专利名称：一种起弧脉冲峰值电流控制电焊机及其控制方法
技术领域：
本发明属于电焊领域，特涉及一种起弧脉冲峰值电流控制电焊机及其控制方法。
背景技术：
传统的焊条电弧焊从空载到短路时其稳态电流Iwd设计得比焊接电流If大，其稳态电流Iwd与焊接电流If的比值范围为1. 25 < Iwd / If < 2，
增大的电流是引弧电流，焊条提起后电弧被引燃，输出电流衰减至焊接电流，完成引弧过程。引弧特性一般取决电流峰值和引弧电流衰减时间。引弧电流峰值太小和引弧电流时间过短则不利于热发射和热电离，使引弧困难；太大则引起飞溅大，甚至烧穿工件！参见张光先编著的《逆变电焊就原理与设计》第62页。
由于短路电流是变化的，提弧时机不好掌握，对焊工要求太高。有的还使用恒流带外拖外特性的弧焊电源，参见陈祝年编著的《焊接工程师手册》(ISBN 7-111-09859-5 (2002)第004545号)第225页，其结果是短路电流比焊接电流更大。焊条与工件容易互相粘住，引弧不成功。有时粘死会烧红烧坏焊条。传统的电焊机从空载到短路时其瞬时电流峰值Isd比焊接电流If大一倍以上，小于3倍。参见陈祝年编著的《焊接工程师手册》(ISBN 7-111-09859-5 (2002)第004545号)第228页.
当短路时电流从零上升到最大值时产生强大的功率，要远远大于正常工作功率！
分析如下通常可控硅或高频逆变焊接电源在恒流工作状态下，空载时其可控硅处于全导通或高频逆变开关管PWM调至最宽，反馈采样调节滞后，在短路瞬间一段时间内(从第一个波就开始)输出电压为最大值，这时输出功率最大！产生过流冲击，(张光先编著的《逆变电焊就原理与设计》第62页)这时易焊条粘结，同时将对功率器件产生威胁，极易受损。同时变压器由功率最小值突变到功率最大值，可能会产生偏磁，饱和和非晶材料的裂碎等严重后果！影响电源设备安全。这也是接触引弧焊接电源比非接触引弧焊接电源故障率高的根本原因。
发明内容
针对背景技术中传统电焊机短路引弧时所产生两种不好后果其一产生频繁过冲，电流威胁设备安全。其二容易粘结焊条，操作人员不好掌握。为克服上述缺陷，本发明提供了一种电焊接触引弧控制方法及装置，消除了频繁的过冲电流，大大提高了焊接电源的可靠性；其次消除了焊条粘结现象，很轻松起弧。本发明的技术方案是一种电焊起弧脉冲峰值电流控制法，其特征在于包括如下步骤
步骤一、焊条未短路时，电焊机保持PWM脉宽很小或SCR导通角很小；当焊条短路时瞬间，电焊机输出功率从最小值升到额定值；
步骤二、电焊机在短路期间施加低频低占空比脉冲电流；低频低占空比脉冲电流的起弧脉冲峰值电流在30A至3倍焊接电流之间；
步骤三、在焊条离开工件引弧成功后，切除限制输出电路，焊接电流从最小电流缓升至焊接电流，电焊机恢复正常工作。其有益效果是消除了频繁的过冲电流，大大提高了焊接电源的可靠性；其次消除了焊条粘结现象，很轻松起弧；小焊接电流时起弧脉冲峰值电流可大于焊接电流，这样易于起弧；大焊接电流起弧脉冲峰值电流可小于焊接电流，这样可减少冲击电流！
如上所述的电焊起弧脉冲峰值电流控制法，其特征在于所述步骤一中焊条未短路时，电焊机空载输出脉宽，空载输出脉宽小于为5%。其有益效果是可以保证电焊机短路第一波为小功率，减小冲击电流，同时能减小空载功耗，达到节能目的。如上所述的电焊起弧脉冲峰值电流控制法，其特征在于所述步骤二中低频低占 空比脉冲电流的频率范围为IOHZ至IKHZ ;占空比小于10%。其有益效果是不管多大的焊接电流，短路时输出的低占空比脉冲电流就是20A左右的平均电流值，焊条不会熔化而粘结，脉冲能量有利于热发射和热电离为起弧作好准备。如上所述的电焊起弧脉冲峰值电流控制法，其特征在于所述步骤三缓升时间范围为0. 001S-3S。其有益效果是减少电流冲击，电焊机恢复正常工作。一种起弧脉冲峰值电流控制电焊机，包括恒流调节器、变压器、整流器、PWM控制或可控硅移相控制、电流检测、电压检测、推力电流电路、焊接电流电路，所述恒流调节器、PWM控制或可控硅移相控制、变压器和整流器组成基本焊接电源，包括空载限制脉宽或移相电路和短路限制电流电路，所述空载限制脉宽或移相电路与PWM控制或可控硅移相控制和电流检测相连，所述短路限制电流电路与电流检测、电压检测和推力电流电路相连，所述短路限制电流电路与电流检测、电压检测和焊接电流电路相连，所述短路限制电流电路与电流检测、电压检测和起弧脉冲峰值电流电路相连，短路限制电流电路空载限制脉宽或移相电路根据电流检测结果限制PWM的宽度或可控硅移相；根据电流检测和电压检测的结果对短路限制电流电路进行控制，输出低频、低占空比、可设定峰值脉冲起弧电流，其特征在于它还包括起弧脉冲峰值电流电路，起弧脉冲峰值电流电路与短路限制电流电路、恒流调节器相连。其有益效果是消除了频繁的过冲电流，大大提高了焊接电源的可靠性；其次消除了焊条粘结现象，很轻松起弧。如上所述的起弧脉冲峰值电流控制电焊机，其特征在于所述起弧峰值电流电路的起弧脉冲峰值电流范围在30A至3倍焊接电流间设定。其有益效果是小焊接电流时起弧脉冲峰值电流可大于焊接电流，这样易于起弧。大焊接电流起弧脉冲峰值电流可小于焊接电流，这样可减少冲击电流！
如上所述短路限制电流电路包括低频低占空比震荡电路。如上所述的空载限制脉宽，主要由U2，D1，R13组成，在空载时，控制A点的电位，限制U3的输出脉宽。如上所述的推力电流电路，在附图2中主要由Q2，Q3，Q4，R18，R22, W2, R23，R24，R25, R26, R27，DZ1，U4，U8构成，并控制C点的电位，达到短路时无推力电流输出；
如上所述的短路限制电流电路，在附图2中由Q4，Q5，R17，R19，R24，R25，R26，R27，DZ1，U4，U8，W1，CO构成，控制B点电位，达到短路时输出最小焊接电流，起弧成功后，焊接电流从最小电流缓升至焊接电流。
如上所述的起弧脉冲峰值电流电路，在附图2中由R19，R28，U5，W3，U8构成，控制D点电位，达到短路时输出起弧脉冲峰值电流。
图I为发明电焊接触引弧控制焊接电源方框原理示意图。图2为电焊接触引弧控制(电压型PWM)电路原理示意图。图3为空载输出波形。图4为短路起弧输出电流波形。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的做进一步的说明。本发明采用了一种新的电焊接触引弧控制方法，消除了频繁的过冲电流，消除了焊条与工件的粘结。具体的接触引弧控制电路的结构与方法分析如下
本发明电焊接触引弧控制其包括由变压器、整流器、电流检测电路、、电压检测电路、(本发明增加的如图I虚线内的空载限制脉宽电路、短路限制电流电路、低频低占空比震荡电路、起弧脉冲峰值电流电路)、PWM控制或SCR移相控制、可控硅或高频逆变组成的可调节输出功率的焊接电源，如图I所示。本发明构成
I对电源开关管在空载PWM脉宽很小或SCR导通角很小，输出受到限制，
2在焊条短路时，输出低频低占空比给定峰值的脉冲电流。3当焊条离开工件起弧成功后，既焊接电压大于10伏和焊接电流大于零时切除限制输出电路，焊接电流从最小电流缓升至焊接电流恢复正常工作。本发明实施方案
电路如图2所示，是一种电压型PWM控制电路类型。分析如下第I阶段(空载)
在空载时没有焊接电流，给定的焊接电流和推力电流为正值送到调节器Ul，Ul这时输出最小值，Ql截止，U3 (3525)是电压型脉宽调制集成电路，第9脚电压高低决定输出脉宽，驱动功率开关器件达到可调节输出功率。第9脚此时就是输出的最大值！
电流采样电路没有信号送到U2组成电流阈值比较电路，U2输出低电平，R13经Dl将U3 ( 3525)第9脚电位(既A点)将被拉低，调节R13，U3第9脚电压钳制在输出脉宽最小的电压值。一般空载输出脉宽小于为5%,本实施例将空载输出脉宽调至3%,保证短路第一波为小功率，如图3中波形所示。第2阶段(短路)
当焊条和工件接触时，输出电流> 0，U2输出高电平+15V，Dl反偏截止，R13不能分压U3 ( 3525)第9脚电位，由Ul (3140)和Ql对U3 (3525)进行恒流控制。这时输出电压小于10V，光耦U4不工作，Ql导通，电压信号=0送至专用集成电路U8 (YG-2012A)第34脚。U2电流信号=1送至专用集成电路U8 (YG-2012A)第7脚。U8第I脚这时输出高电平，通过Q5控制焊接电流最小电流输出(锁定B点电位)。U8第13脚输出的频率范围为IOHZ至1KHZ。U8第13脚这时输出200Hz左右低占空比(3%左右)脉冲信号经U5控制，限制电流输出，既97%时间输出最小电流，3%时间输出给定峰值电流。由W3设定短路脉冲峰值电流输出(控制D点电位)起弧脉冲峰值电流范围；30A — 3倍焊接电流间选定。同时Q3将由U8第31脚输出高电平控制，无推力电流输出。(锁定C点电位)
调节RWl合适值,在Q5导通时,不管给定电流多大(锁定B点电位),输出就是稳定的最
小的电流，本实施例选定IOA左右。不管焊接电流和推力电流多大，输出的低占空比脉冲电流就是20A左右的平均电流值，焊条不会熔化而粘结，脉冲能量有利于热发射和热电离为起弧作好准备，其波形如图4所示。第3阶段(起弧) 当焊条提起引弧成功后，焊接电压大于10伏，U4导通，Q4截止，电压信号=1，电流信号=1，U6将关闭第I脚，13脚和31脚输出，CO将通过R19和Wl被充电，其时间常数决定上升斜率，达到控制焊接电流从最小电流缓升至焊接电流，缓升时间范围为0. 001S-3S。本实例缓升时间为0. 5S，只要电流不断，期间有熔滴过渡时，焊接电压掉下来，锁定正常工作状况不变！保证限流电路被切除。电流信号=0后，限流电路将恢复工作。其波形如图4所示。还有其他各种电路(包括可控硅移相触发电路)有很多种方案，故没画出具体电路。其他电路组成与本发明实施方案一样，其工作原理与工作过程与本发明实施方案相同，不在叙述。在实验时，本发明人同时作了传统的电焊机和新型带接触引弧控制的电焊机的引弧实验，在大电流时，传统的电焊机时有过流保护，有时焊条粘死烧红。而用本发明的带接触引弧控制的电焊机引弧时，没有发生过流保护和焊条粘住现象。综上所述，本发明提出的新型电焊接触引弧控制电源与传统的电焊机相比，引弧时消除了频繁的过冲电流，大大提高了焊接电源的可靠性。其次消除了焊条粘结现象，很轻松起弧，效果极佳，不失为一种好的焊接电源。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。参考文献I :《焊接工程师手册》，陈祝年，编著，ISBN 7-111-09859-5(2002)第 004545 号。参考文献2 :《逆变电焊就原理与设计》张光先，编著。
权利要求
1.一种电焊起弧脉冲峰值电流控制法，其特征在于包括如下步骤 步骤一、焊条未短路吋，电焊机保持PWM脉宽很小或SCR导通角很小；当焊条短路时瞬间，电焊机输出功率从最小值升到额定值； 步骤ニ、电焊机在短路期间施加低频低占空比脉冲电流；低频低占空比脉冲电流的起弧脉冲峰值电流在30A至3倍焊接电流之间； 步骤三、在焊条离开エ件引弧成功后，切除限制输出电路，焊接电流从最小电流缓升至焊接电流，电焊机恢复正常工作。
2.如权利要求I所述的电焊起弧脉冲峰值电流控制法，其特征在于所述步骤一中焊条未短路吋，电焊机空载输出脉宽，空载输出脉宽小于为5%。
3.如权利要求I所述的电焊起弧脉冲峰值电流控制法，其特征在于所述步骤ニ中低频低占空比脉冲电流的频率范围为IOHZ至IKHZ ;占空比小于10%。
4.如权利要求1、2或3所述的电焊起弧脉冲峰值电流控制法，其特征在于所述步骤三缓升时间范围为O. 001S-3S。
5.ー种起弧脉冲峰值电流控制电焊机，包括恒流调节器、变压器、整流器、PWM控制或可控硅移相控制、电流检测、电压检测、推力电流电路、焊接电流电路，所述恒流调节器、PWM控制或可控硅移相控制、变压器和整流器组成基本焊接电源，包括空载限制脉宽或移相电路和短路限制电流电路，所述空载限制脉宽或移相电路与PWM控制或可控硅移相控制和电流检测相连，所述短路限制电流电路与电流检测、电压检测和推力电流电路相连，所述短路限制电流电路与电流检测、电压检测和焊接电流电路相连，所述短路限制电流电路与电流检测、电压检测和起弧脉冲峰值电流电路相连，短路限制电流电路空载限制脉宽或移相电路根据电流检测结果限制PWM的宽度或可控硅移相；根据电流检测和电压检测的结果对短路限制电流电路进行控制，输出低频、低占空比、可设定峰值脉冲起弧电流，其特征在于它还包括起弧脉冲峰值电流电路，起弧脉冲峰值电流电路与短路限制电流电路、恒流调节器相连。
6.如权利要求5所述的起弧脉冲峰值电流控制电焊机，其特征在于所述起弧峰值电流电路的起弧脉冲峰值电流范围在30A至3倍焊接电流间设定。
全文摘要
本发明属于电焊领域，特涉及一种起弧脉冲峰值电流控制电焊机及其控制方法。本发明提供通过电焊机在短路期间施加低频低占空比脉冲电流，使低频低占空比脉冲电流的起弧脉冲峰值电流在30A至3倍焊接电流之间。这样小焊接电流时引弧脉冲峰值电流可大于焊接电流，易于起弧；大焊接电流引弧脉冲峰值电流可小于焊接电流，当焊接起弧成功后，切除短路限制输出电路，焊接电流从最小电流缓升至焊接电流这样可减少冲击电流。
文档编号B23K9/06GK102848051SQ201210338049
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者刘裕国 申请人:刘裕国