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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(xué)院機(jī)電工程系		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月06日
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交流焊接電源的安全節(jié)能改造
金秀慧
(德州學(xué)院機(jī)電工程系， 山東德州 253023)
的應(yīng)用非常廣泛，但其空載時(shí)間較長，空載電壓高，一方面造成大量電能的浪費(fèi)，另一方面危及操作人員的
從實(shí)際出發(fā)．設(shè)計(jì)了一套安全節(jié)能控制器，將其應(yīng)用于交流電弧焊機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)
安全；節(jié)能；改造
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009—9492 (2010)12-0068-02
1引言
目前．電弧焊機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)、建筑施工、設(shè)備維修等
領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(jī)用戶仍然采用結(jié)
構(gòu)簡單、價(jià)格較低的交流焊機(jī)， 目前交流焊機(jī)仍然有很大
的使用量。
交流焊機(jī)的負(fù)載持續(xù)率較低．一般標(biāo)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(shí)際應(yīng)用過程中． 如果按照額定電流工
作，其暫載率將低于標(biāo)定值， 即焊機(jī)將有一半的時(shí)間處于
空載閑置狀態(tài)．而焊機(jī)空載時(shí)變壓器副邊電壓高達(dá)50V～
90V，遠(yuǎn)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(jī)空載時(shí)，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(fèi)， 給企業(yè)、社會帶來很大
經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)變壓器為強(qiáng)感性負(fù)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(yùn)行。造成
這些不良后果的根本原因就是交流焊機(jī)的空載運(yùn)行。現(xiàn)
在， 國家對工人的人身安全非常重視，將其作為建設(shè)和諧
社會的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)設(shè)備的安全性要求較高。另
外節(jié)約能源、建設(shè)節(jié)約型社會也是每個(gè)人義不容辭的責(zé)
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(jìn)行簡單實(shí)用的改造，實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能的控制目標(biāo)。
2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路
該系統(tǒng)要做到焊接時(shí)能正常接通電源，順利起弧，空
載時(shí)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(jī)控制電
路、交流控制電路等組成。自動檢測電路實(shí)時(shí)檢測焊機(jī)的
工作狀態(tài)。并將檢測信息輸入單片機(jī)控制電路， 由單片機(jī)
發(fā)出指令完成自動切換電源、觸電報(bào)警等功能。當(dāng)要焊接
時(shí)， 只需按正常焊接操作，焊條和焊件短接一下，單片機(jī)
輸出接通電源指令，使焊機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)電焊機(jī)
連續(xù)工作時(shí)單片機(jī)將輸出連續(xù)供電指令，使電焊機(jī)保持連
續(xù)T作電壓； 當(dāng)停止焊接時(shí)，檢測電路會把數(shù)據(jù)送到單片
機(jī)通過運(yùn)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(shí)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(shè)計(jì)
信號檢測電路是整個(gè)控制系統(tǒng)的輸入環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)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(jī)的
輸人信號，單片機(jī)的輸入信號在0．0V一3-3V之間。檢測電
路與單片機(jī)協(xié)調(diào)工作過程如下。
(1)空載時(shí)，該檢測電路輸出最高電壓為1．5V， 如果
單片機(jī)接收到的信號低于或等于1．5V， 電機(jī)為空載，單片
機(jī)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(shí)， 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(shí)單片機(jī)立即切斷品閘管的觸發(fā)
脈沖， 同時(shí)輸出一控制信號使得交流接觸器導(dǎo)通， 電焊機(jī)
進(jìn)入焊接工作狀態(tài)。
78L05
圖2 信號檢測電路
(3)焊機(jī)正常工作時(shí)檢測電路輸出最低電壓為2．1V，
當(dāng)單片機(jī)檢測到的信號低于2．1V時(shí)．說明焊機(jī)為空載狀
態(tài)．單片機(jī)輸出一控制信號，斷開交流接觸器， 同時(shí)接通
晶閘管電容支路，降低變壓器原邊所接電源電壓，此時(shí)電
焊機(jī)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(jī)的肩弧提供一個(gè)小的啟動電流。
(4) 當(dāng)發(fā)生觸電事故時(shí)，單片機(jī)將發(fā)出信號進(jìn)行報(bào)
警．并迅速切斷電源。
4單片機(jī)電源電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用體積小、編程靈活的單片機(jī)控制方式，可
以有效減小硬件電路，提高控制精度。單片機(jī)采用凌陽十
六位單片機(jī)SPCE061A，它的顯著特點(diǎn)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(diǎn)，此單片機(jī)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(jī)具有較高的性能價(jià)格
比．這也是其適用于價(jià)位較低的傳統(tǒng)交流焊接電源改造的
一個(gè)重要因素。
為使單片機(jī)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(shí)用、體積小、成本低的原
則．在控制器內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)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(shè)計(jì)
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(dāng)電焊機(jī)處于焊接工作狀態(tài)時(shí)
交流接觸器支路導(dǎo)通，焊機(jī)的變壓器正常通電380V； 當(dāng)
圖3 單片機(jī)電源電路
電焊機(jī)處于空載狀態(tài)時(shí)，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(dá)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(jī)的信號進(jìn)行處理，識別焊機(jī)所處的T作狀態(tài)，單片機(jī)將
輸出相應(yīng)的控制信號去控制交流接觸器和晶閘管，從而實(shí)
現(xiàn)焊機(jī)的空載自停、起弧自通的}1動控制過程。由于單片
機(jī)的輸出信號不能直接驅(qū)動交流接觸器導(dǎo)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(jī)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(jī)的T作電壓保持
在67V左右，空載時(shí)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(jī)的二次啟動， 提高了焊機(jī)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(shè)計(jì)既可
以應(yīng)用于單獨(dú)的安全節(jié)能裝置．也可以應(yīng)用于具有安全節(jié)
能功能的整體焊機(jī)的生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[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(jìn)[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(xué)本科，教
授 研究領(lǐng)域： 電子技術(shù)。已發(fā)表論文6O篇。
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f編輯：向 飛)

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