[發明專利]直流弧焊、直流電機驅動兩用機

有效

• 申請號: 201410149996.2
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103944429A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 欒亞倫;王興智;楊松;張格文
• 申請（專利權）人: 濟南田中工貿有限公司
• 主分類號: H02M7/40
• 分類號: H02M7/40
• 代理公司: 山東濟南齊魯科技專利事務所有限公司 37108
• 代理人: 宋永麗

技術領域

本發明涉及一種發電設備，具體地說是一種直流弧焊、直流電機驅動兩用機。

背景技術

逆變式直流弧焊機的工作原理是：將50HZ三相380V交流電整流、逆變成高頻（20KHZ以上）交流電，然后經逆變主變壓器降壓、再整流，通過弧焊控制線路將輸出一個適合電焊要求的“電壓-電流”特性的直流電，從而施實電焊作業。而直流電機則需要一個滿足直流電機“電壓-電流”特性以及“弱磁調速”特性要求的直流電，因此目前帶有動力可移動式的焊接設備均設置兩套獨立的動力設備，分別用于驅動車輛行走以及向焊機供電，設備自身成本較高。另外，目前由交流內燃發電機組做為動力的直流電機驅動電路，都是機組提供的交流電經工頻變壓器降壓、整流來驅動直流電機運轉，顯然工頻變壓器不僅體積大、重量重，而且耗費的鐵損與銅損都較大，不僅效率低而且成本也相應較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種直流弧焊、直流電機驅動兩用機，它能夠使用一套發電設備來分別驅動直流行走電機和直流弧焊機，有利于降低設備自身成本，本發明逆變電路采用了高頻主變壓器，與現有采用工頻變壓器的驅動電路相比，大幅減小了設備體積及重量，提高了效率，同時進一步降低了設備成本。

本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現：包括主電路和控制電路，主電路包括整流器，整流器的輸出端與濾波器的輸入端連接，濾波器的輸出端與逆變單元的輸入端連接，逆變單元的輸出端與高頻主變壓器的輸入端連接，高頻主變壓器的輸出端與高頻整流器的輸入端連接，高頻整流器的輸出端與高頻濾波器的輸入端連接，控制電路包括高頻信號發生電路、頻率檢測電路、信號處理運算電路、采樣電路、中央控制器、切換電路、多功能轉換輸入電路。主電路及控制電路的連接關系如下：整流器將輸入的電壓、頻率可變的三相交流電通過整流器U9后整流成直流電，濾波器由電容C1、電容C5、電容C6和電阻R1、電阻R2組成，電容C1為吸收電容，C5、C6為濾波電容，R1、R2為均壓電阻，電容C1的一端與整流器U9的正輸出端相連，另一端與整流器U9的負輸出端相連，電阻R1與電容C5并聯，電阻R2與電容C6并聯，電容C5正極與電容C1的一端相連，電容C5負極與電容C6正極相連，電容C6負極與電容C1的另一端相連，逆變單元將輸入的直流電通過逆變單元U10逆變輸出頻率10~100kHz高頻交流電，高頻主變壓器由高頻變壓器T3、直流接觸器K3和接線柱J8組成，接線柱J8為直流接觸器K3線圈外部接線柱，通過控制直流接觸器K3來實現改變高頻變壓器T3的匝數，高頻變壓器T3由一次側的繞組Ⅰ、繞組Ⅱ和二次側一個繞組構成，高頻變壓器T3的一次側兩個繞組串聯，一次側繞組Ⅰ的另一端與逆變單元U10交流輸出側一端相連，一次側繞組Ⅱ的另一端與逆變單元U10交流輸出側另一端相連，直流接觸器K3的常開觸點與一次側繞組Ⅱ并聯，直流接觸器K3的線圈兩端分別連接到接線柱J8的引腳1和引腳2，高頻變壓器T3的二次側繞組兩端進行輸出，高頻變壓器T3將二次側繞組兩端得到的交流電通過高頻整流器U13整流輸出直流電，高頻濾波器由電感L4和電容C7組成，電感L4的一端與高頻整流器U13的正輸出端相連，電感L4的另一端與電容C7的正極相連，電容C7的負極與高頻整流器U13的負輸出端相連，兩用機的外部正輸出端與電容C7的正極相連，兩用機的外部負輸出端與電容C7的負極相連，高頻信號發生電路的電源模塊U15的引腳1接至電源'12V，電源模塊U15的引腳2接至電源'0V，電源模塊U15的引腳3上得到電源-15V，電源模塊U15的引腳4接至0V電源，電源模塊U15的引腳5上得到電源+15V，電容C41與電容C42串聯，電容C41的負極與電源模塊U15的引腳3相連，電容C41的正極與電源模塊U15的引腳4相連，電容C42的正極與電源模塊U15的引腳5相連，電容C44與電容C41并聯，電容C43與電容C42并聯，電源模塊U16的引腳1接至電源+15V，電源模塊U16的引腳2接至電源0V，電容C46的正極與電源模塊U16的引腳3相連，電容C46的負極接至電源0V，電容C45與電容C46并聯，給定電壓信號QG經電容C9、電容C10、電阻R4、電阻R5、運算放大器U15、電阻R6、電容C11組成的濾波網絡到控制芯片U1的5腳，為控制芯片U1工作提供給定信號，電阻R4的一端與電容C9相連，電容C9另一端接至電源0V，電阻R4的另一端與運算放大器U15的同相輸入端相連，電阻R5與電容C10并聯后一端與運算放大器U15的同相輸入端相連，另一端接至電源0V，運算放大器U15的反相輸入端與輸出端相連，通過電阻R6連接到控制芯片U1引腳5，控制芯片U1的引腳5與電容C11一端相連，電容C11另一端接至電源0V，電阻R7、電阻R8、電容C28、電容C29使控制芯片U1工作能夠軟啟動，電阻R8與電容C29并聯，電容C29的正極與控制芯片U1引腳1，電容C29的負極接至電源0V，電阻R7與電容C28串聯，電容C28的負極接至電源0V，電容C29的正極與控制芯片U1引腳2，電阻R7的另一端與控制芯片U1引腳1相連，電流傳感器U11對高頻變壓器一次側電流進行采樣所得信號經過電阻R14、電阻R15、電阻R16、電阻R17、電容C18組成的濾波網絡到控制芯片U1的4腳，為控制芯片U1工作提供給定信號，電阻R16與電阻R17串聯，電阻R17的另一端與電流傳感器U11的輸出相連，電阻R16的另一端與控制芯片U1引腳4相連，控制芯片U1引腳4通過電阻R14接至-15V電源，控制芯片U1引腳4通過電阻R15接至電源0V，諧波補償電路由電阻R11、電阻R12、電容C15、電容C16、運算放大器U16組成，運算放大器U16的同相輸入端與控制芯片U1引腳8相連，運算放大器U16的反相輸入端與輸出端相連，電阻R11、電容C16串聯后與電阻R12和電容C15并聯，電容C15一端與控制芯片U1引腳4相連，電容C15另一端與運算放大器U16輸出端相連，震蕩定時電路由電阻R9、電阻R10、電容C12、電容C14組成，電阻R9與電阻R10并聯，一端與控制芯片U1引腳8相連，另一端接至電源0V，電容C12與電容C14并聯，一端與控制芯片U1引腳9相連，另一端接至電源0V，電流傳感器U11對高頻變壓器一次側電流進行采樣所得信號經過電阻R17、電阻R18、電阻R19、電容C18、電容C19為控制芯片U1提供外部關斷，電阻R17與電阻R18串聯連接到控制芯片U1引腳16，電阻R19與電容C19并聯，一端與控制芯片U1引腳16相連，另一端接至電源0V，電阻R13為控制芯片U1輸出級偏置電壓輸入的保護電阻，電容C13、電容C17、電容C30、電容C31為濾波電容，電阻R13一端與控制芯片U1引腳15相連，電阻R13另一端與控制芯片U1引腳13相連，電容C13與電容C30并聯，一端與控制芯片U1引腳15相連，另一端接至電源0V，電容C17與電容C31并聯，一端與控制芯片U1引腳13相連，另一端接至電源0V，由二極管D10、二極管D11、電阻R20、電阻R21、電阻R22、電阻R23、三極管Q1、三極管Q2、三極管Q3、三極管Q4、電阻R24、電容C20組成全橋電路，兩路信號經過隔離變壓器T1、隔離變壓器T2、電容C21、電容C22、電容C23、電容C24、電阻R25、電阻R26、電阻R27、電阻R28、電阻R29、電阻R30、電阻R31、電阻R70、二極管D12、二極管D13、二極管D14、二極管D15變為四路信號驅動逆變單元，三極管Q1的基極通過電阻R20與控制芯片U1引腳14相連，三極管Q3的基極通過電阻R21與控制芯片U1引腳14相連，二極管D10的陰極與控制芯片U1引腳14相連，二極管D10的陽極接至電源0V，三極管Q2的基極通過電阻R22與控制芯片U1引腳11相連，三極管Q4的基極通過電阻R23與控制芯片U1引腳11相連，二極管D11的陰極與控制芯片U1引腳14相連，二極管D11的陽極接至電源0V，三極管Q1集電極與三極管Q3集電極相連后與隔離變壓器T1和隔離變壓器T2的引腳1相連，三極管Q2集電極與三極管Q4集電極相連后，與電阻R24和電容C20并聯后的一端相連，電阻R24和電容C20并聯后的另一端與隔離變壓器T1和隔離變壓器T2的引腳2相連，三極管Q3發射極接至電源0V，三極管Q4發射極接至電源0V，三極管Q1發射極與三極管Q2發射極相連，二極管D15與電阻R70串聯后與電阻R25并聯，二極管D15陰極與隔離變壓器T1引腳6相連，電阻R70的另一端與電容C21一端相連，電容C21另一端與隔離變壓器T1引腳5相連，二極管D12與電阻R29串聯后與電阻R26并聯，二極管D12陰極與隔離變壓器T1引腳3相連，電阻R29的另一端與電容C22一端相連，電容C22另一端與隔離變壓器T1引腳4相連，二極管D13與電阻R30串聯后與電阻R27并聯，二極管D13陰極與隔離變壓器T2引腳6相連，電阻R30的另一端與電容C23一端相連，電容C23另一端與隔離變壓器T2引腳5相連，二極管D14與電阻R31串聯后與電阻R28并聯，二極管D14陰極與隔離變壓器T2引腳3相連，電阻R31的另一端與電容C24一端相連，電容C24另一端與隔離變壓器T2引腳4相連，分別在電容C21、電容C22、電容C23、電容C24兩端得到四路信號驅動逆變單元，電阻R54、二極管D2、光耦U6、電阻R61、R62組成頻率檢測電路，得到相應的頻率信號送入控制芯片U8，電阻R54的一端與三相交流電的U相相連，電阻R54的另一端與二極管D2的陽極相連，二極管D2的陰極與光耦U6的引腳1相連，光耦U6的引腳2與三相交流電的V相相連，光耦U6的引腳3與R61的一端相連，R61的另一端接至+5V電源，光耦U6的引腳3與R62的一端相連，R62的另一端接至控制芯片U8的引腳9，信號處理運算電路中控制芯片U8對信號處理輸出經過電阻R63、電容C4后得到電壓信號，該信號通過運算放大器U3的C部分U3C構成的電壓跟隨器后得到給定信號UQG，控制芯片U8引腳5通過電阻R63與運算放大器U3引腳10相連，電容C4的一端與運算放大器U3引腳10相連，電容C4的另一端接至電源0V，運算放大器U3引腳8與運算放大器U3引腳9相連，電路所使用的電流傳感器為電流型電流傳感器，在電阻R52上得到電壓經過二極管D1、電阻R32、電容C25、電感L5、電阻R3、電容C26、C27組成的濾波網絡，得到所需要的電壓，接到運算放大器U2的A部分U2A的反相端，電流傳感器U12對負載電流進行采樣得到的信號通過二極管D1、電感L5、電阻R3與運算放大器U2引腳2相連，二極管D1陽極與傳感器輸出相連，電阻R52的一端與二極管D1陽極相連，電阻R52的另一端接至電源0V，電阻R32與電容C25并聯后一端與二極管D1陰極相連，另一端接至電源0V，電容C26一端與電感L5和電阻R3連接處相連，電容C26另一端接至電源0V，電容C27一端與運算放大器U2引腳2相連，電容C27另一端接至電源0V，電阻R40、電阻R41、電阻R42對輸出電壓進行分壓，電壓傳感器采集電阻R42上的電壓，電路所使用的電壓傳感器為電流型電壓傳感器，在電阻R44上得到所需電壓，該電壓與給定信號UQG經過由U3B運算放大器U3的B部分、電阻R43、電阻R45、電阻R46、電阻R47、電阻R48、電阻R49組成的P調節器后得到的電壓信號經過運算放大器U3的A部分U3A組成的電壓跟隨器后得到的電壓通過電阻R37、電阻R38、電阻R39、二極管D9、二極管D6、二極管D5充放電網絡對電容C8進行充放電，在電容C8上得到給定電壓信號QG，兩用機的外部正輸出端通過電阻R40、電阻R41和電阻R42串聯連接到兩用機的外部負輸出端，電壓傳感器U14引腳1與電阻R40和電阻R42連接處相連，電壓傳感器U14引腳2與電阻R41和電阻R42連接處相連，電壓傳感器U14引腳3與電阻R44一端相連到電源0V，電壓傳感器U14引腳4與電阻R44另一端相連，電壓傳感器U14引腳4與運算放大器U2引腳6相連，電壓傳感器U14引腳4通過電阻R45與運算放大器U3引腳6相連，運算放大器U3引腳6通過電阻R43與運算放大器U3引腳7相連，運算放大器U3引腳6通過電阻R46接至電源0V，運算放大器U3引腳6通過電阻R48接至+5V電源，運算放大器U3引腳5通過電阻R49接至電源0V，運算放大器U3引腳5通過電阻R48與運算放大器U3引腳8相連，運算放大器U3引腳7與運算放大器U3引腳3相連，運算放大器U3引腳1與運算放大器U3引腳2相連，電阻R39與二極管D9串聯后與電阻R38并聯，二極管D9陰極與運算放大器U3引腳1相連，電阻R39的另一端與電容C8正極相連，電容C8負極接至電源0V，電阻R37與二極管D6串聯，電阻R37的另一端與電容C8正極相連，二極管D6陰極與運算放大器U2引腳1相連，二極管D5陽極與二極管D6陽極相連，二極管D5陰極與運算放大器U2引腳7相連，電阻R51、二極管D8構成電流保護指示電路，運算放大器U2的A部分U2A與電阻R50構成滯回比較器，當反相輸入端電壓大于同相輸入端電壓，即在R34上所得到的電壓時，輸出端為低電位，當反相輸入端電壓小于同相輸入端電壓時，輸出端為高電位，通過調整電阻R34值來改變輸出電流的保護值，電阻R34引腳1接至+5V電源，電阻R34引腳3接至電源0V，電阻R34引腳2與運算放大器U2引腳3相連，運算放大器U2引腳3通過電阻R50與運算放大器U2引腳1相連，電阻R51與二極管D8相連，二極管D8陽極接至+5V電源，電阻R51另一端與與運算放大器U2引腳1相連，電阻R36、二極管D7構成過電壓指示電路，運算放大器U2的B部分U2B與電阻R35構成滯回比較器，當反相輸入端電壓大于同相輸入端電壓，即在R33上所得到的電壓時，輸出端為低電位，當反相輸入端電壓小于同相輸入端電壓時，輸出端為高電位，通過調整電阻R33值來改變輸出電壓的保護值，電阻R33引腳1接至+5V電源，電阻R33引腳3接至電源0V，電阻R33引腳2與運算放大器U2引腳5相連，運算放大器U2引腳5通過電阻R35與運算放大器U2引腳7相連，電阻R36與二極管D7，二極管D7陰極與與運算放大器U2引腳7相連，電阻R51另一端接至+5V電源，采樣電路的電流傳感器U11對高頻變壓器一次側電流進行采樣，電流傳感器U12對負載電流進行采樣，電壓傳感器U14對負載電壓進行采樣，接插件J3、電阻R56、光耦U5、電阻R59、電阻R60組成溫度采樣電路，得到相應的溫度信號送入控制芯片U8，光耦U5的引腳1通過電阻R56接至'12V電源，光耦U5的引腳2與接線柱J3的引腳2相連，接線柱J3的引腳1接至電源'0V，光耦U5的引腳4通過電阻R59接至+5V電源，光耦U5的引腳3接至電源0V，電阻R60的一端與光耦U5的引腳4相連，電阻R60的一端與控制芯片U8的引腳10相連，編程口J1、電阻R53、控制芯片U8、電容C2、電容C3、晶振Y1組成中央控制器，電容C2、電容C3、晶振Y1組成時鐘電路，為控制芯片U8提供工作時鐘信號，電容C2的一端與晶振Y1的一端相連，電容C2的另一端接至電源0V，電容C3的一端與晶振Y1的另一端相連，電容C3的另一端接至電源0V，晶振Y1的一端與控制芯片U8的引腳2相連，晶振Y1的另一端與控制芯片U8的引腳3相連，編程口J1的引腳1與控制芯片U8的引腳4相連，編程口J1的引腳2接至+5V電源，編程口J1的引腳3接至電源0V，編程口J1的引腳4與控制芯片U8的引腳13相連，編程口J1的引腳5與控制芯片U8的引腳12相連，切換電路通過繼電器K1、二極管D3、電感L6、電感L7、三極管Q5、電阻R65、接插件J4、接插件J5、接插件J6對給定信號進行切換，通過電阻R64、光耦U7、電阻R66、二極管D4、繼電器K2、三極管Q6、接插件J7對主變壓器進行切換，控制芯片U8的引腳6與電阻R65的一端相連，電阻R65的另一端與三極管Q5基極相連，三極管Q5集電極與二極管D3的陽極相連，二極管D3的陰極通過電感L6接至+15V電源，繼電器K1的線圈與二極管D3并聯，三極管Q5發射極通過電感L7接至電源0V，繼電器K1的引腳1與接線柱J4的引腳2相連，繼電器K1的引腳4與接線柱J4的引腳1相連，繼電器K1的引腳2與接線柱J5的引腳1相連，繼電器K1的引腳5與接線柱J5的引腳2相連，繼電器K1的引腳3與接線柱J6的引腳1相連，繼電器K1的引腳6與接線柱J6的引腳2相連，控制芯片U8的引腳7與光耦U7的引腳2相連，光耦U7的引腳1通過電阻R64接至+5V電源，光耦U7的引腳3接至'12V電源,光耦U7的引腳4通過電阻R66接至三極管Q6基極，三極管Q6集電極與二極管D3的陽極相連，二極管D3的陰極接至'12V電源，繼電器K2的線圈與二極管D4并聯，三極管Q6發射極接至電源'0V，繼電器K1的引腳4接至'12V電源，繼電器K1的引腳6與接線柱J7的引腳1相連，接線柱J7的引腳2接至電源'0V，接插件J2、電阻R55、光耦U4、電阻R57、電阻R58組成多功能轉換輸入電路，得到相應的模式信號送入控制芯片U8，光耦U4的引腳1通過電阻R55接至'12V電源，光耦U4的引腳2與接線柱J2的引腳2相連，接線柱J2的引腳1接至電源'0V，光耦U4的引腳4通過電阻R57接至+5V電源，光耦U4的引腳3接至電源0V，電阻R58的一端與光耦U4的引腳4相連，電阻R58的一端與控制芯片U8的引腳11相連。主電路和控制電路均安裝在殼體中，殼體為矩形，殼體的一個側面安裝提手，殼體的一個端面上設置主開關、功能切換開關，焊接電流調整旋鈕、起弧電流調整旋鈕、電焊接頭、電機驅動接頭和三相交流電輸出接頭。