專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用以焊接的中、小功率的mig/mag氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣體保護(hù)焊機(jī)的短弧控制系統(tǒng)，尤指一種用以焊接的中、小 功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的可控硅整流焊機(jī)是80年代至90年代氣體保護(hù)焊機(jī)的主流設(shè)備，因其飛濺 大、電弧不穩(wěn)、焊接質(zhì)量差，很難滿(mǎn)足焊接要求較高的場(chǎng)合。隨著電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技 術(shù)的發(fā)展，以IGBT為開(kāi)關(guān)器件的逆變氣體保護(hù)焊機(jī)正逐步取代可控硅整流焊機(jī)，它具有體 積小、重量輕、節(jié)省原材料、功率因數(shù)高、高效節(jié)能、焊接特性較優(yōu)良等特點(diǎn)。但以IGBT為開(kāi) 關(guān)器件的逆變氣體保護(hù)焊機(jī)的焊接過(guò)程較為復(fù)雜，它是利用一個(gè)平特性電源和一個(gè)專(zhuān)用的 送絲系統(tǒng)組合而成，當(dāng)吸合啟動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，電源和送絲系統(tǒng)工作，通過(guò)送絲系統(tǒng)不停的送焊絲 到焊接電源的正負(fù)兩極來(lái)熔化填充或焊接工件。焊接時(shí)，特別是在中、小功率的小電流焊接 時(shí)電弧是一個(gè)短路過(guò)渡，焊絲與工件處在不斷的短路過(guò)渡中，電弧的穩(wěn)定很難形成，易產(chǎn)生 很大的飛濺，造成焊縫不美觀，需要采用DSP或用單片機(jī)來(lái)克服電弧穩(wěn)定性和降低飛濺，這 樣不僅提高了焊機(jī)的整體復(fù)雜度，而且成本高、可靠性也難得到保證。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG 氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用短路弧壓控制閉環(huán)電路，保證電弧電壓短路時(shí)、電 壓恒定在一定值。 細(xì)絲小電流氣體保護(hù)焊機(jī)在焊接過(guò)程中是一個(gè)短路過(guò)渡，其電流變化率di/dt決 定了電弧的穩(wěn)定性及飛濺的大小，焊接工藝表明在細(xì)絲小電流焊接時(shí)短弧要比長(zhǎng)弧穩(wěn)定得 多，焊接工藝性能也很好，在焊接短路過(guò)渡中可以始終將電弧穩(wěn)定在一個(gè)低壓上，則整個(gè)焊 接過(guò)程會(huì)十分穩(wěn)定，飛濺也細(xì)小。依據(jù)這個(gè)理論基礎(chǔ)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)負(fù)載電壓恒定電 路，當(dāng)焊絲與工件短路時(shí)，電壓始終被限制在較低的電壓范圍內(nèi)，當(dāng)送絲速度恒定時(shí)，相對(duì) 就提高了焊接過(guò)程的短路頻率，這樣形成的電弧長(zhǎng)度較短且穩(wěn)定。 為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型是按如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種用以焊接逆變氣體的 中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于其包括控制電源電路、程 序控制電路、空載、負(fù)載檢測(cè)電路、電子電流低通濾波器電路、負(fù)載電壓恒定電路、電流檢測(cè) 電路、P麗電路、驅(qū)動(dòng)功率放大和反壓電路，二極管V13、V14串接并與二極管V16、 V15串接 后并聯(lián)，再與模塊LM217的1端串接，電阻R13與模塊LM217的2端串接，電阻R12、 Rll并 聯(lián)后與模塊LM217的3端串接，電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的6腳與三極管V17、V18并 聯(lián)后串接，二極管V8與電容C3并聯(lián)，二極管V5、V9、V10與電阻R16、R18串聯(lián)后接地，二極 管V6、V7并聯(lián)并與電阻R20、R22、R21并聯(lián)后串接后接地，電阻R4與三極管V2的基極串接， 電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳與電阻R8、 R9并聯(lián)后串聯(lián)，并與三極管VI的集電極串接，電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的4腳與電阻R40、 R39并聯(lián)后串聯(lián)并與電容C9串聯(lián) 后接地，電阻R49、R48并聯(lián)并與電阻R98、R99并聯(lián)后并聯(lián)，再與電阻R90、 R89并聯(lián)后串聯(lián)， 三極管V33發(fā)射極接地、三極管V32集電極與電阻R69串聯(lián)后接地，電阻R96與電容C45串 聯(lián)后接地，二極管V43、 V42串聯(lián)并與二極管V39并聯(lián)后再與三極管V33的基極串接，電阻 R95、 R81串聯(lián)后接地，電容C51、 C42、 C43、 C44并聯(lián)后接地，電容C56接地。 其中控制電源電路采用開(kāi)關(guān)電源模式，保證整個(gè)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定。程序控制電路 使整個(gè)機(jī)器按照設(shè)計(jì)的時(shí)序工作。空載、負(fù)載檢測(cè)電路是當(dāng)焊機(jī)啟動(dòng)后，區(qū)分焊機(jī)在工作還 是休息。電子電流低通濾波器電路用來(lái)控制焊機(jī)輸出電流的變化率。負(fù)載電壓恒定電路是 當(dāng)焊接在短路過(guò)渡時(shí)保持焊機(jī)的輸出電壓恒定；當(dāng)送絲速度恒定時(shí)，提高了焊絲的短路頻 率，達(dá)到細(xì)化飛濺的目的。電流檢測(cè)電路是當(dāng)電流過(guò)大時(shí)對(duì)機(jī)器起保護(hù)同時(shí)用來(lái)抑制電流 上升速度。P麗電路用來(lái)輸出脈沖調(diào)節(jié)。驅(qū)動(dòng)功率放大和反壓電路用來(lái)確保IGBT功率管開(kāi) 通和關(guān)斷。 所述控制電源電路采用工頻變壓器及模塊LM217穩(wěn)壓技術(shù)； 所述程序控制電路采用焊槍開(kāi)關(guān)啟動(dòng)輸入技術(shù)； 所述空載、負(fù)載檢測(cè)電路中R8與R9并聯(lián)后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2 腳串接； 所述電子電流低通濾波器電路采用電子電流低通濾波器控制技術(shù)，其中R57、 R56 并聯(lián)后與電容C56、C29、C28、C19并聯(lián)后串接接到電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳。 所述負(fù)載電壓恒定電路中V32的集電極與電容C13、C14及電阻R17并聯(lián)后與電流 型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串接； 所述電流檢測(cè)電路中二極管V6與V7并聯(lián)后兩個(gè)二極管的陽(yáng)極均與電阻R4串接 后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串聯(lián)；電阻R6、R7并聯(lián)后與Dl的3腳串接； 所述P麗電路的三極管V22的發(fā)射極電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的1腳串接； 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比其積極效果在于對(duì)焊接短路電流加以控制，控制短 路電流大小也就控制了電流變化率di/dt。保證焊接穩(wěn)定并能防制飛濺過(guò)大，且成本低、體 積小、并采用電子電流低通濾波器電路，反應(yīng)速度快，能有效控制電流的變化率。

圖1是本實(shí)用新型原理圖 圖中l(wèi)控制電源電路；2程序控制電路；3空載、負(fù)載檢測(cè)電路；4電子電流低通濾 波器電路；5負(fù)載電壓恒定電路；6電流檢測(cè)電路；7P麗電路；8驅(qū)動(dòng)功率放大和反壓電路；
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
如下控制電源電路采用開(kāi)關(guān)電源模式，保證整個(gè)系統(tǒng) 的供電穩(wěn)定。程序控制電路使整個(gè)機(jī)器按照設(shè)計(jì)的時(shí)序工作?？蛰d、負(fù)載檢測(cè)電路是當(dāng)焊 機(jī)啟動(dòng)后，區(qū)分焊機(jī)在工作還是休息。電子電流低通濾波器電路用來(lái)控制焊機(jī)輸出電流的 變化率。負(fù)載電壓恒定電路是當(dāng)焊接在短路過(guò)渡時(shí)保持焊機(jī)的輸出電壓恒定。當(dāng)送絲速度 恒定時(shí)，提高了焊絲的短路頻率，達(dá)到細(xì)化飛濺的目的。電流檢測(cè)電路是當(dāng)電流過(guò)大時(shí)對(duì)機(jī) 器起保護(hù)同時(shí)用來(lái)抑制電流上升速度。P麗電路用來(lái)輸出脈沖調(diào)節(jié)。驅(qū)動(dòng)功率放大和反壓電路用來(lái)確保IGBT功率管開(kāi)通和關(guān)斷。由工頻變壓器降壓至AC20V交流電壓，經(jīng)整流濾波 后通過(guò)LM217穩(wěn)壓，輸出直流24V和15V，給整個(gè)系統(tǒng)和控制部分提供電源。從焊槍開(kāi)關(guān)啟 動(dòng)輸入來(lái)控制焊機(jī)工作和停止，啟動(dòng)焊機(jī)在工作時(shí)各子程序工作，如主電路啟動(dòng)、電磁氣閥 啟動(dòng)、送絲系統(tǒng)啟動(dòng)、反燒時(shí)間、延遲送氣時(shí)間等。電路中D1(UC2845)為電流型脈寬調(diào)制解 調(diào)器芯片，其中1腳為內(nèi)部誤差放大器輸出，2腳為誤差放大器反向輸入，3腳為電流檢測(cè)輸 入端，4腳為頻率振蕩設(shè)置端，5腳為地，6腳為脈寬調(diào)制輸出端，7腳為電源電壓輸入端，8腳 為基準(zhǔn)電壓5V輸出端。整個(gè)短弧系統(tǒng)分為空載、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)三種狀態(tài)，靜態(tài)是焊機(jī)負(fù)載是 恒定時(shí)，動(dòng)態(tài)是焊機(jī)在焊接過(guò)程中。當(dāng)焊機(jī)啟動(dòng)時(shí)Vll截止，Dl的1腳變?yōu)?. 1伏電壓以 上，Dl的6腳有脈沖輸出，通過(guò)V17、V18三極管C7、C11、R15輸出至脈沖變壓器的原邊，耦 合至脈沖變壓器的負(fù)邊驅(qū)動(dòng)IGBT功率管。Cll， C7不僅有隔直作用，且還有儲(chǔ)能作用.保 證脈沖關(guān)斷期間電容上的電壓經(jīng)脈沖變壓器放電，使其脈沖關(guān)斷期間一直有負(fù)壓加在IGBT 柵極上。二極管V8加速負(fù)脈沖下降沿，使IGBT關(guān)斷更快速。V5、 R16、 R18、 V9、 V10電阻和 穩(wěn)壓管起反向嵌壓作用，可抑制驅(qū)動(dòng)變壓器反向峰值。當(dāng)驅(qū)動(dòng)變壓器給IGBT柵極輸出脈沖 電壓時(shí)，焊機(jī)有空載輸出，空載限制由V2和VI組成，當(dāng)有電流通過(guò)電流互感器時(shí)，互感器感 應(yīng)電流接至V6、 V7整流，經(jīng)R20、 R22、 R21轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)R4接至V2基極?？蛰d時(shí)V2 截止，VI導(dǎo)通，Dl的2腳電壓經(jīng)R8、 R9、 VI分壓，Dl的2腳為低時(shí)，輸出脈寬變寬，相應(yīng)空 載電壓就高。負(fù)載和動(dòng)態(tài)時(shí)V2導(dǎo)通，V1截止。轉(zhuǎn)為負(fù)載模式。調(diào)節(jié)電壓經(jīng)R49、R48、R98、 R99與反饋電壓R90、R89和V33、V32組成恒壓系統(tǒng)。當(dāng)焊機(jī)輸出有電壓，靜態(tài)測(cè)試時(shí)，給定 和反饋比較后加到D1的2腳，調(diào)節(jié)給定大小便可調(diào)節(jié)輸出電壓高低。但輸出電壓通過(guò)R96、 V43、 V42到V33的基極，輸出電壓經(jīng)R95、 R81分壓后通過(guò)V38、 R80控制V32的導(dǎo)通來(lái)控制 靜態(tài)時(shí)的脈寬輸出大小。也就是說(shuō)在靜態(tài)測(cè)試時(shí)，焊機(jī)的負(fù)載輸出電壓由V42、 V43來(lái)控制 到14V左右。當(dāng)負(fù)載電壓高于14V時(shí)輸出電壓經(jīng)R96擊穿穩(wěn)壓管V42、43使V33導(dǎo)通，V32 截止，Dl的2腳電壓變高，脈寬輸出變小。同理，負(fù)載電壓高于14V時(shí)，V32導(dǎo)通脈寬輸出 變寬，所以焊機(jī)在靜態(tài)負(fù)載測(cè)試時(shí)，不管負(fù)載電阻大小如何變化，始終保持在14V左右。當(dāng) 焊機(jī)在短路過(guò)渡過(guò)程焊接時(shí)，實(shí)際上是焊機(jī)輸出兩極通過(guò)焊絲不停地在短路，輸出電壓波 形是在0V和空載之間變換；當(dāng)焊絲在短路結(jié)束，輸出電壓上升時(shí)，電壓通過(guò)R95、V38給C53 充電至V32導(dǎo)通。因?yàn)楹附z短路的頻率很快，所以C53兩端一直有電壓，通過(guò)R80使V32在 焊接時(shí)一直保持導(dǎo)通狀態(tài)。使D1的2腳變低，2腳高低由給定電位器調(diào)節(jié)，使焊機(jī)輸出電壓 在焊接時(shí)可調(diào)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸出為恒壓特性。就是焊絲在短路時(shí)，當(dāng)電壓恒定時(shí)，那么電流 就很大，所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)電流反饋電路。當(dāng)電流反饋經(jīng)V12、 R24、 R23經(jīng)C16、 R32濾 波分壓后經(jīng)V21加到D1的2腳，當(dāng)反饋電流越大反饋到D1的2腳的電壓就越高，使輸出脈 寬變小，保證焊機(jī)的可靠性。當(dāng)輸出電流瞬間變化太大時(shí)，接在電抗器兩端的Rlll的電阻 電壓就會(huì)在瞬間變化，在經(jīng)R57、 R56和電容C56、 C29、 C28、 C19耦合到Dl的2腳來(lái)控制焊 機(jī)輸出電壓。送絲技術(shù)采用了電流型N3 2845集成電路作為控制芯片，通過(guò)脈寬調(diào)節(jié)來(lái)控 制送絲速度(即P麗調(diào)節(jié)技術(shù))，P麗由于調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)精度高，故其送絲速度非常 穩(wěn)定，此外本項(xiàng)目產(chǎn)品在正常送絲速度中調(diào)制了另外一個(gè)200Hz的脈動(dòng)頻率，通過(guò)這個(gè)頻 率使焊絲在焊槍內(nèi)部不停的輕微擺動(dòng)。增加送絲穩(wěn)定性和保證焊機(jī)功率的有效傳導(dǎo)，減小 焊絲在焊槍里的阻力。所述控制電源電路采用工頻變壓器及模塊LM217穩(wěn)壓技術(shù)；[0019] 所述程序控制電路采用焊槍開(kāi)關(guān)啟動(dòng)輸入技術(shù)； 所述空載、負(fù)載檢測(cè)電路中R8與R9并聯(lián)后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2 腳串接； 所述電子電流低通濾波器電路采用電子電流低通濾波器控制技術(shù)，其中R57、 R56 并聯(lián)后與電容C56、C29、C28、C19并聯(lián)后串接接到電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳。 所述負(fù)載電壓恒定電路中V32的集電極與電容C13、C14電阻R17并聯(lián)后與電流型 脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串接； 所述電流檢測(cè)電路中二極管V6與V7并聯(lián)后兩個(gè)二極管的陽(yáng)極均與電阻R4串接 后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串聯(lián)；電阻R6、 R7并聯(lián)后與Dl的3腳串接； 所述P麗電路的三極管V22的發(fā)射極電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的1腳串接。
權(quán)利要求一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于其包括控制電源電路(1)、程序控制電路(2)、空載、負(fù)載檢測(cè)電路(3)、電子電流低通濾波器電路(4)、負(fù)載電壓恒定電路(5)、電流檢測(cè)電路(6)、PWM電路(7)、驅(qū)動(dòng)功率放大和反壓電路(8)，二極管V13、V14串接并與二極管V16、V15串接后并聯(lián)，再與模塊LM217的1端串接，電阻R13與模塊LM217的2端串接，電阻R12、R11并聯(lián)后與模塊LM217的3端串接，電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片D1的6腳與三極管V17、V18并聯(lián)后串接，二極管V8與電容C3并聯(lián)，二極管V5、V9、V10與電阻R16、R18串聯(lián)后接地，二極管V6、V7并聯(lián)并與電阻R20、R22、R21并聯(lián)后串接后接地，電阻R4與三極管V2的基極串接，電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片D1的2腳與電阻R8、R9并聯(lián)后串聯(lián)，并與三極管V1的集電極串接，電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片D1的4腳與電阻R40、R39并聯(lián)后串聯(lián)并與電容C9串聯(lián)后接地，電阻R49、R48并聯(lián)并與電阻R98、R99并聯(lián)后并聯(lián)，再與電阻R90、R89并聯(lián)后串聯(lián)，三極管V33發(fā)射極接地、三極管V32集電極與電阻R69串聯(lián)后接地，電阻R96與電容C45串聯(lián)后接地，二極管V43、V42串聯(lián)并與二極管V39并聯(lián)后再與三極管V33的基極串接，電阻R95、R81串聯(lián)后接地，電容C51、C42、C43、C44并聯(lián)后接地，電容C56接地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊 機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述空載、負(fù)載檢測(cè)電路中R8與R9并聯(lián)后與電流型脈寬調(diào) 制解調(diào)器芯片D1的2腳串接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊 機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述電子電流低通濾波器電路中電阻R57、 R56并聯(lián)后與電 容C56、C29、C28、C19并聯(lián)后串接接到電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊 機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述負(fù)載電壓恒定電路中V32的集電極與電容C13、C14電阻 R17并聯(lián)后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊 機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述電流檢測(cè)電路中二極管V6與V7并聯(lián)后兩個(gè)二極管的陽(yáng) 極均與電阻R4串接后與電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器芯片Dl的2腳串聯(lián)；電阻R6、R7并聯(lián)后與 Dl的3腳串接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊 機(jī)短弧控制系統(tǒng)，其特征在于所述P麗電路的三極管V22的發(fā)射極電流型脈寬調(diào)制解調(diào)器 芯片D1的1腳串接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種用以焊接逆變氣體的中、小功率的MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)短弧控制系統(tǒng)。采用短路弧壓控制閉環(huán)電路，保證電弧電壓短路時(shí)、電壓恒定在一定值，形成穩(wěn)定電弧?？刂齐娫措娐凡捎帽ＷC整個(gè)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定。程序控制電路使整個(gè)機(jī)器按照設(shè)計(jì)的時(shí)序工作?？蛰d、負(fù)載檢測(cè)電路當(dāng)焊機(jī)啟動(dòng)后，區(qū)分焊機(jī)在工作還是休息。電子電流低通濾波器電路控制焊機(jī)輸出電流的變化率。負(fù)載電壓恒定電路當(dāng)焊接在短路過(guò)渡時(shí)保持焊機(jī)的輸出電壓恒定。當(dāng)送絲速度恒定時(shí)，提高了焊絲的短路頻率，細(xì)化飛濺。電流檢測(cè)電路是當(dāng)電流過(guò)大時(shí)對(duì)機(jī)器起保護(hù)同時(shí)抑制電流上升速度。PWM電路用來(lái)輸出脈沖調(diào)節(jié)。驅(qū)動(dòng)功率放大和反壓電路確保IGBT功率管開(kāi)通和關(guān)斷。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201489380SQ20092015190
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者曹再華 申請(qǐng)人:浙江巨霸焊接設(shè)備制造有限公司