高频逆变螺柱焊接设备及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高频逆变螺柱焊接设备及其控制方法。高频逆变螺柱焊接设备包括三相整流电路、逆变电路、高频变压器、整流滤波电路、ＤＳＰ控制器和电流反馈电路。电流反馈电路从整流滤波电路的输出端采样，将采样值输入ＤＳＰ控制器的信号输入端；逆变电路包括ＩＧＢＴ桥路开关电路和隔离驱动电路；ＤＳＰ控制器产生ＰＷＭ信号，经隔离驱动电路控制ＩＧＢＴ桥路开关电路的通断。本发明专利技术提供了一种变压器体积小、功率大，硬件电路相对简单、控制精度高、电气元件寿命长、设备的可靠性和稳定性好的高频逆变螺柱焊接设备和控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接设备，尤其涉及一种高频逆变螺柱焊接设备及其 控制方法，高频逆变螺柱焊接设备用于金属构件与螺柱之间的焊接， 主要应用在在汽车、船舶、板金制造业等生产领域。螺柱焊机分三大类， 一是储能螺柱焊机、二是长周期螺柱焊机，焊接时间在300-2000 mS，暂载率为30%左右；三是短周期螺柱焊机， 焊接时间在30-200mS,暂载率为10%左右，通常在汽车、船舶、板金 制造业用于螺柱的焊接。目前市场上常用的有工频可控硅控制的电弧 螺柱焊机和三相逆变高频电弧螺柱焊机，按控制方式分模拟控制和MCU 控制两种。工频可控硅电弧螺柱焊机，体积庞大笨重、移动和使用都不方便， 焊接时间和电流控制精度不高，焊接效率低、焊接效果不好。国内生产的高频逆变螺柱焊机利用MCU对焊接时序和开关量进行 管理，利用脉宽调制芯片对IGBT控制。在使用脉宽调制芯片的硬件电 路中，硬件电路复杂，焊接性能调整不方便。在工作中脉宽信号从最 大向所需的宽度调整，.其调整的速率难以掌握和控制所以很容易产生 高频尖峰使IGBT、 二极管损坏，降低了整机的可靠性。因为脉宽调制 芯片的釆样频率和P画信号的调整频率都比较低(仅有20000次/秒和1000次/秒)，使得输出电流和电压的调整速度慢，电流控制精度不高， 焊接效果不好，其响应速度不能满足短周期螺柱焊机的要求，难以实 现复杂的焊接工艺，焊接质量得不到保证。目前国内生产的高频逆变螺柱焊机的焊接电流大都在1500A以下，难以满足生产的需要。本专利技术要解决的技术问题是提供一种硬件电路相对简单、控制精 度高、电气元件寿命长、设备的可靠性和稳定性好的高频逆变螺柱焊 接设备。本专利技术进一步要解决的技术问题是提供一种体积小、输出电流大、 输出功率高的高频逆变螺柱焊接设备。本专利技术还要提供一种控制精度高、设备的可靠性和稳定性好的高 频逆变螺柱焊接设备的控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是， 一种高频逆 变螺柱焊接设备，包括三相整流电路、逆变电路、高频变压器、整流 滤波电路，所述的三相整流电路将三相交流电转变成直流电，逆变电路 将三相整流电路输出的直流电转换成高频交流电，经高频变压器降压后由整流滤波电路产生脉动直流焊接电流，包括DSP控制器和第一电 流反馈电路，第一电流反馈电路从整流滤波电路的输出端采样，将采 样值输入DSP控制器的信号输入端；所述的逆变电路包括IGBT桥路开 关电路和隔离驱动电路；所述的DSP控制器产生P丽信号，经隔离驱 动电路控制IGBT桥路开关电路的通断。以上所述的高频逆变螺柱焊接设备，包括第一电压反馈电路，所 述的第 一 电压反馈电路从整流滤波电路的输出端采样，将采样值分别 输入DSP控制器的信号输入端。以上所述的高频逆变螺柱焊接设备，包括第二电流反馈电路，所述的第二电流反馈电路从逆变电路的输出端采样，将采样值输入DSP控制器的信号输入端。以上所述的高频逆变螺柱焊接设备，所述的三相整流电路依次为 电磁兼容电路、三相交流整流电路、软启动电3各和整流滤波电路，所 述的电磁兼容电路吸收抑制三相交流母线上的电压尖峰，降低电磁干扰；所述的三相交流整流电路将电磁兼容电路输出的三相交流转换为 直流电；所述的整流滤波电路包括滤波电容，对三相交流整流电路输 出的直流电进行滤波；所述的软启动电路控制三相交流整流电路输出 主回路，在所述的滤波电容充电至到母线电压后才使主回路通电。以上所述的高频逆变螺柱焊接设备，电磁兼容电路在三相电的相 线上分别串联有输入电感，在相线间分别并联有削峰电容。以上所述的高频逆变螺柱焊接设备，所述的高频变压器初级线圈 与次级线圈用薄铜带分层交替绕制，层与层之间有绝缘层；初级线圈 层为2层，2层初级线圈层相互串联；每层初级线圈层有2层内层次级 线圈层和2层外层次级线圈层；内层的次级线圈层相互串联，相邻层 的电流方向相反；外层的次级线圈层也相互串联，相邻层的电流方向 也相反；次级线圈相邻层的串接点都连接变压器输出端的中心抽头， 次级线圈各层的同名端并接，并连接变压器输出端。本专利技术所述的高频逆变螺柱焊接设备的控制方法，包括以下步骤 701)第一电流反馈电路将采样取得的模似信号送至DSP控制器的AD 转换输入口 ，经AD转换成电流数字信号后与预设的焊接电流值进行比 较产生电流误差信号；702 )所述的电流误差信号然后经数字PI算法处理生成控制信号，对 IGBT的脉宽进行控制，实现恒流输出；所述控制信号的形成周期同IGBT 桥路开关电路的开关周期。以上所述的高频逆变螺柱焊接设备的控制方法，包括第一电压反 馈电路，所述的第一电压反馈电路从整流滤波电路的输出端采样，将 采样值分别输入DSP控制器的信号输入端，并包括以下步骤801) 第一电压反馈电路将釆样取得的模似信号送至DSP控制器的AD 转换输入口 ，经AD转换成电压数字信号后与预设的焊接电压值进行比 较产生电压误差信号；802) 所述的电压误差信号然后经数字PI算法处理生成控制信号，对 IGBT的脉宽进行控制，实现恒压输出；所述控制信号的形成周期同IGBT 桥路开关电路的开关周期。以上所述的高频逆变螺柱焊接设备的控制方法，包括以下步骤 901)从电流数字信号和电压数字信号获得功率信号，与预设的焊接功 率值进行比较产生功率误差信号；902 )所述的功率误差信号然后经数字PI算法处理生成控制信号,—对 IGBT的脉宽进行控制，实现恒功率输出；所述控制信号的形成周期同IGBT桥路开关电路的开关周期。以上所述的高频逆变螺柱焊接设备的控制方法，包括第二电流反馈电路，所述的第二电流反馈电路从逆变电路的输出端采样，将采样值输入DSP控制器的信号输入端，并包括以下步骤1001)第二电压反馈电路将采样取得的模似信号送至DSP控制器的AD转换输入口 ，经AD转换成电流数字信号后与预设的逆变电路输出限定值进行比较产生逆变电路输出电流误差信号，逆变电路输出电流误差信号的形成周期为IGBT桥路开关电路的开关周期的一半；1002)逆变电路输出电流误差信号同控制信号叠加后，对IGBT的脉宽进行控制，限制高频变压器的电流变化率和峰值电流。本专利技术采用DSP控制技术对反馈信号进行处理，来控制脉宽调制信号，由DSP经驱动模块直接驱动IGBT,简化了硬件电路，并使控制更加灵活；DSP控制器的采样频率和PWM信号的调整频率高于脉宽调制芯片，提高了响应速度和控制精度，本专利技术的硬件电路相对简单、控制精度高、电气元件寿命长、设备的可靠性和稳定性都得到提高。本专利技术的控制信号的形成周期与IGBT桥路开关电路的开关周期相同，为25—so微秒，电流和电压控制的响应速度高，提高了控制精度，设备的可靠性和稳定性。[附图说明]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例高频逆变螺柱焊接设备原理框图。图2是本专利技术实施例高频逆变螺柱焊接设备的主回路电路原理图。图3是本专利技术实施例高频逆变螺柱焊接设备的螺柱自动送料机结构图图4是本专利技术实施例高频逆变螺柱焊接设备反馈环路的数学模型图。图5本专利技术实施例高频逆变螺柱焊接设备PI软件程序流程图。图6-1是本专利技术实施例高频逆变螺柱焊接设备恒流PID逻辑图。图6-2是本专利技术实施例高频逆变螺柱焊接设备恒流限压P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频逆变螺柱焊接设备，包括三相整流电路、逆变电路、高频变压器、整流滤波电路，所述的三相整流电路将三相交流电转变成直流电，逆变电路将三相整流电路输出的直流电转换成高频交流电，经高频变压器降压后由整流滤波电路产生脉动直流焊接电流，其特征在于，包括ＤＳＰ控制器和第一电流反馈电路，第一电流反馈电路从整流滤波电路的输出端采样，将采样值输入ＤＳＰ控制器的信号输入端；所述的逆变电路包括ＩＧＢＴ桥路开关电路和隔离驱动电路；所述的ＤＳＰ控制器产生ＰＷＭ信号，经隔离驱动电路控制ＩＧＢＴ桥路开关电路的通断。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈良军，陈张军，陈志伟，戴建明，韩玉琦，李家波，龙立新，汤必海，
申请(专利权)人：深圳市鸿栢科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]