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上海伊謄實業(yè)有限責任公司
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公司信息
逆變式中頻點焊機原理簡述
2017-10-11 閱讀(712)
1.前言
本文介紹了調壓儲能逆變式中頻點焊機控制器。該控制器將調壓，儲能，逆變和計算機技術結合起來，除了具備焊接牢固，不炸火(無飛濺)基本要求外，還有以下特點：對電網無沖擊，無污染;控制器價格較低(不須價高的大電流肖特基整流器);電流調節(jié)范圍寬;該控制器特別適合焊接燈絲等精細物件和在供電容量不大的非工業(yè)區(qū)使用。
2.系統(tǒng)組成焊機主要部分組成
2.1 整流濾波部份，由二極管D1-D4及電容C1組成，其功能為將220V交流變?yōu)橹绷麟妷篣1。
2.2 斬波，調壓，儲能部份：由IGBT(絕緣柵雙極晶體管)S1，D5，L，D6，C2及電壓反饋組成，其功能為將直流電壓U1調至所需直流電壓U2并存儲在電容C2中。
2.3 逆變部份，由IGBT 管SA，SB，SC，SD，變壓器T及電流反饋單元組成。其功能為將直流電壓U2變?yōu)?00HZ的恒流中頻交流電并由T輸出。
2.4 計算機控制，鍵盤，顯示，電源部份：由單片計算機及相關電路組成，為整機的控制中心。負責各種參數(shù)輸入，顯示，儲能電壓調節(jié)，逆變頻率，輸出電流控制，過流保護等。電源部分提供上面所需的各種電壓。
2.5 基本工作過程(見圖1)。計算機接收到焊接信號后，進入電流輸出程序，將儲能電容C2上的電能轉換為具有恒流特性的中頻電流輸出，進行焊接。在整個程序運行中，只要儲能電容C2上的電壓低于設定電壓，斬波調壓部分就開始工作給C2充電，達到設定電壓后，自動停止。
3.控制器主要部分工作原理
3.1 斬波調壓，該部分的功能為將直流電壓U1調至所設定直流電壓U2并存儲在電容C2中。當計算機檢測到儲能電壓U2低于設定直流電壓時，輸出脈沖串使S1導通給C2充電，達到設定電壓后，停止工作。圖中電感L用于限流。二極管D5用于在S1的關斷時間內提供續(xù)流通路。(實際應用中，焊接電流800A，焊接時間15MS時，C2上電壓波動為20V，充電時間小于1秒。)此環(huán)節(jié)的限流延時充電，將點焊時電源輸入端的數(shù)十安培脈沖大電流變成了僅幾安培的平穩(wěn)電流，減小了對電網的沖擊和污染，并大大的擴展了輸出電流的調節(jié)范圍。
3.2 逆變輸出部份，該部分的功能為將直流電壓U2變?yōu)?00HZ的恒流中頻交流電輸出。本逆變橋與標準的逆變橋的工作原理類似，但整個逆變橋的控制過程卻有較大不同。輸出電流的恒定采用PWM方式而不是標準逆變橋所采用的控制逆變橋對角線上IGBT導通的時間差(移相角)的方式。在整個正半波電流輸出期間，逆變橋中只有SA一個器件重復進行導通，關閉工作，橋臂另一器件SD一直導通。在整個負半波電流輸出期間，逆變橋中只有SC一個器件重復進行導通，關閉工作，橋臂另一器件SB一直導通。電流輸出其間，程序以100US為周期反復對輸出電流的大小進行檢測，比較，運算，并將結果傳送到PWM相應單元。當輸出電流比設定電流大時，PWM輸出脈沖信號變窄。該信號使橋臂導通的時間變短(關斷時間加長)，從而使輸出電流幅度降低。當輸出電流比設定電流小時，PWM輸出脈沖信號變寬。該信號使橋臂導通的時間變長(關斷時間縮短)，從而使輸出電流幅度增大。
逆變橋框圖見圖1，輸出電流波形見圖2，工作原理(控制過程)如下：
正半波電流輸出過程：
A.進入正半波電流輸出程序，啟動定時器1計算半個輸出周期的時間;啟動輸出電流的檢測運算程序，并將結果傳送到PWM相應單元;啟動PWM以15KHZ頻率自動控制SA的導通，關閉以控制輸出電流的大小;開通SD。
B.IGBT管SA開通，正半波輸出電流上升的過程：PWM信號電平為1，SA開通，圖中A點電壓等于U2，B點電壓為0V(SD已預先開通)。電壓U2全部加在變壓器T初級兩端，T中電流迅速增大，電流從U2，SA，T，SD到地G端，電流在圖中T的方向為從下往上，輸出正半波電流。
C.IGBT管SA關斷，正半波輸出電流下降過程：PWM信號0電平到來時，SA關斷，變壓器T中電流因電感作用不能中斷而繼續(xù)從下往上流動，該電流使SA的結電容迅速充電和SB的結電容迅速放電.從而引起A點電壓快速下降。當UA由0V變負時，二極管DB導通。輸出電流流動回路為：從T上端，SD，G端，DB，回到T下端.此電流由儲存在T的電感中的磁能提供，呈下降狀態(tài)。由于負載不變，此電流下降的幅度僅取決于SA關斷的時間長短，即PWM脈沖信號中 0電平的寬度。
當PWM脈沖信號的1電平再次到來時，程序回到上面的B過程。如此循環(huán)，直到整個正半波輸出電流結束。
D.輸出正電流反向過程：定時器1時間到，IGBT管SA關斷。變壓器T中電流因電感作用不能中斷而繼續(xù)在T中從下往上流動，該電流使SA的結電容迅速充電和SB的結電容迅速放電。從而引起A點電壓快速下降。當UA由0V變負時，二極管DB導通。并給SB的0壓導通(ZVS)創(chuàng)造了條件，SA關斷并延時一死區(qū)時間后，開通SB(由于DB導通，SB的開通為ZVS)。此時輸出電流流動回路為：從T上端，SD，G端，DB，回到T下端。再延時一死區(qū)時間后，關斷SD，變壓器T中電流因不能中斷而繼續(xù)在T中從下往上流動。該電流使SD的結電容迅速充電和SC的結電容迅速放電.從而引起B(yǎng)點電壓快速上升，當UB高于U2時，二極管DC導通。并給SC的ZVS創(chuàng)造了條件。此時輸出電流流動回路為：從T上端，DC，U2端，G端，DB端，回到T下端。此階段也是變壓器T中所儲存能量回饋電源的過程。由于負載不變，電流開始勻速下降.在關斷SD一段時間(死區(qū)時間)后，使SC ZVS開通，此時輸出電流減小到0并反向后迅速增大。輸出電流流動回路為：從U2端，SC，T上端，T下端，SB，到G端。 負半波電流輸出過程：
E.進入負半波電流輸出程序，啟動定時器1計算半個輸出周期的時間;啟動輸出電流的檢測運算程序，并將結果傳送到PWM相應單元;啟動PWM以15KHZ頻率自動控制SC的導通，關閉以控制輸出電流的大小。
F.IGBT管SC，SB開通，負半波輸出電流上升過程： PWM信號電平為1， SC開通。圖中
B點電壓等于U2，A點電壓為0V.電壓U2全部加在變壓器T初級兩端，T中電流迅速增大， 電流從U2，SC，T，SB回到地G端，電流在圖中T的方向為從上往下，輸出負半波電流。
G.IGBT管SC關斷， 負半波輸出電流下降過程： PWM信號0電平到來時，SC關斷，變壓器T中電流因電感作用不能中斷而繼續(xù)從上往下流動，該電流使SC的結電容迅速充電和SD的結電容迅速放電，從而引起B(yǎng)點電壓快速下降。當UB由0V變負時，二極管DD導通。輸出電流流動回路為：T下端，SB，G，DD，T上端.此電流由儲存在T的電感中的磁能提供，呈下降狀態(tài)。同樣此電流下降的幅度也僅取決于SC關斷的時間長短，即PWM脈沖信號中 0電平的寬度。
當PWM脈沖信號的1電平再次到來時，程序回到上面的F過程。如此循環(huán)，直到整個負半波輸出電流結束.
H.輸出負電流反向過程：定時器1時間到，IGBT管SC關斷。變壓器T中電流因電感作用不能中斷而繼續(xù)在T中從上往下流動，該電流使SC的結電容迅速充電和SD的結電容迅速放電.從而引起B(yǎng)點電壓快速下降。當UB由0V變負時，二極管DD導通。并給SD的0壓導通(ZVS)創(chuàng)造了條件.SC關斷并延時一死區(qū)時間后，ZVS開通SD。此時輸出電流流動回路為：從T下端，SB，G端，DD，回到T上端。再延時一死區(qū)時間后，關斷SB，變壓器T中電流因電感作用不能中斷而繼續(xù)在T中從上往下流動。該電流使SB的結電容迅速充電和SA的結電容迅速放電。從而引起A點電壓快速上升，當UA高于U2時，二極管DA導通。并給SA的ZVS創(chuàng)造了條件。此時輸出電流流動回路為：從T下端，DA，U2端，G端，DD端，回到T上端。此電流由儲存在T的電感中的磁能提供。此階段也是變壓器T中儲存能量回饋電源的過程。由于負載不變，電流開始勻速下降.在關斷SB一段時間(死區(qū)時間)后，使SA 開通(ZVS開通)，此時輸出電流減小到0并反向后迅速增大。輸出電流流動回路為：從U2端，SA，T下端，T上端，SD，到G端。
若輸出時間未到，程序回到上面的A過程繼續(xù)循環(huán)，直至輸出完成。
3.3 電流控制軟件，為提高焊接質量和消除焊接時的炸火，在每個焊接周期前加了電流緩升時間(即在開始焊接前的一段時間里使電流從0上升到設定值)，此階段的控制由軟件完成。
圖2 輸出電流波形
4.結論
4.1 本控制器將調壓，儲能，逆變和計算機技術結合起來。使控制器具有了某些實用的新的特點。文中給出了控制器框圖，介紹了主要部份的基本功能，動作原理和輸出電流的波形。重點介紹了逆變部分的工作原理。
4.2 逆變部分中15KHZ的恒流控制，500HZ的中頻電流輸出使本控制器焊接良好而成本又低(與直流焊機相比，去掉了高價的大電流肖特基整流器)。
4.3 逆變部分的電流控制和計算機技術的結合，使每個焊接周期前的電流緩升得以實現(xiàn)，從而提高了焊接質量和大大減少炸火現(xiàn)象。
4.4 調壓儲能部分使焊接時對電網無沖擊，無污染，也大大減小了電網干擾對控制器的影響，還使電流調節(jié)范圍加大，使得控制器特別實用于電網容量不大的地方。
