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交流焊接电源的安全节能改造

文档作者：金秀慧文档来源：德州学院机电工程系		点击数：	更新时间： 2021年07月06日
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中图分类号： 1"G42
交流焊接电源的安全节能改造
金秀慧
(德州学院机电工程系， 山东德州 253023)
的应用非常广泛，但其空载时间较长，空载电压高，一方面造成大量电能的浪费，另一方面危及操作人员的
从实际出发．设计了一套安全节能控制器，将其应用于交流电弧焊机，可以实现安全、节
安全；节能；改造
文献标识码：A 文章编号：1009—9492 (2010)12-0068-02
1引言
目前．电弧焊机在工业生产、建筑施工、设备维修等
领域有着广泛的应用，是电力消耗的重要电器，随着电力
电子技术的发展，虽然出现了相对节能效果较好的逆变焊
接电源，但受投资成本的制约，部分焊机用户仍然采用结
构简单、价格较低的交流焊机， 目前交流焊机仍然有很大
的使用量。
交流焊机的负载持续率较低．一般标定为60％左右，
即5分钟之内有3分钟处于lT作状态．2分钟处于空载闲
置状态．而且在实际应用过程中． 如果按照额定电流工
作，其暂载率将低于标定值， 即焊机将有一半的时间处于
空载闲置状态．而焊机空载时变压器副边电压高达50V～
90V，远超出人体所能承受的36V安全电压，存在很大的
安全隐患。而且焊机空载时，其内部变压器仍然处于完全
通电状态，造成大量电能的浪费， 给企业、社会带来很大
经济损失。同时变压器为强感性负载，也造成电网功率因
数的降低，影响了电网及电力系统的安全高效运行。造成
这些不良后果的根本原因就是交流焊机的空载运行。现
在， 国家对工人的人身安全非常重视，将其作为建设和谐
社会的一个重要环节，对生产设备的安全性要求较高。另
外节约能源、建设节约型社会也是每个人义不容辞的责
任。本文结合电力电子及相关控制技术对交流焊接电源系
统进行简单实用的改造，实现安全、节能的控制目标。
2系统总体设计思路
该系统要做到焊接时能正常接通电源，顺利起弧，空
载时能自动断开变压器所接电源。系统构成如图l所示，
收稿日期：2010—06—28
该安全节能控制器由电信号自动检测电路、单片机控制电
路、交流控制电路等组成。自动检测电路实时检测焊机的
工作状态。并将检测信息输入单片机控制电路， 由单片机
发出指令完成自动切换电源、触电报警等功能。当要焊接
时， 只需按正常焊接操作，焊条和焊件短接一下，单片机
输出接通电源指令，使焊机进入正常工作状态。当电焊机
连续工作时单片机将输出连续供电指令，使电焊机保持连
续T作电压； 当停止焊接时，检测电路会把数据送到单片
机通过运算后输出停止供电指令．控制器将自动断开工作
电源。从而既可实现智能化节约用电，又可以为操作人员
提供安全保障。
图1 系统结构框图
3信号检测电路设计
信号检测电路是整个控制系统的输入环节，实时测量
焊接电源的电流信号，根据检测电路的输出信号区分电路
的不同工作状态。该检测电路结构如图2所示，首先将电
工业自
流信号转化为电压信号，经过整流桥处理转化为单片机的
输人信号，单片机的输入信号在0．0V一3-3V之间。检测电
路与单片机协调工作过程如下。
(1)空载时，该检测电路输出最高电压为1．5V， 如果
单片机接收到的信号低于或等于1．5V， 电机为空载，单片
机输出品闸管的触发脉冲。将电容接入，降低变压器的电
源电压。
(2)起弧时， 焊枪与 件问瞬间短接，使检测电路输
出瞬间电压大于1．5V．此时单片机立即切断品闸管的触发
脉冲， 同时输出一控制信号使得交流接触器导通， 电焊机
进入焊接工作状态。
78L05
图2 信号检测电路
(3)焊机正常工作时检测电路输出最低电压为2．1V，
当单片机检测到的信号低于2．1V时．说明焊机为空载状
态．单片机输出一控制信号，断开交流接触器， 同时接通
晶闸管电容支路，降低变压器原边所接电源电压，此时电
焊机就处于安全节能状态。接通晶闸管电容支路的目的是
为下一次电焊机的肩弧提供一个小的启动电流。
(4) 当发生触电事故时，单片机将发出信号进行报
警．并迅速切断电源。
4单片机电源电路设计
本系统采用体积小、编程灵活的单片机控制方式，可
以有效减小硬件电路，提高控制精度。单片机采用凌阳十
六位单片机SPCE061A，它的显著特点是结构较为简单，
体积小巧．特别适用于此类小型控制器的需要， 而且具有
集成度高， 可靠性好等优点，此单片机内部集成了A＼D、
DkA转换模块，这样就避免了自己制作此模块所带来的一
些干扰。另外凌阳SPCE061A单片机具有较高的性能价格
比．这也是其适用于价位较低的传统交流焊接电源改造的
一个重要因素。
为使单片机正常工作．需要5V的稳压电源为其提供
恒定的直流电压，遵照简单实用、体积小、成本低的原
则．在控制器内部设计一个5V稳压源。输入为380V交流
电压，经过整流、滤波、稳压等环节，输出为5V的直流
电压。电路结构及元件选型如图3所示。
5交流控制电路设计
在380V的电源线上，接有晶闸管、电容支路和交流
接触器支路，两支路并联。当电焊机处于焊接工作状态时
交流接触器支路导通，焊机的变压器正常通电380V； 当
图3 单片机电源电路
电焊机处于空载状态时，通过控制器可以断开交流接触
器，将晶闸管、电容支路接通， 达到降低输出电压的目
的。这一过程基于软件编程，对信号检测电路输送到单片
机的信号进行处理，识别焊机所处的T作状态，单片机将
输出相应的控制信号去控制交流接触器和晶闸管，从而实
现焊机的空载自停、起弧自通的}1动控制过程。由于单片
机的输出信号不能直接驱动交流接触器导通， 因此在此加
入了交流控制电路， 该电路由继电器和j极管等元件组
成．利用三极管的开关作用，单片机的输出信号间接控制
交流接触器的吸合或断开。电路结构如图4所示：
4 交流控制电路
6结论
安装该安全节能控制器后，交流焊机的T作电压保持
在67V左右，空载时输出电压降低到24～27V，一般空载
电压为22V左右，这一电斥既在人体安全电压36V以下．
又不影响电焊机的二次启动， 提高了焊机的安全性，符合
国家安全生产的要求．大大降低了能源的消耗，平均节约
有功功率2kW 左右 无功功率2．4kvar左右。本设计既可
以应用于单独的安全节能装置．也可以应用于具有安全节
能功能的整体焊机的生产。
参考文献：
[1]唐全胜空载自停节能控制电路[J]．电工技术，2003 (2)：
54-56．
[2]李晓明．交流焊接电源控制器的改进[J]．焊接，2007 (8)：
g-59
作者简介：金秀慧，女，1961年生， 山东德州人，大学本科，教
授 研究领域： 电子技术。已发表论文6O篇。
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