协同控制的软开关逆变式双丝脉冲MIG弧焊电源制造技术

本发明专利技术公开了协同控制的软开关逆变式双丝脉冲ＭＩＧ弧焊电源，包括主机弧焊电源、从机弧焊电源以及分别与主机弧焊电源和从机弧焊电源连接的数字化协调控制模块，数字化协调控制模块之间通过ＣＡＮ总线连接，主机弧焊电源和从机弧焊电源的结构相同，都包括主电路、外环均值电流闭环控制电路和内环峰值电流闭环控制电路。外环均值电流闭环控制电路包括电流电压检测模块、脉冲参数给定模块、比较器、单片机控制系统、移相脉宽调制模块和高频驱动模块。本发明专利技术首次在双丝脉冲ＭＩＧ弧焊电源中引入外环均值电流闭环控制电路和内环峰值电流闭环控制电路，提高了弧焊电源的动静态特性以及抗输入干扰能力，焊接损耗低，速度快，质量高，适合大功率焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机电一体化
，尤其涉及高频软开关逆变技术和双丝焊技术，具体涉及一种协同控制的软开关逆变式双丝脉冲MIG弧焊电源。
技术介绍
目前，在双丝脉冲焊领域，由于其工艺所需要的大电流、大功率，国内外传统的双丝脉冲焊电源主要以硅整流和晶闸管整流式为主，整流式电源工作相对可靠，技术上也比较成熟，但设备体积庞大、笨重、能耗低、效率低，且由于结构其原因，动静态特性方面也不够理想。较先进的硬开关逆变器，体积小、效率高，技术含量较高、附加值高，但期间的工作环境比较恶劣，尤其是开关损耗低，高次谐波会造成电网污染，需要吸收缓冲电路，逆变频率的提高也受到限制。具体说来，大功率硬开关逆变弧焊电源主要存在以下几个方面的问题(1)可靠性问题。由于弧焊电源的使用环境恶劣，有些焊接现场是二十四小时连续作业，所以对其可靠性要求非常高。目前，硬开关逆变弧焊电源由于高频寄生振荡、负载频繁复杂变化、电磁干扰、偏磁等原因，特别是大功率焊接条件下，弧焊电源存在可靠性的不够的问题。(2)开关损耗大。由于大功率逆变弧焊电源主要以硬开关工作方式工作，不可避免开通和关断损耗大、二极管反向恢复等问题，尤其在高频焊接时产生较大的开关损耗。(3)弧焊电源的控制性能问题。由于逆变弧焊电源的控制周期短，整机的动态响应快，负载变化复杂，很难用精确的数学模型对其进行精确的控制。(4)功率因数的问题。硬开关工作的逆变弧焊电源，其工作波形都存在畸形，还存在高次谐波干扰，降低了功率因数，在开关过程中产生的谐波还会反馈到电网，对电网造成污染，同时还会造成严重的电磁干扰。(5)发热问题。高频功率变压器传递功率大，大量的损耗使得温升严重，限于磁性材料生产水平以及弧焊电源生产成本，磁性材料窗口和有效导磁面积不可能太大，增加了变压器结构设计、热设计及电气设计的技术难度。采用软开关逆变技术是解决这些问题的最好办法，零电压软开关电路拓扑结构简单，软开关控制容易实现、可靠性好，而且特别适合较大功率焊接应用场合。但软开关逆变技术相对于硬开关技术，存在技术起点较高的问题，对软开关逆变器的开发，需要对软开关的工作机理有较深入的认识和研究，对器件寄生电容、电感等参数要有充分的理解，并要掌握软开关谐振换流的规律和机理。目前，在研的软开关逆变弧焊电源，基本采用普通的全桥移相软开关拓扑，虽然实现方式比较简单，但存在软开关范围窄、换流损耗大，在输入电压较高输出电流较小的时候难以实现零电压开通和关断，普通的全桥移相软开关拓扑还有一个突出的局限，就是占空比损失较大，在脉冲峰值阶段电源的输出电流和电压都很大时很可能造成脉冲阶段功率输出的失败，熔滴过渡不规则，影响焊接质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足之处，提出一种协同控制的软开关逆变式双丝脉冲MIG弧焊电源，保证主、从弧焊电源脉冲严格按一前一后时序关系输出，且损耗低，可靠性高，焊接速度快，焊接工艺可实现多参数优化匹配，焊接质量高，并减少对电网的干扰，适合大功率焊接。本专利技术的目的通过如下技术实现协同控制的软开关逆变式双丝脉冲MIG弧焊电源，包括主机脉冲MIG弧焊电源、从机脉冲MIG弧焊电源以及分别与主机脉冲MIG弧焊电源和从机脉冲MIG弧焊电源连接的数字化协调控制模块，数字化协调控制模块之间通过CAN总线连接，所述主机脉冲MIG弧焊电源和从机脉冲MIG弧焊电源结构相同，都包括主电路、外环均值电流闭环控制电路和内环峰值电流闭环控制电路；所述主电路由依次连接的整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块组成，整流滤波模块与三相交流输入电源相接，整流平滑模块与负载相接；所述外环均值电流闭环控制电路包括电流电压检测模块、脉冲参数给定模块、比较器、单片机控制系统、移相脉宽调制模块和高频驱动模块，电流电压检测模块一端与负载相接，另一端与比较器输入端连接，脉冲参数给定模块与比较器另一输入端连接，比较器输出端与单片机控制系统连接，单片机控制系统与移相脉宽调制模块连接，移相脉宽调制模块与高频驱动模块连接，高频驱动模块与高频逆变模块连接；所述内环峰值电流的闭环控制电路包括峰值电流斜率补偿模块、电流检测模块、比较补偿装置以及移相脉宽调制模块和高频驱动模块；所述电流检测模块一端与功率变压模块初级连接，另一端与比较补偿装置输入端连接，峰值电流斜率补偿模块与比较补偿装置另一输入端连接，峰值电流斜率补偿模块输出端与移相脉宽调制模块连接，移相脉宽调制模块与高频驱动模块连接，高频驱动模块与高频逆变模块连接。为进一步实现本专利技术目的，所述双丝脉冲MIG弧焊电源还包括主电路安全保护电路，所述安全保护电路包括网压检测模块、电压保护模块；所述网压检测模块一端与接入的三相交流电源连接，另一端与电压保护模块连接，电压保护模块与移相脉宽调制模块连接。所述单片机控制系统主要由单片机80C320、数/模转换器TLC7528、模/数转换器MAX118、译码器74LS139连接组成；单片机控制系统根据电流电压检测模块检测到负载的电流、电压信号与脉冲参数给定模块给定的参数比较后的输出信号进行模糊控制算法运算，发给移相脉宽调制模块一个控制信号，使移相脉宽调制模块产生四路PWM信号，并通过高频驱动模块放大去控制高频逆变模块的开关管在零电压下的开通和关断，实现软开关。所述数字化协调控制模块主要由总线控制器SJA1000、高速光耦6N137、总线驱动器82C250连接组成，使主机脉冲MIG弧焊电源通过CAN总线逐个脉冲向从机脉冲MIG弧焊电源发送协同同步信号，从机脉冲MIG弧焊电源在接收到这个同步信号后才进行脉冲输出，保证主、从脉冲MIG弧焊电源脉冲输出严格反相，避免了主、从电弧之间的干扰。所述移相脉宽调制模块主要由误差放大电路、集成移相控制芯片UC3879连接组成，产生四路两两互补的移相信号分别进入高频驱动模块的集成驱动芯片EXB841。所述高频驱动模块主要由四个驱动芯片EXB841构成，将移相脉宽调制模块输出的四路信号进行加强，作为高频逆变模块的逆变桥开关管VT1～VT4的驱动信号。所述脉冲参数给定模块112由四个电位器组成，给定脉冲参数。所述比较器采用常用的NE5532P比较器，对外环检测信号与脉冲给定参数进行比较。所述比较补偿装置为是在比较器的上添加了一个补偿电容，改善电流外环控制特性。所述峰值电流斜率补偿模块利用UC3879自身的定时电容CT，将该电压信号分压之后与峰值电流信号进行叠加实现补偿。所述电流检测模块为电流传感器，连接在功率变压模块初级线圈上。所述电流电压检测模块为电流电压传感器，与负载连接。所述网压检测模块检测三相交流电压，为常用的电压检测器。所述电压保护模块为一常用的比较器，实现欠压或者过压保护。本专利技术的原理本专利技术分为主机脉冲MIG弧焊电源和从机脉冲MIG弧焊电源，主机脉冲MIG弧焊电源和从机脉冲MIG弧焊电源具有的相同结构，它们之间通过数字化协同控制模块连接进行协同控制通讯。主机在峰值脉冲输出结束时向从机发送协同控制信号，从机收到协同控制信号后立即由基值电流输出转为峰值脉冲输出，从机峰值脉冲输出结束后，主机由基值电流输出转为峰值脉冲输出，如此循环反复，保证主、从脉冲MIG弧焊电源一前一后的时序关系。三相工频交流电经过滤波模块后成为平滑直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
协同控制的软开关逆变式双丝脉冲ＭＩＧ弧焊电源，其特征在于包括主机脉冲ＭＩＧ弧焊电源、从机脉冲ＭＩＧ弧焊电源以及分别与主机脉冲ＭＩＧ弧焊电源和从机脉冲ＭＩＧ弧焊电源连接的数字化协调控制模块，数字化协调控制模块之间通过ＣＡＮ总线连接，所述主机脉冲ＭＩＧ弧焊电源和从机脉冲ＭＩＧ弧焊电源结构相同，都包括主电路、外环均值电流闭环控制电路和内环峰值电流闭环控制电路；所述主电路由依次连接的整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块组成，整流滤波模块与三相交流输入电源相接，整流平滑模块与负载相接；所述外环均值电流闭环控制电路包括电流电压检测模块、脉冲参数给定模块、比较器、单片机控制系统、移相脉宽调制模块和高频驱动模块，电流电压检测模块一端与负载相接，另一端与比较器输入端连接，脉冲参数给定模块与比较器另一输入端连接，比较器输出端与单片机控制系统连接，单片机控制系统与移相脉宽调制模块连接，移相脉宽调制模块与高频驱动模块连接，高频驱动模块与高频逆变模块连接；所述内环峰值电流的闭环控制电路包括峰值电流斜率补偿模块、电流检测模块、比较补偿装置以及移相脉宽调制模块和高频驱动模块；所述电流检测模块一端与功率变压模块初级连接，另一端与比较补偿装置输入端连接，峰值电流斜率补偿模块与比较补偿装置另一输入端连接，峰值电流斜率补偿模块输出端与移相脉宽调制模块连接，移相脉宽调制模块与高频驱动模块连接，高频驱动模块与高频逆变模块连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄石生，李远波，蒋晓明，王振民，蒋东，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]