的節(jié)電率高達98％。5、全電子式裝置。由于本實用新型采用電子式觸點，無任何機械觸點，因而，提高了設(shè)備的可靠性和使用壽命。6、操作簡單，安裝方便。
圖5為本實用新型隔離電路具體電路圖圖6為本實用新型驅(qū)動電路具體電路圖圖7為本實用新型工作信號檢測電路具體電路圖圖8為本實用新型漏電檢測電路具體電路圖圖9為本實用新型存儲在微處理器中的控制程序程序框圖本實用新型主要由殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的電子繼電器1、漏電電流檢測傳感器2、工作信號檢測傳感器3和控制電路板4構(gòu)成。
如圖2所示，電子繼電器1、漏電電流檢測傳感器2、工作信號檢測傳感器3串聯(lián)在電源與電弧焊機的弧焊變壓器一次側(cè)回路中。當電焊機工作時，電子繼電器1導通，380V電源與電弧焊機相連，為其提供工作電源，當電焊機停止工作時，電子繼電器1斷開，380V電源停止為電焊機供電。
控制電路板4主要由微處理器41、電阻分壓電路42、啟動信號檢測電路43、工作信號檢測電路44、漏電電流檢測電路45和驅(qū)動電路46構(gòu)成。
電阻分壓電路42并聯(lián)在電子繼電器1的兩端。當電弧焊機工作時，電子繼電器1導通，電弧焊機直接與380V電源相連；電弧焊機停止工作時，電子繼電器1斷開，380V電壓經(jīng)電阻分壓電路42降壓后與電弧焊機相連。由于電阻分壓電路42將電弧焊機弧焊變壓器一次側(cè)電壓降低，所以，使電弧焊機的次級空載電壓降低，低于人體安全電壓。
啟動信號檢測電路43的信號輸入端與電焊機弧焊變壓器的一次側(cè)并聯(lián)，其信號輸出端與微處理器41的信號輸入端相連，微處理器41的控制信號輸出端與驅(qū)動電路46的控制端相連，驅(qū)動電路46的輸出端直接與電子繼電器相連。當啟動信號檢測電路43檢測到啟動電弧焊機的信號后，立即通知微處理器，微處理器輸出控制信號使驅(qū)動電路46工作，驅(qū)動電子繼電器1導通，使電弧焊機工作。
工作信號檢測電路44的信號輸入端與串聯(lián)在電焊機弧焊變壓器一次側(cè)回路中的工作信號傳感器3的信號輸出端相連，其信號輸出端與微處理器41的信號輸入端相連。工作信號檢測電路44的作用是在電焊機工作過程中，當焊條離開工件后，工作信號檢測電路44通過檢測工作信號，判斷是否還需要繼續(xù)焊接，并相應地控制電子繼電器的通斷。如果還需要繼續(xù)焊接，工作信號檢測電路44就輸出信號，通知微處理器41，微處理器41輸出控制信號使驅(qū)動電路46工作，驅(qū)動電子繼電器1繼續(xù)導通，電弧焊機繼續(xù)工作；反之，使電子繼電器1斷開，切斷電焊機工作電源。
漏電電流檢測電路45的信號輸入端與串聯(lián)在電焊機弧焊變壓器一次側(cè)回路中的漏電電流檢測傳感器2的信號輸出端相連，其信號輸出端與微處理器41和驅(qū)動電路46的信號輸入端相連。當漏電電流檢測電路45檢測到漏電電流后，立即輸出信號，一方面通知微處理器41，一方面使驅(qū)動電路46工作，使電子繼電器1斷開，切斷電焊機的工作電源。
在本實用新型的具體實施例中，電阻分壓電路42主要由兩個100k阻值的分壓電阻構(gòu)成，它們分別并聯(lián)在電焊機電源輸入端的兩個電子繼電器1兩端。當電焊機處于空載狀態(tài)時，電子繼電器1斷開，380V電源電壓經(jīng)電阻降壓后，與電焊機弧焊變壓器的一次側(cè)相連。由于電阻分壓電路中的分壓電阻將電弧焊機的一次側(cè)電壓降低，所以，使電弧焊機的次級空載電壓為1伏，遠遠低于人體安全電壓。
如圖4所示，啟動信號檢測電路43主要由運算放大器U1、濾波電路U2和光耦U3構(gòu)成。運算放大器U1的信號輸入端2、3經(jīng)電阻R1、R2并聯(lián)在電焊機弧焊變壓器一次側(cè)，運算放大器U1的信號輸出端經(jīng)濾波電路U2(電容C1、電阻R7)與光耦U3相連，光耦U3的信號輸出端與微處理器41的P1.1(參見圖3所示)相連。
為了使啟動信號檢測電路中的運算放大器U1不被高壓損壞。在運算放大器U1的信號輸入端前還連接一隔離電路。如圖5所示，該隔離電路主要由三極管U4、光耦U5、U6構(gòu)成。隔離電路的控制端與微處理器41的控制信號輸出端P3.2(參見圖3所示)相連，光耦U5的6腳接電焊機一次側(cè)的一端，光耦U6的6腳接電焊機一次側(cè)的另一端。U5的4腳接運算放大器的反向輸入端，U6的4腳接運算放大器的同相輸入端。當電焊機處于空載狀態(tài)時，控制端驅(qū)動三極管U4導通，從而使光耦U5、U6導通，電焊機兩端的電壓通過光耦輸入到運算放大器兩端。當電焊機工作時，光耦截止，運算放大器與電焊機隔離開來，這樣保證了運算放大器不會被高壓損壞。
空載時，電焊機一次側(cè)兩端的電壓經(jīng)過隔離后輸入到運算放大器，經(jīng)過運算放大器U1的差動放大后驅(qū)動光耦導通，光耦輸出端輸出一定寬度的方波信號，微處理器通過檢測并分析這個方波，判斷出是否需要焊接。這是根據(jù)當焊條瞬時接觸工件后(相當于電焊機次級被短路)，電焊機一次側(cè)兩端的電壓值降低，此電壓經(jīng)運算放大器差動放大后對光耦的驅(qū)動能力明顯降低，光耦輸出端輸出的方波信號寬度急劇變小，通過微處理器41的邏輯判斷，提取出這個啟動信號，從而能夠安全、可靠的通過驅(qū)動電路46驅(qū)動電子繼電器1工作。
如圖6所示，驅(qū)動電路46主要由與非門U1、光耦U2組成。與非門U1的一個輸入端與漏電檢測電路45的信號輸出端相連，與非門的另一個信號輸入端與單片機的控制信號輸出端P1.4(參見圖3所示)相連，與非門的信號輸出端與光耦U2中二極管的負極相連，U2中二極管的正極經(jīng)電阻與電源相連，U2中的三極管的直接與電子繼電器1相連。當漏電檢測電路檢測到漏電信號或者是微處理器控制端輸出閉合或關(guān)斷電子繼電器1的信號時，驅(qū)動電路46中的光耦U2即會導通或關(guān)斷，從而使電子繼電器1處于導通或關(guān)閉狀態(tài)。
在電弧焊機工作過程中，焊條與工件要不斷地接觸與斷開。如果焊條一離開工件就立即斷開電子繼電器，那么會嚴重影響焊接質(zhì)量。所以，本實用新型設(shè)計了工作信號檢測電路44，當焊條離開工件后，延時一定時間后才斷開電子繼電器。如圖7所示，該工作信號檢測電路44主要光耦U1、單穩(wěn)觸發(fā)器U2構(gòu)成。光耦U1的信號輸入端與串聯(lián)在電焊機弧焊變壓器一次側(cè)回路中的工作信號傳感器3(環(huán)形電磁傳感器)的信號輸出端相連，光耦U1的信號輸出端與單穩(wěn)觸發(fā)器U2的信號輸入端1B相連，U2的信號輸出端1Q與微處理器41的信號輸入端P3.7(參見圖3所示)相連。
當電焊機工作時，從環(huán)形電磁傳感器3輸出的信號經(jīng)過光耦U1整形和隔離后，輸出一個脈沖信號，這個脈沖信號經(jīng)過單穩(wěn)觸發(fā)器U2調(diào)理后變成一個方波信號，然后輸入到微處理器41中，微處理器41對這個信號進行相應的處理。微處理器41根據(jù)工作情況，決定是斷開電子繼電器還是繼續(xù)閉合。在焊條離開工件后，微處理器41通過檢測工作信號，判斷是否需要繼續(xù)焊接，并相應的控制電子繼電器的通斷。如果還需要焊接，就繼續(xù)開通繼電器，否則關(guān)閉繼電器。
本實用新型在工作信號檢測電路44中光耦U1的信號輸入端串接有一電位器RW。由于光耦U1的導通門限電壓為0.9伏，所以可以通過調(diào)節(jié)電位器RW輸入到光耦U1兩端的電壓大小。當電焊機工作時，從環(huán)形傳感器輸出的脈沖信號驅(qū)動光耦導通，從光耦輸出端輸出信號。當電焊機停止工作時，這個脈沖信號很小，未能驅(qū)動光耦導通，光耦輸出端無信號輸出。從光耦輸出端輸出的脈沖信號接到單穩(wěn)觸發(fā)器74LS221的2腳，從13腳輸出的是方波信號，該信號接入微處理器。電阻R1、電容C1可用于調(diào)節(jié)方波的寬度。
在電焊機工作過程中可能會出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。為了防止發(fā)生觸電現(xiàn)象，本實用新型還設(shè)計了漏電檢測電路。如圖8所示，該漏電檢測電路主要由漏電檢測專用芯片U1(型號M54123)、可控硅SCR、光耦U3構(gòu)成。漏電檢測專用芯片U1的信號輸入端1、2與漏電檢測傳感器2的信號輸出端相連，U1的信號輸出端與可控硅的門極相連，可控硅SCR的陰極與光耦U3的信號輸入端相連，U3的信號輸出端與微處理器41的信號輸入端P1.2(參見圖3所示)和驅(qū)動電路46的控制信號輸入端相連。當漏電檢測傳感器2檢測到漏電信號時，漏電檢測專用芯片U1輸出控制信號，使可控硅SCR導通，光耦U2輸出漏電信號，微處理器41檢測到這個信號后，立即通過驅(qū)動電路46，使電子繼電器1斷開，切斷電弧焊機的工作電源，并報警。
圖9為本實用新型的控制程序程序框圖。如圖所示，當微處理器41上電工作后，自動采集電弧焊機的相關(guān)信息。判斷電焊機是否漏電，如果電焊機漏電，立即斷開電子繼電器，切斷電焊機工作電源，并報警；反之，繼續(xù)檢測電焊機是否有啟動信號。如果電焊機有啟動信號，微處理器立即通過驅(qū)動電路，使電子繼電器導通，電焊機工作；反之，微處理器就不斷通過漏電檢測電路和啟動信號檢測電路檢測電焊機的狀態(tài)。當電焊機工作后，微處理器不斷通過工作信號檢測電路檢測電焊機的工作狀態(tài)，如果電焊機處于工作狀態(tài)，則繼續(xù)使電子繼電器導通，如果停止焊接，則關(guān)斷電子繼電器。
本實用新型具有以下特點1.智能化的特點。本實用新型接在電焊機輸入端。通電后，能夠自動采集到初始化信息。這個信息是指處于空載安全低壓下的電焊機次級的電壓值(通過隔離光耦轉(zhuǎn)化為相應寬度的方波信號)，針對不同型號的電焊機，微處理器也能夠智能的識別出空載安全電壓。
2.采用電阻降壓方式，安全性和節(jié)能效果十分明顯。本實用新型最大的特點是經(jīng)分壓電阻降壓后，可使電弧焊機二次側(cè)空載電壓低于1伏，在得到同樣的啟動信號后能夠安全、可靠地恢復到正常引弧電壓70-80伏。這樣，在電弧焊機處于空載狀態(tài)時，本實用新型比同類裝置具有更高的安全性，以及更高的節(jié)能效果。而且，電阻上消耗的功率極低，無需在裝置中另加散熱風扇。
3.采用運算放大器電路檢測啟動信號，結(jié)合抗干擾電路，使得檢測靈敏度高，抗干擾性好。并且以數(shù)字信號的方式輸入到微處理器中，便于邏輯判斷和處理。由于數(shù)字信號的穩(wěn)定性和抗干擾性比模擬信號高，這樣保證了電焊機不會因為意外的干擾誤觸發(fā)。
4.采用體積小的環(huán)形電磁傳感器及其信號調(diào)理電路采集工作信號，采集靈敏度高，并且能夠濾掉干擾信號，保證了可靠性和安全性。而且電磁傳感器的繞制簡單，加工方便。
5.采用專用的漏電檢測電路，漏電時立即關(guān)斷電子繼電器。保證了焊工的人身安全。
6.啟動時間短，小于0.02s。低于《中華人民共和國國家標準》GB10235-2000中要求啟動時間小于0.06s的技術(shù)要求。因而提高了工作效率。
7.采用把焊接的工作特點與微處理器強大的邏輯處理功能結(jié)合在一起，使得操作簡單，功能強大，實現(xiàn)了裝置的智能化、電子化、小型化。解決了以往接入保護器后對焊接質(zhì)量影響的缺點。
8.采用無觸點式的電子繼電器，使得本新型的可靠性和使用壽命大大提高。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型的保護范圍并不局限于此。任何基于本實用新型技術(shù)方案上的等效變換均屬于本實用新型保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種全電子式智能型電弧焊機防觸電保護器，其特征在于它主要由殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的電子繼電器、漏電電流檢測傳感器、工作信號檢測傳感器和控制電路板構(gòu)成；所述電子繼電器、漏電電流檢測傳感器、工作信號檢測傳感器串聯(lián)在電源與電弧焊機的弧焊變壓器一次側(cè)回路中；所述控制電路板的控制信號輸出端直接與所述電子繼電器的線圈相連；所述控制電路板根據(jù)電弧焊機的工作狀態(tài)控制電子繼電器的導通與斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全電子式智能型電弧焊機防觸電保護器，其特征在于所述控制電路板主要由微處理器、電阻分壓電路、啟動信號檢測電路、工作信號檢測電路、漏電電流檢測電路和驅(qū)動電路構(gòu)成；所述電阻分壓電路并聯(lián)在所述電子繼電器的兩端；所述啟動信號檢測電路的信號輸入端與電焊機弧焊變壓器的一次側(cè)并聯(lián)，其信號輸出端與微處理器的信號輸入端相連，微處理器的控制信號輸出端與所述驅(qū)動電路的控制端相連，驅(qū)動電路的輸出端直接與所述電子繼電器的控制端相連；啟動信號檢測電路不斷檢測電焊機弧焊變壓器一次側(cè)電壓，當發(fā)現(xiàn)啟動信號后，通知微處理器，微處理器通過驅(qū)動電路使電子繼電器導通；所述工作信號檢測電路的信號輸入端與串聯(lián)在電焊機弧焊變壓器一次側(cè)回路中的所述工作信號傳感器的信號輸出端相連，其信號輸出端與微處理器的信號輸入端相連，微處理器的控制信號輸出端與所述驅(qū)動電路的控制端相連，驅(qū)動電路的輸出端直接與所述電子繼電器的控制端相連；所述漏電電流檢測電路的信號輸入端與串聯(lián)在電焊機弧焊變壓器一次側(cè)回路中的所述漏電電流檢測傳感器的信號輸出端相連，其信號輸出端與所述微處理器和驅(qū)動電路的信號輸入端相連；所述驅(qū)動電路的輸出端直接與所述電子繼電器的控制端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全電子式智能型電弧焊機防觸電保護器，其特征在于所述電阻分壓電路主要由分壓電阻構(gòu)成，它并聯(lián)在電焊機電源輸入端電子繼電器兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全電子式智能型電弧焊機防觸電保護器，其特征在于所述啟動信號檢測電路的信號輸入端前還連接一隔離電路該隔離電路主要由開關(guān)管、光耦構(gòu)成；該隔離電路中開關(guān)管的控制端與所述微處理器的控制信號輸出端相連，該開關(guān)管的信號輸出端與光耦的信號輸入端相連，光耦的信號輸出端與所述啟動信號檢測電路的信號輸入端相連。
專利摘要本實用新型公開了一種全電子式智能型電弧焊機防觸電保護器，它主要由殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的電子繼電器、漏電電流檢測傳感器、工作信號檢測傳感器和控制電路板構(gòu)成。所述電子繼電器、漏電電流檢測傳感器、工作信號檢測傳感器串聯(lián)在電源與電弧焊機的弧焊變壓器一次側(cè)回路中?？刂齐娐钒宓目刂菩盘栞敵龆酥苯优c電子繼電器的控制端相連；控制電路板根據(jù)電弧焊機的工作狀態(tài)控制電子繼電器的導通與斷開，從而控制電焊機的工作。本實用新型具有在電弧焊機焊接不進行時能自動降低二次側(cè)空載電壓，防止觸電事故的發(fā)生；而在焊接時能自動使電壓恢復至原值的功能。本實用新型具有智能化、高可靠性、高安全性、漏電保護和節(jié)能效果十分明顯等優(yōu)點。
文檔編號B23K9/10GK2587570SQ0229279
公開日2003年11月26日 申請日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者徐洪澤 申請人:徐洪澤