專利名稱：三相數字式分時平衡大功率交流焊接電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三相數字式分時平衡大功率交流焊接電源，是一種三相變 單相焊接電源，具有三相平衡、節能、輸出電壓可控的優點。
背景技術：
在三相電力系統的背景下，中小功率的單相電力設備不斷出現。單相交流 大功率負載主要采用單相線電壓供電方式，導致三相電壓嚴重不平衡。為解決 三相不平衡問題，目前主要采用了幾種技術
1、 三相變單相平衡變壓器，能達到三相變單相的平衡變換，理想狀態負序 電流為零，功率因數l，還能吸收部分諧波；取消電分相，實現同相供電。變壓 器采用等截面三柱式鐵心，原邊接線是倒"T"形，次邊接線是反"L"形，兼有濾 波功能的移相電容器、電抗器組與移相電抗器在相位上垂直配置；根據負荷的 大小及功率因數配置移相電容器、電抗器組與移相電抗器的容量。變壓器結構 復雜，成本高。
2、 由三相交流可控開關和三相合成主變壓器及控制電路組成三相變單相電 源。在控制電路的控制下，三相交流按時間順序分別對主變壓器的一次三相繞 組供電，通過三相合成變壓器，在二次輸出三相順序合成的單相輸出，實現三 相變單相的過程。圖7是工作波形，其中陰影部分是變壓器二次側單相輸出電 壓波形，其輸出頻率是150Hz，輸出為非正弦波形。
發明內容
本發明提出一種三相數字式分時平衡大功率交流焊接電源，通過晶閘管可 控開關和三相合成主變壓器及單片機控制電路組成三相變單相大功率交流焊接 電源。在單片機控制電路的控制下，三相交流電按時間順序分別對主變壓器的 一次三相繞組供電，通過三相合成變壓器，在二次輸出三相順序合成的單相輸 出，實現三相變單相的過程。三相輸入功率平衡，單相輸出電壓可控。
按照本發明提供的技術方案，三相數字式分時平衡大功率交流焊接電源， 包括三相變單相可控交流電源和控制電路，其特征是:所述三相變單相可控交 流電源包括三相可控開關電路和三相變單相變壓器T，所述三相可控開關電路是
指第一晶閘管VTal和第二晶閘管VTa2組成的A相可控開關電路，第三晶閘管
VTbl和第四晶閘管VTb2組成的B相可控開關電路，第五晶閘管VTcl和第六 晶閘管VTc2組成的C相可控開關電路；A相可控開關電路的輸出和B相線電 壓Ub、 B相可控開關電路的輸出和C相線電壓u。 C相可控開關電路的輸出和 A相線電壓Ua分別連接三相變單相變壓器T的初級，三相變單相變壓器T的次 級連接單相交流負載；三相變單相變壓器T的三個初級電壓i^、 ubl、 u^按時間 順序分時工作；交流電通過三相可控開關電路，產生三相分時平衡電壓i^、 ubl、 ucl，經過三相變單相變壓器T，變為單相輸出電壓U2，供給單相交流負載；所 述控制電路包括電流檢測電路、電壓檢測電路、過零檢測電路、單片機和晶閘 管觸發電路；所述電流檢測電路的輸出連接單片機的電流檢測A/D轉換接口， 所述電壓檢測電路的輸出連接單片機的電壓檢測A/D轉換接口，所述過零檢測 電路的輸出連接單片機的過零檢測接口 ；單片機根據檢測到的過零信號進行相 序確定，決定下一個要觸發的晶閘管，根據檢測到的輸入電流和輸出電壓信號 和給定功率比較，確定移相角a;單片機的輸出通過晶閘管觸發電路，產生觸發 信號Gal、 Ga2、 Gbl、 Gb2、 Gcl、 Gc2，分別連接到對應的晶閘管VTal、 VTa2、 VTbl、 VTb2、 VTcl、 VTc2的門極，控制對應的晶閘管的開關。
所述電流檢測電路包括三相交流電流互感器、電流信號處理電路，由三相 交流電流互感器檢測到所述三相變單相可控交流電源輸入端的三相交流電流信 號經電流信號處理電路變換成直流電壓，輸入到單片機的電流檢測A/D轉換接 口；所述電壓檢測電路包括輸出電壓互感器、電壓信號處理電路，由輸出電壓 互感器檢測到三相變單相可控交流電源的輸出電壓信號經電壓信號處理電路變 換成直流電壓，輸入到單片機的電壓檢測A/D轉換接口；所述過零檢測電路包 括同步變壓器、同步信號處理電路，同步變壓器的輸入連接三相交流電壓ua、 ub、 ue，產生同步信號SA、 SB、 SC，經同步信號處理電路，輸入到單片機的過 零檢測接口。
所述晶閘管觸發電路包括依次連接的光電隔離電路、功率放大電路和脈沖 變壓器，光電隔離電路的輸入端連接單片機的輸出觸發端，脈沖變壓器的輸出 端分別連接對應晶閘管的門極。
本發明的特點是①交流電380V通過由晶閘管組成的三相可控開關電路， 產生三相分時平衡電壓，經過三相變單相變壓器，將三相變為單相輸出，供給 交流負載。②同歩信號經過零檢測電路，將正弦波變成方波信號，經過光電隔 離電路，輸入到單片機過零檢測接口。由三相交流電流互感器檢測到電流信號
經電流檢測電路和整流電路變換成直流電壓，輸入到單片機的電流檢測A/D轉 換接口。由輸出電壓互感器檢測到電壓信號經電壓檢測電路和整流電路變換成
直流電壓，輸入到單片機的電壓檢測A/D轉換接口。單片機根據檢測到的過零
信號進行相序確定，決定下一個要觸發的晶閘管。根據檢測到的輸入電流和輸
出電壓信號，和給定功率比較，確定移相角a的大小，單片機輸出觸發信號， 通過光電隔離電路、功率放大電路、脈沖變壓器等部分組成的輸出觸發電路， 觸發對應的晶閘管。
圖1為本發明總體結構圖。
圖2為同步變壓器部分結構圖。
圖3為控制電路結構圖。
圖4為單片機主程序流程圖。
圖5為三相變單相控制波形。
圖6為三相變單相可控交流電源變壓器T次級電壓U2輸出波形。其中圖6a 移相角a為零，圖6b移相角a為60。，圖6c移相角a為120°。
圖7是由三相交流可控開關和三相合成主變壓器及控制電路組成的三相變 單相電源的工作波形。
具體實施例方式
圖1中，ua、 ub、 Uc為三相交流輸入電壓，第一晶閘管VTal和第二晶閘管 VTa2組成A相可控開關電路，第三晶閘管VTbl和第四晶閘管VTb2組成B相 可控開關電路，第五晶閘管VTcl和第六晶閘管VTc2組成C相可控開關電路， 他們共同組成三相可控開關電路。T為三相變單相變壓器，ual、 ubl、 Ud為變壓 器T的三個初級電壓，三個電壓按時間順序分時工作，U2為變壓器T的次級輸 出電壓。交流電380V通過由晶閘管VTal、 VTa2、 VTbl、 VTb2、 VTcl、 VTc2 組成的三相可控開關電路，產生三相分時平衡電壓iw、 ubl、 ucl，經過三相轉單 相變壓器T，將三相變為單相輸出電壓U2，供給交流負載。
圖2中，三相交流電壓lla、 Ub、 Ue通過同步變壓器產生同步信號，作為晶閘
管觸發脈沖的基準信號，單片機系統計算觸發脈沖的移相角，晶閘管觸發電路
將觸發脈沖進行功率放大。同步變壓器檢測三相交流電壓Ua、 Ub、 Ue的過零點，
產生同步信號SA、 SB、 SC，通過單片機系統、晶閘管觸發電路，產生觸發信 號Gal、 Ga2、 Gbl、 Gb2、 Gcl、 Gc2，分別連接到對應的晶閘管VTal、 VTa2、
VTbl、 VTb2、 VTcl、 VTc2的門極，控制對應的晶閘管的開關。
圖5中，SA、 SB、 SC為同步變壓器輸出的同步信號波形，uab、 ube、 uca為
三相線電壓。
主電路的工作原理、控制波形如圖5。
在t0-tl時段，晶閘管VTal觸發導通，三相線電壓Uab的正半波通過晶閘管 VTal到變壓器T的ab相繞組，其電壓為ual，次級繞組輸出電壓u2=ual。其余 兩相相繞組bc、 ca的電壓Uw二Ud二O。
在tl-t2時段，晶閘管Vta2觸發導通，三相線電壓Uab的負半波通過晶閘管 Vta2到變壓器T的ab相繞組，其電壓為Ua!，次級繞組輸出電壓u2=ual。其余 兩相相繞組bc、 ca的電壓Uw二Ud二O。
在t2-t3時段，六個晶閘管全關斷，u2 = ual = ubl = Uel = 0。
在t3-t4時段，晶閘管VTbl觸發導通，三相線電壓Ube的正半波通過晶閘管 VTbl到變壓器T的bc相繞組，其電壓為iiw，次級繞組輸出電壓112=1^。其余 兩相相繞組ab、 ca的電壓i^二Ud二0。
在t4-t5時段，晶閘管Vtb2觸發導通，三相線電壓Ube的負半波通過晶閘管 Vtb2到變壓器T的bc相繞組，其電壓為uw，次級繞組輸出電壓U2二uw。其余 兩相相繞組ab、 ca的電壓i^二u^二0。
在t5-t6時段，六個晶閘管全關斷，u2=ual=ubl=uel = 0。
在t6-t7時段，晶閘管VTcl觸發導通，三相線電壓UeJ勺正半波通過晶閘管 VTcl到變壓器T的ca相繞組，其電壓為Ud，次級繞組輸出電壓ii2二iid。其余 兩相相繞組ab、 bc的電壓ual=ubl = 0。
在t7-化時段，晶閘管Vtc2觸發導通，三相線電壓Uea的負半波通過晶閘管
Vtc2到變壓器T的ca相繞組，其電壓為uel,次級繞組輸出電壓u2=uel。其余 兩相相繞組ab、 be的電壓ual=ubl=0。
在t8時間點以后進行下一個周期的工作。
在tO-tl， tl-t2， t3-t4， t4-t5， t6-t7， t7-t8時段，控制觸發移相角a，可得移 相角a從0。到180°，輸出電壓U2從最大變到零的變化波形。
圖3為單片機部分主要組成結構。由同步信號處理電路、電壓信號處理電 路、電流信號處理電路、功率給定電路、單片機組成單片機系統，由光電隔離、 功率放大、脈沖變壓器等部分組成晶閘管觸發電路。同步信號SA、 SB、 SC經 同步信號處理電路，輸入到單片機過零檢測接口。由三相交流電流互感器檢測
到電流信號經電流信號處理電路，輸入到單片機的電流檢測A/D轉換接口。由 輸出電壓互感器檢測到電壓信號經電壓信號處理電路，輸入到單片機的電壓檢
測A/D轉換接口。單片機根據檢測到的過零信號進行相序確定，決定下一個要
觸發的晶閘管。根據檢測到的輸入電流和輸出電壓信號，和給定功率比較，確
定移相角a的大小，單片機輸出觸發信號，通過晶閘管觸發電路，驅動對應的 品閘管。
圖4是單片機控制主程序流程圖。主程序包括過零檢測、電流檢測、電壓 檢測、相序確定、A/D轉換、觸發角計算、觸發脈沖輸出等程序。
權利要求
1、三相數字式分時平衡大功率交流焊接電源，包括三相變單相可控交流電源和控制電路，其特征是所述三相變單相可控交流電源包括三相可控開關電路和三相變單相變壓器(T)，所述三相可控開關電路是指第一晶閘管(VTa1)和第二晶閘管(VTa2)組成A相可控開關電路，第三晶閘管(VTb1)和第四晶閘管(VTb2)組成B相可控開關電路，第五晶閘管(VTc1)和第六晶閘管(VTc2)組成C相可控開關電路；A相可控開關電路的輸出和B相線電壓(ub)、B相可控開關電路的輸出和C相線電壓(uc)、C相可控開關電路的輸出和A相線電壓(ua)分別連接三相變單相變壓器(T)的初級，三相變單相變壓器(T)的次級連接單相交流負載；三相變單相變壓器(T)的三個初級電壓(ua1、ub1、uc1)按時間順序分時工作；交流電通過三相可控開關電路，產生三相分時平衡電壓(ua1、ub1、uc1)，經過三相變單相變壓器(T)，變為單相輸出電壓(u2)，供給單相交流負載；所述控制電路包括電流檢測電路、電壓檢測電路、過零檢測電路、單片機和晶閘管觸發電路；所述電流檢測電路的輸出連接單片機的電流檢測A/D轉換接口，所述電壓檢測電路的輸出連接單片機的電壓檢測A/D轉換接口，所述過零檢測電路的輸出連接單片機的過零檢測接口；單片機根據檢測到的過零信號進行相序確定，決定下一個要觸發的晶閘管，根據檢測到的輸入電流和輸出電壓信號和給定功率比較，確定移相角(α)；單片機的輸出通過晶閘管觸發電路，產生觸發信號(Ga1、Ga2、Gb1、Gb2、Gc1、Gc2)，分別連接到對應的晶閘管(VTa1、VTa2、VTb1、VTb2、VTc1、VTc2)的門極，控制對應的晶閘管的開關。
2、 根據權利要求1所述的三相數字式分時平衡大功率交流焊接電源，其特 征在于，所述電流檢測電路包括三相交流電流互感器、電流信號處理電路，由 三相交流電流互感器檢測到所述三相變單相可控交流電源輸入端的三相交流電 流信號經電流信號處理電路變換成直流電壓，輸入到單片機的電流檢測A/D轉 換接口；所述電壓檢測電路包括輸出電壓互感器、電壓信號處理電路，由輸出 電壓互感器檢測到三相變單相可控交流電源的輸出電壓信號經電壓信號處理電 路變換成直流電壓，輸入到單片機的電壓檢測A/D轉換接口；所述過零檢測電 路包括同步變壓器、同步信號處理電路，同步變壓器的輸入連接三相交流電壓(ua、 ub、 uc)，產生同步信號(SA、 SB、 SC)，經同步信號處理電路，輸入到單片機的過零檢測接口。
3、根據權利要求1所述的三相數字式分時平衡大功率交流焊接電源，其特征在于，所述晶閘管觸發電路包括依次連接的光電隔離電路、功率放大電路和 脈沖變壓器，光電隔離電路的輸入端連接單片機的輸出觸發端，脈沖變壓器的 輸出端分別連接對應晶閘管的門極。
全文摘要
本發明涉及一種三相數字式分時平衡大功率交流焊接電源，是一種三相變單相焊接電源，包括三相可控開關電路、三相變單相變壓器和控制電路。交流電通過由晶閘管組成的三相可控開關電路，產生三相分時平衡電壓，經過三相變單相變壓器，將三相變為單相輸出，供給交流負載；在單片機控制電路的控制下，三相交流電按時間順序分別對主變壓器的一次三相繞組供電，通過三相合成變壓器，在二次輸出三相順序合成的單相輸出，實現三相變單相的過程。具有三相輸入功率平衡、節能、單相輸出電壓可控的優點。
文檔編號B23K9/10GK101394134SQ20081019551
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月15日 優先權日2008年10月15日
發明者雷 吳, 晶 惠, 沈錦飛, 顏文旭 申請人:江南大學