专利名称：三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法
技术领域：
本发明涉及的是一种焊接技术领域的方法，具体是一种三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法。
背景技术：
由可控硅整流桥组成的大电流馈电系统在工业生产中有着广泛的应用。焊接电源中采用可控硅作为主回路中的功率器件是使用非常普遍的一种电路。主回路采用Y/Δ接法的三相全桥可控硅焊接电源，其一次线圈的相电压只有线电压的 而二次线圈的相电流只有线电流的 这样即可以减少线圈的匝数和导线的截面积；同时Y/Δ接法还有一个优点，可以消除铁芯过饱和时出现的3次谐波磁通的反电动势。传统的采用模拟控制器控制，主回路采用Y/Δ接法，同步变压器采用Y/Y接法的三相全桥可控硅焊接电源对三相电输入有相序要求，必须接正确，否则电源无法正常工作，即三相电源进线不可以任意接，而查明电源三相输入相序是否接正确还需要借助示波器或灯箱等辅助仪器进行人工测试，这给焊接电源现场安装调试及其维修带来很大的不便。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号200510024181.2，专利名称三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发，该专利提供一种三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发电路，其中，主回路采用Y/Δ接法，同步变压器采用Y/Y接法，该电路实现了主回路可控硅功率器件的全数字触发控制，但该数字触发电路对电源的三相输入相序仍有要求，如果三相进线顺序接错电源也将无法正常工作。。若该数字触发电路的同步电压信号取自主变压器二次侧，采用同样的控制方法，则可以实现电源三相进线不需校核相序的任意连接，但由于取自主变压器二次侧的同步电压信号受尖峰干扰和电网波形畸变影响很大，采用该方法无法保证能够得到可靠的同步信号，进而电源输出的稳定性就难以保证，受此局限该方法难以实际应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，使其实现了三相全桥可控硅焊接电源三相进线不需校核相序的任意连接。本发明采用软件识别电源三相进线相序关系，即根据三相进线的不同接入方式，采用软件自适应输出对应电源三相进线相序的数字触发脉冲，实现焊接电源的正确输出。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明焊接电源主变压器采用Y/Δ接法，同步变压器采用Y/Y接法，焊接电源控制系统核心DSP在完成初始化设置后，通过使能三路捕获中断1秒钟的时间来完成电源三相进线相序的识别，并将识别的结果存储到临时变量XIANGXU标志寄存器中，启动焊机工作时，通过查询XIANGXU标志寄存器中的值，软件自适应输出对应电源三相进线相序的数字触发脉冲，实现焊接电源的正确输出。
三相全桥可控硅焊接电源的同步变压器采用Y/Y接法，主变压器采用Y/Δ接法，其同步变压器的输出端4，5，6的相位和电源三相进线输入端1，2，3的相位分别对应相同，而同步变压器的输出端4，5，6的相位和主变压器次级的输出端8，9，10的相位由于电源三相进线输入端的接入方式不同而具有不同的对应关系。
对于三相交流电，其供电的相位为UB相滞后UA相120°，UC相滞后UB相120°。按此相序，若电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为UA，UB，UC或UB，UC，UA或UC，UA，UB中的任意一种，此种接法称之为正顺序，则UA和UB，UB和UC，UC和UA的相位差均为120°。主变压器次级(电压)的输出端8，9，10的相位比同步变压器的输出端4，5，6的相位分别对应提前30°，同步变压器的输出端4，5，6过零点时分别对应主变压器次级的输出端8，9，10过自然换相点。若电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为UA，UC，UB或UC，UB，UA或UB，UA，UC中的任意一种，此种接法称之为逆顺序，则UA和UC，UC和UB，UB和UA的相位差均为240°。主变压器次级的输出端8，9，10的相位比同步变压器的输出端4，5，6的相位分别对应滞后30°。同步变压器的输出端4，5，6过零点时分别对应主变压器次级的输出端10，8，9过自然换相点。电源三相进线输入端共有6种接入方式，无论接入方式如何排列，主变压器次级的输出端8，9，10的相位与同步变压器的输出端4，5，6的相位对应关系只有上述两种情况。
由电网获得的三相电压通过同步变压器输出端4，5，6输出三相同步电压，此三相同步电压与同步变压器的7端(公共零点)经过电阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和稳压管D1，D2，D3，D4，D5，D6构成回路(其中，电容C8，C9，C10和电阻R8，R9，R10起抗干扰作用)加到交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3上。当同步电压非零时，U1，U2，U3的输出导通，其4脚输出为低电平，经U7反向输出为高电平，当同步电压过零时，U1，U2，U3截止，其4脚输出为高电平，经U7反向输出为低电平从而产生三相同步电压过零点的同步信号，同步变压器次级输出端4，5，6端输出的三相同步电压分别对应产生三路同步信号CAP1，CAP2，CAP3，此三路同步信号由DSP控制器的事件管理器CAP1脚，CAP2脚，CAP3脚通过捕获其下降沿加以获得。
焊接电源开机后，为了使电源三相进线任意连接时焊接电源都能正常工作，首先要识别电源的相序。焊接电源开机后，焊接电源控制系统核心DSP在完成初始化设置后，开总中断并使能三路CAP捕获中断，捕获中断使能时间为1秒，在此期间，焊接电源控制系统进入相序自检阶段，即完成电源三相进线相序的识别。若电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为正顺序接法中的任意一种，由于此种接法UA和UB，UB和UC，UC和UA的相位差均为120°，所以以产生同步信号CAP1为起点，则三相同步电压过零点产生的同步信号CAP1，CAP2，CAP3经DSP捕获的顺序始终为CAP1，CAP3，CAP2；如果电源三相进线输入端1，2，3接入方式为逆顺序接法中的任意一种，由于此种接法UA和UC，UC和UB，UB和UA的相位差均为240°，以产生同步信号CAP1为起点，则三相同步电压过零点产生的同步信号CAP1，CAP2，CAP3经DSP捕获的顺序始终为CAP1，CAP2，CAP3。软件在自检阶段，DSP控制器的事件管理器CAP1脚，CAP2脚，CAP3脚对同步信号的下降沿进行捕获，产生中断请求并进入中断处理子程序中。在中断处理子程序中，软件根据ZIJIAN标志寄存器的值(ZIAJIAN标志寄存器在主程序初始化时被赋值为零)判断此时系统处于自检阶段，先根据中断标志寄存器中的标志位来判断是由哪路CAP产生的中断请求，如果是同步信号产生的CAP1中断请求，先将临时变量FLAG标志寄存器(FLAG标志寄存器在主程序初始化时被赋值为零)的值赋值给临时变量XIANGXU标志寄存器，然后将FLAG标志寄存器的值赋值为1；如果是同步信号产生的CAP2中断请求，则先将FLAG标志寄存器向左移4位，再将移完位后的FLAG标志寄存器的值加上2后赋值给FLAG标志寄存器；如果是同步信号产生的CAP3中断请求，则先将FLAG标志寄存器向左移4位，再将移完位后的FLAG标志寄存器的值加上3后赋值给FLAG标志寄存器。在自检阶段，上述操作循环进行，并且在每一次产生CAP1中断时，刷新一次XIANGXU寄存器中的数值。在自检结束后，ZIJIAN标志寄存器的值被赋值为1，XIANGXU寄存器中的数值将保持不变，如果XIANGXU寄存器中的值为132h，则电源三相进线输入端接入方式为正顺序接法中的任意一种；如果XIANGXU寄存器中的值为123h，则电源三相进线输入端接入方式为逆顺序接法中的任意一种。
正常启动焊机工作时，DSP控制器的事件管理器使能其CAP1，CAP2，CAP3中断请求，CAP1脚，CAP2脚，CAP3脚对同步信号的下降沿进行捕获，产生中断请求。在中断处理子程序中，软件根据ZIJIAN标志寄存器的值判断此时系统处于正常焊接阶段，DSP首先根据XIANGXU寄存器中的值加以判断电源三相进线输入端1，2，3的接入方式并决定输出触发脉冲的顺序。如果XIANGXU寄存器中的值为132h，则电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为正顺序。由于此种接入方法同步变压器的输出端4，5，6过零点时分别对应主变压器次级的输出端8，9，10过自然换相点，在每路CAP中断子程序里启动对应的通用定时器，以大于60°宽脉冲的触发方式输出移相大小可调的触发脉冲信号。其中，由CAP1产生的中断请求对应启动定时器T1，输出宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出送至可控硅S1和S4的门极G1和G4用于触发可控硅S1和S4；CAP2产生的中断请求对应启动定时器T2，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离电路输出送至可控硅S2和S5的门极G2和G5用于触发可控硅S2和S5；CAP3产生的中断请求对应启动定时器T3，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出送至可控硅S3和S6的门极G3和G6用于触发可控硅S3和S6。以上的触发顺序满足了同步电压过零点其对应触发的可控硅输入电压，即主变压器次级电压过自然换相点，进而能够保证了可控硅在其可调区间内全范围导通。
如果XIANGXU寄存器中的值为123h，则电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为逆顺序。由于此种接入方法同步变压器的输出端4，5，6过零点时分别对应主变压器次级的输出端10，8，9过自然换相点，在每路CAP中断子程序里启动对应的通用定时器，以大于60°宽脉冲的触发方式输出移相大小可调的触发脉冲信号。其中，由CAP1产生的中断请求对应启动定时器T3，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出送至可控硅S3和S6的门极G3和G6用于触发可控硅S3和S6；CAP2产生的中断请求对应启动定时器T1，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出送至可控硅S1和S4的门极G1和G4用于触发可控硅S1和S4；CAP3产生的中断请求对应启动定时器T2，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出送至可控硅S2和S5的门极G2和G5用于触发可控硅S2和S5。以上的触发顺序满足了同步电压过零点其对应触发的可控硅输入电压，即主变压器次级电压过自然换相点，进而能够保证了可控硅在其可调区间内全范围导通。
本发明较之采用常规的模拟触发控制方法及数字触发控制方法，具有实质性特点和显著进步。本发明采用数字信号处理器DSP作为控制系统核心，在不添加额外检测电路的基础上，通过软件编程对电源三相进线的相序加以判断，软件根据检测到的电源三相进线相序，输出对应的触发脉冲顺序，保证了焊接电源的可靠输出。本发明很好的解决了三相全桥可控硅焊接电源三相进线有相序连接的问题，即实现了三相进线不需校核相位的无相序连接，对电源现场安装调试及其维修带来很大的方便。
图1三相全桥可控硅焊接电源主回路及其同步触发电路的原理2三相交流电波形及相位差图3正顺序接法同步变压器输出端4与主变压器次级的输出端8，9，10的相位关系4正顺序接法同步变压器输出端4，5，6产生的同步信号CAP1，CAP2，CAP3的顺序5逆顺序接法同步变压器输出端4与主变压器次级的输出端8，9，10的相位关系6逆顺序接法同步变压器输出端4，5，6产生的同步信号CAP1，CAP2，CAP3的顺序图
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例如图1所示，电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为UA，UC，UB。焊接电源三相进线相序检测及其焊接过程中自适应输出触发脉冲信号的实施过程如下1.电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为UA，UC，UB，同步电压的UA′相位与主变压器次级三相电压相位的对应关系，如图5。UA′相位(同步变压器输出端4的相位)提前UAC相位(主变压器次级的输出端8的相位)30°，此时，同步电压UA′过零点其对应的主变压器次级电压UBA(主变压器次级的输出端10)过自然换相点。以产生触发信号CAP1为起点，则三相同步电压产生的同步信号经DSP捕获的顺序始终为CAP1，CAP2，CAP3，如图6。
2.焊接电源开机后，焊接电源控制系统核心DSP在完成初始化设置后，使能捕获中断，捕获中断使能时间为1秒，此时焊接电源控制系统进入自检阶段，在这段时间内完成电源三相进线相序的识别。在自检结束后，ZIJIAN标志寄存器的值被赋值为1，XIANGXU寄存器中的数值将保持不变，检测XIANGXU寄存器中的值为123h，说明电源三相进线接入方式为逆顺序。
3.正常启动焊机工作时，DSP控制器的事件管理器使能其CAP1，CAP2，CAP3中断请求，CAP1脚，CAP2脚，CAP3脚对同步信号的下降沿进行捕获，产生中断请求。在进入中断处理子程序中后，软件根据ZIJIAN标志寄存器的值判断此时系统处于正常焊接阶段，DSP根据检测到的XIANGXU寄存器中的值为123h进入逆顺序处理分支。在逆顺序处理分支中，DSP通过检测中断标志寄存器的标志位的值来判断是由哪路CAP产生中断请求，由于电源三相进线输入端接入方式为UA，UC，UB，所以同步电压UA′(UA′和UA相位相同)过零点产生CAP1中断请求，CAP1中断请求启动对应的定时器T3，输出的大于60°的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出用于触发S3和S6，此时，如果同步电压UA′是正向过零点，则可控硅S3满足导通条件，可控硅S3按照输出的控制角导通，如果同步电压UA′是负向过零点，则可控硅S6满足导通条件，可控硅S6按照输出的控制角导通。同理，同步电压UB′(UB′和UB相位相同)过零点产生CAP2中断请求，CAP2中断请求启动对应的定时器T1，输出的大于60°的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出用于触发S1和S4；同步电压UC′(UC′和UC相位相同)过零点产生CAP3中断请求，CAP3中断请求启动对应的定时器T2，输出的大于60°的宽触发脉冲触发S2和S5。上述的相序自适应触发顺序保证了焊机的正确输出。
进一步如图2-6所示，三相交流电供电的相位为UB相滞后UA相120°，UC相滞后UB相120°。按此相序，若电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为UA，UB，UC或UB，UC，UA或UC，UA，UB中的任意一种，此种接法称之为正顺序，则UA和UB，UB和UC，UC和UA的相位差均为120°。若电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为UA，UC，UB或UC，UB，UA或UB，UA，UC中的任意一种，此种接法称之为逆顺序，则UA和UC，UC和UB，UB和UA的相位差均为240°。三相交流电波形及相位差如图2。焊接电源三相进线为正顺序接法时，主变压器次级的输出端8，9，10的相位比同步变压器的输出端4，5，6的相位分别对应提前30°，同步变压器的输出端4，5，6过零点时分别对应主变压器次级的输出端8，9，10过自然换相点。图3为正顺序接法时同步变压器输出端4与主变压器次级的输出端8，9，10的相位关系图。正顺序接法时，以产生同步信号CAP1为起点，三相同步电压过零点产生的同步信号CAP1，CAP2，CAP3经DSP捕获的顺序始终为CAP1，CAP3，CAP2，如图4。焊接电源三相进线为逆顺序接法时，主变压器次级的输出端8，9，10的相位比同步变压器的输出端4，5，6的相位分别对应滞后30°。同步变压器的输出端4，5，6过零点时分别对应主变压器次级的输出端10，8，9过自然换相点。图5为逆顺序接法时同步变压器输出端4与主变压器次级的输出端8，9，10的相位关系图。逆顺序接法时，以产生同步信号CAP1为起点，三相同步电压过零点产生的同步信号CAP1，CAP2，CAP3经DSP捕获的顺序始终为CAP1，CAP2，CAP3，如图6。
本发明很好的解决了三相全桥可控硅焊接电源三相进线有相序连接的问题，即实现了三相进线不需校核相位的无相序连接，对电源现场安装调试及其维修带来很大的方便。
权利要求
1.一种三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，其特征在于，焊接电源主变压器采用Y/Δ接法，同步变压器采用Y/Y接法，焊接电源控制系统核心DSP在完成初始化设置后，通过使能触发中断1秒钟的时间来完成电源三相进线相序的识别，并将识别的结果存储到相序标志寄存器中，根据三相进线的正顺序或者逆顺序接入方式，采用软件自适应输出对应电源三相进线相序的数字触发脉冲，实现焊接电源的正确输出。
2.如权利要求1所述的三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，其特征是，在焊机启动工作时，在中断处理子程序中，DSP根据检测到的相序标志寄存器中的值来转入到各触发顺序分支，如果相序标志寄存器的值为123h，即电源三相进线为逆顺序接入，则CAP1产生的中断请求对应启动定时器T3，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出用于触发可控硅S3和S6；CAP2产生的中断请求对应启动定时器T1，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出用于触发可控硅S1和S4；CAP3产生的中断请求对应启动定时器T2，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出用于触发可控硅S2和S5。
3.如权利要求1或者2所述的三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，其特征是，对于三相交流电，其供电的相位为UB相滞后UA相120°，UC相滞后UB相120°，按此相序，若电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为UA，UC，UB或UC，UB，UA或UB，UA，UC中的任意一种，此种接法称之为逆顺序，则UA和UC，UC和UB，UB和UA的相位差均为240°，主变压器次级的输出端8，9，10的相位比同步变压器的输出端4，5，6的相位分别对应滞后30°，同步变压器的输出端4，5，6过零点时分别对应主变压器次级的输出端10，8，9过自然换相点。
4.如权利要求1或者2所述的三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，其特征是，如果电源三相进线输入端1，2，3接入方式为逆顺序接法中的任意一种，由于此种接法UA和UC，UC和UB，UB和UA的相位差均为240°，以产生触发信号CAP1为起点，则三相同步电压过零点产生的触发信号CAP1，CAP2，CAP3经DSP捕获的顺序始终为CAP1，CAP2，CAP3。
5.如权利要求1所述的三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，其特征是，在焊机启动工作时，在中断处理子程序中，如果判断相序标志寄存器的值为132h，即电源三相进线为正顺序接入，则CAP1产生的中断请求对应启动定时器T1，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出用于触发可控硅S1和S4；CAP2产生的中断请求对应启动定时器T1，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出用于触发可控硅S2和S5；CAP3产生的中断请求对应启动定时器T2，输出的宽触发脉冲信号经光电隔离驱动电路输出用于触发可控硅S3和S6。
6.如权利要求1或者5所述的三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，其特征是，对于三相交流电，其供电的相位为UB相滞后UA相120°，UC相滞后UB相120°，按此相序，若电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为UA，UB，UC或UB，UC，UA或UC，UA，UB中的任意一种，此种接法称之为正顺序，则UA和UB，UB和UC，UC和UA的相位差均为120°，主变压器次级的输出端8，9，10的相位比同步变压器的输出端4，5，6的相位分别对应提前30°，同步变压器的输出端4，5，6过零点时分别对应主变压器次级的输出端8，9，10过自然换相点。
7.如权利要求1或者5所述的三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，其特征是，若电源三相进线输入端1，2，3的接入方式为正顺序接法中的任意一种，由于此种接法UA和UB，UB和UC，UC和UA的相位差均为120°，所以以产生触发信号CAP1为起点，则三相同步电压过零点产生的触发信号CAP1，CAP2，CAP3经DSP捕获的顺序始终为CAP1，CAP3，CAP2。
8.如权利要求1或者2或者5所述的三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，其特征是，软件在自检阶段，DSP控制器的事件管理器CAP1脚，CAP2脚，CAP3脚对同步信号的下降沿进行捕获，产生中断请求并进入中断处理子程序中，在中断处理子程序中，软件根据ZlJIAN标志寄存器的值判断此时系统处于自检阶段，ZIAJIAN标志寄存器在主程序初始化时被赋值为零，先根据中断标志寄存器中的标志位来判断是由哪路CAP产生的中断请求，如果是同步信号产生的CAP1中断请求，先将临时变量FLAG标志寄存器的值赋值给临时变量XIANGXU标志寄存器，FLAG标志寄存器在主程序初始化时被赋值为零，然后将FLAG标志寄存器的值赋值为1；如果是同步信号产生的CAP2中断请求，则先将FLAG标志寄存器向左移4位，再将移完位后的FLAG标志寄存器的值加上2后赋值给FLAG标志寄存器；如果是同步信号产生的CAP3中断请求，则先将FLAG标志寄存器向左移4位，再将移完位后的FLAG标志寄存器的值加上3后赋值给FLAG标志寄存器；在自检阶段，上述操作循环进行，并且在每一次产生CAP1中断时，刷新一次XIANGXU寄存器中的数值，在自检结束后，ZIJIAN标志寄存器的值被赋值为1，XIANGXU寄存器中的数值将保持不变，如果XIANGXU寄存器中的值为132h，则电源三相进线输入端接入方式为正顺序接法中的任意一种；如果XIANGXU寄存器中的值为123h，则电源三相进线输入端接入方式为逆顺序接法中的任意一种。
全文摘要
一种电焊机技术领域的三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发控制方法，焊接电源主变压器采用Y/Δ接法，同步变压器采用Y/Y接法，焊接电源控制系统核心DSP在完成初始化设置后，通过使能触发中断1秒钟的时间来完成电源三相进线相序的识别，并将识别的结果存储到相序标志寄存器中，启动焊机工作时，通过查询相序标志寄存器中的值，软件自适应输出对应电源三相进线相序的数字触发脉冲，实现焊接电源的正确输出。本发明很好地解决了三相全桥可控硅焊接电源三相进线有相序连接的问题，即实现了三相进线不需校核相位的无相序连接，对电源现场安装调试及其维修带来很大的方便。
文档编号B23K9/10GK1712172SQ20051002793
公开日2005年12月28日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者宋政, 刘伟, 华学明, 赵楠, 李芳 , 吴毅雄 申请人:上海交通大学