本发明公开了一种内燃直流弧焊机的电流调节器，包括连接发电机励磁绕组的整流电路、微控制器、启动电路，微控制器用于产生PWM控制信号以控制励磁电压，微控制器的I/O接口分别连接数字显示器和操作键盘，启动电路用于为发电机建立稳定工作所需的励磁电压；一个误差检测电路连接在励磁绕组与微控制器之间，将取样的励磁电压信号与微控制器输入的基准电流信号进行比较，并将运算结果输出到微控制器处理后用于调整微控制器输出PWM控制信号的占空比。它采用简单的结构，能够减少弧焊机的故障率，保证弧焊机工作的稳定性，具有提高焊接质量和焊接效率高的优点。
1.一种内燃直流弧焊机的电流调节器，包括连接发电机励磁绕组的整流电路，其特征在于：还包括一个连接发电机励磁绕组的微控制器和一个连接励磁绕组的启动电路，所述启动电路包括第一偏置电阻R1、第二偏置电阻R2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3以及稳压二极管ZD1，第一偏置电阻R1与稳压二极管ZD1串联后连接在励磁绕组正极性端与第一三极管Q1的基极之间，其中稳压二极管ZD1的阴极与励磁绕组正极性端连接，第二偏置电阻R2连接在励磁绕组正极性端与第一三极管Q1的集电极之间，第二三极管Q2基极连接第一三极管Q1集电极，第三三极管Q3基极连接第二三极管Q2集电极，第三三极管Q3发射极连接励磁绕组负极性端，第一三极管Q1、第二三极管Q2的发射极以及第三三极管Q3的集电极均与地连接，所述微控制器用于产生PWM控制信号以控制励磁电压，微控制器的I/O接口分别连接有显示电流档位的数字显示器和设置基准控制电流的操作键盘，所述启动电路用于为发电机建立稳定工作所需的励磁电压；一个误差检测电路连接在励磁绕组与微控制器之间，所述误差检测电路将取样的励磁电压信号与微控制器输入的基准电流信号进行比较，并将运算结果输出到微控制器处理后用于调整微控制器输出PWM控制信号的占空比；一个开关电路连接在励磁绕组与微控制器之间，开关电路受微控制器输出的PWM控制信号的控制，对励磁电压实行间断性开与关。
2.根据权利要求1所述的内燃直流弧焊机的电流调节器，其特征在于：所述第一三极管Q1、第二三极管Q2为NPN型的三极管，第三三极管Q3为PNP型的三极管。
3.根据权利要求1所述的内燃直流弧焊机的电流调节器，其特征在于：所述误差检测电路包括同相比例运算电路U2A、电压跟随器U2B、差分运算电路U2C、以及同相比例运算电路U2D，同相比例运算电路U2A的同相输入引脚与励磁绕组之间连接分压电阻R4，其同相输入引脚与地之间连接分压电阻R7，其输出引脚连接差分运算电路U2B的反相输入引脚，同相比例运算电路U2A的反相输入引脚通过电阻R6与地连接，同相比例运算电路U2A的反相输入引脚还分别通过反馈电阻R5以及电容C13与其输出引脚连接；
差分运算电路U2B的同相输入引脚连接同相比例运算电路U2D的输出引脚，其输出引脚连接微控制器的误差信号取样输入接口，差分运算电路U2B的输出引脚连接微控制器U3的误差取样信号接口P3.4，其输出引脚还通过反馈电阻R14连接其同相输入引脚；同相比例运算电路U2D的同相输入引脚连接电压跟随器U2C的输出引脚，同相比例运算电路U2D的输出引脚分别通过反馈电阻R10、电容C14连接其反相输入引脚，反相输入引脚还通过电阻R13与地连接；电压跟随器U2C的同相输入引脚连接微控制器的基准电流信号输出接口，电压跟随器U2C的输出引脚通过电阻R8分别连接有阻容滤波器以及电阻R9。
4.根据权利要求1所述的内燃直流弧焊机的电流调节器，其特征在于：所述开关电路包括第四三极管Q4、第五三极管Q7、光电耦合器U1、第一场效应管Q5、第二场效应管Q6，第五三极管Q7基极连接微控制器PWM控制信号输出接口，其发射极接地；光电耦合器连接在第五三极管Q7发射极与第四三极管Q4基极之间，第四三极管Q4发射极分别与第一场效应管Q5、第二场效应管Q6的栅极连接，第四三极管Q4的集电极以及第一场效应管Q5、第二场效应管Q6的源极均与信号地连接，第一场效应管Q5、第二场效应管Q6的漏极均与励磁绕组的负极性端连接。
5.根据权利要求4所述的内燃直流弧焊机的电流调节器，其特征在于：所述光电耦合器U1由发光二极管及基极开路的光敏三极管组成，其中发光二极管阴极连接第五三极管Q7的集电极，其阳极连接+5V的直流电源；光敏三极管发射极连接信号地，其集电极连接第四三极管Q4的基极。
6.根据权利要求5所述的内燃直流弧焊机的电流调节器，其特征在于：所述第一场效应管Q5、第二场效应管Q6均为耗尽型的NMOS管。
7.根据权利要求1所述的内燃直流弧焊机的电流调节器，其特征在于：所述连接励磁绕组的整流电路为4只二极管构成的桥式整流电路。
内燃直流弧焊机的电流调节器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种直流弧焊设备，具体涉及一种内燃直流弧焊机的电流调节器。
背景技术
[0002] 目前的直流弧焊发电机为了实现电流的调节控制，均采用机械式滑动电阻调节方式。 它是在励磁线圈所在回路串接一只功率较大的滑动电阻器，改变滑动电阻器阻值的大小，可以调节励磁线圈串联回路的电流大小，从而完成输出电流的调节。 但是，通过调节滑动电阻器来控制直流弧焊机的输出电流有很多缺点：弧焊机工作时因电阻两端电压降大，使滑动电阻器所在的串联回路的电流增大，促引滑动电阻器的温度升高，造成滑动变阻器的电阻丝发红以及加速氧化。 电阻丝发红时在内燃机工作中的振动下易断裂，导致弧焊机无输出；电阻丝氧化导致使用中调节时接触不良，造成弧焊机的可靠性降低，直接使弧焊机焊接的质量下降。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种内燃直流弧焊机的电流调节器，它采用简单的结构，能够减少弧焊机的故障率，保证弧焊机工作的稳定性，具有提高焊接质量和焊接效率高的优点。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：一种内燃直流弧焊机的电流调节器，包括连接发电机励磁绕组的整流电路；以及一个连接发电机励磁绕组的微控制器，该微控制器用于产生PWM控制信号以控制励磁电压，微控制器的I/O接口分别连接有显示电流档位的数字显示器，和设置基准控制电流的操作键盘，以及一个连接励磁绕组的启动电路，该启动电路用于为发电机建立稳定工作所需的励磁电压；以及一个连接在励磁绕组与微控制器之间的误差检测电路，误差检测电路将取样的励磁电压信号与微控制器输入的基准电流信号进行比较，并将运算结果输出到微控制器处理后用于调整微控制器输出PWM控制信号的占空比；一个开关电路连接在励磁绕组与微控制器之间，开关电路受微控制器输出的PWM信号控制，对励磁电压实行间断性开与关。
[0005] 采用了上述方案，微控制器用于产生PWM控制信号以控制励磁电压，该微控制器的I/O接口连接有显示电流档位的数字显示器，通过数字显示器，可以分别显示设定的焊接电流及实际焊接电压，能时时观察弧焊机的工作情况，以便于对弧焊机的输出电流进行控制或调节。微控制器的I/O接口连接有设置基准控制电流的操作键盘，操作键盘由UP和DOW两个用于基准控制电流增、减的操作键构成，其结构较为简单，分别对UP和DOW操作键进行操作，可以从小到大循环选择基准控制电流值，该电流通过微控制器处理所产生的PWM控制信号可用于恒定焊接电流输出，以保证焊接过程中的稳定性；同时按住两键即可进入基准信号调试，以便于在实际使用时对电流参数进行校正或调试。通过误差检测电路将取样的励磁电压信号与微控制器输入的基准电流信号VREF进行比较，可以提高微控制器输出的PWM控制信号的精度，以及提高励磁电压稳定性，即提高输出电流的稳定性。
[0006] 综上所述，本发明通过连接微控制器的操作键盘，可以设置不同脉宽的PWM控制信号，以该PWM控制信号作为励磁电流调节的控制信号源，由原来的机械化控制升级到便于操作的数字型按键式控制，避免了以前滑动电阻器调节过程中存在的温升大的问题，能够减少焊机使用故障率。 并且本发明的优点还在于杜绝了上述之缺点的同时，其体积小、安装调试方便；控制精度高、性能稳定可靠；弧焊机焊接质量好，效率高。
[0007] 下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
[0008] 图1为本发明的内燃直流弧焊机的电流调节器的电路框图；
[0009] 图2为本发明中所述的微控制器连接电路的原理图。
[0010] 图3为本发明中所述的整流电路与启动电路的原理图；
[0011] 图4为本发明中所述的误差检测电路的原理图；
[0012] 图5为本发明中所述的开关电路的原理图；
[0013] 参照图1至图5，本发明的内燃直流弧焊机的电流调节器，包括连接发电机励磁绕组的整流电路1；以及一个产生PWM控制信号以控制励磁电压的微控制器，该微控制器的I/O接口分别连接有显示电流档位的数字显示器3，和设置基准控制电流的操作键盘4；以及一个连接励磁绕组的启动电路5，该启动电路用于为电机建立稳定工作所需的励磁电压；以及一个连接在励磁绕组与微控制器之间的误差检测电路6，误差检测电路将取样的励磁电压信号与微控制器U3输入的基准电流信号VREF进行比较，并将运算结果输出到微控制器处理后用于调整微控制器输出PWM控制信号的占空比；以及一个连接在励磁绕组与微控制器之间的开关电路7，该开关电路与误差检测电路并联，开关电路7接收微控制器U3输出的PWM控制信号对励磁绕组电压实行间断性开与关；一个开关电路连接在励磁绕组与微控制器之间，开关电路受微控制器输出的PWM控制信号的控制，对励磁电压实行间断性开与关。
[0014] 参照图2，本实用例中的微控制器U3为STC系列单片机，该单片机内置有2K FLASH程序储存器及256字节的内部RAM。微控制器的I/O接口分别连接有显示电流档位的数字显示器3，和设置基准控制电流的操作键盘4。其中数字显示器3用于焊接电流档位作指示，数字显示器3可采用3位8段的数码管，或者采用如本图中的LED灯D17～D26通过电阻与微控制器的I/O接口(P1.0至P1.7接口以及P3.0和P3.1)串接。 通过操作键盘4用于设置基准控制电流，该基准控制电流经微控制器处理后分成两个信号，其中一个为该微控制器的接口P 3.7输出的PWM控制信号；另一个为该微控制器的接口P3.5输出的用于比较的基准电流信号VREF。操作键盘4为与微控制器U3接口P3.3、P3.2连接的按键UP、DOW，其中，按键UP用于增大基准控制电流的设置键，按键DOW用于减小基准控制电流的设置键；同时按住两键可进入基准控制电流调试，用于在实际使用时进行校正。
[0015] 参照图3，该电路中包含了励磁电压的整流电流1及启动电路5，其中连接励磁绕组的整流电路1为4只二极管构成的桥式整流电路。当原动机(内燃机)拖动发电机转子旋转时，转子上的励磁绕组切割剩磁场，产生一个很小的剩磁感应电势，励磁绕组上将产生一个很小的励磁电流，该励磁电流通过整流电路整流后得到的直流电压约为2.5V。启动电路5包括第一偏置电阻R1、第二偏置电阻R2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q 3以及稳压二极管ZD1，其中第一三极管Q1、第二三极管Q2为NPN型的三极管，第三三极管Q3为PNP型的三极管。 第一偏置电阻R1与稳压二极管ZD1串联后连接在励磁绕组正极性端与第一三极管Q1的基极之间，其中稳压二极管ZD1的阴极与励磁绕组正极性端连接。 第二偏置电阻R2连接在励磁绕组正极性端与第一三极管Q1的集电极之间，第二三极管Q2基极连接第一三极管Q1集电极，第三三极管Q3基极连接第二三极管Q2集电极，第三三极管Q3发射极连接励磁绕组负极性端，第一三极管Q1、第二三极管Q2的发射极以及第三三极管Q3的集电极均与信号地连接。
[0016] 参照图4，误差检测电路6包括同相比例运算电路U2A、电压跟随器U2B、差分运算电路U2C、以及同相比例运算电路U2D。同相比例运算电路U2A的同相输入引脚3与励磁绕组之间连接分压电阻R4，其同相输入引脚3与地之间连接分压电阻R7，分压电阻R7两端并联有用于滤波的电解电容C10；同相比例运算电路U2A同相输入引脚3通过电阻R3分别与分压电阻R4、R7连接。 同相比例运算电路U2A的反相输入引脚2通过电阻R6与地连接，其反相输入引2还分别通过反馈电阻R5以及电容C13与其输出引脚1连接，其输出引脚1连接差分运算电路U2B的反相输入引脚6。 差分运算电路U2B的反相输入引脚6通过电阻R11连接同相比例运算电路U2A的输出引脚1，其输出引脚7连接微控制器U3的误差取样信号接口P3.4，其输出引脚7还通过反馈电阻R14连接其同相输入引脚5。差分运算电路U2B的同相输入引脚5连接同相比例运算电路U2D的输出引脚14，同相比例运算电路U2D的输出引脚14分别通过反馈电阻R10、电容C14连接其反相输入引脚13，其反相输入引脚13还通过电阻R13与地连接。 同相比例运算电路U2D的同相输入引脚12连接电压跟随器U2C的输出引脚8，电压跟随器U2C的输出引脚8通过电阻R8分别连接有阻容滤波器以及电阻R9，其中，阻容滤波器由电阻R12与其并联的电解电容C6构成；电阻R9连接同相比例运算电路U2D的同相输入引脚12。 电压跟随器U2C的输出引脚-8直接与其反相输入引脚9连接，电压跟随器U2C的同相输入引脚
10连接微控制器U3的基准电流信号VREF输出接口P3.5。
[0017] 参照图5，开关电路包括第四三极管Q4、第五三极管Q7、光电耦合器U1、第一场效应管Q5、第二场效应管Q6，第五三极管Q7的基极连接微控制器U3的PWM控制信号输出接口P3.7，其发射极接地。 光电耦合器U1连接在第五三极管Q7发射极与第四三极管Q4基极之间，光电耦合器U1由发光二极管及基极开路的光敏三极管组成，其中发光二极管阴极连接第五三极管Q7的集电极，其阳极通过电阻R32连接由辅助电源产生的十5V的直流电信号；光敏三极管的发射极连接信号地，其集电极连接第四三极管Q4的基极。 第四三极管Q4的集电极与基极之间连接有偏置电阻R31，第四三极管Q4的输出端连接有稳压二极管D16，第四三极管Q4的发射极分别与第一场效应管Q5、第二场效应管Q6的栅极连接，第四三极管Q4的集电极以及第一场效应管Q5、第二场效应管Q6的源极均与信号地连接，第一场效应管Q5、第二场效应管Q6的漏极均与励磁绕组的负极性端连接，第一场效应管Q5的漏极通过二极管D15连接励磁绕组，第二场效应管Q6的漏极通过电阻R30连接励磁绕组。 第一场效应管Q5、第二场效应管Q6均为耗尽型的NMOS管。
[0018] 本发明的工作过程为，启动弧焊机后，在原动机的拖动下，励磁电压通过整流电路1整流后的直流电压约2.5V，此电压非常低，输出到启动电路时，由于稳压二极管正常工作需要较高的反向击穿电压，该电压不足以使稳压二极管击穿，所以稳压二极管ZD1截止，第一三极管Q1仍保持截止状态。该电压通过第二偏置电阻R2加到第二三极管Q2的基极，使第二三极管Q2导通，并经第二三极管Q2放大后输出到第三三极管Q3基极，使第三三极管Q3导通，经第三三极管Q3进一步放大输出到励磁绕组使其产生励磁电流。 由于励磁电流的磁势和剩磁同方向，因此旋转中的转子产生磁场使励磁电压上升，励磁电压升高使电流也相继升高，同时还会加大转子的磁场。 当励磁电压上升到设定值时，该电压将反相击穿稳压二极管ZD1使其导通，电流依次经过稳压二极管ZD1、第一偏置电阻R1后，将电压加至第一三极管Q1基极使其工作。 第一三极管Q1工作后将使第二三极管Q2基极端电压对地，使第二三极管Q2、第三三极管Q3截止完成启动。
[0019] 根据上述第二三极管Q2、第三三极管Q3截止完成启动的情况，这时表明励磁电压已经达到了设定值，此电压经过分压电阻R4、R7分压，并由电解电容C10将此信号的尖峰去掉(用以减小灵敏度)送入同相比例运算电路U2A进行放大，并输出到差分运算电路U2B。 通过操作键盘4设置的基准控制电流，该基准控制电流经微控制器处理后分成两个信号，其中一个为该微控制器的接口P3.7输出的PWM控制信号；另一个为该微控制器的接口P3.5输出的用于比较的基准电流信号VREF。 基准电流信号VREF输入到U2C以提高信号增益，从电压跟随器输出的信号经电阻R9、R12分压并由电容C9滤波后，输入到同相比例运算电路U2D进行放大。基准电流信号VREF经电压跟随器U2C及同相比例运算电路U2D处理后，由同相比例运算电路U2D输出到差分运算电路U2B，与经过处理的励磁电压进行比较，由差分运算电路U2B将比较后的信号，通过微控制器的误差取样信号P3.4R接口送入微控制器U3内部，该信号通过微控制器内的预置程序处理后，用于调整微控制器输出PWM控制信号的占空比。该PWM控制信号信号输出后即可限定励磁电压。 通过微控制器U3将PWM控制信号输出到开关电路7，当此信号加至第五三极管Q7的基极时促使该三极管工作，进而该PWM控制信号流入光电偶合器U1使光电偶合器U1工作，此时第四三极管Q4导通，其发射极将第一场效应管Q5、第二场效应管Q6的栅极电位下拉到地使其关闭，当PWM控制信号为低电平时第一场效应管Q5、第二场效应管Q6导通，对励磁电压进行控制，即对励磁绕组电流进行控制。通过操作键盘可以使微控制器产生不同大小的PWM控制信号，因此，弧焊机工作时，通过操作键盘设置不同的基准电流，可以对励磁电流进行调节。
[0020] 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之变动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。
