埋弧焊電源交直流方波控制器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種埋弧焊電源交直流方波控制器，屬一種用于埋弧焊的電源控制器，所述控制器包括：主控模塊，接入IGBT驅(qū)動(dòng)模塊及控制器的電源輸入端；IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，接入逆變模塊；逆變模塊，接入控制器的電源輸出端，主要包括由多個(gè)相互并聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管IGBT構(gòu)成全橋逆變電路。通過(guò)獨(dú)立的主控模塊對(duì)逆變電路中的IGBT進(jìn)行電壓與電流脈沖寬度調(diào)制控制，以及焊接方波頻率與輸出電極的正負(fù)平衡比調(diào)節(jié)，使得控制器的正負(fù)平衡比可調(diào)范圍較寬，輸出電流及電壓控制精確，且主控模塊還可對(duì)控制器的輸入電源進(jìn)行各類(lèi)故障檢測(cè)；可與現(xiàn)有的直流埋弧焊電源配合實(shí)現(xiàn)交直流功能選擇以及方波頻率控制的埋弧焊功能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】埋弧焊電源交直流方波控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于埋弧焊的電源控制器，更具體的說(shuō)，本發(fā)明主要涉及一種埋弧焊電源交直流方波控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]埋弧焊是自動(dòng)化程度較高、生產(chǎn)效率高、焊縫成形好、無(wú)弧光輻射的一種焊接設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于橋梁、鍋爐、造船、石油化工、海洋工程、核工業(yè)等領(lǐng)域的厚板焊接。目前，各大行業(yè)使用的埋弧焊絕大多數(shù)是采用大功率直流電源，大多存在磁偏吹現(xiàn)象，對(duì)熔深和熔敷率的調(diào)節(jié)和控制較難。隨著國(guó)內(nèi)埋弧焊焊接工藝的提高，為加大融深和提高焊接生產(chǎn)效率，派生出了很多新的埋弧焊工藝，如雙絲和多絲埋弧焊、窄間隙埋弧焊、帶極埋弧焊、添加粉末埋弧焊、添加磁性焊劑埋弧焊等。為了適應(yīng)這些焊接工藝，對(duì)埋弧焊電源又提出了新的要求，而交流電源具有電流波形調(diào)節(jié)參數(shù)多、工藝實(shí)用性廣，而且無(wú)直流電弧存在的磁偏吹現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍廣泛；對(duì)于直流電源存在的焊劑穩(wěn)弧性較差，對(duì)焊接工藝穩(wěn)定性有較高要求，不適合在小電流范圍、快速引弧、短焊縫、高速焊的場(chǎng)合應(yīng)用；但目前直流埋弧焊機(jī)在市場(chǎng)的保有量非常大，如統(tǒng)一更換交流電源，直流電源將面臨閑置或被淘汰，進(jìn)而造成使用成本升高，因而有必要針對(duì)直流埋弧焊機(jī)的交流電源應(yīng)用做進(jìn)一步的改進(jìn)和研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于針對(duì)上述不足，提供一種埋弧焊電源交直流方波控制器，以期望解決現(xiàn)有技術(shù)中直流埋弧焊電源存在的埋弧焊穩(wěn)定性差，不適用于各類(lèi)要求較高的焊接操作等技術(shù)問(wèn)題。
[0004]為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明所提供的一種埋弧焊電源交直流方波控制器，所述控制器包括:
[0006]主控模塊，接入IGBT驅(qū)動(dòng)模塊及控制器的電源輸入端，用于對(duì)電源輸入端的當(dāng)前電流及電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)采樣，并將來(lái)自于控制端的各項(xiàng)參數(shù)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，再傳輸至IGBT驅(qū)動(dòng)模塊；IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，接入逆變模塊，用于將來(lái)自于主控模塊的控制信號(hào)，進(jìn)行隔離放大后輸出至逆變模塊，以控制當(dāng)前逆變模塊電壓及電流的輸出；逆變模塊，接入控制器的電源輸出端，主要包括由多個(gè)相互并聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管IGBT構(gòu)成全橋逆變電路，用于由全橋逆變電路的上橋臂按照控制信號(hào)控制焊接電流及電壓的大小，由全橋逆變電路的下橋臂按照控制信號(hào)控制焊接方波頻率及輸出電極的正負(fù)平衡比。
[0007]作為優(yōu)選，進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述控制器還包括人機(jī)交互模塊，所述人機(jī)交互模塊接入主控模塊的控制端，主控模塊通過(guò)控制端與人機(jī)交互模塊進(jìn)行通信，用于由人機(jī)交互模塊設(shè)置埋弧焊電源的各項(xiàng)參數(shù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)后傳輸至主控模塊。
[0008]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述的人機(jī)交互模塊中包括單片機(jī)，且與主控模塊之間通過(guò)SPI串行接口進(jìn)行通信。
[0009]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述逆變模塊中的絕緣柵雙極型晶體管IGBT為四個(gè)，且相互連接組成的全橋逆變電路呈H型，所述四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT均分別接入IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，用于由主控模塊通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)全橋逆變電路上橋臂中的兩只絕緣柵雙極型晶體管IGBT進(jìn)行PWM控制，對(duì)下橋臂中的兩只絕緣柵雙極型晶體管IGBT進(jìn)行焊接方波頻率及輸出電極的正負(fù)平衡比調(diào)節(jié)。
[0010]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述主控模塊的內(nèi)部還集成有進(jìn)行控制器電源輸入端的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱及通訊連線故障判斷的預(yù)設(shè)值。
[0011]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述主控模塊還接入埋弧焊主機(jī)的電源模塊，用于根據(jù)控制器電源輸入端的當(dāng)前電流及電壓動(dòng)態(tài)采樣的情況，控制電源模塊輸出電流及電壓的大小。
[0012]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述IGBT驅(qū)動(dòng)模塊為T(mén)LP250型光電耦合器。
[0013]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述主控模塊也為單片機(jī)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是:通過(guò)獨(dú)立的主控模塊對(duì)逆變電路中的IGBT進(jìn)行電壓與電流脈沖寬度調(diào)制控制，以及焊接方波頻率與輸出電極的正負(fù)平衡比調(diào)節(jié)，使得控制器的正負(fù)平衡比可調(diào)范圍較寬，輸出電流及電壓控制精確，且主控模塊還可對(duì)控制器的輸入電源進(jìn)行各類(lèi)故障檢測(cè)；可與現(xiàn)有的直流埋弧焊電源配合實(shí)現(xiàn)交直流功能選擇以及方波頻率控制的埋弧焊功能，同時(shí)本發(fā)明所提供的一種埋弧焊電源交直流方波控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于工業(yè)化生產(chǎn)，可集成于各類(lèi)直流埋弧焊電源上配合使用，應(yīng)用范圍廣闊。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為用于說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0017]參考圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種埋弧焊電源交直流方波控制器，該控制器包括:
[0018]主控模塊，接入IGBT驅(qū)動(dòng)模塊及控制器的電源輸入端，用于對(duì)電源輸入端的當(dāng)前電流及電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)采樣，并將來(lái)自于控制端的各項(xiàng)參數(shù)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，再傳輸至IGBT驅(qū)動(dòng)模塊；通過(guò)前述的控制端即可使控制器與外部設(shè)備相配合，使用戶(hù)進(jìn)行埋弧焊接參數(shù)的設(shè)置；
[0019]IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，接入逆變模塊，用于將來(lái)自于主控模塊的控制信號(hào)，進(jìn)行隔離放大后輸出至逆變模塊，以控制當(dāng)前逆變模塊電壓及電流的輸出；
[0020]逆變模塊，接入控制器的電源輸出端，主要包括由多個(gè)相互并聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管IGBT構(gòu)成全橋逆變電路，用于由全橋逆變電路的上橋臂按照控制信號(hào)控制焊接電流及電壓的大小，由全橋逆變電路的下橋臂按照控制信號(hào)控制焊接方波頻率及輸出電極的正負(fù)平衡比。
[0021]在本實(shí)施例中，主控模塊內(nèi)設(shè)有獨(dú)立的電流通道和電壓通道，電流或電壓信號(hào)與給定參數(shù)信號(hào)輸入到其內(nèi)部的PWM脈寬調(diào)制芯片SG3525A (或TL494)進(jìn)行PI運(yùn)算，結(jié)果輸出到IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的控制信號(hào)來(lái)控制電流或者電壓的輸出，實(shí)現(xiàn)恒流或者恒壓的目的。主控模塊根據(jù)設(shè)置的焊接參數(shù)，利用內(nèi)部的軟件產(chǎn)生10-99HZ方波和20%至80%的正負(fù)平衡信號(hào)，也輸出到IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)焊接的頻率和正負(fù)平衡的調(diào)節(jié)。采用單總線DS18B20芯片，做溫度檢測(cè)，可精確檢測(cè)模塊的溫度情況，實(shí)現(xiàn)溫度保護(hù)和監(jiān)控。電流檢測(cè)采用霍爾電流傳感器，將采集到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為比例電壓信號(hào)，由單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換口，采集進(jìn)單片機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，并判斷是否過(guò)流。
[0022]通過(guò)本實(shí)施例中記載的控制器，即可與現(xiàn)有的直流埋弧焊電源配合實(shí)現(xiàn)交直流功能選擇以及方波頻率控制的埋弧焊功能，即可使目前市場(chǎng)保有量較大的老式直流埋弧焊機(jī)升級(jí)為一臺(tái)帶有直流/交流功能、恒流特性/恒壓特性選擇功能、交流/直流手工焊功能，且電流達(dá)到1250A的交直流方波埋弧焊。
[0023]再參考圖1所示，在本發(fā)明用于解決技術(shù)問(wèn)題更加優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例中，為方便用戶(hù)對(duì)埋弧焊的焊接參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，還可在上述的控制器中增設(shè)人機(jī)交互模塊，將人機(jī)交互模塊接入主控模塊的控制端，主控模塊通過(guò)控制端與人機(jī)交互模塊進(jìn)行通信，用于由人機(jī)交互模塊設(shè)置埋弧焊電源的各項(xiàng)參數(shù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)后傳輸至主控模塊。通過(guò)在人機(jī)交互模塊中預(yù)設(shè)多種焊接參數(shù)，可由此形成用戶(hù)焊接參數(shù)庫(kù)。
[0024]進(jìn)一步的，為保證上述的人機(jī)交互模塊與主控模塊實(shí)現(xiàn)高速通信，需要在人機(jī)交互模塊中設(shè)置單片機(jī)，且與主控模塊之間通過(guò)SPI串行接口進(jìn)行通信，通過(guò)SPI高速串行接口，使數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)到IM/秒。
[0025]仍然參考圖1所示，在本發(fā)明用于解決技術(shù)問(wèn)題更加優(yōu)選的另一個(gè)實(shí)施例中，為方便主控模塊對(duì)逆變模塊的上橋臂與下橋臂進(jìn)行控制，發(fā)明人還對(duì)逆變模塊的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具體將上述逆變模塊中的絕緣柵雙極型晶體管IGBT設(shè)置為四個(gè)，且它們相互連接組成的全橋逆變電路呈H型，同時(shí)將四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT均分別接入IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，用于由主控模塊通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)全橋逆變電路上橋臂中的兩只絕緣柵雙極型晶體管IGBT進(jìn)行PWM控制，對(duì)下橋臂中的兩只絕緣柵雙極型晶體管IGBT進(jìn)行焊接方波頻率及輸出電極的正負(fù)平衡比調(diào)節(jié)。
[0026]另一方面，針對(duì)上述主控模塊還對(duì)控制器電源輸入端的當(dāng)前電流及電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)采樣，在上述主控模塊的內(nèi)部軟件還可集成進(jìn)行控制器電源輸入端的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱及通訊連線故障判斷的預(yù)設(shè)值，通過(guò)將控制器內(nèi)部電路的當(dāng)前狀態(tài)與多種不同的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，即可對(duì)控制器的故障進(jìn)行檢測(cè)，亦可配合相應(yīng)的外圍電路進(jìn)行聲光報(bào)警。
[0027]正如圖1所示出的，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，為保證控制器的正常使用，需向其電源輸入端輸入相對(duì)穩(wěn)定的電壓及電流，使直流電可被逆變?yōu)橛糜诤附拥慕涣麟?，因而主控模塊的內(nèi)部最好再集成電源控制程序，即將主控模塊接入埋弧焊主機(jī)的電源模塊，用于根據(jù)控制器電源輸入端的當(dāng)前電流及電壓動(dòng)態(tài)采樣的情況，控制電源模塊輸出電流及電壓的大小。
[0028]發(fā)明人最大的改進(jìn)之一在于，采用主回路IGBT組成H全橋逆變電路，上橋臂兩只IGBT模塊控制方式為PWM脈寬調(diào)制方式來(lái)進(jìn)行電流、電壓調(diào)節(jié)，下橋臂兩只IGBT模塊來(lái)進(jìn)行方波頻率和正負(fù)平衡的調(diào)節(jié)。
[0029]另一方面，為使本領(lǐng)域技術(shù)人員能順利實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，發(fā)明人還公開(kāi)了其在試驗(yàn)過(guò)程中所采用的、且效果較佳的各類(lèi)電路元件，具體為采用TLP250型光電耦合器作為上述的IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，采用單片機(jī)作為上述的主控模塊；其中，作為主控模塊的單片機(jī)與人機(jī)交互模塊中所包括的單片機(jī)，均可采用美國(guó)ATMEL公司的AVR系列ATmegal6A單片機(jī)，此單片機(jī)自帶10位高速AD轉(zhuǎn)換，可動(dòng)態(tài)采集實(shí)時(shí)電流電壓參數(shù)，并通過(guò)I/O接口實(shí)時(shí)監(jiān)控外部信號(hào)，和人機(jī)交互模塊實(shí)時(shí)通訊。而組成H全橋逆變電路的絕緣柵雙極型晶體管IGBT則是一種BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。
[0030]除上述以外，還需要說(shuō)明的是在本說(shuō)明書(shū)中所談到的“一個(gè)實(shí)施例”、“另一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”等，指的是結(jié)合該實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)包括在本申請(qǐng)概括性描述的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說(shuō)明書(shū)中多個(gè)地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個(gè)實(shí)施例。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，結(jié)合任一實(shí)施例描述一個(gè)具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)時(shí)，所要主張的是結(jié)合其他實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0031]盡管這里參照本發(fā)明的多個(gè)解釋性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請(qǐng)公開(kāi)的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說(shuō)，在本申請(qǐng)公開(kāi)、附圖和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對(duì)主題組合布局的組成部件和/或布局進(jìn)行多種變型和改進(jìn)。除了對(duì)組成部件和/或布局進(jìn)行的變型和改進(jìn)外，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其他的用途也將是明顯的。
【權(quán)利要求】
1.一種埋弧焊電源交直流方波控制器，其特征在于所述控制器包括: 主控模塊，接入IGBT驅(qū)動(dòng)模塊及控制器的電源輸入端，用于對(duì)電源輸入端的當(dāng)前電流及電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)采樣，并將來(lái)自于控制端的各項(xiàng)參數(shù)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，再傳輸至IGBT驅(qū)動(dòng)模塊； IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，接入逆變模塊，用于將來(lái)自于主控模塊的控制信號(hào)，進(jìn)行隔離放大后輸出至逆變模塊，以控制當(dāng)前逆變模塊電壓及電流的輸出； 逆變模塊，接入控制器的電源輸出端，主要包括由多個(gè)相互并聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管IGBT構(gòu)成全橋逆變電路，用于由全橋逆變電路的上橋臂按照控制信號(hào)控制焊接電流及電壓的大小，由全橋逆變電路的下橋臂按照控制信號(hào)控制焊接方波頻率及輸出電極的正負(fù)平衡比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋弧焊電源交直流方波控制器，其特征在于:所述控制器還包括人機(jī)交互模塊，所述人機(jī)交互模塊接入主控模塊的控制端，主控模塊通過(guò)控制端與人機(jī)交互模塊進(jìn)行通信，用于由人機(jī)交互模塊設(shè)置埋弧焊電源的各項(xiàng)參數(shù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)后傳輸至主控模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的埋弧焊電源交直流方波控制器，其特征在于:所述的人機(jī)交互模塊中包括單片機(jī)，且與主控模塊之間通過(guò)SPI串行接口進(jìn)行通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋弧焊電源交直流方波控制器，其特征在于:所述逆變模塊中的絕緣柵雙極型晶體管IGBT為四個(gè)，且相互連接組成的全橋逆變電路呈H型，所述四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT均分別接入IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，用于由主控模塊通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)全橋逆變電路上橋臂中的兩只絕緣柵雙極型晶體管IGBT進(jìn)行PWM控制，對(duì)下橋臂中的兩只絕緣柵雙極型晶體管IGBT進(jìn)行焊接方波頻率及輸出電極的正負(fù)平衡比調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的埋弧焊電源交直流方波控制器，其特征在于:所述主控模塊的內(nèi)部還集成有進(jìn)行控制器電源輸入端的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱及通訊連線故障判斷的預(yù)設(shè)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋弧焊電源交直流方波控制器，其特征在于:所述主控模塊還接入埋弧焊主機(jī)的電源模塊，用于根據(jù)控制器電源輸入端的當(dāng)前電流及電壓動(dòng)態(tài)采樣的情況，控制電源模塊輸出電流及電壓的大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋弧焊電源交直流方波控制器，其特征在于:所述IGBT驅(qū)動(dòng)模塊為T(mén)LP250型光電耦合器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋弧焊電源交直流方波控制器，其特征在于:所述主控模塊也為單片機(jī)。
【文檔編號(hào)】B23K9/09GK103521891SQ201310534181
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】張穎宏, 羅中才, 金云龍, 趙剛 申請(qǐng)人:成都焊研威達(dá)科技股份有限公司