多功能数字波控弧焊逆变电源制造技术

本实用新型专利技术提供了一种多功能数字波控弧焊逆变电源，其特征在于：包括主电路、控制电路和送丝机模块；所述主电路包括依次连接的三相共模滤波模块、一次整流滤波模块、高频全桥逆变模块、功率变压器模块和二次整流滤波模块；所述控制电路包括ARM控制系统模块，以及与ARM控制系统模块连接的数字化面板模块、高频逆变驱动模块、电压电流检测模块和送丝机驱动模块。该逆变电源使焊机具备优异的一致性、可靠性和动态响应能力，确保良好的电源-电弧系统稳定性，优化利用焊接电弧能量，提高焊机对不同焊接材料和焊接方法的适应性，能够获得优质的焊接质量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
多功能数字波控弧焊逆变电源
本技术涉及焊接工艺及设备技术，具体是指一种多功能数字波控弧焊逆变电 源。
技术介绍
与传统焊机相比，逆变焊机具有高效节能、重量轻、体积小、动态性能好等诸多优 点，非常有利于实现精密化控制，已成为焊接设备技术的主流发展方向。但逆变焊机的模型 复杂，采用模拟控制或经典控制很难取得良好的控制效果。近年来，随着市场对焊接生产 效率、产品质量以及焊接生产的自动化、智能化要求的不断提高，传统的模拟控制焊机由于 具有控制电路复杂，可靠性低，可移植性差，对电子元器件的精度和稳定性过于依赖，造成 成本高、控制困难。在很多应用场合，为最大限度地降低生产运行成本，往往需要焊机具备 一机多用功能。例如，在焊接铝、镁等轻质金属及其合金材料时，需采用交流波形焊接以 充分利用电弧的阴极破碎作用；同时，为确保焊接工艺质量，需要精确控制焊接过程的热输 入，这就要求焊机能够对交流电流的频率、幅值及正负半波占空比等电流电压波形进行精 细调节；如果在现场有多种材料的焊接件，可能需要采用TIG、MIG、交流方波等各种焊接方 法。因此，急需对焊机电源进行改进，提高其精确度和可靠度，同时使焊机具备一机多用 的功能。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种多功能数字波控 弧焊逆变电源。该逆变电源使焊机具备优异的一致性、可靠性和动态响应能力，基于电弧瞬 态能量的精细化控制技术，优化利用焊接电弧能量，提高热效率，保证良好的电弧稳定性， 实现多种电流脉冲波形输出控制，适应不同金属材料焊接，以获得优质的焊缝焊接质量。 为了达到上述目的，本技术通过下述技术方案予以实现：一种多功能数字波 控弧焊逆变电源，其特征在于：包括主电路、控制电路和送丝机模块；所述主电路包括依次 连接的三相共模滤波模块、一次整流滤波模块、高频全桥逆变模块、功率变压器模块和二次 整流滤波模块；所述控制电路包括ARM控制系统模块，以及与ARM控制系统模块连接的数字 化面板模块、高频逆变驱动模块和送丝机驱动模块； 其中，所述主电路的三相共模滤波模块与三相交流输入电源连接；二次整流滤波 模块的输出端一与送丝机模块的输入端连接，输出端二与焊接负载的输入端一连接；送丝 机模块的输出端与焊接负载的输入端二连接；送丝机模块还与送丝机驱动模块信号连接； 所述电压电流检测模块用于实时检测主电路电压电流值；所述高频全桥逆变模块与控制电 路的高频逆变驱动模块连接，以实现由控制电路控制逆变电源的输出特性。 本技术逆变电源具有优异的一致性、动态响应性能和扩展性；基于电弧瞬态 能量的精细化控制技术，优化利用焊接电弧能量，提高热效率，保证良好的电弧稳定性，实 现多种电流脉冲波形输出控制，适应不同金属材料焊接，以获得优质的焊缝焊接质量。同时 通过采用数字化面板模块设置逆变电源输出特性参数，实现了全数字化控制，实现了多种 焊接电流波形调节，使本技术逆变电源适应于多种金属材料的焊接，节省生产投入成 本，提商生广效率。 所述控制电路还包括过流保护检测模块和过压欠压缺相检测模块；所述过流保护 检测模块分别与ARM控制系统模块、高频逆变驱动模块和高频全桥逆变模块连接；所述过 压欠压缺相检测模块分别与ARM控制系统模块和三相共模滤波模块连接。 所述控制电路还包括用于实时监测高频全桥逆变模块温度的温度检测模块；所述 温度检测模块与ARM控制系统模块连接。 优选的方案是：所述ARM控制系统模块采用型号为STM32F405RGT6的ARM芯片；所 述ARM芯片内固化有运行于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的多功能数字波控软件系统。本 技术逆变电源以型号为STM32F405RGT6的ARM芯片为核心，型号为STM32F405RGT6的 ARM芯片是ARMCortex?-M4架构的32位RISC嵌入式微处理器，将FreeRTOS嵌入式实时操 作系统移植到焊机的控制中，使焊机具备优异的一致性、可靠性和动态响应能力。 所述ARM芯片的ADC端口直接与电压电流检测模块相连；ARM芯片的GPI0端口分 别与过流保护检测模块、过压欠压缺相检测模块和温度检测模块直接相连；ARM芯片的PWM 端口分别与高频逆变驱动模块和送丝机驱动模块相连;ARM芯片的CAN端口与数字化面板 模块直接相连。 本技术的原理是：主电路采用全桥逆变式拓扑结构，采用高空载慢送丝的引 弧方式。全桥逆变脉宽的调制是通过在FreeRTOS嵌入式实时操作系统中进行实时任务调 度，通过PID控制算法来实现给定信号与反馈信号的比较运算，把PID控制器运算输出结果 通过ARM控制系统模块的HMER模块输出数字化的PWM信号，通过高频逆变驱动模块进行 隔离放大，控制高频全桥逆变模块的功率开关管IGBT按照一定的时序导通与关闭，实现高 频交直流转变。电流反馈是在逆变电源输出端用电压电流检测模块检测电压电流输出值， 得到采样信号，经过放大、比较，再输送到ARM控制系统模块，改变高频全桥逆变模块中功 率管IGBT的导通与截止时间，实现占空比的调节以达到功率调节的目的，使逆变电源的瞬 时输出能量保持稳定，达到焊接过程精细化控制的目的。 与现有技术相比，本技术具有如下优点与有益效果： 1、本技术逆变电源对焊接电弧的瞬态能量进行实时精细化控制，一阶阶跃响 应实现无超调控制，使整个焊接过程中电弧能量得到精确和柔性控制，保证良好的电弧稳 定性和挺度，更易于获得优质的焊接质量； 2、本技术逆变电源实现了全数字化控制，具有优异的一致性、动态响应性能 和扩展性； 3、本技术逆变电源实现了多种焊接电流波形调节控制，针对不同焊丝，通过 专家数据库调出对应的焊接波形，以适应各种焊接金属材料，实现多种焊接方法，一机多 用，节省生产投入成本，提高生产效率。 【附图说明】 图1是本技术逆变电源的结构框图； 图2是本技术逆变电源的主电路的电路原理图； 图3(a)和图3 (b)是本技术逆变电源的控制电路中高频逆变驱动模块的电 路原理图； 图4是本技术逆变电源的控制电路中过流保护检测模块的电路原理框图； 图5是本技术逆变电源的控制电路中ARM控制系统模块的具体连接图； 图6是本技术逆变电源的控制电路中送丝机驱动模块的电路原理图； 图7是本技术逆变电源的控制电路中电压电流检测模块的电路原理图； 图8是本技术逆变电源的控制电路中温度检测模块的电路原理图； 图9(a)和图9 (b)是本技术逆变电源的控制电路中过压欠压缺相检测模块 的电路原理图。 【具体实施方式】 下面结合附图与【具体实施方式】对本技术作进一步详细的描述。 实施例 -种多功能数字波控弧焊逆变电源，其结构框图如图1所示，包括主电路、控制电 路和送丝机模块106 ;主电路包括依次连接的三相共模滤波模块101、一次整流滤波模块 102、高频全桥逆变模块103、功率变压器模块104和二次整流滤波模块105 ;控制电路包括 ARM控制系统模块108,以及与ARM控制系统模块108连接的数字化面板模块1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能数字波控弧焊逆变电源，其特征在于：包括主电路、控制电路和送丝机模块；所述主电路包括依次连接的三相共模滤波模块、一次整流滤波模块、高频全桥逆变模块、功率变压器模块和二次整流滤波模块；所述控制电路包括ARM控制系统模块，以及与ARM控制系统模块连接的数字化面板模块、高频逆变驱动模块、电压电流检测模块和送丝机驱动模块； 其中，所述主电路的三相共模滤波模块与三相交流输入电源连接；二次整流滤波模块的输出端一与送丝机模块的输入端连接，输出端二与焊接负载的输入端一连接；送丝机模块的输出端与焊接负载的输入端二连接；送丝机模块还与送丝机驱动模块信号连接；所述电压电流检测模块用于实时检测主电路电压电流值；所述高频全桥逆变模块与控制电路的高频逆变驱动模块连接，以实现由控制电路控制逆变电源的输出特性。

【技术特征摘要】
1. 一种多功能数字波控弧焊逆变电源，其特征在于：包括主电路、控制电路和送丝机 模块；所述主电路包括依次连接的三相共模滤波模块、一次整流滤波模块、高频全桥逆变模 块、功率变压器模块和二次整流滤波模块；所述控制电路包括ARM控制系统模块，以及与 ARM控制系统模块连接的数字化面板模块、高频逆变驱动模块、电压电流检测模块和送丝机 驱动模块； 其中，所述主电路的三相共模滤波模块与三相交流输入电源连接；二次整流滤波模块 的输出端一与送丝机模块的输入端连接，输出端二与焊接负载的输入端一连接；送丝机模 块的输出端与焊接负载的输入端二连接；送丝机模块还与送丝机驱动模块信号连接；所述 电压电流检测模块用于实时检测主电路电压电流值；所述高频全桥逆变模块与控制电路的 高频逆变驱动模块连接，以实现由控制电路控制逆变电源的输出特性。2. 根据权利要求1所述的多功能数字波控弧焊逆变电源，其特征在于：所述控制电路 还包括过流保护检测模块和过压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，冯允樑，潘成熔，何东炜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44