一种直流电弧焊机引弧电流和推力电流自适应调节电路.doc

发明名称：一种电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流自适应调节电路
一.实用新型专利
1. 简述要求保护的技术方案所属的技术领域，或直接应用的技术环境。
电子式直流手工电弧焊机作为一种通用型的电焊机广泛运用于工业的各个领域。
根据采用的主电路形式的不同，电子式直流手工电弧焊机一般分为可控硅整流式直流手工电弧焊机和逆变式直流手工电弧焊机两类。
不管是可控硅整流式和逆变式直流手工电弧焊机，其静外特性都是陡降的性的。陡降静外特性，即恒流特性，电焊机输出电流相对是恒定的。
这类直流手工电弧焊机在使用过程中会有一些弊端，如在焊接开始时由于焊条和工件都未被加热，冷焊条很容易粘住冷焊条，使焊接不能顺利开始。
并且，在焊接过程中，若操作者将焊条压得太低，燃烧的焊条距离工件太近；或者焊条突遇突出金属，此时很容易粘住焊条，焊接过程被迫终止，产生焊缝缺陷。
这两种粘条现象尤其在小电流焊接时极其容易发生，随着焊接电流逐渐加大，两种粘条现象会减少。为最大限度避免两种粘条现象的发生，需要在焊接开始时辅助一个瞬间引弧电流；焊接过程中焊条和工件距离太近时辅助一个推力电流。
所以，电子式直流手工电弧焊机都在控制电路上设计了引弧电流和推力电流控制电路，以辅助稳定小电流焊接时的焊接过程。
2. 详细介绍该技术领域内，与要求保护的技术方案最接近的现有技术。
电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流控制电路原理是：

见图一，Uo+和Uo-分别为电子式直流手工电弧焊机输出电压正负极。
由稳压二极管1，电阻2，NPN型三极管3，电阻4，电解电容5，引弧电流调节电位器6和引弧电流给定电阻7组成引弧电流产生和调节电路。
由稳压二极管10，电阻11，NPN型三极管13，电阻12，推力电流调节电位器14和推力电流给定电阻15组成推力电流产生和调节电路。
由焊接电流调节电位器9和焊接电流给定电阻8组成焊接电流调节电路。
由运算放大器17和放大器比例电阻16组成给定信号加法运放电路，将焊接电流给定﹑引弧电流给定和推力电流给定的值加起来反向后作为总的电流给定电压信号Ug，送至误差比较/放大调节电路。
引弧电流产生和调节电路工作原理是：焊接开始前，焊机输出电压为空载电压，此电压远远大于稳压二级管1的稳压值，所以此时的空载电压会通过稳压二极管1和电阻2使得三极管3饱和导通，三极管3的集电极电压很低，几乎为零。
当焊机开始时，焊条会接触工件。此时，焊机输出电压迅速降低，低于稳压二极管1的稳压值，三极管3就会截止，基准电压+V就会通过电阻4和引弧电流调节电位器6对电解电容器5充电。一段时间后，电解电容5充满电荷，充电过程结束。在此过程中，从引弧电流调节电位器6滑动触点可以取出按电容充电指数规律从大到小变化的引弧给定电压，通过引弧电流给定电阻7送到给定信号加法运放电路17的负端，与电阻8，电阻15送来的电流给定信号和推力电流给定信号相加，合成反向的总的电流给定电压信号Ug，再送到误差比较放大调节电路。
这样，就在焊接过程开始时，焊条接触工件的一瞬间，叠加一额外瞬间大电流，使得引弧顺利。
引弧电流的大小还可以通过弧电流调节电位器6进行调节，最大可以到设定值，最小可以到零。
推力电流产生和调节电路工作原理是：当焊接过程出现粘住焊条倾向时，焊机在输出电压会迅速降低，当低于稳压二级管10的稳压值时，原来在正常焊接过程中通过击穿稳压二极管10流过电阻11为三极管13提供基极偏置使三极管13导通的电流将因为稳压二极管10的截止而降为零。此时三极管13会截止，三极管13的集电极电压会升高，和其相接的推力电流调节电位器14上端会有接近+V的电压，通过推力电流调节电位器14的滑动触点可以取出推力电流给定电压，通过推力电流给定电阻15送到给定信号加法运放电路17的负端，与电阻8和电阻7带来的电流给定信号和引弧电流信号相加，合成反向的电流给定电压信Ug号送到误差比较/放大调节电路。
这样，在焊接过程中，一旦出现粘焊条的倾向时，电路就会叠加一额外大电流，使使熔滴在电磁力作用下加速过渡，推开熔池金属，避免粘住焊条现象的发生，推力电流的大小还可以通过弧电流调节电位器14进行调节，最大可以到设定值，最小可以到零。
3. 客观地指出最接近的现有技术的缺陷和不足。
上述电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流控制电路完全解决了小电流焊接开始和焊接过程中粘焊条的问题。
但是：上述电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流控制电路的引弧电流和推力电流一直是固定的，和焊接电流的设定值没有联系。这样，就会不区分焊机电流大小，在焊接开始是追加一固定的引弧电流；在焊接过程中有粘条倾向时追加一固定的推力电流。造成的不良影响有：
1，大电流焊接时，会给出不希望的固定的引弧电流和推力电流，使实际焊接电流超过焊接规范电流，为保证焊缝质量，需要操作者凭经验去调节引弧电流调节电位器和推力电流调节电位器，使之减小到合理的程度，这样就给操作者增加了难度。
2，在电焊机额定最大电流焊接时，若操作者没把引弧电流调节电位器和推力电流调节电位器调到零的位置。一旦施焊，焊机输出电流会超出焊机额定最大电流，严重时会超出一倍。这对按标准设计的电焊机来说是严重的过载，焊机极易损坏。
若一定要满足这样的超额使用，需要超标设计电焊机，这样又会大大加重焊机的成本。
这就需要一套自适应电路，让引弧电流和推力电流自动跟踪焊接电流的设定值，并随着焊接电流的增加而减小。当焊接电流设定为额定最大时，引弧电流和推力电流自动降为零。
4. 重点描述要求保护的技术方案的具体实施例，可以结合附图（如三视图、流程图、逻辑方框图、电路原理图等），详细说明实施例的机械结构、形状构造、电路组成、工作原理，以及状态的变化过程。最好同时提供相关的技术参数和试验数据，便于他人根据专利申请文件，在生产过程中能够顺利实现该技术方案的具体运用。
本实用新型提出的电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流自适应调节电路就可以满足这一功能。
见图二：
在图一所示的传统电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流调节电路中加装一套自适应电路。

阻值相等的两只电阻18和电阻19以及运放20组成如图二所示比例减法器，+V是基准稳压电源，Ua是焊接电流调节电位器的滑动触点电压信号，也就是焊接电流给定电压信号。
可以看出：Ub=2V—Ua ---------------------1
阻值相等的三只电阻21，电阻22，电阻23以及运放24组成如图二所示比例减法器，—V是基准稳压电源。
可以看出：Uc=—（Ub—V） ---------------------2
阻值相等的两只电阻25，电阻26，以及运放27组成如图二所示反向器。
可以看出：Ud=—Uc ---------------------3
由算式1，2，3可得：Ud=V—Ua
当焊接电流给定电位器滑动触点电压Ua从0升到+V时。Ud电压恰好从+V降到0。将Ud作为引弧电流给定电压和推力电流给定电压的基准电压，就可以实现电焊机的引弧电流和推力电流随着焊接电流的增大而成比例减小。
焊接电流最小时，电焊机的引弧电流和推力电流最大；焊接电流最大时，电焊机的引弧电流和推力电流最小，为零。
5.简单、准确地点明要求保护的技术方案与最接近的现有技术关键的区别特征。
本实用新型和传统电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流调节电路的区别在于：
传统电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流调节电路中，引弧电流和推力电流与焊接电流的设定值无任何关系。其不足表现为：
1，大电流焊接时，会给出不希望的固定的引弧电流和推力电流，使实际焊接电流超过焊接规范电流，为保证焊缝质量，需要操作者凭经验去调节引弧电流调节电位器和推力电流调节电位器，使之减小到合理的程度，这样就给操作者增加了难度。
2，在电焊机额定最大电流焊接时，若操作者没把引弧电流调节电位器和推力电流调节电位器调到零的位置。一旦施焊，焊机输出电流会超出焊机额定最大电流，严重时会超出一倍。这对按标准设计的电焊机来说是严重的过载，焊机极易损坏。若一定要满足这样的超额使用，需要超标设计电焊机，这样又会大大加重焊机的成本。
本实用新型所述的电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流调节电路是属于自适应的电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流调节电路。
引弧电流和推力电流与焊接电流的设定有关系。具体为：电焊机的引弧电流和推力电流随着焊接电流的增大而成比例减小。焊接电流最小时，电焊机的引弧电流和推力电流最大；焊接电流最大时，电焊机的引弧电流和推力电流最小，为零。
1，大电流焊接时，不会给出不希望的引弧电流和推力电流，使实际焊接电流非常接近规范电流。
2，在电焊机额定最大电流焊接时，无论操作者将引弧电流调节电位器和推力电流调节电位器如何调节。施焊时焊机输出电流绝不会超出焊机额定最大电流。
6.针对最接近的现有技术的缺陷和不足，要求保护的技术方案解决了哪几项技术问题，分别有何技术长处、经济优点或社会效益。
本实用新型既解决了焊接开始时的引弧电流产生和调节，和焊接过程中推力电流的产生和调节的问题，又避免了传统电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流调节电路带来的大电流焊接时，引弧电流和推力电流不减小的问题；以及解决了电焊机额定最大电流焊接时，焊机输出电流会超出焊机额定最大电流，造成严重超载的问题。
本实用新型所述的：“一种电子式直流手工电弧焊机引弧电流和推力电流自适应调节电路”，用于ZX7-250，ZX7-300，ZX7-400，ZX7-500 均收到了很好的效果。目前已经批量上市