專利名稱：微束等離子弧焊接電源雙閉環(huán)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接電源技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種微束等離子弧焊電源雙閉 環(huán)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
小電流范圍的微束等離子弧焊的一個關(guān)鍵技術(shù)問題是在小電流情況下 的電弧穩(wěn)定性問題，而解決該關(guān)鍵技術(shù)問題的主要手段之一是采用高頻脈 沖電流，現(xiàn)代逆變結(jié)構(gòu)的焊接電源由于受到逆變頻率的限制，很難實現(xiàn)高 頻輸出，現(xiàn)有的模擬式晶體管電源，可實現(xiàn)高頻脈沖的輸出，但因工頻交 流變壓、整流、濾波組成的主電路功率晶體管供電部分，體積龐大笨重， 也無法滿足節(jié)能環(huán)保的要求。將逆變結(jié)構(gòu)的焊接電源主電路取代模擬式晶體管主電路功率晶體管的 供電部分，是同時解決上述模擬式晶體管電源和逆變電源缺陷的主要手段 之一，但由逆變結(jié)構(gòu)焊接電源主電路供電的功率晶體管功耗大，并且該功 耗隨著焊接電流的增加而增加。僅對逆變結(jié)構(gòu)焊接電源主電路的閉環(huán)控制， 只能控制其大小和恒定值，無法達到小電流范圍微束等離子弧焊電弧穩(wěn)定 燃燒的陡降電源外特性，也無法抑止其供電的功率晶體管的功耗隨著焊接電流的增加而增加的趨勢；僅對功率晶體管控制，只能控制其輸出電流的
大小和恒定值，同樣無法抑止其功耗隨著焊接電流的增加而增加的趨勢。 因此，無論是對逆變結(jié)構(gòu)焊接電源主電路輸出供電電壓的單閉環(huán)控制，還 是對功率晶體管輸出電流的閉環(huán)控制，均不能解決由逆變結(jié)構(gòu)的焊接電源 主電路供電的功率晶體管的功耗問題以及功耗隨著焊接電流的增加而增加 的問題，也不能實現(xiàn)小電流范圍微束等離子弧焊電弧穩(wěn)定燃燒的陡降電源 外特性。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)專利與文獻檢索發(fā)現(xiàn)，專對申請?zhí)枮?00610024027. x的 中國發(fā)明專利《多種外特性輸出的逆變弧焊電源》，該專利提出了一種用于 實現(xiàn)不同電源外特性的焊接電壓、焊接電流同時反饋的雙閉環(huán)控制的逆變 弧焊電源，該弧焊電源采用單片機控制，通過數(shù)字運算，進行不同電源外 特性；但這種雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和方法由于是同一控制操作量(脈寬調(diào)制器 的輸出占空比)，無法用于模擬式晶體管電源的功率放大部分的功耗降低控 制，而且焊接電壓、焊接電流同時反饋雙閉環(huán)控制無法達到小電流范圍微束等離子弧焊電弧穩(wěn)定燃燒的陡降電源外特ti要求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提供一種以逆變 焊接電源主電路取代模擬式晶體管電源主電路供電部分的協(xié)同控制結(jié)構(gòu)。 在實現(xiàn)微束等離子弧焊機的節(jié)能環(huán)保、完成模擬式高頻脈沖輸出的基礎(chǔ)上， 進一步解決逆變焊接電源主電路和模擬式晶體管電源主電路各自控制的協(xié) 同工作問題，以達到二主電路協(xié)同控制情況卡的小電流范圍微束等離子弧 焊電弧穩(wěn)定燃燒的陡降電源外特性，以解決超薄、超細等精細結(jié)構(gòu)部件精 密焊接時的變形、燒穿等關(guān)鍵技術(shù)問題的焊接設備。本發(fā)明的技術(shù)方案包括輸入整流濾波電路、功率開關(guān)元件、中頻變 壓器、輸出整流電路、輸出濾波電容、電流控制閉環(huán)電路、協(xié)同控制閉環(huán) 電路；輸出濾波電容的一端與輸出整流電路連接，輸出濾波電容的另一端 與協(xié)同控制閉環(huán)電路的一個輸入端連接，協(xié)同控制閉環(huán)電路的另一個輸入 端與電流控制閉環(huán)電路的檢測端連接，協(xié)同控制閉環(huán)電路的兩個輸出端分 別與電流控制閉環(huán)電路的輸入端和鎢棒連接，，協(xié)同控制閉環(huán)電路的反饋端 與功率開關(guān)元件連接，電流控制閉環(huán)電路的輸出端與工件連接。電流控制 閉環(huán)電路由高頻電流反饋電路、高頻脈沖控制電路、高頻模擬晶體管、電 流傳感器組成，高頻模擬晶體管的一個輸入端與高頻脈沖控制電路連接， 高頻模擬晶體管的另一個輸入端與協(xié)同控制閉環(huán)電路的輸出端連接，高頻 模擬晶體管的輸出端穿過電流傳感器與工件連接，在高頻電流反饋電路和 高頻模擬晶體管之間連接有高頻脈沖控制電路。協(xié)同控制閉環(huán)電路由電壓 傳感器、協(xié)同反饋電路、協(xié)同控制電路、逆變控制驅(qū)動電路組成，電壓傳 感器的輸入端與輸出濾波電容連接，電壓傳感器的一個輸出端與電流控制 閉環(huán)電路連接，電壓傳感器的另一個輸出端與協(xié)同反饋電路的一個輸入端 連接，協(xié)同反饋電路的另一個輸入端與電流控制閉環(huán)電路的檢測端連接， 在協(xié)同反饋電路和逆變控制驅(qū)動電路之間連接有協(xié)同控制電路，逆變控制 驅(qū)動電路的反饋端與功率開關(guān)元件連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，逆變主電路部分由輸入整流濾波電路、功率開關(guān)元件、 中頻變壓器、輸出整流電路、輸出濾波電容組成；電流控制閉環(huán)電路構(gòu)成模擬式晶體管電源主電路的功率放大及其控制部分，其功率放大的供電電
壓則由逆變主電路部分提供，協(xié)同控制閉環(huán)電路作為逆變主電路的控制部 分，同時完成二主電路的協(xié)同控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的一個關(guān)鍵技術(shù)是模擬式晶體管電源主電路的功率放大及 其控制部分采用電流控制閉環(huán)電路，電流控制閉環(huán)電路最終的輸出電流是 焊接電流，控制閉環(huán)電路通過對該電流進行檢測、反饋、控制，實現(xiàn)焊接 電流的恒值控制，進行微束等離子弧悍焊接電源陡降外特性的初步調(diào)節(jié)， 并且高頻工作方式的電流控制閉環(huán)電路，可以精細地輸出焊接電流的脈沖 頻率、脈沖占空比、脈沖峰值、脈沖基值的在意調(diào)節(jié)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的另一個關(guān)鍵技術(shù)是在逆變主電路部分和電流控制閉環(huán)電 路之間有協(xié)同控制閉環(huán)電路，通過該協(xié)同控制閉環(huán)電路，同時檢測電流控 制閉環(huán)電路輸出的焊接電流和逆變主電路部分輸出的供電電壓，根據(jù)不同 的焊接電流值，協(xié)同調(diào)節(jié)控制逆變主電路部分輸出的供電電壓值，以確保 模擬式晶體管電源主電路的功率放大部分的功耗在焊接電流值增加時不會 增加，并通過改變逆變主電路部分輸出的供電電壓值，調(diào)整模擬式晶體管電源主電路的功率放大部分的工作點，降低ii功率放大部分的功耗。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的再一個關(guān)鍵技術(shù)是逆變主電路部分的輸出濾波采用電壓 濾波型的輸出濾波電容，使本發(fā)明結(jié)構(gòu)的逆變主電路為電壓型控制輸出形 式，實現(xiàn)為模擬式晶體管電源主電路的功率放大部分提供供電電壓的目的。綜上所述，本發(fā)明具有以下特點1.以電壓型控制輸出的逆變主電路作為模擬式晶體管電源主電路的功 率放大部分的供電電壓，通過協(xié)同控制閉環(huán)電路穩(wěn)定并降低模擬式晶體管 電源主電路的功率放大部分的功耗，從根本I完成薄、細等精細結(jié)構(gòu)件精
密微束等離子弧焊焊接的工藝參數(shù)控制；2. 利用電流控制閉環(huán)電路的焊接電流恒值控制，實現(xiàn)微束等離子弧焊 焊接電源陡降外特性的調(diào)節(jié)；3. 利用模擬式晶體管電源主電路可輸出任意波形的功能，實現(xiàn)微束等 離子弧焊焊接電源的高頻脈沖輸出；4. 利用逆變主電路結(jié)構(gòu)的模擬式晶體管電源主電路功率放大部分的供 電方式，大大減小微束等離子弧焊接電源的體積和重量，并且使微束等離 子弧焊接電源滿足節(jié)能環(huán)保的要求。 ，


圖1本發(fā)明微束等離子弧焊接電源雙閉環(huán)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述本發(fā)明微束等離子弧焊接電源雙閉環(huán)協(xié)岡控制結(jié)構(gòu)(如圖1所示)， 包括輸出濾波電容l、電流控制閉環(huán)電路2、協(xié)同控制閉環(huán)電路3、輸入整 流濾波電路、功率開關(guān)元件、中頻變壓器、輸出整流電路等組成。其連接 關(guān)系為-輸出濾波電容1的一端與輸出整流電路連接，輸出濾波電容1的另一 端與協(xié)同控制閉環(huán)電路3的一個輸入端連接，協(xié)同控制閉環(huán)電路3的另一 個輸入端與電流控制閉環(huán)電路2的檢測端連接，協(xié)同控制閉環(huán)電路3的兩 個輸出端與分別電流控制閉環(huán)電路2的輸入端和鎢棒13連接，協(xié)同控制閉 環(huán)電路3的反饋端與功率開關(guān)元件連接，電流控制閉環(huán)電路2的輸出端與 工件12連接。電流控制閉環(huán)電路2由高頻電流反饋電路4、高頻脈沖控制電路5、高 頻模擬晶體管6、電流傳感器7組成，高頻模擬晶體管6的一個輸入端與高 頻脈沖控制電路5連接，高頻模擬晶體管6的另一個輸入端與協(xié)同控制閉 環(huán)電路3的輸出端連接，高頻模擬晶體管6的輸出端穿過電流傳感器7與 焊接工件12連接，在高頻電流反饋電路4和高頻模擬晶體管6之間連接有 高頻脈沖控制電路5;協(xié)同控制閉環(huán)電路3由電壓傳感器8、協(xié)同反饋電路 9、協(xié)同控制電路10、逆變控制驅(qū)動電路11組成，電壓傳感器8的輸入端 與輸出濾波電容1連接，電壓傳感器8的一個輸出端與電流控制閉環(huán)電路2 連接，電壓傳感器8的另一個輸出端與協(xié)同反饋電路9的一個輸入端連接， 協(xié)同反饋電路9的另一個輸入端與電流控制閉環(huán)電路2的檢測端連接，在 協(xié)同反饋電路9和逆變控制驅(qū)動電路11之間連接有協(xié)同控制電路10，逆變 控制驅(qū)動電路11的反饋端與功率開關(guān)元件連接。微束等離子弧焊接電源雙閉環(huán)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)的組成有逆變主電路、模 擬式晶體管電源主電路的功率放大及其控制、'逆變主電路的控制三個部分， 模擬式晶體管電源主電路的功率放大及其控制由電流控制閉環(huán)電路2完成， 逆變主電路的控制由協(xié)同控制閉環(huán)電路3實現(xiàn)。逆變主電路部分是輸入整流濾波電路將電網(wǎng)工頻交流電變?yōu)楦邏褐绷?電，再經(jīng)功率開關(guān)元件變?yōu)楦邏?、高頻交流信號，然后由中頻變壓器、輸 出整流電路、輸出濾波電容1將高壓、逆變高頻交流信號變?yōu)橹绷麟妷海?并且作為模擬式晶體管電源主電路的功率放大的供電電壓。模擬式晶體管電源主電路的功率放大及其控制部分是電流傳感器7對高頻模擬晶體管6輸出的焊接電流進行檢測，，檢測到的信號由高頻電流反 饋電路4進行處理，然后通過高頻脈沖控制電路5實現(xiàn)焊接電流恒值控制 算法運算，控制功率放大的高頻模擬晶體管6恒定輸出焊接電流，實現(xiàn)陡 降的電源外特性。逆變主電路的控制部分是電壓傳感器8對逆變主電路部分輸出的供電 電壓進行檢測，檢測到的信號與由電流傳感器7檢測到的信號同時由協(xié)同 反饋電路9進行處理，將處理完的這兩個信號在協(xié)同控制電路10中進行協(xié) 同控制算法運算，運算結(jié)果經(jīng)過逆變控制驅(qū)動電路11來控制功率開關(guān)元件 的開關(guān)工作占空比，最終控制調(diào)整逆變主電路部分輸出的供電電壓，達到 穩(wěn)定并降低模擬式晶體管電源主電路的功率放大部分的功耗。
權(quán)利要求
1、一種微束等離子弧焊接電源雙閉環(huán)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)，包括輸入整流濾波電路、功率開關(guān)元件、中頻變壓器、輸出整流電路，其特征是，還包括輸出濾波電容(1)、電流控制閉環(huán)電路(2)、協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)，輸出濾波電容(1)的兩端分別與輸出整流電路和協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)的一個輸入端連接，協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)的另一個輸入端與電流控制閉環(huán)電路(2)的檢測端連接，協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)的兩個輸出端分別與電流控制閉環(huán)電路(2)的輸入端和鎢棒(13)連接，協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)的反饋端與功率開關(guān)元件連接，電流控制閉環(huán)電路(2)的輸出端與(12)工件連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的微束等離子弧焊接電源雙閉環(huán)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)， 其特征是 '電流控制閉環(huán)電路(2)由高頻電流反饋電路(4)、高頻脈沖控制電 路(5)、高頻模擬晶體管(6)、電流傳感器(7)組成；其中，高頻模擬晶體管(6)的兩個輸入端分別與高頻脈沖控制電路(5) 和協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)的輸出端連接，高頻模擬晶體管(6)的輸出端 穿過電流傳感器(7)與焊接工件(12)連接，高頻電流反饋電路(4)經(jīng) 高頻脈沖控制電路(5)與高頻模擬晶體管(6)連接。
3、 如權(quán)利要求1所述的微束等離子弧焊fe電源雙閉環(huán)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)， 其特征是協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)由電壓傳感器(8)、協(xié)同反饋電路(9)、協(xié) 同控制電路(10)、逆變控制驅(qū)動電路(11)組成，電壓傳感器(8)的輸 入端與輸出濾波電容(1)連接，電壓傳感器(8)的一個輸出端與電流控 制閉環(huán)電路(2)連接，電壓傳感器(8)的另一個輸出端與協(xié)同反饋電路 (9)的一個輸入端連接，協(xié)同反饋電路(9)的另一個輸入端與電流控制 閉環(huán)電路(2)的檢測端連接，協(xié)同反饋電路(9)經(jīng)協(xié)同控制電路(10) 與逆變控制驅(qū)動電路(11)連接，逆變控制驅(qū)動電路(11)的反饋端與功 率開關(guān)元件連接。
全文摘要
本發(fā)明微束等離子弧焊接電源雙閉環(huán)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)，涉及焊接電源技術(shù)領(lǐng)域。包括輸入整流濾波電路、功率開關(guān)元件、中頻變壓器、輸出整流電路以及輸出濾波電容(1)的兩端分別與輸出整流電路和協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)的一個輸入端連接；協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)的另一個輸入端與電流控制閉環(huán)電路(2)的檢測端連接，協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)的兩個輸出端分別與電流控制閉環(huán)電路(2)的輸入端和鎢棒(13)連接，協(xié)同控制閉環(huán)電路(3)的反饋端與功率開關(guān)元件連接，電流控制閉環(huán)電路(2)的輸出端與工件(12)連接。通過本發(fā)明減小微束等離子弧焊接電源的體積和重量并滿足節(jié)能環(huán)保的要求，實現(xiàn)薄細精密結(jié)構(gòu)件微束等離子弧焊接的工藝參數(shù)控制。
文檔編號B23K10/02GK101396759SQ200810200828
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者任江偉, 何建萍, 徐培全, 焦馥杰, 晨 黃 申請人:上海工程技術(shù)大學