一种逆变弧焊电源控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种逆变弧焊电源控制系统，属于焊接设备及自动化领域。变压器的副边电压（Ａ５）送入运算放大器（Ｃ１）输入端，运算放大器的输出为比较器（Ｃ２）的输入，比较器的输入参考电压端与给定信号相连。比较器输出端与控制器（Ｃ３）相连，每个周期内对控制器进行置位、复位，控制器还通过非门（Ｃ５）、与门（Ｃ６）器件接光偶隔离（Ｃ７），实现关断、开通Ｍｏｓｆｅｔ管（Ｃ８），使电容（Ｃ９）在单个周期内完成充放电。控制器通过ＰＷＭ芯片驱动电路（Ｄ）对ＤＣ－ＡＣ逆变电路（Ａ３）进行开关控制。本发明专利技术对电压扰动能在一个周期内做出补偿，把电弧状态分为燃弧和短路两种状态，针对各阶段分别进行控制，使焊接控制更精确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种逆变弧焊电源控制系统，属于焊接设备及自动化领域。
技术介绍
目前，在焊接逆变电源的领域中应用的控制思想按控制方式分，主要有单环控制方式(如图1所示)和双环控制方式(如图2所示)；按反馈类型分，主要有电压型PWM和电流型PWM控制。单环控制方式和双环控制方式都属于电压型PWM，它能够对由于负载发生扰动或电网发生扰动出现的误差进行调解。电压型反馈控制中，电压误差信号被线形的调制成占空比信号；当输入电压或负载变化时，输出电压、电压误差信号、占空比均发生变化，经动态调节后，输出电压恢复到稳定值。这一动态调节持续的时间由环路增益带宽决定，通常为多个开关周期时间，所以电压型PWM控制，无论采用单环或双环控制，都无法即时对扰动做出补偿。电流型反馈控制则是利用了变换器的脉冲和非线性特点，其占空比由包含了一些非线性状态反馈的关系式所决定；当输入电压增大时，电流斜率立即增大，占空比减小。这一动态调节具有很好的快速响应能力，但是系统存在静态误差，精度无法满足要求。如果采用其他的补偿方式，则速度又会受到影响。单周期控制技术是将非线性开关变为线性开关，是一种非线性控制技术。对于输入电压(电网电压)的扰动，单周期控制技术可以在一个开关周期内瞬时地控制输出信号，其动态性能将比电压型、电流型控制技术优越，故它在动态性能要求高的功率变换场合具有重要应用价值。如果将单周期控制技术应用于焊接电源控制系统中，可以充分发挥单周期控制技术的优点。专利技术专利内容本专利技术把单周期控制技术应用到焊接电源领域中，并针对焊接过程的特点，对焊接过程中燃弧、断路各阶段分别进行波形控制，提出了一种全新的焊接电源控制方式，能够在很短时间内对电网电压的扰动进行调整，主电路采用双管单端正激拓扑结构，每个周期内对变压器进行磁通复位，保证变压器不会出现磁饱和现象；同时，对燃弧和短路状态分别进行控制，达到更好的焊接效果。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。本系统主要包括有主电路部分A、参数信号给定部分B、驱动电路D。主电路部分A主要包括有整流A1、滤波A2、DC-AC逆变电路A3、变压器A4、副边整流A6、副边电感A7。参考信号给定部分B主要包括有电压采样B1、状态判断B2、开关选择B3，电压采样B1将信号传给状态判断电路B2，判断此刻是短路还是燃弧，根据不同状态，置位模拟开关B3，给出燃弧或短路的参考电压波形。驱动电路D与DC-AC逆变电路A3连接；其特征在于单周期控制部分C主要包括有运算放大器C1、比较器C2、控制器C3、PWM脉宽调制器C4、非门C5、与门C6、光耦隔离C7、Mosfet管C8、充放电电容C9。其中，运算放大器C1与充放电电容C9组成积分电路，Mosfet管C8与充放电电容C9并联；变压器A4的副边采样电压A5送入运算放大器C1输入端，运算放大器C1的输出端与比较器C2的同相输入端连接，比较器C2的反相输入通过开关B3接燃弧或短路状态时的参考电压。比较器C2的输出端与控制器C3的复位端相连，控制器C3的置位端接PWM脉宽调制器C4晶振输出信号，PWM脉宽调制器C4在每个周期内对控制器C3进行触发，控制器C3通过非门C5、与门C6和光耦隔离C7控制Mosfet管C8，使电容C9在单个周期内充、放电，从而通过驱动电路D对DC-AC逆变电路A3进行开通、关断控制；通过判断电弧状态，对燃弧和短路两个阶段进行分别控制。本专利技术专利的工作原理及过程副边采样电压信号通过A5传送给运放C1，设PWM的输出周期为fs，运算放大器反相端输入信号为x(t)，可得C1的输出电压为Vref＝(1/C9)∫0Tonx(t)dt 当运算放大器C1输出电压值等于参考电压时，比较器C2输出高电平，复位控制器C3，由于C3的复位，所以立即关断PWM输出信号，从而通过驱动电路D关断DC-AC逆变电路A3；同时，由于C3的复位，所以通过隔离光偶C7立即导通Mosfet管C8，此刻电容C9开始快速放电；控制器C3的置位端接PWM同步晶振输出信号，在到达每个周期的死区时间那一刻置位控制器，当下一个周期到来时刻，PWM脉宽调制器输出引脚为高电平，同时，通过隔离光偶C7迅速关断Mosfet管C8，为下一个周期的PWM输出和运放的积分运算做准备。令C9的值等于等于PWM的输出周期(1/C9)＝fs，则运算放大器的输出值为Vref＝fs*∫0Tonx(t)dt这就实现了把单周期控制技术运用到焊接逆变电源领域中，针对单周期控制的特点，主电路采取双管单端正激拓扑结构，在单周期内实现变压器的磁通复位，从而维持变压器正负两脉宽的伏.安数平衡，保证变压器不会出现磁饱和现象。与现有技术相比，本专利技术专利具有以下优点1.将单周期控制技术应用到焊接电源领域，其动态性能将比电压型、电流型瞬时值控制技术优越。2.对电网的扰动能够在一个周期内做出补偿。3.针对焊接过程的特点，对燃弧和短路两个阶段的波形分别进行控制。附图说明图1为单环控制方式图2为双环控制方式图3为基于单周期控制方式的焊接逆变电源图4为单周期方式的具体应用电路图5为通过状态判断给出短路、燃弧过程的控制波形电路图。具体实施例方式结合图3～图5详细说明本实施例。主电路A的输入电压为380V的三相交流电，经过AC-DC-AC变换，转化成供电焊机使用的电源。图4为单周期控制方式的应用，变压器的副边采样信号输入给运算放大器CA3140的2脚，进行积分运算，当运算放大器CA3140的6脚输出值等于参考值时，比较器LM319的2脚输出高电平，比较器的输出信号接控制器CD4013的R端，此时，控制器通过非门C5、与门C6和隔离光偶C7使MOSFET管C8开通，对电容C9进行放电。控制器CD4013的Q端与PWM3525的2脚相连，当控制器CD4013的R端为高电平时，Q端则为低电平，这时，PWM3525输出引脚为低电平，关断IGBT，所以，当比较器LM311输出高电平时，实现了关断DC-AC逆变电路A3和对电容C9进行放电。PWM3525的4脚晶振输出端通过比较器与控制器CD4013的S端相连，控制器S端为高电平时，则控制器CD3140Q端为高电平，当下一个周期到来时刻，PWM3525输出引脚为高电平，开通IGBT，同时，使Mosfet管C8关断，为下一个周期的积分做好准备。电路图5为根据判断，产生燃弧和短路两路控制波形的电路图，LEM采集的电压信号送给比较器LM393A的反相端，比较器LM393A的正相端接一个给定信号，判断此刻为短路还是燃弧阶段(根据短路阶段电压应该较大，燃弧阶段电压应该较小的原理)，当进入燃弧阶段，比较器LM393A输出低电平，三极管S8050关断，运算放大器LM324B的同相端输入信号可通过可调电阻R2给定，再经过射随器LM324B、积分电路LM324D传给CA3140的反相端，与此同时，通过反相器40106的作用，short_con点为低电平，SCA点为低电平，SCB点为高电平，利用双向选择开关H4053，给CA3140反相端输入特定值，加上原先设定的UG，从而使得CA3140的输出端得到想要的燃弧阶段的参考波形；当进入短路阶段，比较器LM393A输出端为高电平，开通三极管S8050，运算放大器LM324B的同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆变弧焊电源控制系统，主要包括有主电路部分（Ａ）、参数信号给定部分（Ｂ）、驱动电路（Ｄ），主电路部分（Ａ）主要包括有依次连接的整流（Ａ１）、滤波（Ａ２）、ＤＣ－ＡＣ逆变电路（Ａ３）、变压器（Ａ４）、副边整流（Ａ６）、副边电感（Ａ７）；参考信号给定部分（Ｂ）主要包括有电压采样（Ｂ１）、状态判断（Ｂ２）、模拟开关（Ｂ３），电压采样（Ｂ１）将信号传给状态判断电路（Ｂ２），状态判断电路（Ｂ２）判断此刻是短路还是燃弧；驱动电路（Ｄ）与主电路部分（Ａ）中的ＤＣ－ＡＣ逆变电路（Ａ３）连接；其特征在于：根据不同状态，模拟开关（Ｂ３）给出燃弧或短路状态的参考电压波形；还包括有单周期控制部分（Ｃ），单周期控制部分（Ｃ）主要包括有运算放大器（Ｃ１）、比较器（Ｃ２）、控制器（Ｃ３）、ＰＷＭ脉宽调制器（Ｃ４）、非门（Ｃ５）、与门（Ｃ６）、光耦隔离（Ｃ７）、Ｍｏｓｆｅｔ管（Ｃ８）、充放电电容（Ｃ９）；其中，运算放大器（Ｃ１）与充放电电容（Ｃ９）组成积分电路，Ｍｏｓｆｅｔ管（Ｃ８）与充放电电容（Ｃ９）并联；变压器（Ａ４）的副边采样电压（Ａ５）送入运算放大器（Ｃ１）输入端，运算放大器（Ｃ１）的输出端与比较器（Ｃ２）的同相输入端连接，比较器（Ｃ２）的反相输入通过模拟开关（Ｂ３）接燃弧或短路状态时的参考电压；比较器（Ｃ２）的输出端与控制器（Ｃ３）的复位端相连，控制器（Ｃ３）的置位端接ＰＷＭ脉宽调制器（Ｃ４）晶振输出信号，ＰＷＭ脉宽调制器（Ｃ４）在每个周期内对控制器（Ｃ３）进行触发，控制器（Ｃ３）通过非门（Ｃ５）、与门（Ｃ６）和光耦隔离（Ｃ７）控制Ｍｏｓｆｅｔ管（Ｃ８），使电容（Ｃ９）在单个周期内充、放电。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏飞，卢振洋，闫璋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]