一種鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電焊機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，本發(fā)明包括：順序連接的電磁兼容性濾波器、軟啟動(dòng)電路、整流濾波電路、全橋逆變電路、中頻降壓電路、中頻整流電路，所述中頻降壓電路上接有鏡像電壓采集電路，所述鏡像電壓采集電路通過(guò)設(shè)置于所述中頻降壓電路中的變壓器鐵芯相耦合的電壓繞組對(duì)鏡像電壓值進(jìn)行采集；所述全橋逆變電路上接有鏡像電流采集電路，所述鏡像電流采集電路通過(guò)設(shè)置于所述全橋逆變電路的一次側(cè)連接的中頻電流互感器對(duì)鏡像電流值進(jìn)行采集；本發(fā)明采集時(shí)間沒(méi)有延遲，且做到完全的電氣隔離，整機(jī)安全得以保證，采樣的信噪比也較高。
【專利說(shuō)明】一種鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電焊機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)今社會(huì)上，熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)已廣泛用于焊接工業(yè)，其優(yōu)點(diǎn)是:焊接工藝性能好、焊接速度快、自動(dòng)化程度較高。熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)焊接工藝一般分為適合薄板焊接的小電流熔滴短路過(guò)渡焊接工藝和適合中厚板的中等電流熔滴噴射過(guò)渡焊接工藝，兩種焊接工藝都需要快速響應(yīng)的弧焊電源作保證，其原理是:獲得焊接電弧的電壓值和焊接電流值，并將該值和給定進(jìn)行比較得出誤差，將誤差通過(guò)PID調(diào)節(jié)器處理后去控制PWM脈沖的占空比，從而快速的調(diào)節(jié)焊接電弧的電壓值和焊接電流值。焊接電弧電壓和焊接電流是整個(gè)控制過(guò)程的原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所以實(shí)時(shí)的焊接電弧電壓值和焊接電流值采集方法的優(yōu)劣，直接影響整個(gè)控制過(guò)程，直接影響焊接工藝性能。另外熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)的電弧電壓和焊接電流控制方案的優(yōu)劣也極大地影響著焊接工藝的優(yōu)劣。就焊接電弧電壓值和焊接電流值采集方法而言，目前常用的有如下兩種:
第一種現(xiàn)有的焊接電弧電壓采集和焊接電流采集方法如圖1所示，其采用直接焊接電弧電壓采集方法和焊接電流分流器采集方法，直接采集的焊接電弧電壓通過(guò)控制電路電阻分壓后送到電弧電壓反饋電路；分流器采集的焊接電流信號(hào)電壓通過(guò)控制電路的運(yùn)算放大器放大后送到焊接電流反饋電路；其因采集電路、控制回路和焊接電源主回路直接相連沒(méi)有電氣隔離措施，整機(jī)的安全隔離非常難以處理，而且極容易引進(jìn)干擾信號(hào)，使得采集的信號(hào)電壓性噪比低，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的動(dòng)作，難以保證優(yōu)良的焊接工藝性能。
[0003]第二種現(xiàn)有的焊接電弧電壓采集和焊接電流采集方法如圖2所示，其采用霍爾器件間接焊接電弧電壓采集方法和采用霍爾器件間接焊接電流采集方法，霍爾器件間接采集的焊接電弧電壓送到電弧電壓反饋電路；霍爾器件間接采集的焊接電流信號(hào)電壓送到焊接電流反饋電路；其中，霍爾器件間接采樣會(huì)產(chǎn)生固有的信號(hào)延時(shí)，使得焊接電弧采樣信號(hào)電壓和焊接電流采樣信號(hào)電壓在時(shí)域上產(chǎn)生失真，為后級(jí)的信號(hào)處理、誤差修正提供了帶有錯(cuò)誤信息的信號(hào)，同樣也難保證有優(yōu)良的焊接工藝性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明一種鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，包括:按電流流向順序連接的電磁兼容性濾波器、軟啟動(dòng)電路、整流濾波電路、全橋逆變電路、中頻降壓電路、中頻整流電路，所述電磁兼容性濾波器與外部的電網(wǎng)電壓相接，電壓通過(guò)所述中頻整流電路后進(jìn)行焊機(jī)電壓輸出； 所述中頻降壓電路上接有鏡像電壓采集電路，所述鏡像電壓采集電路中設(shè)有與所述中頻降壓電路中的變壓器鐵芯相耦合的電壓繞組，所述鏡像電壓采集電路將電壓繞組采集到電壓信號(hào)進(jìn)行整流濾波并按比例放大，得到鏡像電壓值；
所述全橋逆變電路上接有鏡像電流采集電路，所述鏡像電流采集電路中設(shè)有與所述全橋逆變電路的一次側(cè)連接的中頻電流互感器，所述鏡像電流采集電路將中頻電流互感器采集到電流信號(hào)進(jìn)行整流濾波并按比例放大，得到鏡像電流值；
所述鏡像電流采集電路與所述鏡像電壓采集電路均與總控制電路連接，所述總控制電路上接有PWM發(fā)生器、輸入/輸出控制電路；
所述總控制電路中設(shè)有第一比例積分控制器和第二比例積分控制器，所述總控制電路用于同時(shí)接收所述輸入/輸出控制電路所輸入的給定電壓值、所述鏡像電壓采集電路所發(fā)送的鏡像電壓值、所述鏡像電流采集電路所發(fā)送的鏡像電流值，將給定電壓值、鏡像電壓值以及鏡像電流值中的正反饋分量的電壓值，進(jìn)行比較得到第一誤差電壓值，將該誤差電壓值通過(guò)第一比例積分控制器處理后，再與鏡像電流值中的負(fù)反饋分量的電壓值進(jìn)行比較得到第二誤差電壓值，將第二誤差電壓值通過(guò)第二比例積分控制器處理后，根據(jù)經(jīng)過(guò)處理后的第二誤差電壓值向PWM發(fā)生器發(fā)送驅(qū)動(dòng)命令；
所述PWM發(fā)生器與所述全橋逆變電路連接，其根據(jù)所述總控制電路所發(fā)送的驅(qū)動(dòng)命令，驅(qū)動(dòng)全橋逆變電路。
[0006]進(jìn)一步，本發(fā)明還包括:送絲機(jī)供電電路，所述送絲機(jī)供電電路中設(shè)有送絲機(jī)供電繞組，所述送絲機(jī)供電繞組與所述中頻降壓電路中的變壓器相耦合，用于對(duì)送絲機(jī)的供電電壓進(jìn)行采集；所述送絲機(jī)供電電路對(duì)送絲機(jī)的供電電壓進(jìn)行處理后進(jìn)行送絲機(jī)電壓輸出。
[0007]進(jìn)一步，所述全橋逆變電路上還連接有溫度采集電路，所述溫度采集電路采集全橋逆變電路的溫度信號(hào)，并將該溫度信號(hào)發(fā)送至總控制電路。
[0008]進(jìn)一步，所述整流濾波電路包括:倍壓整流濾波電路，所述倍壓整流濾波電路用于將整流濾波電路中的電壓調(diào)節(jié)至預(yù)定值后，進(jìn)行整流濾波。
[0009]進(jìn)一步，所述軟啟動(dòng)電路與整流濾波電路上均與軟啟動(dòng)/倍壓整流控制電路連接，所述軟啟動(dòng)/倍壓整流控制電路用于控制軟啟動(dòng)電路與倍壓整流濾波電路的工作。
[0010]進(jìn)一步，所述輸入/輸出控制電路上還包括:故障顯示電路，所述故障顯示電路用于根據(jù)總控制電路的命令顯示故障信息。
[0011]進(jìn)一步，所述總控制電路還包括:輔助開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；空載判斷電路；手工電弧焊接/熔化極氣體保護(hù)焊接功能轉(zhuǎn)換電路；熔化極氣體保護(hù)焊焊槍開(kāi)關(guān)電路；保護(hù)氣體氣閥控制電路。
[0012]本發(fā)明采用了鏡像電壓和鏡像電流采集的方法，用該方法分別采集焊接電弧電壓信號(hào)電壓和焊接電流信號(hào)電壓，其采集沒(méi)有時(shí)間延遲。而且，電壓信號(hào)和電流信號(hào)都是通過(guò)電磁感應(yīng)獲得的，其做到完全的電氣隔離，完全解決了采集電路、控制回路和焊接回路的電氣隔離措施，整機(jī)安全得以保證，采樣的信噪比也較高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]為了易于說(shuō)明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作詳細(xì)描述。[0014]圖1為現(xiàn)有設(shè)計(jì)的一種電路原理不意圖；
圖2為現(xiàn)有設(shè)計(jì)的另一種電路原理示意圖；
圖3為本發(fā)明的電路原理不意圖；
圖4為本發(fā)明的電路邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明的控制原理示意圖；
圖6為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)不意圖；
圖7為現(xiàn)有設(shè)計(jì)的一種控制原理示意圖；
圖8為現(xiàn)有設(shè)計(jì)的另一種控制原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]請(qǐng)參閱圖1至圖6，本發(fā)明為一種鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，包括:按電流流向順序連接的電磁兼容性濾波器1、軟啟動(dòng)電路2、整流濾波電路3、全橋逆變電路5、中頻降壓電路6、中頻整流電路7，所述電磁兼容性濾波器I與外部的電網(wǎng)電壓相接，電壓通過(guò)所述中頻整流電路7后進(jìn)行焊機(jī)電壓輸出；
所述中頻降壓電路6上接有鏡像電壓采集電路10，所述鏡像電壓采集電路10中設(shè)有與所述中頻降壓電路6中的變壓器鐵芯相耦合的電壓繞組，所述鏡像電壓采集電路10將電壓繞組采集到電壓信號(hào)進(jìn)行整流濾波并按比例放大，得到鏡像電壓值；
所述全橋逆變電路5上接有鏡像電流采集電路11，所述鏡像電流采集電路11中設(shè)有與所述全橋逆變電路5的一次側(cè)連接的中頻電流互感器，所述鏡像電流采集電路11將中頻電流互感器采集到電流信號(hào)進(jìn)行整流濾波并按比例放大，得到鏡像電流值；
所述鏡像電流采集電路11與所述鏡像電壓采集電路10均與總控制電路12連接，所述總控制電路12上接有PWM發(fā)生器4、輸入/輸出控制電路14;
所述總控制電路12中設(shè)有第一比例積分控制器和第二比例積分控制器，所述總控制電路12用于同時(shí)接收所述輸入/輸出控制電路14所輸入的給定電壓值、所述鏡像電壓采集電路10所發(fā)送的鏡像電壓值、所述鏡像電流采集電路11所發(fā)送的鏡像電流值，將給定電壓值、鏡像電壓值以及鏡像電流值中的正反饋分量的電壓值，進(jìn)行比較得到第一誤差電壓值，將該誤差電壓值通過(guò)第一比例積分控制器處理后，再與鏡像電流值中的負(fù)反饋分量的電壓值進(jìn)行比較得到第二誤差電壓值，將第二誤差電壓值通過(guò)第二比例積分控制器處理后，根據(jù)經(jīng)過(guò)處理后的第二誤差電壓值向PWM發(fā)生器4發(fā)送驅(qū)動(dòng)命令；
所述PWM發(fā)生器4與所述全橋逆變電路5連接，其根據(jù)所述總控制電路12所發(fā)送的驅(qū)動(dòng)命令，驅(qū)動(dòng)全橋逆變電路5。
[0017]由“法拉第電磁感應(yīng)定律”和“電磁場(chǎng)與電磁波”的有關(guān)理論可知道,這樣的鏡像電壓和鏡像電流的采集速度是光的速度，對(duì)于焊接電源來(lái)講，這樣的速度可以看成是沒(méi)有時(shí)間延遲的。而且，電壓信號(hào)和電流信號(hào)都是通過(guò)電磁感應(yīng)獲得的，可以做到完全的電氣隔離，完全解決了采集電路、控制回路和焊接回路的電氣隔離措施，整機(jī)安全得以保證，采樣的信噪比也很高。[0018]就焊接電弧電壓和焊接電流值控制方案而言:熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)均采用等速送絲、恒定電弧電壓的方案。在對(duì)中厚板的中大規(guī)范施焊時(shí)，熔滴過(guò)渡方式為噴射過(guò)渡方式；在對(duì)薄金屬板的小規(guī)范施焊時(shí)，熔滴過(guò)渡方式為短路過(guò)渡方式。本發(fā)明針對(duì)薄金屬板的小規(guī)范施焊、熔滴短路過(guò)渡方式對(duì)熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)進(jìn)行了技術(shù)革新。按本發(fā)明制造的熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)在焊接工藝性能上達(dá)到了前所未有的優(yōu)異性能。
[0019]本發(fā)明中鏡像電流采集電路的實(shí)現(xiàn)方式為:
由電流互感器T2采集到的一次側(cè)的電流脈沖信號(hào)電壓經(jīng)過(guò)整流二極管Dl、D2、D3、D4組成的整流橋整流后在采樣電阻R15、R16、R18、R20上取得反應(yīng)一次側(cè)電流的電壓信號(hào)值，也就是焊接電流的鏡像電壓信號(hào)。該信號(hào)電壓一路經(jīng)電阻R14送到電流型PWM電路的電流反饋端，經(jīng)過(guò)R7、R8送到過(guò)流保護(hù)控制端。另一路經(jīng)過(guò)R17送到由U8B和Q2組成的峰值電壓檢波器后經(jīng)U3B射隨后輸出一個(gè)反應(yīng)一次側(cè)電流，也即反應(yīng)焊接電流大小的鏡像直流電壓信號(hào)，該信號(hào)電壓作為焊接電流的反饋信號(hào)分別送到電壓環(huán)第一比例調(diào)節(jié)器負(fù)端和電流環(huán)第二比例調(diào)節(jié)器的負(fù)端。
[0020]本發(fā)明中鏡像電壓采集電路的實(shí)現(xiàn)方式為:
由焊接電源中頻變壓器另一次級(jí)繞組取得的中頻交流方波電壓通過(guò)U1、U2端由整流二極管D29、D30、D32、D33組成的整流橋整流后在采樣電阻R123、濾波電容C74上取得反應(yīng)焊接電弧電壓的鏡像電壓信號(hào)值。該信號(hào)電壓經(jīng)U3A等組成的同相放大器放大后由電阻R30送至電壓環(huán)第一比例調(diào)節(jié)器正端。
[0021]本發(fā)明中電壓環(huán)第一比例調(diào)節(jié)器和電流環(huán)第二比例調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)以及電流正反饋上翹靜特性的實(shí)現(xiàn)方式為:
由U5A和周圍器件組成的電壓環(huán)的第一比例調(diào)節(jié)器，在其正相端通過(guò)電阻R33輸入電弧給定電壓信號(hào)電壓，同時(shí)在其正相端通過(guò)電阻R30輸入電弧反饋電壓信號(hào)電壓，比較后積分放大比例積分調(diào)節(jié)(PI調(diào)節(jié))，在此基礎(chǔ)上，再在U5A的負(fù)端通過(guò)電阻R31引入焊接電流信號(hào)電壓，構(gòu)成電弧電壓負(fù)反饋加焊接電流正反饋的電路態(tài)勢(shì)，以獲得上翹的焊接電源靜特性。最后通過(guò)集成電路U5B射隨變換后送至由集成電路U5C和周圍器件組成的電流環(huán)第二比例調(diào)節(jié)器的負(fù)端，焊接電流信號(hào)電壓也通過(guò)R41送至該端，在此作誤差比較后積分放大PI調(diào)節(jié)，控制著熔滴短路后的電流上升率和短路后的峰值電流，其中電壓環(huán)第一比例調(diào)節(jié)器的電阻R39控制著短路電流的上升率。
[0022]進(jìn)一步，本發(fā)明還包括:送絲機(jī)供電電路13，所述送絲機(jī)供電電路13中設(shè)有送絲機(jī)供電繞組，所述送絲機(jī)供電繞組與所述中頻降壓電路6中的變壓器相耦合，用于對(duì)送絲機(jī)的供電電壓進(jìn)行采集；所述送絲機(jī)供電電路13對(duì)送絲機(jī)的供電電壓進(jìn)行處理后進(jìn)行送絲機(jī)電壓輸出。一般地，焊接電源只提供弧焊電能，焊機(jī)送絲部分供電往往采用單獨(dú)的工頻供電或開(kāi)關(guān)電源輔電供電方式。本發(fā)明采用的是:在逆變后的中頻降壓電路部分的中頻變壓器上增加兩個(gè)繞組，一個(gè)作為鏡像電壓反饋繞組，如前所述，另一個(gè)就作為送絲機(jī)供電繞組。這樣就提高了中頻變壓器的利用率，簡(jiǎn)化了電路、降低了成本。具體實(shí)現(xiàn)為:中頻變壓器次級(jí)繞組之一從V1、V2端輸出中頻交流方波電壓，經(jīng)整流二極管D34、D35、D36、D37整流，電解E6、E7、C77濾波后經(jīng)Q12 PWM斬波后由插座CJ3送給送絲電機(jī)MOTl，集成電路U7A、U15等組成電壓反饋穩(wěn)速電路，送絲機(jī)上的直流電壓信號(hào)通過(guò)電阻Rlll引入U(xiǎn)7A的負(fù)端，送絲速度給定信號(hào)通過(guò)電阻R58也送至U7A的負(fù)端，在此作比較，得出誤差信號(hào)后積分放大PI調(diào)節(jié)，由U15產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號(hào)脈沖去驅(qū)動(dòng)斬波管Q12，完成了送絲機(jī)的穩(wěn)壓、穩(wěn)速工作。為了增加送絲機(jī)抗堵轉(zhuǎn)能力，增加送絲機(jī)在大阻力情況下的送絲力量，本發(fā)明特意引入了送絲電機(jī)電流正反饋功能。具體實(shí)現(xiàn)為:送絲回路串聯(lián)采樣電阻R148、R149采集的送絲電流信號(hào)電壓一路送至電流型PWM電路的電流負(fù)反饋端，一路送至由U7D和周圍器件組成的同相放大器正端，經(jīng)放大后送到送絲電壓給定和反饋的比較點(diǎn)，參與比較后經(jīng)行積分放大PI調(diào)節(jié)。引入電流正反饋后，大大增加了送絲電機(jī)的硬度，使得在不同絲盤阻力情況下，都有很穩(wěn)定的送絲速度。
[0023]進(jìn)一步，所述全橋逆變電路5上還連接有溫度采集電路，所述溫度采集電路采集全橋逆變電路5的溫度信號(hào)，并將該溫度信號(hào)發(fā)送至總控制電路12。
[0024]進(jìn)一步，所述整流濾波電路3包括:倍壓整流濾波電路3，所述倍壓整流濾波電路3用于將整流濾波電路3中的電壓調(diào)節(jié)至預(yù)定值后，進(jìn)行整流濾波。本發(fā)明針對(duì)不同的電壓環(huán)境能自動(dòng)切換工作模式，焊機(jī)可在IIOV和220V兩種電壓環(huán)境下工作，其具體工作原理如下:由二極管D24、D25、D53、D54組成全波整流電路將電網(wǎng)交流電壓整流成直流電壓，一路經(jīng)Rl 13流過(guò)光電耦合集成電路U19，使得其發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，次級(jí)光電三極管導(dǎo)通，三極管Q23將截止，最后使得二極管D27、D26截止。這樣+15V電源就可以通過(guò)電阻R34對(duì)C72充電；通過(guò)電阻R126對(duì)電容C73充電。+15V電源通過(guò)電阻R34對(duì)C72充電過(guò)程屬于軟啟動(dòng)過(guò)程，上電后隨著C72被充電，其電壓緩慢上升，當(dāng)升至U22的MOSFET管導(dǎo)通電壓后，MOSFET管導(dǎo)通，繼電器Kl線包得電，繼電器吸合，電網(wǎng)電能接入焊機(jī)。另一路經(jīng)電阻R116限流后送至壓敏電阻VRl上做電網(wǎng)電壓判別，當(dāng)電網(wǎng)電壓屬于高電壓系統(tǒng)(如220V)時(shí)，電壓擊穿壓敏電阻VRl使得U21發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，次級(jí)光電三極管導(dǎo)通，+15V電源電流經(jīng)電阻R126被U21次級(jí)的光電三極管旁路，不能對(duì)電容C73充電，U22里的MOSFET管關(guān)斷，繼電器K2線包失電斷開(kāi)，整流橋BI和電解電容E16、E15將組成普通的橋式整流濾波電路。當(dāng)電網(wǎng)電壓屬于低電壓系統(tǒng)(如110V)時(shí)，電壓不能擊穿壓敏電阻VRl使得U21發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，次級(jí)光電三極管截止，+15V電源電流經(jīng)電阻R126對(duì)電容C73充電，隨著時(shí)間的增加當(dāng)C73電壓被充到一定值時(shí)，U22里的MOSFET管導(dǎo)通，繼電器K2線包得電閉合，整流橋BI和電解電容E16、E15將組成倍壓整流濾波電路，從而完成倍壓整流工作。
[0025]進(jìn)一步，所述軟啟動(dòng)電路2與整流濾波電路3上均與軟啟動(dòng)/倍壓整流控制電路8連接，所述軟啟動(dòng)/倍壓整流控制電路8用于控制軟啟動(dòng)電路2與倍壓整流濾波電路3的工作。
[0026]進(jìn)一步，所述輸入/輸出控制電路14上還包括:故障顯示電路，所述故障顯示電路用于根據(jù)總控制電路12的命令顯示故障信息。
[0027]進(jìn)一步，所述總控制電路12還包括:輔助開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；空載判斷電路；手工電弧焊接/熔化極氣體保護(hù)焊接功能轉(zhuǎn)換電路；熔化極氣體保護(hù)焊焊槍開(kāi)關(guān)電路；保護(hù)氣體氣閥控制電路。
[0028]所述電磁兼容性濾波器(EMC濾波器)I由差模電容C59、共模電感L3、共模電容C60、C63等組成。
[0029]所述軟啟動(dòng)電路2由集成電路U22、二極管D28、熱敏電阻RTl和繼電器Kl組成。
[0030]所述整流濾波電路3由整流橋B1、電解電容E15、E16、電容C80、C81電阻R36、R37、集成電路U22、二極管D31和繼電器K2組成。[0031]所述軟啟動(dòng)/倍壓整流控制電路8由二極管D24、D25、D53、D54、D26、D27電阻R116、R113、R118、R120、R121、R129、R126、R134 壓敏電阻 VR1、電容 C64、C66、C68、C69、C72、C73光電耦合器U19、U21三極管Q23組成軟啟動(dòng)、整流/倍壓整流控制電路8。
[0032]所述全橋逆變電路5 由 IGBT 管 Q15、Q16、Q17、Q18、電阻 R140、R139、R143、R141、R138、R144、R151、R152、R150、R156、R146、R147 組成。
[0033]所述中頻降壓電路6由變壓器T3組成。
[0034]所述中頻整流電路7由D19、D20、D21、電容C87、C88電阻R162、R161組成。
[0035]所述送絲機(jī)供電電路13由二極管D34、D35、D36、D37、D42、D23、電解電容E6、E7、晶體管 Q12、Q13、穩(wěn)壓二極管 Z7、Z4、％fiR58、R60、R110、R112、R115、R68、R117、R128、R132、尺114、1?119、1?122、1?123、1?131、1?142、1?145、1?148、1?149、1?158、1?159、1?160、可恢復(fù)保險(xiǎn)卩2、電容 C24、C25、C61、C30、C34、C65、C35、C70、C71、C77、C84、集成電路 U7、U15、送絲機(jī) MOTl 等組成。
[0036]所述溫度采集電路9 由電阻 R90、R91、R94、R93、R92、R99、R98、R101、R104、R168、熱敏電阻 RT2、二極管 D19、D20、D21、D22、D35、電容 C54、C52、C53、ClOU C56、C57、集成電路U24、U20等組成。
[0037]所述鏡像電壓采集電路10由中頻變壓器T3次級(jí)繞組插座CJl、CJ2、二極管D29、D30、D32、D33、電阻 R133、R135、電容 C74 等組成。
[0038]所述鏡像電流采集電路11由電流負(fù)感器T2、二極管D1、D2、D3、D4電阻R15、R16、R18、R20等組成。
[0039]所述輸入/輸出控制電路14由電阻1?125、1?130、1?124、1?127、可調(diào)電阻1^1、1^2、電阻R107、R108、三極管Q14、發(fā)光二級(jí)管LEDl以及焊接方式選擇開(kāi)關(guān)S2等組成。
[0040]所述PWM發(fā)生器4由集成電路U23、U9、U10、脈沖變壓器Tl、電阻R163、R109、R165、R166、R167、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R11、R13、R14、電容 C62、C99、C100、C97、C98、C90、Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C93、C94、C96、C95、C92、三極管 Ql 等組成。
[0041]另外:為防止因電網(wǎng)電壓過(guò)低而導(dǎo)致的輔助開(kāi)關(guān)電源+15V供電過(guò)低，造成PWM脈沖電壓幅度過(guò)低，IGBT驅(qū)動(dòng)不足而損壞的潛在缺陷，特設(shè)置了欠壓關(guān)斷PWM脈沖電路，該電路由:集成電路U8A、二極管D56、電容C55、C102、電阻R171、R169、R170等組成。
[0042]所述總控制電路12由以下幾部分組成:1，輔助開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；2，空載判斷電路；3，電壓環(huán)的第一比例積分調(diào)節(jié)器；4，電流環(huán)的第二比例積分調(diào)節(jié)器；5，手工電弧焊接/熔化極氣體保護(hù)焊接功能轉(zhuǎn)換電路；6，熔化極氣體保護(hù)焊焊槍開(kāi)關(guān)電路；7，成保護(hù)氣體氣閥控制電路；
1， 由集成電路U17、U18、Q22、變壓器T4、二極管D43、D44、D45、D46、D47、穩(wěn)壓二極管Z3、電感 L1、L2、電解電容E1、E9、E10、E11、E12、E13、E8、電容C26、C27、C29、C32、C33、C36、C37、C31、C38、電阻 R61、R59、R64、R65、R66、R67、R70 等組成具有正負(fù) 15V 和正 24V 供電的
輔助開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。
[0043]2，由集成電路 U2、U7B、電阻 R71、R72、R73、R74、R75、R76、R77、R78、R80、R84、二極管 D14、D15、D9、電容 C40、C41、C42、C43、C45、C46、C47 等組成空載判斷電路。
[0044]3，由集成電路 U5、二極管 D5、D6、D7、D8、穩(wěn)壓二極管 Z1、電阻 R30、R31、R33、R34、R35、R36、R38、R39、R40、R42、電容C14、C17、C18、C19等組成電壓環(huán)的第一比例積分調(diào)節(jié)器，其中電阻R39為電子電抗器控制電阻。由電阻R31引入了焊接電流正反饋信號(hào)電壓分量，使得電壓環(huán)的第一比例積分調(diào)節(jié)器具有上翹輸出靜特性。
[0045]4，由集成電路 U5C、電阻 R48、R50、R51、R54、R55、R56、R57、電容 C22、C23、二極管D12等組成電流環(huán)的第二比例積分調(diào)節(jié)器。
[0046]5，由開(kāi)關(guān) S2、集成電路 U11、U12、三極管 Q3、Q4、Q7、電阻 R45、R46、R49、R97、R102、R52、R96、R103電容C21等組成手工電弧焊接/熔化極氣體保護(hù)焊接功能轉(zhuǎn)換電路。
[0047]6，由焊槍開(kāi)關(guān)S3、可恢復(fù)保險(xiǎn)Fl集成電路U13、U5D、U6、U14、三極管Q5、Q6、Q9、Ql1、電阻 R44、R47、R53、R62、R69、R63、R86、R87、R88、R89、RlOO、R105、R95、電容 C28、C49、C50、C51、C20、二極管D13、DIO, D11、穩(wěn)壓二極管Z2等構(gòu)成熔化極氣體保護(hù)焊焊槍開(kāi)關(guān)電路。
[0048]7，由集成電路 U7C、U16、二極管 D16、D17、D18、D52、電阻 R82、R83、R85、電容 C48、電磁氣閥QFl等組成保護(hù)氣體氣閥控制電路。
[0049]本發(fā)明在電壓反饋和電壓給定處增加焊接電流正反饋，使得按照本方案設(shè)計(jì)制造的氣保焊機(jī)的靜外特性為上翹特性。
[0050]由于在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中，其電路控制方式如圖7所示，其將焊機(jī)輸出的焊接電弧電壓值采樣后比例放大，然后和給定電壓值進(jìn)行比較得出誤差電壓，誤差電壓經(jīng)PI調(diào)節(jié)器I處理后控制PWM發(fā)生器，調(diào)節(jié)焊機(jī)輸出弧壓。使得焊接過(guò)程中的燃弧期間焊機(jī)輸出弧壓是一個(gè)穩(wěn)定值，當(dāng)熔滴與熔池短路，進(jìn)入短路過(guò)渡期時(shí)，物理電抗器控制著短路電流上升率和短路峰值電流。這樣的控制方案的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是控制過(guò)于粗糙，物理電抗器電感值不能調(diào)節(jié)，適應(yīng)的焊接工藝范圍很窄，且物理電抗器總是用鐵芯和線圈組成的，成本較高；而作為一種改進(jìn)，在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了如圖8所示的方案，其具體為:將焊機(jī)輸出的焊接電弧電壓值采樣后比例放大，然后和給定弧壓值進(jìn)行比較得出誤差電壓，誤差電壓經(jīng)PI調(diào)節(jié)器I處理后由電子電抗器調(diào)節(jié)處理后和輸出，再和焊接電流反饋信號(hào)電壓值進(jìn)行比較，其誤差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器2處理后控制PWM發(fā)生器從而控制焊機(jī)輸出弧壓和輸出電流。這樣的控制就使得焊接過(guò)程中的燃弧期間焊機(jī)輸出弧壓是一個(gè)穩(wěn)定值，當(dāng)熔滴與熔池短路，進(jìn)入短路過(guò)渡期時(shí)，電子電抗器控制著短路電流上升率和短路峰值電流。這樣的控制方案的優(yōu)點(diǎn)是采用了電子電抗器控制短路電流的上升率和峰值，調(diào)節(jié)方便、控制精度較高，所適應(yīng)的焊接工藝范圍較寬。其缺點(diǎn)是燃弧期間的弧壓特性是恒壓平特性或緩降特性，焊絲燃弧熔化自調(diào)節(jié)能力不夠強(qiáng)，焊接過(guò)程受弧長(zhǎng)變化影響而造成的焊接過(guò)程不穩(wěn)定得到抑制的過(guò)長(zhǎng)。
[0051 ] 而本方案是將焊機(jī)輸出的焊接電弧電壓值采樣后比例放大，然后和給定電壓值進(jìn)行比較，同時(shí)在比較點(diǎn)引入適量的焊接電流正反饋分量，三路信號(hào)電壓參與比較后得出誤差電壓，經(jīng)第一比例調(diào)節(jié)器處理后由電子電抗器調(diào)節(jié)后和輸出焊接電流反饋信號(hào)電壓值進(jìn)行比較，其誤差值經(jīng)第二比例調(diào)節(jié)器處理后控制PWM發(fā)生器，再去控制和調(diào)節(jié)焊機(jī)輸出弧壓和輸出電流。使得焊接過(guò)程中的燃弧期間焊機(jī)輸出弧壓是一個(gè)穩(wěn)定值，且在弧長(zhǎng)突然變短導(dǎo)致焊接電流增大時(shí)，增加電弧電壓，加速焊絲的熔化，使變短的弧長(zhǎng)恢復(fù)正?；￠L(zhǎng)；弧長(zhǎng)突然變長(zhǎng)導(dǎo)致焊接電流減小時(shí)，降低電弧電壓，減緩焊絲的熔化速度，使變長(zhǎng)的弧長(zhǎng)恢復(fù)正?；￠L(zhǎng)。當(dāng)熔滴與熔池短路，進(jìn)入短路過(guò)渡期時(shí)，電子電抗器控制著短路電流上升率和短路峰值電流。[0052]本發(fā)明的控制方案的優(yōu)點(diǎn)是既采用了電子電抗器控制短路電流的上升率和峰值，調(diào)節(jié)方便、控制精度較高，所適應(yīng)的焊接工藝范圍較寬。又采用了增加焊接電流正反饋的上翹特性電源控制方案，使得焊絲燃弧熔化有很強(qiáng)的自調(diào)節(jié)能力，焊接過(guò)程受弧長(zhǎng)變化的影響造成的焊接過(guò)程不穩(wěn)定得到快速抑制，不穩(wěn)定過(guò)程快速的消除，從而大幅度的提高了焊接工藝性能。
[0053]本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)方法如下:
電網(wǎng)電能經(jīng)過(guò)EMC濾波器I濾除來(lái)自于電網(wǎng)的干擾信號(hào)，同時(shí)也濾除本機(jī)向電網(wǎng)傳導(dǎo)的干擾信號(hào)后進(jìn)入軟啟動(dòng)電路2，再進(jìn)入整流濾波電路3變換成穩(wěn)定的直流電壓。軟啟動(dòng)/倍壓整流控制電路8控制著軟啟動(dòng)電路2和整流濾波電路3的軟啟動(dòng)動(dòng)作和倍壓整流動(dòng)作。
[0054]直流穩(wěn)定電壓經(jīng)過(guò)全橋逆變電路5逆變成中頻方波交流電壓，經(jīng)中頻降壓電路6降壓后由中頻整流電路7整流濾波，最后輸出焊接電壓。
[0055]同時(shí)，在中頻降壓電路6的中頻變壓器次級(jí)送絲電壓繞組部分取出送絲電源電壓送到送絲機(jī)供電電路13上，由該電路處理后送出平穩(wěn)的送絲電壓給送絲機(jī)電機(jī)供電。
[0056]溫度采集電路9、鏡像電壓采集電路10、鏡像電流采集電路11分別提供IGBT工作溫度的反饋信號(hào)、焊接電弧電壓值反饋信號(hào)及焊接電流值反饋信號(hào)。這些信號(hào)和輸入/輸出控制電路14傳來(lái)的信號(hào)在總控制電路12中分析處理經(jīng)PWM發(fā)生器4形成IGBT驅(qū)動(dòng)脈沖去驅(qū)動(dòng)全橋逆變電路5中的IGBT，從而達(dá)到反饋控制的目的。
[0057]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，其特征在于，包括:按電流流向順序連接的電磁兼容性濾波器、軟啟動(dòng)電路、整流濾波電路、全橋逆變電路、中頻降壓電路、中頻整流電路，所述電磁兼容性濾波器與外部的電網(wǎng)電壓相接，電壓通過(guò)所述中頻整流電路后進(jìn)行焊機(jī)電壓輸出； 所述中頻降壓電路上接有鏡像電壓采集電路，所述鏡像電壓采集電路中設(shè)有與所述中頻降壓電路中的變壓器鐵芯相耦合的電壓繞組，所述鏡像電壓采集電路將電壓繞組采集到電壓信號(hào)進(jìn)行整流濾波并按比例放大，得到鏡像電壓值； 所述全橋逆變電路上接有鏡像電流采集電路，所述鏡像電流采集電路中設(shè)有與所述全橋逆變電路的一次側(cè)連接的中頻電流互感器，所述鏡像電流采集電路將中頻電流互感器采集到電流信號(hào)進(jìn)行整流濾波并按比例放大，得到鏡像電流值； 所述鏡像電流采集電路與所述鏡像電壓采集電路均與總控制電路連接，所述總控制電路上接有PWM發(fā)生器、輸入/輸出控制電路； 所述總控制電路中設(shè)有第一比例積分控制器和第二比例積分控制器，所述總控制電路用于同時(shí)接收所述輸 入/輸出控制電路所輸入的給定電壓值、所述鏡像電壓采集電路所發(fā)送的鏡像電壓值、所述鏡像電流采集電路所發(fā)送的鏡像電流值，將給定電壓值、鏡像電壓值以及鏡像電流值中的正反饋分量的電壓值，進(jìn)行比較得到第一誤差電壓值，將該誤差電壓值通過(guò)第一比例積分控制器處理后，再與鏡像電流值中的負(fù)反饋分量的電壓值進(jìn)行比較得到第二誤差電壓值，將第二誤差電壓值通過(guò)第二比例積分控制器處理后，根據(jù)經(jīng)過(guò)處理后的第二誤差電壓值向PWM發(fā)生器發(fā)送驅(qū)動(dòng)命令； 所述PWM發(fā)生器與所述全橋逆變電路連接，其根據(jù)所述總控制電路所發(fā)送的驅(qū)動(dòng)命令，驅(qū)動(dòng)全橋逆變電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，其特征在于，還包括:送絲機(jī)供電電路，所述送絲機(jī)供電電路中設(shè)有送絲機(jī)供電繞組，所述送絲機(jī)供電繞組與所述中頻降壓電路中的變壓器相耦合，用于對(duì)送絲機(jī)的供電電壓進(jìn)行采集；所述送絲機(jī)供電電路對(duì)送絲機(jī)的供電電壓進(jìn)行處理后進(jìn)行送絲機(jī)電壓輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，其特征在于，所述全橋逆變電路上還連接有溫度采集電路，所述溫度采集電路采集全橋逆變電路的溫度信號(hào)，并將該溫度信號(hào)發(fā)送至總控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，其特征在于，所述整流濾波電路包括:倍壓整流濾波電路，所述倍壓整流濾波電路用于將整流濾波電路中的電壓調(diào)節(jié)至預(yù)定值后，進(jìn)行整流濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，其特征在于，所述軟啟動(dòng)電路與整流濾波電路上均與軟啟動(dòng)/倍壓整流控制電路連接，所述軟啟動(dòng)/倍壓整流控制電路用于控制軟啟動(dòng)電路與倍壓整流濾波電路的工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，其特征在于，所述輸入/輸出控制電路上還包括:故障顯示電路，所述故障顯示電路用于根據(jù)總控制電路的命令顯示故障信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鏡像電流電壓采樣反饋雙環(huán)控制熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)，其特征在于，所述總控制電路還包括:輔助開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；空載判斷電路；手工電弧焊接/熔化極氣體保護(hù)焊接功能轉(zhuǎn)換電路；熔化極氣體保護(hù)焊焊槍開(kāi)關(guān)電路；保護(hù)氣體氣閥控制電路。
【文檔編號(hào)】B23K9/173GK103722274SQ201310732237
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】吳月濤, 朱國(guó)華, 吳亞啼, 殷玉嬋 申請(qǐng)人:深圳華意隆電氣股份有限公司