專利名稱：一種電焊機綜合節(jié)能電路的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種節(jié)能裝置，尤其指一種用于電焊機的綜合節(jié)能裝置。
技術背景據統(tǒng)計，全世界焊接用鋼占鋼產量的45%至60%。我國目前焊接耗電量約 占發(fā)電量的0.5%。工廠常用的電焊機有交流電焊機、直流電悍機等，使用最廣泛的是交流弧 焊機，它有BX1、 BX2、 BX3等三個系列。交流弧焊機具有結構簡單、壽命長、 維護容易、費用低廉等優(yōu)點。但交流弧焊機是單向負荷，容易造成三相電網負 荷不平衡，且功率因數(shù)很低， 一般為0.45~0.60，效率為80%左右。電焊機是利用大電流直接流過焊接母材，依靠結合部的接觸電阻的發(fā)熱達 到焊接的，因此是一種耗電大，功率因數(shù)低的焊機。由于交流弧焊機的功率因數(shù)很低，因此有必要安裝移相電容器進行無功補 償。如果通過接入移相電容器后將功率因數(shù)由0.45 0.60提高至0.60 0.70，則輸 入視在功率約減少20%，初級側配線損耗也降低到約64%。交流弧焊機接入移 相電容器后，按十年壽命期限計算，即便扣除電容器的費用，也可以節(jié)約相當 大的費用。此外還可以改善供電網絡的品質因素，降低輸配電線路的線損。電容器一般并聯(lián)于弧焊機的初級段，為了減少電容器的電容量，可以在變 壓器初級加升壓抽頭，電容器接在抽頭位置。這樣的設置可以如圖l所示。另外，由于電焊機的平均使用率非常低，而次級沒有發(fā)生電弧時也會有很大的勵磁電流流^:，為了降低不焊接時的無謂電耗，可采用空載自停裝置。圖2示出了這樣的一種空載自停電路，包括串接于電焊變壓器初級的雙向晶閘管(又稱可控硅)V，并聯(lián)于雙向晶閘管V兩個輸出端的電容CX1，以及 串接于電焊變壓器初級的熔斷器FU，還包括串接于電焊變壓器T次級的電流互 感器TA，連接于電流互感器TA輸出端的整流橋VC，整流橋VC的陰極輸出端 通過二極管VD連接晶閘管的一個連接端，陽極輸出端通過串接的電阻RX1、 RX2連接至晶閘管V的控制極，所述整流橋VC的陰極輸出端還通過電容CX2， 以及穩(wěn)壓二極管VS連接至電阻RX1與RX2之間。該電路的工作原理如下，當閉合電焊變壓器的開關閉合時，由于晶閘管處 于關斷狀態(tài)，交流380V的電源電壓經過電容CX1加至電源變壓器T的初級， 并在次級感應出一個較低的， 一般為十幾伏的電壓，此時，通過適當?shù)倪x擇CX1 的值，可以起到控制初級有功功率的作用，電焊機此時處于準備焊接狀態(tài)。當焊接時，位于次級回路中的焊條與工件接觸，在次級回路中電流互感器 TA感應出電壓，該電壓經整流橋VC整流，電阻RX1、 RX2限流后，觸發(fā)雙向 晶閘管V導通，雙向晶閘管V導通后，電容CX1被短路，電源變壓器T初級 電壓增大，次級感應的電壓隨之增大，焊機起弧悍接。起弧后，電流互感器電 壓升高，穩(wěn)壓管VS擊穿，電容CX2充電。當短時停焊時，CX2通過VS、 RX2 向雙向晶閘管的控制極放電，維持V的短時導通。當CX2放電完畢，V關閉， 電焊機自動斷電。由以上敘述可見，該電路可以在一定程度上有效的解決電焊機的空載損耗問題，從而節(jié)省電能。但是，可以看到，該電路在對電焊機的無功補償上沒有 作用。因此，需要提供一種在空載自停節(jié)電的基礎上具有無功補償?shù)碾姾笝C節(jié) 電電路。實用新型內容本實用新型的一個目的，在于解決現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種電焊 機綜合節(jié)電電路，用以在提供除空載節(jié)電外的無功補償節(jié)電功能。 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的電焊機綜合節(jié)電電路包括第一電源連接端(u)、第二電源連接端(v)，第一電焊機變壓器連接端(TRA1 )、第二變壓器連接端(TRA2)、第一可控硅(RS1 )和接觸器(KJ)，其中，第一可控(RS1)硅包括陽極、陰極和控制極，第一可控硅(RS1)與接觸器(KJ)線圈串接于第一電源連接端(U)與第二電源連接端(V)之間，所述接觸器(KJ)的第一常開觸點(KJ1)與第一電容器(Cl)并聯(lián)后接入第一電源連接端(U)與第一電焊機變壓器連接端(TRA1)之間，所述接觸器的第二常開觸點(KJ2)與第二電容器(C2)串聯(lián)后接入第一電源連接端(U)與第二電源連接端(V)之間；一個電流傳感器(LM)，連接于電焊機變壓器(T)的次級的回路中， 用于產生體現(xiàn)次級回路電流的感應電壓；一個光'電耦合隔離電路，其發(fā)光電路部分連接于電流傳感器的輸出端， 由電流傳感器(LM)的輸出驅動發(fā)光；其開關器件部分一端通過分壓電阻 (Rl)連接一個直流電源(+Ec)，另一端連接至第一可控硅(RS1)的陰極，以及
一個驅動電路，包括
電容器(C5),并聯(lián)于光電耦合隔離電路的開關器件部分；
第一三極管(Gl)、所述第一三極管的基極通過限流電阻連接至光電耦合隔
離電路的開關器件部分與分壓電阻(Rl)之間，集電極通過分壓電阻(R2)
連接直流電源+Ec，發(fā)射極連接第一可控硅(RS1)的陰極；以及
射極跟隨器，所述涉及跟隨器的積極輸入端連接第一三極管(Gl)的集電
極，集電極連接直流電源(+Ec)，發(fā)射極輸出分別連接第一可控硅(RS1)
的陰極和控制極。
進一步的，所述第一分壓電阻(Rl)為可變電阻器。
進一步的，在所述接觸器的第二常開觸點(KJ2)兩端并聯(lián)有在用以在第二 常開觸點閉合時抑制第二電容器(C2)上的瞬時大電流的第三電容器(C3)。
本實用新型的有益效果在于，在接入電焊機的電路后，可以在實現(xiàn)空載自 停功能的同時，實現(xiàn)無功補償功能。通過加入光電耦合隔離電路，可以實現(xiàn)高 電壓部分與低電壓部分的有效隔離；此外，電路中還包括延時電路，從而可以 有效地減少接觸器的動作次數(shù)，增加其壽命。


圖1為現(xiàn)有技術中的一種無功補償電路的電路原理圖。 圖2為現(xiàn)有技術中的一種空載自停電路的電路原理圖。 圖3A為依照本實用新型的一種具體實施方式
的電焊機綜合節(jié)電電路的一部分電路的原理圖。
圖3B為依照本實用新型的一種具體實施方式
的電焊機綜合節(jié)電電路的另 一部分電路的原理圖。
具體實施方式
本實用新型涉及一種具有空載自停和無功補償功能并將兩者結合的電路， 既保證不空載過補又可保證帶載適當補償。
以下結合附圖，對本實用新型的特 征作詳細說明
圖3A、 3B為本實用新型的第一種具體實施方式
的電路原理圖。該電路具有 第一電源連接端U和第二電源連接端V,以及第一電焊機變壓器連接端TRA1 和第二變壓器連接端TRA2。其中，在第一電源連接端與第二電源連接端之間串 聯(lián)接可控硅RS1和接觸器的線圈部分KJ，接觸器的第一常開觸點KJ1與一個電 容器Cl并聯(lián)后接入第一電源連接端U與第一電焊機變壓器連接端之間。接觸器 的第二常開觸點KJ2與第二電容器C2串聯(lián)后接于第一電源連接端U與第二電 源連接端V之間。還可以在接觸器的線圈部分KJ兩段并聯(lián)二極管D。
還包括一個電流傳感器LM，在本實施例中可以是一個電流互感器，該電流 傳感器連接于電焊機變壓器T的次級回路中，用以根據次級回路中的電流對應 的感應出一個電壓信號，并通過電流傳感器第一輸出端SEN1和第二 SEN2輸出。
電流傳感器LM的輸出電壓直接施加于光電耦合隔離電路。
圖3B還示出了本實用新型的具體實施中的光電耦合電路及驅動電路的電路 原理圖。參照圖3B，光電耦合電路包括光電耦合器件Q1，如現(xiàn)有技術中所熟知的，光電耦合器件Q1—般包括一個發(fā)光二極管端，用以在偏壓下發(fā)光，以及一 個開關器件端，可以在發(fā)光二極管端發(fā)光時導通，在發(fā)光二級管端不發(fā)光時截 止。
光電耦合器件Q1的發(fā)光二極管端連接第一傳感器輸入端SEN1和第二傳感 器輸入端SEN2，開關器件部分的一端通過電阻R2連接第一三極管G1的基極， 同時還通過分壓電阻R1連接電源端+Ec，另一端連接第一可控硅RSl的陰極K， 第一三極管G1的發(fā)射極連接第一可控硅RS1的陰極K，集電極通過電阻R4連 接一個由第二三極管G2，電阻R3、 R5、 R6組成的射極跟隨器，并作為該射極 跟隨器的輸入。光電耦合器件Q1的開關兩端還并聯(lián)有電容器C5，該電容器用 以實現(xiàn)電焊機的延時關斷。
射極跟隨器的輸出連接第一可控硅RS1的控制極G。如上所述的電源端+Ec 可以是由與電焊機變壓器并聯(lián)的一個變壓器T2經變壓并經一個連接于變壓器 T2輸出端的整流橋ZD整流后獲得的。另外，還可以在整流橋輸出端并聯(lián)濾波 電容C4，另整流橋的輸出更穩(wěn)定。
本具體實施方式
中的電焊機綜合節(jié)電電路的工作原理如下首先需要當將 本實用新型的電焊機綜合節(jié)電電路的第一電源連接端U和第二電源連接端V分 別連接交流380V主電源的輸出端，第一電焊機變壓器連接端TRA1和第二電焊 機變壓器連接端TRA2分別連接電焊機變壓器T的初級繞組的兩端，第一傳感 器輸入端SEN1和第二傳感器輸入端SEN2連接至位于電焊機變壓器次級繞組的 回路上的電流互感器LM的輸出端。
此后，打開主電源開關，接通380V交流電源，此時，由于G點的電壓即可控硅RS1的控制極電壓與其陰極電壓相等，可控硅RS1不導通。電壓需要通 過電容Cl施加于變壓器的初級繞組，因此僅與電容器Cl兩端電壓相當?shù)碾妷?有作用，通過選擇C1的電容量，就可以控制初級繞組的電壓，從而控制次級繞 組的感應電壓；在驅動電路一端，由于第二變壓器T2有感應輸出，使得+EC與 K之間有偏壓，所以電容器C5被充電至一足以令三極管G1產生基極電流的電 壓，在充電過程中，三極管G1導通直至飽和，在此過程中，三極管G2沒有基 極電流，因此三極管G2不導通，可控硅RS1的控制極和陰極沒有偏壓，可控 硅RS1不導通。
如果焊接操作人員進行打火焊接時，將電焊機焊槍H與工件相連就會在電 焊機變壓器的次級形成回路。此時，位于次級繞組中的電流傳感器感應到一個 與C1電壓相對應的電壓，例如，對于BX1-400型交流電焊機來說，約為15V 時，電流傳感器LM將感應到一個約3V的電壓。該電壓驅動光電耦合器件Q1 的發(fā)光二極管發(fā)光，從而，光電耦合器件的開關部分導通，此時，電容器C5開 始放電，三極管G1沒有基極電流，這樣，三極管G1不導通，而三極管G2導 通，射極跟隨器為可控硅RS1的控制極與陰極提供偏壓，可控硅RS1導通。
可控硅RS1的導通將導致接觸器線圈KJ兩端產生偏壓，從而接觸器第一常 開觸點KJ1和第二常開觸點KJ2閉合，導致了電容器C1被短路，380V的交流 電直接流過變壓器初級繞組，同時，由于第二常開觸點KJ2的閉合，使得電容 器C2并聯(lián)在了變壓器初級繞組的兩端，形成了無功補償電路，通過適當?shù)倪x擇 電容器C2的電容值，可以調整變壓器的功率因數(shù)。
當在電焊機變壓器的次級繞組沒有電流通過時，即電焊操作人員沒有進行焊接操作時，由于電焊機變壓器次級沒有形成回路，所以電流傳感器不會產生
感應電壓，此時，光電耦合器件的開關關斷，電源+EC開始為電容器C5充電， 其充電的速度是由第一分壓電阻R1以及C5的阻容值決定的，即分壓電阻的阻 值越大，充電阻速度越慢，C5的阻容值越大，其充放電越慢，隨著電容器C5 電壓的逐漸升高，三極管G1從導通至飽和，飽和后，三極管G2不再有基極電 流，從而三極管G2截止，三極管G2截止造成RS1無偏壓不導通。
因此通過妥善的選擇C5的電容值可以控制RS1由導通之不導通的時間，從 而可以實現(xiàn)電焊機的延時自停。這樣不僅避免了接觸器的頻繁動作導致很快達 到設計壽命，還為焊接操作人員更換工件等提供了足夠的時間。
此外，還可以將分壓電阻R1選定為可變電阻器，這樣通過改變R1的阻值 就可以調節(jié)上述延時的時間。
如圖3A所示，還可以在第二常開觸點KJ2的兩端并聯(lián)電容器C3，令C3 相對C2具有較小的電容值，可以由電容器C2免于接觸器觸點(KJ1 、 KJ2) 遭受瞬時大電流的沖擊，從而延長接觸器觸點的的壽命。
本實用新型有效的將電焊機空載自停電路和無功補償電路進行了結合，通 過針對不同電焊機極性，適當?shù)倪x取電容器C2的電容值，可以調整功率因數(shù)。 此外，加入了第三電容器C3減少了，接觸器接通時對接觸器觸點的沖擊電流， 保護了接觸器。另外，采用光電隔離器件配合延時電容的設置，不僅實現(xiàn)了高 壓部分和低壓部分的有效隔離，而且可以避免電焊機自在起弧過程中因人員操 作不當造成接觸器的頻繁動作，可延長其使用壽命。
安裝了上述電焊機綜合節(jié)能電路后，以BXl-400型電焊機為例，可以將功率因數(shù)由0.47提高到0.76;是視在功率由原來的18.66KVA下降到10.8KVA， 無功功率由原來的16.1Kvar下降到6.78Kvar;帶載電流由原來的50.92A下降到 29.1A，線路損耗下降60%。
綜上所述僅為本實用新型較佳的實施例，并非用來限定本實用新型的實施 范圍。即凡依本實用新型申請專利范圍的內容所作的等效變化及修飾，皆應屬 于本實用新型的技術范疇。
權利要求1.一種電焊機綜合節(jié)能電路，其特征在于包括第一電源連接端(U)、第二電源連接端(V)，第一電焊機變壓器連接端(TRA1)、第二變壓器連接端(TRA2)、第一可控硅(RS1)和接觸器(KJ)，其中，第一可控(RS1)硅包括陽極、陰極和控制極，第一可控硅(RS1)與接觸器(KJ)線圈串接于第一電源連接端(U)與第二電源連接端(V)之間，所述接觸器(KJ)的第一常開觸點(KJ1)與第一電容器(C1)并聯(lián)后接入第一電源連接端(U)與第一電焊機變壓器連接端(TRA1)之間，所述接觸器的第二常開觸點(KJ2)與第二電容器(C2)串聯(lián)后接入第一電源連接端(U)與第二電源連接端(V)之間；一個電流傳感器(LM)，連接于電焊機變壓器(T)的次級的回路中，用于產生體現(xiàn)次級回路電流的感應電壓；一個光電耦合隔離電路，其發(fā)光電路部分連接于電流傳感器的輸出端，由電流傳感器(LM)的輸出驅動發(fā)光；其開關器件部分一端通過分壓電阻(R1)連接一個直流電源(+Ec)，另一端連接至第一可控硅(RS1)的陰極，以及一個驅動電路，包括電容器(C5)，并聯(lián)于光電耦合隔離電路的開關器件部分；第一三極管(G1)、所述第一三極管的基極通過限流電阻連接至光電耦合隔離電路的開關器件部分與分壓電阻(R1)之間，集電極通過分壓電阻(R2)連接直流電源+Ec，發(fā)射極連接第一可控硅(RS1)的陰極；以及射極跟隨器，所述涉及跟隨器的積極輸入端連接第一三極管(G1)的集電極，集電極連接直流電源(+Ec)，發(fā)射極輸出分別連接第一可控硅(RS1)的陰極和控制極。
2. 根據權利要求1所述的電焊機綜合節(jié)能電路，其特征在于所述第一分壓 電阻(Rl)為可變電阻器。
3. 根據權利要求1或2中任意一項所述的電焊機綜合節(jié)能電路，其特征在于: 在所述接觸器的第二常開觸點(KJ2)兩端并聯(lián)有在用以在第二常開觸點閉合 時抑制第二電容器(C2)上的瞬時大電流的第三電容器(C3)。
專利摘要本實用新型公開了一種電焊機綜合節(jié)電電路，包括一個并聯(lián)于變壓器兩端的用于無功補償?shù)碾娙?，還包括一個由變壓器次級中的一個電流互感器提供控制信號的光電耦合隔離電路和繼電器驅動電，用于實現(xiàn)空載自停。本實用新型的有益效果在于，在接入電焊機的電路后，可以在實現(xiàn)空載自停功能的同時，實現(xiàn)無功補償功能。通過加入光電耦合隔離電路，可以實現(xiàn)高電壓部分與低電壓部分的有效隔離；此外，電路中還包括延時電路，從而可以有效地減少接觸器的動作次數(shù)，增加其壽命。
文檔編號B23K9/10GK201143591SQ20072030590
公開日2008年11月5日 申請日期2007年11月27日 優(yōu)先權日2007年11月27日
發(fā)明者張兆軍, 郝林惠 申請人:郝林惠;張兆軍