一种快频脉冲TIG焊接系统技术方案

本发明专利技术提供了一种快频脉冲TIG焊接系统，其特征在于：包括快频脉冲TIG焊接电源；快频脉冲TIG焊接电源包括主电路、控制电路和人机交互系统；主电路包括工频整流滤波模块、脉冲电流主电路、基值电流主电路和高频电流切换电路；脉冲电流主电路包括依次连接的SiC全桥逆变换流模块一、高频变压模块一和SiC整流平滑模块一；基值电流主电路包括依次连接的SiC全桥逆变换流模块二、高频变压模块二和SiC整流平滑模块二；高频电流切换电路包括依次连接的高频切换模块和防反灌模块；SiC全桥逆变换流模块一包括SiC功率开关管。该焊接系统逆变频率高，具有良好的动特性和稳定性，可降低功率管开关损耗。

A Fast Frequency Pulse TIG Welding System

【技术实现步骤摘要】
一种快频脉冲TIG焊接系统
本专利技术涉及焊接设备
，更具体地说，涉及一种快频脉冲TIG焊接系统。
技术介绍
在焊接领域中，钨极氩弧焊(简称TIG焊)以电弧稳定、零飞溅、焊接质量高、可焊金属范围广等优点而得到普遍应用。始于上世纪60年代中期的脉冲TIG焊接技术，在传统的直流电弧焊基础上叠加具有一定频率的脉冲电流，峰值电流可使电弧保持稳定，加速母材熔化形成熔池，而基值电流既可控制热量的输入又可维持电弧持续燃烧，使熔池冷却结晶，两者循环交替，形成性能良好的焊缝。目前，高频脉冲TIG通过高频电流产生的电磁场，对电弧进行收缩，以改善电弧能量密度和提高电弧挺度，同时通过对熔池的强烈搅拌，能够细化晶粒和改善焊缝组织性能。因此，国内外相继投入到快频脉冲TIG焊接设备的研究中。在快频脉冲TIG焊接系统中，焊接电源的质量与焊接电弧的性能密切相关，其不仅要精确地为焊接过程提供能量，还需实现与系统其他设备的协同运行。然而，国内的快频脉冲TIG焊接设备的工业化水平同发达国家之间还存在较大的差距，焊接电源普遍采用Si基IGBT作为功率变换的主要器件，而传统的Si基功率器件的开关性能已接近其材料性能所决定的理论极限，在一定程度上制约了焊接电源中逆变频率、响应速度等几个影响快频脉冲TIG焊接可靠性的关键指标，使得整机尺寸过大且动特性欠佳。另外，快频脉冲TIG焊技术由于加入了高频电流的调制，会对焊接电源产生的强烈电磁干扰，易出现焊接电流不稳定、高频段电弧控制效果差的问题。因此，快频脉冲TIG焊接技术在国内未能受到广泛应用。
技术实现思路
为克服现有技术中的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种逆变频率高、具有良好的动特性和稳定性、可降低功率管开关损耗的快频脉冲TIG焊接系统。为了达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案予以实现：一种快频脉冲TIG焊接系统，其特征在于：包括快频脉冲TIG焊接电源；所述快频脉冲TIG焊接电源包括主电路、控制电路和人机交互系统；所述主电路包括工频整流滤波模块、脉冲电流主电路、基值电流主电路和高频电流切换电路；所述脉冲电流主电路包括依次连接的SiC全桥逆变换流模块一、高频变压模块一和SiC整流平滑模块一；所述基值电流主电路包括依次连接的SiC全桥逆变换流模块二、高频变压模块二和SiC整流平滑模块二；所述高频电流切换电路包括依次连接的高频切换模块和防反灌模块；所述SiC全桥逆变换流模块一包括SiC功率开关管；其中，三相交流输入电源与工频整流滤波模块连接；工频整流滤波模块分别与SiC全桥逆变换流模块一和SiC全桥逆变换流模块二连接；SiC整流平滑模块一与高频切换模块连接；防反灌模块与外部电弧负载连接；SiC整流平滑模块二与外部电弧负载连接；所述控制电路包括ARM最小控制系统，以及分别与ARM最小控制系统连接的人机交互通信模块、SiC高频驱动电路、切换开关驱动电路和输出电压电流采样反馈电路；其中，SiC高频驱动电路分别与SiC全桥逆变换流模块一和SiC全桥逆变换流模块二连接；切换开关驱动电路与高频切换模块连接；输出电压电流采样反馈电路分别与外部电弧负载、SiC整流平滑模块一和SiC整流平滑模块二连接；人机交互通信模块与人机交互系统连接。优选地，所述SiC全桥逆变换流模块一包括SiC功率开关管，是指：SiC全桥逆变换流模块一包括SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104；所述高频变压模块一包括高频变压器一T101；所述SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104组成全桥逆变电路，之后通过隔直电容C109与高频变压器一T101的初级连接；所述SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104分别并联有RC吸收电路一；所述SiC整流平滑模块一包括整流二极管VD101、整流二极管VD102和电感L101；高频变压器一T101的次级第一输出端通过依次连接的整流二极管VD101和整流二极管VD102与高频变压器一T101的次级第三输出端连接；整流二极管VD101和整流二极管VD102的连接处与电感L101的一端连接；电感L101的另一端与高频变压器一T101的次级第二输出端分别作为脉冲电流主电路的输出端来与高频切换模块连接。优选地，所述的SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104组成全桥逆变电路，之后通过隔直电容C109与高频变压模块一的初级连接；所述SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104分别并联有RC吸收电路一，是指：还包括电容C101、电容C102、电容C103、电容C104、电容C109、电阻R101、电阻R102、电阻R103和电阻R104；SiC功率开关管M101和SiC功率开关管M103串联后，与SiC功率开关管M102和SiC功率开关管M104串联形成的电路一起并联到工频整流滤波电路上；电容C101和电阻R101串联后并联到SiC功率开关管M101上；电容C102和电阻R102串联后并联到SiC功率开关管M102上；电容C103和电阻R103串联后并联到SiC功率开关管M103上；电容C104和电阻R104串联后并联到SiC功率开关管M104上；所述SiC功率开关管M101与SiC功率开关管M103的连接处与电容C109串联后与高频变压模块一的初级第一输入端连接；所述SiC功率开关管M102与SiC功率开关管M104的连接处与高频变压模块一的初级第二输入端连接。优选地，所述SiC全桥逆变换流模块二的电路结构与SiC全桥逆变换流模块一相同；高频变压模块二的电路结构与高频变压模块一相同；SiC整流平滑模块二的电路结构与SiC整流平滑模块一相同。优选地，所述高频切换模块包括调制开关管IGBTQ202和调制开关管IGBTQ201；所述防反灌模块包括整流二极管VD201；所述调制开关管IGBTQ201并联在所述SiC整流平滑模块一上；SiC整流平滑模块一通过依次连接的调制开关管IGBTQ202和整流二极管VD201与外部电弧负载连接；所述调制开关管IGBTQ202并联有尖峰电压吸收模块一；调制开关管IGBTQ201并联有尖峰电压吸收模块二。优选地，所述尖峰电压吸收模块一包括电容C202、电阻R202、二极管D204和二极管D203；电阻R202和电容C202并联后与二极管D204串联形成的电路并联到调制开关管IGBTQ202上；二极管D203并联在调制开关管IGBTQ202上；所述尖峰电压吸收模块二包括电容C201、电阻R201、二极管D202和二极管D201；电阻R201和二极管D202并联后与电容C201串联形成的电路并联到调制开关管IGBTQ201上；二极管D201并联在调制开关管IGBTQ201上。优选地，所述ARM最小控制系统通过隔离一与SiC高频驱动电路连接；所述ARM最小控制系统通过隔离二与切换开关驱动电路连接。优选地，所述ARM最小控制系统通过隔离一与SiC高频驱动电路连接，是指：ARM最小控制系统通过型号为I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快频脉冲TIG焊接系统，其特征在于：包括快频脉冲TIG焊接电源；所述快频脉冲TIG焊接电源包括主电路、控制电路和人机交互系统；所述主电路包括工频整流滤波模块、脉冲电流主电路、基值电流主电路和高频电流切换电路；所述脉冲电流主电路包括依次连接的SiC全桥逆变换流模块一、高频变压模块一和SiC整流平滑模块一；所述基值电流主电路包括依次连接的SiC全桥逆变换流模块二、高频变压模块二和SiC整流平滑模块二；所述高频电流切换电路包括依次连接的高频切换模块和防反灌模块；所述SiC全桥逆变换流模块一包括SiC功率开关管；其中，三相交流输入电源与工频整流滤波模块连接；工频整流滤波模块分别与SiC全桥逆变换流模块一和SiC全桥逆变换流模块二连接；SiC整流平滑模块一与高频切换模块连接；防反灌模块与外部电弧负载连接；SiC整流平滑模块二与外部电弧负载连接；所述控制电路包括ARM最小控制系统，以及分别与ARM最小控制系统连接的人机交互通信模块、SiC高频驱动电路、切换开关驱动电路和输出电压电流采样反馈电路；其中，SiC高频驱动电路分别与SiC全桥逆变换流模块一和SiC全桥逆变换流模块二连接；切换开关驱动电路与高频切换模块连接；输出电压电流采样反馈电路分别与外部电弧负载、SiC整流平滑模块一和SiC整流平滑模块二连接；人机交互通信模块与人机交互系统连接。...

【技术特征摘要】
1.一种快频脉冲TIG焊接系统，其特征在于：包括快频脉冲TIG焊接电源；所述快频脉冲TIG焊接电源包括主电路、控制电路和人机交互系统；所述主电路包括工频整流滤波模块、脉冲电流主电路、基值电流主电路和高频电流切换电路；所述脉冲电流主电路包括依次连接的SiC全桥逆变换流模块一、高频变压模块一和SiC整流平滑模块一；所述基值电流主电路包括依次连接的SiC全桥逆变换流模块二、高频变压模块二和SiC整流平滑模块二；所述高频电流切换电路包括依次连接的高频切换模块和防反灌模块；所述SiC全桥逆变换流模块一包括SiC功率开关管；其中，三相交流输入电源与工频整流滤波模块连接；工频整流滤波模块分别与SiC全桥逆变换流模块一和SiC全桥逆变换流模块二连接；SiC整流平滑模块一与高频切换模块连接；防反灌模块与外部电弧负载连接；SiC整流平滑模块二与外部电弧负载连接；所述控制电路包括ARM最小控制系统，以及分别与ARM最小控制系统连接的人机交互通信模块、SiC高频驱动电路、切换开关驱动电路和输出电压电流采样反馈电路；其中，SiC高频驱动电路分别与SiC全桥逆变换流模块一和SiC全桥逆变换流模块二连接；切换开关驱动电路与高频切换模块连接；输出电压电流采样反馈电路分别与外部电弧负载、SiC整流平滑模块一和SiC整流平滑模块二连接；人机交互通信模块与人机交互系统连接。2.根据权利要求1所述的快频脉冲TIG焊接系统，其特征在于：所述SiC全桥逆变换流模块一包括SiC功率开关管，是指：SiC全桥逆变换流模块一包括SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104；所述高频变压模块一包括高频变压器一T101；所述SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104组成全桥逆变电路，之后通过隔直电容C109与高频变压器一T101的初级连接；所述SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104分别并联有RC吸收电路一；所述SiC整流平滑模块一包括整流二极管VD101、整流二极管VD102和电感L101；高频变压器一T101的次级第一输出端通过依次连接的整流二极管VD101和整流二极管VD102与高频变压器一T101的次级第三输出端连接；整流二极管VD101和整流二极管VD102的连接处与电感L101的一端连接；电感L101的另一端与高频变压器一T101的次级第二输出端分别作为脉冲电流主电路的输出端来与高频切换模块连接。3.根据权利要求2所述的快频脉冲TIG焊接系统，其特征在于：所述的SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104组成全桥逆变电路，之后通过隔直电容C109与高频变压模块一的初级连接；所述SiC功率开关管M101、SiC功率开关管M102、SiC功率开关管M103和SiC功率开关管M104分别并联有RC吸收电路一，是指：还包括电容C101、电容C102、电容C103、电容C104、电容C109、电阻R101、电阻R102、电阻R103和电阻R104；SiC功率开关管M101和SiC功率开关管M103串联后，与SiC功率开关管M102和SiC功率开关管M104串联形成的电路一起并联到工频整流滤波电路上；电容C101和电阻R101串联后并联到SiC功率开关管M101上；电容C102和电阻R102串联后并联到SiC功率开关管M102上；电容C103和电阻R103串联后并联到SiC功率开关管M103上；电容C104和电阻R104串联后并联到SiC功率开关管M104上；所述SiC功率开关管M101与SiC功率开关管M103的连接处与电容C109串联后与高频变压模块一的初级第一输入端连接；所述SiC功率开关管M102与SiC功率开关管M104的连接处与高频变压模块一的初级第二输入端连接。4.根据权利要求2所述的快频脉冲TIG焊接系统，其特征在于：所述SiC全桥逆变换流模块二的电路结构与SiC全桥逆变换流模块一相同；高频变压模块二的电路结构与高频变压模块一相同；SiC整流平滑模块二的电路结构与SiC整流平滑模块一相同。5.根据权利要求2所述的快频脉冲TIG焊接系统，其特征在于：所述高频切换模块包括调制开关管IGBTQ202和调制开关管IGBTQ201；所述防反灌模块包括整流二极管VD201；所述调制开关管IGBTQ201并联在所述SiC整流平滑模块一上；SiC整流平滑模块一通过依次连接的调制开关管IGBTQ202和整流二极管VD201与外部电弧负载连接；所述调制开关管IG...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，吴健文，范文艳，陈浩宇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44