專利名稱：弧焊電源的電弧功率控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
一種用于對弧焊電源(俗稱電焊機)實現(xiàn)電弧功率控制的方法及裝置。它涉及弧焊電源，尤其是輸出控制技術。
背景技術：
就結構而言，弧焊電源分兩大類。一類是旋轉式，另一類是非旋轉式。旋轉式弧焊電源，實際上是一種發(fā)電機，因有一個旋轉電樞，故日旋轉式，其輸出電弧是功率控制型。非旋轉式弧焊電源是靠工業(yè)或民用電網(wǎng)供電，無旋轉電樞，因而得名。至今為止，它們均還是電流控制型或電壓控制型，或電流和電壓交替控制型，為非功率控制型。比較它們的焊接質量，功率控制型弧焊電源在某些焊接工藝場合遠優(yōu)于非功率控制型弧焊電源。由于旋轉式弧焊電源制造成本高，機體笨重，能耗高，為此，我國機械工業(yè)部已下文停止該類弧焊電源的生產(chǎn)和使用。故設計電弧功率控制型的弧焊電源即成為本發(fā)明的目的。
非旋轉式弧焊電源的電弧功率控制曲線是單一的，無法隨著焊接工藝的變化而變化。本發(fā)明目的還應對電弧功率實現(xiàn)等功率與非等功率、不同變化曲線的控制。即1、P0＝I0U0電弧功率不隨電弧電壓變化而變化、即等功率控制、也即線性控制。
2、P0＝f(U0)電弧功率隨電弧電壓的升高而增大，或隨電弧電壓升高而減小，即不同變化曲線的控制、也即非線性控制。
公式中、P0電弧功率 I0弧焊電流 U0弧焊電壓本發(fā)明方法可用來制造手工電弧焊機、熔化極/非熔化極氣體保護焊機、埋弧焊機等的弧焊電源。與旋轉式弧焊電源相比，不但應用范圍廣，而且節(jié)能、節(jié)材。

發(fā)明內容
弧焊電源的電弧功率控制方法是1、對弧焊電壓進行線性或非線性取樣變換，以形成弧電壓信號。
2、以弧電壓信號作為除數(shù)，以電弧功率設定信號作為被除數(shù)進行除法運算，將所得之商作為電流控制信號去控制弧焊電源的輸出電流。
3、對上述除數(shù)或商數(shù)信號進行箝位處理、或對除數(shù)和商數(shù)信號均進行箝位處理，以防止弧焊電源輸出過電流。
弧焊電壓取樣點可設在弧焊電源輸出端、焊接電纜線終端或焊條與被焊工件上。在焊條與被焊工件上取樣最為接近實際的弧焊兩端電壓，取樣精度最高。但只要電纜截面積足夠大，在弧焊電源輸出端取樣也能滿足本發(fā)明的取樣要求。由線性取樣形成的弧電壓信號，它與弧焊電壓呈線性等比例關系、即線性關系，可以使本發(fā)明實現(xiàn)對電弧功率的等功率控制，即在電弧電壓發(fā)生變化時，電弧功率不變。而由非線性取樣而形成的弧電壓信號，它與弧焊電壓成非等比例關系、即非線性關系，可以使本發(fā)明實現(xiàn)電弧功率的非等功率控制，即電弧功率隨弧焊電壓的升高而增大，或隨弧焊電壓的升高而減小。
在除法運算中，當除數(shù)趨向于零時，商數(shù)將趨向于無窮大。焊接時，會常發(fā)生焊條短路。短路時、弧焊電壓趨向于零、經(jīng)取樣變換后的弧電壓信號也趨向于零，商數(shù)將趨向于無窮大。將無窮大的商數(shù)作為弧焊電流的控制信號，弧焊電源必將輸出過電流，其結果必定造成弧焊電源損壞。因此，必須對除數(shù)或商數(shù)進行箝位限制、或對除數(shù)和商數(shù)都進行箝位限制。
下面說明弧焊電源的電弧功率控制裝置該電弧功率控制裝置，包括有1、一個弧焊電壓取樣電路(A1)，它將輸入的弧焊電壓(U0)進行線性或非線性取樣變換、輸出弧電壓信號(U1)；2、一個除法電路(A2)，輸入被除數(shù)輸入端的是電弧功率設定信號(P1)、輸入除數(shù)輸入端的是由取樣電路(A1)輸出的弧電壓信號(U1)、其商數(shù)(I1)輸出至弧焊電源的電流控制端；3、一個用于對除數(shù)弧電壓信號(U1)進行箝位的箝位電路或一個用于對商數(shù)(I1)進行箝位的箝位電路、或一個用于對除數(shù)弧電壓信號(U1)進行箝位的箝位電路與一個用于對商數(shù)(I1)進行箝位的箝位電路。
為實現(xiàn)信號的傳輸與配接，對于不同結構的電路，可能還需加進電壓跟隨器、反相器、V/I隔離傳輸器件(電壓變換電流)、I/V隔離傳輸器件(電流變換電壓)、限流電阻或濾波電路等。取樣電路是將弧焊電壓(U0)變換為弧電壓信號(U1)，其變換有二種一種是線性變換；另一種是非線性變換。在非線性取樣變換電路中，含有一個非線性變換電路，以實現(xiàn)弧電壓信號(U1)對弧焊電壓(U0)的非線性變換?；『鸽妷?U0)的取樣點有三一是弧焊電源輸出端，二是焊接電纜線終端，三是焊條與被施焊工件上。在焊條與被施焊工件上取樣可以等同于對電弧兩端電壓取樣，取樣精度最高，但使用不便，因為它要外接二條長導線，因而在多數(shù)施焊場合，弧焊電壓取樣點大多設置在弧焊電源輸出端。只要焊接電纜線截面積足夠大、以減少線壓降影響，在弧焊電源輸出端取樣、也可滿足本發(fā)明裝置對取樣的要求。本發(fā)明所謂的弧焊電壓、均包括對上述三處取樣點的取樣電壓。
除法電路(A2)用來對電弧功率設定信號(P1)與弧電壓信號(U1)進行除法運算，電弧功率設定信號(P1)作為被除數(shù)加入除法電路的被除數(shù)輸入端，弧電壓信號(U1)作為除數(shù)加入除法電路的除數(shù)輸入端，經(jīng)除法運算后，其商數(shù)(I1)就可以作為弧焊電源的輸出電流控制信號。除法電路(A2)可選用專用除法集成電路(如DIY100)，也可以選用含有除法功能的集成電路(如MPY100)、也可以選用由乘法器集成電路(如AD633、MC1594、MC1595)與運算放大器配接而成的組合式除法電路、也可以選用由跨導型運算放大器(如LM3080)與運算放大器配接而成的組合式除法電路。
除法電路(A2)的數(shù)值關系是I1＝P1/U1。當弧電壓信號(U1)與弧焊電壓呈線性比例關系時，其輸出功率(P0)與輸出電壓(U0)、輸出電流(I0)的關系為P0＝I0U0，根據(jù)上述定義，電弧功率不會隨弧焊電壓的變化而變化，尤其當弧焊電壓取樣點設置在焊條與被焊工件上時，其關系更是如此。所以對弧焊電壓采用線性等比例取樣變換時，本發(fā)明裝置可以實現(xiàn)電弧等功率控制；反之，如果弧電壓信號(U1)與弧焊電壓(U0)呈非線性即非等比例關系時，則P0≠I0V0。本發(fā)明裝置可實現(xiàn)非等功率控制。若當弧電壓信號(U1)對于弧焊電壓(U0)取樣比例隨著弧焊電壓的升高而逐漸減小時，也即除數(shù)(U1)的增幅逐漸減小時，則商數(shù)(I1)的增幅逐漸加大，在這種情況下，電弧功率會隨弧焊電壓的升高而增大，稱之為電弧功率的遞增性控制。反之可實現(xiàn)電弧功率隨弧焊電壓的升高而減小，稱之為電弧功率的遞減性控制。
在此還須說明一點，當在等功率控制條件下，而弧焊電壓(U0)的取樣點設在弧焊電源的輸出端上時，實際上的電弧功率會隨著電弧電壓的升高而有所增大，這是因為焊接電纜線壓降的影響。為彌補線壓降的影響，采用相適應的電弧功率的遞減式控制，反而可以對電弧實現(xiàn)等功率控制。這是后話。敘述本發(fā)明中的等功率控制時、仍以對弧焊電壓(U0)是否是線性等比例取樣為界限。
從除法I1＝P1/U1的關系式中可知，當U1很小時，保持P1不變，I1就很大。對于弧焊電源、過大的電流控制信號(I1)會使弧焊電源造成輸出過電流。本發(fā)明裝置對除數(shù)(U1)設置了一個除數(shù)箝位電路(A31)，用以限制|U1|不得小于除數(shù)箝位電壓|U2|，對商數(shù)(I1)設置一個商數(shù)箝位電路(A32)，用以限制|I1|不得大于商數(shù)箝位電壓|U3|。在實際使用中，根據(jù)控制裝置的控制穩(wěn)定性，可以選定其中一種。當然，兩種都采用會更可靠。


附圖1本發(fā)明弧焊電源的電弧功率控制裝置(簡稱本發(fā)明裝置)的電原理框圖附圖2本發(fā)明裝置中一種電壓型弧焊電壓取樣電路附圖3本發(fā)明裝置中的一種含有隔離器件的電壓型弧焊電壓取樣電路附圖4本發(fā)明裝置中一種含有隔離器件的電流型弧焊電壓取樣電路附圖5本發(fā)明裝置中一種采用乘法器組合而成的除法電路附圖6本發(fā)明裝置中一種電阻分壓式的除數(shù)箝位電路附圖7本發(fā)明裝置中一種電壓跟隨器式的除數(shù)箝位電路附圖8本發(fā)明裝置中一種電阻分壓式的商數(shù)箝位電路附圖9本發(fā)明裝置中一種穩(wěn)壓管式的商數(shù)箝位電路附圖10本發(fā)明裝置中一種電壓跟隨器的商數(shù)箝位電路附圖11本發(fā)明裝置中一種二極管式遞增性非線性變換電路附圖12本發(fā)明裝置中一種穩(wěn)壓管式遞增性非線性變換電路附圖13本發(fā)明裝置中一種電壓跟隨器式遞增性非線性變換電路附圖14本發(fā)明裝置中一種遞減性非線性變換電路附圖15本發(fā)明裝置中一種直接取樣式的遞增性的弧焊電源電弧功率控制裝置附圖16本發(fā)明裝置中一種采用霍爾傳感器的遞增性的弧焊電源電弧功率控制裝置具體實施方式
1、一種電阻分壓式弧焊電壓取樣電路(A1)(見附圖2)，該分壓電路由分壓電阻(R1)與(R2)串接而成，其串接兩端分別經(jīng)導線跨接在弧焊電壓取樣點上，從兩電阻的串接點輸出的分壓值經(jīng)由電阻(R3)與電容(C1)組成的濾波電路，濾其交流與脈沖信號，平滑后作為弧電壓信號(U1)輸出。穩(wěn)壓管(D1)用來作過壓保護。
2、一種含有隔離器件的電壓型取樣電路(A1)(見附圖3)。該電路與上述電阻分壓式弧焊電壓取樣電路相比多一個隔離傳輸器件(F1)。它設置在由電阻(R3)與電容C1組成的濾波電路之后?；‰妷盒盘?U1)經(jīng)該隔離器件傳送到后級。
實施方式1與2中的分壓電阻(R1)，在原理設計上是一只，由于是對較高的弧焊電壓取樣，受電阻本身的功率條件限制，它們可能由多只電阻串接而成，但其取樣作用，視同單只電阻(R1)。
3、一種含有功率器件的電流型弧焊電壓取樣電路(A1)(見附圖4)。它由限流電阻完成對電壓取樣并轉化為電流，并將電流輸往隔離器件(F1)。單從取樣要求來講，限流電阻是一只、但從功率限制與濾波要求來講，電阻可以分拆成相串接的二只(R4與R5)或相串接的多只組成。隔離器件(F1)是一種I/V或I/I型，即初級輸入的是取樣電流，次級輸出是相對應的電壓或電流信號，在電阻(R4與R5)串接點與地之間跨接濾波電容(C1)，與限流電阻構成濾波電路。穩(wěn)壓管(D1)用于限制過壓，隔離器件(F1)可選用霍爾電流傳感器，如HNV025A.
4、一種采用乘法器的組合式除法電路(A2)(見附圖5)。該組合式除法電路(A2)是由乘法器集成電路(IC1)、運算放大器(IC2)、電阻(R8)與電阻(R9)配接而成。乘法器集成電路有兩乘數(shù)輸入端(X1)與(Y1)、一個乘積輸出端(W)。本電路是這樣組合的除數(shù)即弧電壓信號(U1)從一個乘數(shù)輸入端(X1)輸入，另一乘數(shù)輸入端(Y1)與運算放大器(IC2)輸出端相連接，并輸出商數(shù)(I1)，乘法器集成電路的乘積輸出端(W)經(jīng)電阻(R8)與運算放大器(IC2)的反相輸入端相連接，電弧功率設定信號(P1)經(jīng)電阻(R9)也與運算放大器IC2)的反相輸入端相連接，運算放大器(IC2)同相輸入端可直接接地或經(jīng)由一只電阻(R11)接地，電阻(R10)連接運算放大器(IC2)反相輸入端與電源地、也可以不用。電阻(R10)與(R11)用于均衡運算放大器兩輸入端的輸入電阻。上述輸入除法電路(A2)中的電弧功率設定信號(P1)為原始電弧功率設定信號，或者是它的反相信號、或者是變壓以后的信號、或者是它的反相信號和再加變壓后的信號。
電阻(R8)與電阻(R9)阻值按下式確定R9I1U1＝-10R8P1式中U1取箝位電壓值、P1取電弧額定功率設定值、I1取額定電流設定值、即求出R8與R9的比值，再根據(jù)乘法器集成電路(IC1)的輸出阻抗、確定電阻(R8)阻值，再求出電阻(R9)阻值。
還須說明一點，由上述4可見，該除法電路所求出的商數(shù)(I1)與等式右側有一個反相關系(-)。因此要注意在信號輸入除法電路前，或從除法電路輸出后，根據(jù)電路需要，利用電壓反相器作極性處理。
乘法器集成電路可選用AD633，運算放大器可選用AD712。
5、一種電阻分壓式的除數(shù)箝位電路(A31)(見附圖6)。它是一種電阻分壓式，由電阻(R12)與電阻(R13)相串接的分壓電路跨接在一個穩(wěn)定電壓(U4)兩端，之間分壓值與箝位電壓值(U2)相差一個開關二極管(D2)的正向壓降值。二極管(D2)跨接在兩電阻(R12與R13)串接點與除數(shù)信號(U1)的傳輸線上。
6、一種電壓跟隨式的除數(shù)箝位電路(A31)(見附圖7)。)該箝位電路由一只運算放大器(IC3)與一只二極管(D3)、電阻(R15)與電阻(R16)及電容(C3)組成，運算放大器(IC3)與二極管(D3)組成電壓跟隨器，其電路連接是運算放大器(IC3)的輸出端與二極管(D3)的一極相連接，二極管(D3)的另一極與運算放大器(IC3)的反相輸入端及除數(shù)信號(U1)傳輸線相連接。電阻(R15)與電阻(R16)相串接組成分壓電路，跨接在一個穩(wěn)定電壓(U4)上，其串接點向運算放大器(IC3)同相端輸入箝位設定電壓(U2)，從跟隨器輸出除數(shù)(U1)的箝位電壓。
當除數(shù)為正極性信號時，上述兩種除數(shù)箝位電路中的穩(wěn)定電壓(U4)應為正極性，二極管負極連接除數(shù)(Ut)的傳輸線上，若除數(shù)為負極性信號，電壓(U4)應為負極性，二極管(D4)應反相。
7、一種電阻分壓式的商數(shù)(I1)箝位電路(A32)(見附圖8)。它由兩分壓電阻(R17與R18、)、限流電阻(R19)、二極管(D4)、濾波電容(C4與C5)、電阻(R20)及運算放大器(IC4)組成。電阻(R19)、電阻(R20)、二極管(D4)與電容(C4)的各一端連接在一起，電阻(R19)的另一端與除法電路的商數(shù)(I1)輸出端相連接，電阻(R20)的另一端與電容(C5)及運算放大器(IC4)的同相輸入端相連接。電容(C4)與電容(C5)另一端接地，電阻(R17)與電阻(R18)相串接、跨接在一個穩(wěn)定電壓(U5)上、其串接點與二極管(D4)的另一端連接，電阻(R17)與電阻(R18)的串接分壓值提供相關箝位電壓、分壓值與箝位電壓(U3)兩者相差一個二極管正向壓降值。經(jīng)箝位后的商數(shù)(I1)由電阻(R19)與二極管(D4)的連線經(jīng)電阻(R20)、運算放大器(IC4)輸往弧焊電源的電流控制端。穩(wěn)壓管是穩(wěn)壓二極管或集成穩(wěn)壓管。
8、一種穩(wěn)壓管式的商數(shù)(I1)箝位電路(A32)(見附圖9)。它由穩(wěn)壓管(D5)、電阻(R19)與電阻(R20)、電容(C4)、電容(C5)及作為電壓跟隨器的運算放大器(IC4)組成。電阻(R19)、電阻(R20)、電容(C4)與穩(wěn)壓管一極相連接，電阻(R19)另一端與除法電路的商數(shù)I1)輸出端相連接，電阻(R20)另一端與電容(C5)及運算放大器同相輸入端相連接，穩(wěn)壓二極管另一極接地，電容(C5)的另一端也接地。由穩(wěn)壓管(D5)提供箝位電壓(U3)，經(jīng)箝位后的商數(shù)(I1)由電阻(R19)與穩(wěn)壓管(D5)的連線經(jīng)電阻(R20)、運算放大器(IC4)輸往弧焊電源電流控制端。穩(wěn)壓管是穩(wěn)壓二極管或集成穩(wěn)壓管。
9、一種電壓跟隨器式的商數(shù)I1)箝位電路(見附圖10)。它由運算放大器(IC4)、運算放大器(IC5)、二極管(D6)、分壓電阻(R21與R22)、限流電阻(R19)、電阻(R22)、電容(C4)、電容(C5)及電容(C6)組成。電阻(R21)與(R22)相串接，跨接在一穩(wěn)定電壓(U5)上，其串接點向運算放大器(IC5)的同相輸入端提供本電路的商數(shù)(I1)的箝位設定電壓(U3)。電容(C6)跨接在運算放大器(IC5)同相輸入端與電源地上，運算放大器(IC5)的輸出端與二極管(D6)的一端相連接，二極管(D6)的另一端與運算放大器(IC5)的反相輸入端相連接、兩者組成電壓跟隨器，運算放大器(IC5)的反相輸入端與限流電阻(R19)及電阻(R20)、電容(C4)相連接。限流電阻(R19)的另一端與除法電路的商數(shù)(I1)輸出端相連接。電阻(R20)的另一端與電容(C5)及運算放大器(IC4)的同相輸入端相連接。運算放大器(IC4)接成電壓跟隨器。電容(C4)與電容(C5)另一端均接地。經(jīng)箝位后的商數(shù)(I1)由電阻(R19)與運算放大器(IC5)的反相輸入端的連接線經(jīng)電阻(R20)、運算放大器(IC4)輸往弧焊電源的電流控制端。
當弧焊電源的電流控制端輸入電阻足夠大時、上述商數(shù)(I)1箝位電路中的由(IC4)組成的跟隨器可以不用。當商數(shù)(I1)為正極性時，二極管(D4與D6)的正極端連接商數(shù)(I1)的傳輸線，穩(wěn)定電壓(U5)是正極性。而當商數(shù)(I1)為負極性電壓時，二極管(D4)、(D6)與穩(wěn)壓管(D5)均要反相，穩(wěn)定電壓(U5)是負極性。
10、一種遞增性非線性取樣變換電路(見附圖11)。它由電阻(R14)與二極管(D7)串接而成，二極管(D7)可以是一只、兩只或多只串接而成。其變化遞增量隨二極管(D7)正向壓降的增大而增大。電阻(R14)與二極管(D7)串接電路跨接在除數(shù)(U1)的傳輸線上與電源地上，它同時又是前級弧電壓信號(U1)的負載。
11、一種穩(wěn)壓管式的遞增性非線性取樣變換電路(見附圖12)。它由穩(wěn)壓管(D8)、電阻(R23)與電阻(R24)、及電阻(R14)組成。電阻(R23)、電阻(R24)與穩(wěn)壓管(D8)一極相連接，其中電阻(R23)的另一端接入一穩(wěn)定電壓(U6)上，電阻(R24)另一端接除數(shù)(I1)傳輸線。穩(wěn)壓管(D8)的另一極接地。電阻(R14)一端接除數(shù)(I1)傳輸線，另一端接地。該變換電路的遞增量會隨著電阻(R24)的減小而增大，并與穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值有關。穩(wěn)壓管是穩(wěn)壓二極管或集成穩(wěn)壓管。
12、一種電壓跟隨器式的遞增性非線性取樣變壓電路(見附圖13)。它由運算放大電器(IC6)與電阻(R26)、電阻(R27)、電阻(R24)、電阻(R14)及電容(C7)組成。運算放大電器(IC6)連接成電壓跟隨器電路、輸出端經(jīng)電阻(R24)與電阻(R14)及除數(shù)(V1)傳輸線相連接、電阻(R14)另一端接地。電阻(R26)與電阻(R27)相串聯(lián)、跨接在一穩(wěn)定電壓(U6)上，其串接點向運算放大器(IC6)同相端提供設定電壓。電容(C7)用于濾波，跨接在運算放大器(IC6)同相輸入端與電源地上。非線性遞增量隨電阻(R24)阻值的減小而增大，并與設定電壓值有關。
對于以上所述三種遞增式非線性取樣變換電路，當前一級取樣電路輸出的弧電壓信號是電流型時，則除數(shù)傳輸線可與弧電壓信號輸出端直接連接，而當前一級取樣電路輸出的弧電壓信號是電壓型時，則在之間串接由電阻(R25)與運算放大器(IC7)組成的電路。其中，運算放大器連接成電壓跟隨器，弧電壓信號從運算放大器同相端輸入，經(jīng)電阻(R25)送往除數(shù)(U1)傳輸線。電阻(R25)參與非線性變換，而跟隨器用于變換弧電壓信號輸出端的輸出阻抗。如果原弧電壓信號(U1)輸出端的輸出阻抗已很小，那么運算放大電器(IC7)可以不用，而只用接入一只電阻(R25)。
對于以上所述三種遞增式非線性取樣變換電路，當弧電壓信號是正極性時，二極管(D7)與穩(wěn)壓管(D8)的負極均各自接地，穩(wěn)定電壓(U6)為正極性，而當弧電壓信號是負極性時，二極管(D7)與穩(wěn)壓管(D8)均應反相，穩(wěn)定電壓(U6)為負極性。
13、一種遞減性非線性取樣變換電路(見附圖14)，它由運算放大器(IC8)與運算放大器(IC9)、電阻(R28)、電阻(R29)、電阻(R30)及電容(C9)組成。運算放大器(IC9)連接成電壓跟隨器電路，其同相端連接電壓跟隨器式除數(shù)(U1)箝位電路中運算放大器(IC3)的同相輸入端，輸出端經(jīng)電阻(R30)接至運算放大器(IC8)的反相輸出端，電阻(R29)連接運算放大器(IC8)反相輸入端與輸出端，電阻(R28)與電容(C9)組成運算放大器同相端輸入濾波器，未經(jīng)變換的弧電壓信號(U1)從運算放大器(IC8)同相端輸入，由輸出端輸出非線性變換后的弧電壓信號(U1)。在該電路中，運算放大器(IC8)與電阻(R29)及電阻(R30)組成同相放大器，其提供的遞減量由電阻(R29)與電阻(R30)的比值決定，比值增大，遞減量也增大。
14、一種完整的直接取樣式遞增性弧焊電源的功率控制裝置。該電路的各部分結構已在上述說明清楚，所有相同標號元件的作用均相同。這里主要說明四處不同點其一、本電路中進行非線性取樣變換后的弧電壓信號(U1)是正極性的，因此電弧功率設定信號(P1)與商數(shù)(I1)中必然有一個是負值，可用反相器進行極性變換。
其二、(K1)是一種電子開關，當它接通時，由電阻(R21)、(R2)與穩(wěn)壓管組成的非線性變換電路接入取樣電路(A1)。取樣電路(A1)為非線性變換電路。而當(K1)關斷時，取樣電路為線性變換電路。使該弧焊電源具有電弧非等功率與等功率輸出功能。
其三、弧壓取樣電阻(R1)用(R1-1)與(R1-2)代替，當用開關(K2)接通不同的電阻(R1)時，即改變了取樣比例，以適應不同直徑焊條施焊。
其四、而當(K2)接通“3”端時，取樣線接地，無弧焊電壓輸入，則除法器的輸入除數(shù)(U1)是箝位電壓值，即為一固定值，商數(shù)(I1)完全由電弧功率設定的信號即(P1)決定，弧焊電源就由電弧功率控制型回復到原電流控制型。
15、一種隔離取樣式遞增性弧焊電源的功率控制裝置(見附圖16)，該電路的各部分結構已在上述說明清楚，所有相同標號元件，其作用均相同。這里要說明四點其一、本電路中進行非線性取樣變換后的弧電壓信號(U1)是負極性的，這是因為隔離器件(F1)采用反相輸入。
其二、電阻(R15)分別用電阻(R15-1)與電阻(R16-1)兩種不同阻值的電阻替代，當用電子開關(K3)分別接通它們時，與電阻(R16)的分壓值(U2)是不同的，因此可以改變除數(shù)(U1)的箝位電壓；其三、與電阻(R4)的串接電阻(R4-1)與電阻(R4-2)是兩種不同阻值的電阻。當用電子開關(K4)分別接通它們時，其取樣限流是不一樣的，因此可以改變取樣比例；其四、當(K4)接通“3”端時，取樣線接地，無弧焊電壓輸入，則除法器輸入的除數(shù)(V1)是箝位電壓值，即為一固定值，商數(shù)(I1)完全由電弧功率設定信號即(P1)決定，弧焊電源就由電弧功率控制型回復到原電流控制型。
本發(fā)明裝置可以作為一個獨立控制裝置，插入電流型弧焊電源的控制裝置中，通過開關轉換，可以使弧焊電源既具電流控制特性又具功率控制特性，使原產(chǎn)品創(chuàng)新升級。
權利要求
1.一種弧焊電源的電弧功率控制方法，其特征是該方法包含有一、對弧焊電壓進行線性或非線性取樣變換，以形成弧電壓信號；二、以弧電壓信號作為除數(shù)，以電弧功率設定信號作為被除數(shù)進行除法運算，將所得之商作為電流控制信號去控制弧焊電源的輸出電流；三、對上述除數(shù)或商數(shù)進行信號箝位處理、或對除數(shù)與商數(shù)均進行信號箝位處理，以防止弧焊電源輸出過電流。
2.一種弧焊電源的電弧功率控制裝置，其特征是該裝置包含有一、一個弧焊電壓取樣電路(A1)，它將輸入的弧焊電壓(U0)進行線性或非線性取樣變換、輸出弧電壓信號(U1)；二、一個除法電路(A2)，輸入被除數(shù)輸入端的是電弧功率設定信號(P1)、輸入除數(shù)輸入端的是由取樣電路(A1)輸出的弧電壓信號(U1)、其商數(shù)(I1)輸出至弧焊電源的電流控制端；三、一個用于對除數(shù)弧電壓信號(U1)進行箝位的箝位電路或一個用于對商數(shù)(I1)進行箝位的箝位電路、或一個用于對除數(shù)弧電壓信號(U1)進行箝位的箝位電路與一個用于對商數(shù)(I1)進行箝位的箝位電路。
3.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源電弧功率控制裝置中的取樣電路(A1)，其特征是、它含有一個分壓電路或限流電路，分壓電路由兩只分壓電阻(R1)與(R2)串接而成、其串接兩端分別經(jīng)導線跨接在弧焊電壓取樣點上，從兩電阻的串接點輸出分壓值；限流電路是由一只、相串接的二只(R4與R5)或相串接的多只電阻組成，它用于V/I取樣，即把弧焊電壓(U0)變成相對應的電流信號。
4.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源電弧功率控制裝置中的除法電路(A2)，其特征是、它含有一只除法器集成電路。
5.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源電弧功率控制裝置中的除法電路(A2)，其特征是、它含有一只含有除法功能的集成電路。
6.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源電弧功率控制裝置中的除法電路(A2)，其特征是、它含有一只乘法器集成電路(IC1)。
7.根據(jù)權利要求2與6所述弧焊電源電弧功率控制裝置中的除法電路(A2)，其特征是、它用乘法器集成電路(IC1)、運算放大器(IC2)、電阻(R8)與電阻(R9)配接成除法電路(A2)，它們是這樣連接的除數(shù)即弧電壓信號(U1)從一個乘數(shù)輸入端(X1)輸入，另一乘數(shù)輸入端(Y1)與運算放大器(IC2)輸出端相連接，并輸出商數(shù)(I1)，乘法器集成電路的乘積輸出端(W)經(jīng)電阻(R8)與運算放大器(IC2)的反相輸入端相連接，電弧功率設定信號(P1)經(jīng)電阻(R9)也與運算放大器IC2)的反相輸入端相連接。
8.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源電弧功率控制裝置中的除法電路(A2)，其特征是、它含有一只跨導型運算放大器。
9.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源的電弧功率控制裝置中除數(shù)(U1)的箝位電路(A31)，其特征是一種電阻分壓式由電阻(R12)與電阻(R13)相串接的分壓電路跨接在一穩(wěn)定電壓(U4)兩端，之間分壓值與箝位電壓值(U2)相差一個開關二極管(D2)的正向壓降值。二極管(D2)跨接在兩電阻(R12與R13)串接點與除數(shù)信號(U1)的傳輸線上。
10.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源的電弧功率控制裝置中的除數(shù)箝位電路(A31)，其特征是、它含有一只運算放大器(IC3)與一只二極管(D3)、電阻(R15)與電阻(R16)，運算放大器(IC3)與二極管(D3)組成跟隨器電路，其電路連接是運算放大器(IC3)的輸出端與二極管(D3)的一極相連接，二極管(D3)的另一極與運算放大器(IC3)的反相輸入端及除數(shù)信號(U1)傳輸線相連接，電阻(R15)與電阻(R16)相串接組成分壓電路，跨接在一個穩(wěn)定電壓(U4)上，其串接點向運算放大器(IC3)同相端輸入箝位設定電壓(U2)，從跟隨器輸出除數(shù)(U1)的箝位電壓(U2)。
11.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源電弧功率控制裝置中商數(shù)(I1)的箝位電路(A32)，其特征是它含有二分壓電阻(R17)與(R18)、限流電阻(R19)與二極管(D4)，限流電阻(R19)與二極管(D4)的一極相連接、電阻(R19)的另一端與除法電路的商數(shù)(I1)輸出端相連接，電阻(R17)與電阻(R18)相串接、跨接在一個穩(wěn)定電壓(U5)上、其串接點與二極管(D4)的另一極連接，電阻(R17)與電阻(R18)的串接分壓值提供相關箝位電壓、分壓值與箝位電壓值(U3)兩者相差一個二極管正向壓降值，經(jīng)箝位后的商數(shù)(I1)由電阻(R19)與二極管(D4)的連線上輸出、穩(wěn)壓管是穩(wěn)壓二極管或集成穩(wěn)壓管。
12.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源電弧功率控制裝置中商數(shù)(I1)的箝位電路(A32)，其特征是由一限流電阻(R19)與一穩(wěn)壓管(D5)組成，限流電阻(R19)一端與除法電路的商數(shù)(I1)輸出端相連、另一端與穩(wěn)壓管(D5)的一極相連、穩(wěn)壓管(D5)另一極接入電源地，由穩(wěn)壓管(D5)提供箝位電壓(U3)，經(jīng)箝位后的商數(shù)(I1)由電阻(R19)與穩(wěn)壓管(D5)的連線上輸出、穩(wěn)壓管是穩(wěn)壓二極管或集成穩(wěn)壓管。
13.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源電弧功率控制裝置中的商數(shù)箝位電路(A32)，其特征是它含有運算放大器(IC5)、二極管(D6)、分壓電阻(R21)與(R22)、限流電阻(R19)，電阻(R21)與(R22)相串接，跨接在一穩(wěn)定電壓(U5)上、其串接點向運運算放大器(IC5)的同相輸入端提供本電路商數(shù)(I1)的箝位設定電壓(U3)，運算放大器(IC5)的輸出端與二極管(D6)的一端相連接、二極管(D6)的另一端與運算放大器(IC5)的反相輸入端相連接、兩者組成電壓跟隨器，運算放大器(IC5)的反相輸入端與限流電阻(R19)相連接、限流電阻(R19)的另一端與除法電路的商數(shù)(I1)輸出端相連接，經(jīng)箝位后的商數(shù)(I1)由電阻(R19)與運算放大器(IC5)的反相輸入端的連線上輸出。
14.根據(jù)權利要求2所述弧焊電源電弧功率控制裝置中的取樣電路(A1)，其特征是它含有一個弧電壓信號(U1)對于弧焊電壓(U0)的非線性變換電路，以實現(xiàn)弧焊電壓(U0)的非線性變換。
15.根據(jù)權利要求2與14所述弧焊電源電弧功率控制裝置取樣電路(A1)中的非線性變換電路，其特征是它由負載電阻(R14)與二極管(D7)串聯(lián)而成，它跨接在商數(shù)(U1)的傳輸線與電源地上，二極管是一只(D7)、二只或多只串聯(lián)而成。
16.根據(jù)權利要求2與14所述弧焊電源電弧功率控制裝置取樣電路(A1)中的非線性變換電路，其特征是它含由穩(wěn)壓管(D8)、電阻(R23)、電阻(R24)與電阻(R14)，其電連接是電阻(R23)及電阻(R24)與穩(wěn)壓管(D8)一極相連接，其中電阻(R23)的另一端接入一穩(wěn)定電壓(U6)上、電阻(R24)另一端接除數(shù)(I1)傳輸線、穩(wěn)壓管(D8)的另一極接地，電阻(R14)一端接除數(shù)(I1)傳輸線、另一端接地，穩(wěn)壓管是穩(wěn)壓二極管或集成穩(wěn)壓管。
17.根據(jù)權利要求2與14所述弧焊電源的電弧功率控制裝置取樣電路(A1)中的非線性變換電路，其特征是它含有運算放大電器(IC6)與電阻(R26)、電阻(R27)、電阻(R24)及電阻(R14)，運算放大電器(IC6)連接成電壓跟隨器電路、輸出端經(jīng)電阻(R24)與電阻(R14)及除數(shù)(U1)傳輸線相連接、電阻(R14)另一端接地，電阻(R26)與電阻(R27)相串聯(lián)、跨接在一穩(wěn)定電壓(U6)上、其串接點向運算放大器(IC6)同相端提供一設定電壓。
18.根據(jù)權利要求2與14所述弧焊電源電弧功率控制裝置中的非線性取樣變換電路、其特征是它含有運算放大器(IC8)、運算放大器(IC9)、電阻(R29)與電阻(R30)，運算放大電器(IC9)連接成電壓跟隨器電路、其同相端連接電壓跟隨器式除數(shù)箝位電路(A1)中運算放大器(IC3)同相端、輸出端經(jīng)電阻(R30)接至運算放大電器(IC8)的反相輸出端，電阻(R29)連接運算放大電器(IC8)反相輸入端與輸出端，未經(jīng)變換的弧電壓信號(U1))從運算放大器(IC8)同相端輸入，由輸出端輸出經(jīng)非線性變換后的弧電壓信號(U1)。
全文摘要
本發(fā)明是對弧焊電源(俗稱電焊機)的焊接電弧實現(xiàn)等功率或不同功率曲線控制的控制方法及裝置。它采用一個具有線性或非線性取樣變換功能的電路(A1)、將弧焊電壓(V0)變換為弧電壓信號(V1)，用一個除法電路將電壓信號(V1)與電弧功率設定信號(P1)進行除法運算(P1/V1)，輸出商數(shù)(I1)，以作為弧焊電源的電流控制信號。為防止過電流，采用兩種箝位電路(A31與A32)分別對除數(shù)與商數(shù)進行箝位。用該方法與裝置可以制造各種弧焊電源，并可對現(xiàn)有電流控制型弧焊電源進行升級改造，使之成為既是電流控制型，又是功率控制型的弧焊電源。
文檔編號B23K9/10GK1978114SQ20051012934
公開日2007年6月13日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權日2005年11月30日
發(fā)明者陳大可 申請人:陳大可