FB-ZVZCS-PWM逆變電阻焊機(jī)研究

1、卷逆變電阻焊機(jī)研究摘要：研制了以單片機(jī)為控制核心的精密逆變電阻焊機(jī)，配合為控制核心的電源，可以完成覆蓋焊接全部功能。通過單片機(jī)系統(tǒng)的程序設(shè)計可以完成點焊循環(huán)工作過程，單片機(jī)還能對焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配，使焊接電源具有優(yōu)良的特性。該電焊電源是一種最有效的電阻點焊接控制設(shè)備，通過快速參數(shù)組合可以達(dá)到最佳的焊接效果。穴江蘇科技大學(xué)先進(jìn)焊接技術(shù)省級重點實驗室，江蘇鎮(zhèn)江雪于明，方臣富，穴，雪關(guān)鍵詞：軟開關(guān)；單片機(jī)；逆變；點焊機(jī)中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號：穴雪熏，穴雪，；前言電阻點焊具有生產(chǎn)效率高、操作簡單、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，在汽車、摩托車、工程機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著

2、新材料、新技術(shù)的發(fā)展，對點焊的質(zhì)量和控制提出了新的要求。儀器、設(shè)備的精密化要求點焊過程更加穩(wěn)定、可靠，焊接輸入能量必須能夠精密控制，以獲得質(zhì)量可靠、表面美觀、尺寸符合要求的焊點。逆變點焊機(jī)由于高頻帶來的一系列優(yōu)點，符合新材料、新技術(shù)發(fā)展對點焊提出的新要求，所以發(fā)展逆變點焊技術(shù)具有實用價值。軟開關(guān)技術(shù)在逆變電阻焊機(jī)中的應(yīng)用，使得功率器件的開關(guān)應(yīng)力和開關(guān)損耗大大降低，從而有效地提高了電源效率。采用單片機(jī)控制的逆變點焊電源控制過程簡單，控制精度高，控制性能優(yōu)良。促進(jìn)點焊設(shè)備的自動化、智能化具有重大意義眼演。計算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息技術(shù)的迅猛收稿日期：作者簡介：于明穴雪，男，黑龍江訥河人，在讀碩

3、士，主要從事電力電子方面的研究。發(fā)展，對電阻焊技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展大大降低了焊接控制系統(tǒng)設(shè)計成本，可以設(shè)計出功能復(fù)雜的焊接實時監(jiān)控和控制程序。電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，使逆變的關(guān)鍵器件大功率開關(guān)器件的可靠性和穩(wěn)定性有了很大的提高。逆變技術(shù)在弧焊設(shè)備中的成熟應(yīng)用，為逆變電阻焊電源提供技術(shù)支持。因此，發(fā)展逆變式點焊機(jī)的條件已日臻成熟。逆變阻焊電源系統(tǒng)的組成逆變點焊系統(tǒng)的原理框圖如圖所示，交流穴雪工頻電經(jīng)整流濾波后變成平滑的直流電穴雪，然后通過大功率功率器件組成的全橋逆變器逆變后又變成交流穴雪，再經(jīng)過中頻變壓器降壓，降成適合于焊接的電壓，最后經(jīng)過全波整流整成直流穴雪。其

4、核心部分是控制電路，而控制電路的核心是脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路采用的是集成電路。在主電路中，通過霍爾傳感器檢測焊接電流的大小，并給出一反饋信號，與電流給定信號相比較，其偏差經(jīng)誤差放大器放大并經(jīng)調(diào)節(jié)運(yùn)算，從而調(diào)節(jié)逆變器輸出的占空比，實現(xiàn)焊接電流的控制。其中由給定電路給定，而則是采用霍爾傳感器對焊接電流隔離采樣，然后經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換得到反饋信號。耗。超前臂采用零電壓開關(guān)，其實現(xiàn)原理在文獻(xiàn)眼演中詳細(xì)闡述；本研究著重說明滯后臂零電流實現(xiàn)的原理及條件。的控制信號、兩橋臂中點電壓、變壓器一次電流和電容兩端電壓的波形如圖所示。圖逆變點焊系統(tǒng)的原理框圖主電路的選擇用于逆變電阻焊電源的主電路主要有雙管正激電路和

5、全橋電路。全橋電路中的變壓器工作在雙向勵磁的模式下，可以減小變壓器的質(zhì)量和體積，而且全橋電路中變壓器二次側(cè)的最大占空比接近，對比于雙管正激電路，輸出電流的上升速度大大提高。因此，選用全橋逆變主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其原理如圖所示。是輸入的直流電壓源；是功率器件；分別是的反向并聯(lián)二極管；，分別是，的并聯(lián)大電容；為阻斷電容；是變壓器的漏感；是變壓器；和是輸出整流二極管；是負(fù)載眼演。圖功率器件的控制信號及主電路主要波形變換器采用阻斷電容，并采用二極管和阻斷電流反向增加。與傳統(tǒng)電路拓?fù)湎啾?，和沒有并聯(lián)大電容，因此，實現(xiàn)零電流軟開關(guān)。圖采用阻斷二極管的變換器主電路時間內(nèi)穴即雪變化很小，在該時間內(nèi)對充電，穴雪則。

6、穴雪從，一次側(cè)環(huán)流電流從衰減到零，設(shè)的時間為，在這一時間內(nèi)電容的電壓加在漏感上，時刻變換器一次側(cè)等效電路見圖。在時刻內(nèi)，穴雪即。穴雪時刻關(guān)斷，開始充放電，時刻充放電結(jié)束，導(dǎo)通為開通創(chuàng)造了零電壓開通的條件，一次電流環(huán)流開始。此時，電容的電壓全加在變壓器的漏感上，一次電流很快衰減，時刻一次電流衰減到零，阻斷電流反向增加，使一次電流保持為零，從而實現(xiàn)零電流關(guān)斷。設(shè)為占空比，為周期，時刻一次電流為，為電容的峰值電壓，和共同導(dǎo)通主電路工作過程分析在控制方式上，采用有限雙極性控制，在超前臂并聯(lián)更大的電容，從而減小超前臂的關(guān)斷損·65·研究與設(shè)計圖時刻變換器一次側(cè)等效電路將式穴雪代入式穴

7、雪可得眼演。穴雪超前臂換相的時間為關(guān)斷的條件是，則實現(xiàn)滯后臂零電流。穴雪軟件設(shè)計軟件系統(tǒng)流程圖如圖所示。先由鍵盤輸入預(yù)置電流波形參數(shù)，焊接過程開始后對實際電流進(jìn)行采樣，并與給定值進(jìn)行比較、運(yùn)算，結(jié)果經(jīng)轉(zhuǎn)換后對焊接電流波形進(jìn)行實時控制。同時，系統(tǒng)還在每次焊接之前都對管組各管的工作狀況進(jìn)行自檢，若有故障則立即報警。圖軟件流程實驗通過對該焊機(jī)的實驗測試得到：其輸出電流在第卷調(diào)，電流、，時時間間調(diào)在節(jié)精度分別為內(nèi)，電流波。形任鍵盤意可置有“預(yù)制”“置畢”“時間”“電流”等功能鍵和通過加減鍵使個數(shù)值發(fā)生變化。圖為預(yù)制焊接電流波形，為預(yù)壓時間，時間，為第一次焊接時為第一次焊接電流上升間間。，為第二次電流上升時間，根據(jù)焊接工藝的要求，每一段為冷卻時間，時為第二次焊接時間可在該設(shè)定范圍內(nèi)進(jìn)行變化。除和變化范圍為，其余均為。圖為實測焊接電流波形。圖預(yù)置焊接電流波形圖實測焊接電流波形結(jié)論臂并穴雪聯(lián)電采容用改善了超前臂變的換效器果，通滯過后加臂大實現(xiàn)橋了零電流開關(guān)，消除了拖尾電流的影響，關(guān)斷損耗和應(yīng)力明顯降低，通過合理設(shè)計阻斷電容和最大占空比實現(xiàn)實驗穴雪了全負(fù)載范圍內(nèi)軟開關(guān)。結(jié)采果表用單明片，該機(jī)電對路焊接程控制精序度進(jìn)行高，控控制制