[发明专利]功率控制和动态避峰的电动定扭矩扳手控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种功率控制和动态避峰的电动定扭矩扳手控制装置及方法，装置包括CPU电路、电流真有效值采样电路、电压真有效值采样电路、过零点检测电路、可控硅触发电路、电源电路、扭矩设置电路、LED状态指示电路和控制开关；方法包括功率控制过程和动态电流避峰过程。本发明通过采用功率控制和动态时间避峰相结合的方式，不仅提高了电动定扭矩扳手的扭矩控制精度，增强了电动定扭矩扳手的适应性，而且使电动定扭矩扳手的最小扭矩起控点向下延伸，拓宽了电动定扭矩扳手的扭矩控制范围，同时简化了电动定扭矩扳手控制仪的校调；通过对电压的监控以及电流二次过限控制，使得电动定扭矩扳手在异常情况下得到有效保护，延长了工具的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种基于功率控制和动态避峰的电动定扭矩扳手控制装置及方法，属于电动工具螺纹装配技术领域。

背景技术

电动定扭矩扳手，是电动扳手的一种，其最主要特征就是可以设定扭矩，并且扭矩可调，实现对螺栓扭矩的精确控制。电动定扭矩扳手广泛用于预应力螺栓结构桥梁的架设，钢结构厂房的施工、化工、冶金、发电设备的安装，大型机械、起重设备和车辆装配作业，以及对螺纹紧固件的扭矩及轴向拉力有严格要求的场合。

电动定扭矩扳手(以下简称工具)一般由双重绝缘单相串激式电动机(以下简称电机)和减速机构，及控制器构成。传统的控制器通过电流与扭矩的近似线性关系(如图2所示)，用检测电机电流的方法实现对扭矩控制。即在检测到电流到达到图2中对应的扭矩设定值时，控制电机停机，达到电流扭矩控制的目的。目前大多数电动定扭矩扳手，均采用此种控制方式。但这种传统控制方式没有考虑现场电压的影响：在应用现场电源往往不稳定，加之实际使用时，现场的电源接线箱离扳手使用地较远，需要使用较长的电源连接线连接，由于线路电阻的存在，扳手工作时在线路上产生较大的压降，使工具实际获得的电压降低，造成输入功率降低(如图2所示)在电压变化的情况下，如仍按原来的电流曲线控制扭矩，则会造成实际扭矩的降低；另外一种情况是现场电压过高时会造成实际扭矩的升高，直观的实现方法可以采用电压补偿的办法实现：即在电压偏离正常值时对控制电流乘上一个补偿系数K，在电压在正常范围内偿系数K＝1，在电压小于正常值时补偿系数K>1,即取较大的电流控制值，在电压大于正常值时补偿系数K<1,即取较小的电流控制值。而这种方法的本质是功率控制方法，根据电功率定义公式P＝U*I，可知U-I成反比关系，即电压U高时应减小电流I的控制值，即电压U低时应加大电流I的控制值。

单相串激式电动机的启动电流与时间的关系如图3所示，电动机在启动时有大于扭矩电流设定值的启动电流峰值出现，这时的监测电流值大于扭矩电流设定值，如不采用“电流避峰电路”则电机无法正常启动。传统的电流避峰控制方式采用“延时避峰”的方式进行电流避峰，即在启动的时间点T之前检测到的电流值不作为到达扭矩电流判据，经过时间T后峰值电流回落后，检测到的电流才作为到达扭矩电流判据，

再进行电机停机控制，由于不同电机的工作曲线的差异，造成峰值持续时间不一致，如图4所示：图4中A电机的启动避峰时间要短于B电机，如采用传统的“延时避峰”使用T1值作为避峰时间则造成B电机无法正常启动，如采用T2值作为避峰时间则造成B电机虽然能正常启动，但在固定避峰期间里出现扭矩(电流)到达设定值而无法被检测，造成扭矩的超限，使电机A无法进行小扭矩控制，所以固定时间的避峰无法自动适应多种电机，如对每种电机的避峰时间进行补偿，造成控制器校调过程复杂，通用性降低。

综上所述，传统的电动定扭矩扳手存在一些缺陷：

1、保护方式的缺失

传统工具仅实现了电流保护，由于没有电压采样及控制回路，无法实现电压保护。当电压过高或过低时，无法对电机进行保护，这是造成现场工具电机部件损坏的一个重要因素。

2、显示方式不完善

传统工具仅实现了扭矩到达、未到达的LED显示，对于过压、欠压、电机断线、过流等情况的故障的判断缺乏有效直观的指示，造成现场故障判断困难。