现代弧焊电源及控制培训讲义(-97张)课件.ppt

1、现代弧焊电源及控制现代弧焊电源及控制天津大学材料学院主讲人：杨立军Er0IyUy电源负载 电源技术广泛应用，几乎任何设备都要使用电源(power source)。任何电源都可以简化成下图工作过程中可调参数只有两个：E 和 r0调节E和r0使Uy和Iy发生变化，适应负载变化的要求。因此，从本质上讲，电源分为两类：v调节 r0的-如弧焊变压器，多数机械调节式弧焊电源v调节E的-如弧焊逆变器，部分弧焊整流器，电子控制式弧焊电源Er0IyUyn弧焊电源是一种特殊的电源。n它的负载是焊接电弧。n它的任务是保证电弧引燃和稳定燃烧。n弧焊电源技术和许多电源技术是相通的。n电弧焊是应用最为广泛的一种焊接方法n

2、弧焊电源是电弧焊设备的核心部分 弧焊电源是指供给焊接电弧电能（提供电流和电压），并具有适宜电弧焊工艺所需电气特性的设备。它是一种特殊的电源 它的负载是 焊接电弧 它的任务是保证电弧稳定燃烧机械调节式单相整流式脉冲弧焊电源滑动调节式弧焊整流器抽头式弧焊整流器动铁式弧焊整流器动绕组式弧焊整流器抽头式弧焊变压器动铁式弧焊变压器动绕组式弧焊变压器柴油汽油内燃机驱动式弧焊发电机电动式弧焊发电机磁放大器式脉冲弧焊电源磁放大器式弧焊整流器串联饱和电抗器式弧焊电源电子控制式电磁控制式整流式移相式磁放大器式脉冲弧焊电源串联饱和电抗器式弧焊电源模拟式模拟式晶体管脉冲弧焊电源模拟式晶体管弧焊电源开关式逆变式晶闸管矩

3、形波交流弧焊电源数字开关式晶闸管矩形波交流弧焊电源开关式电力电子器件脉冲弧焊电源开关式电力电子器件弧焊电源逆变式IGBT式弧焊逆变器场效应管式弧焊逆变器晶体管式弧焊逆变器晶闸管式弧焊逆变器数字式单片机控制式数字化弧焊电源DSP控制式数字化弧焊电源红色(亮红灯)淘汰或即将淘汰或无应用意义黑色维持状态，仍有应用价值浅绿有一定的发展前途绿色很有发展前途弧焊电源 常用弧焊电源的特点及应用常用弧焊电源的特点及应用 机械调节型机械调节型电源的主要电气特性如外特性，是由其结构所决定的。电源输出参数的调节也是靠机械装置进行调节的 如动铁芯、动绕组的移动等 该类电源结构简单、易造易修、成本低、效率高，但调节不灵

4、活、不精细，电源比较笨重，耗材多。电磁控制型电磁控制型弧焊电源包括磁放大式弧焊整流器和直流弧焊发电机。此类电源耗材耗电多，电磁惯性很大，动态特性差，一般属于淘汰产品。用柴油机或汽油机代替电动机的直流弧焊发电机可以用于没有电源的野外施工，使其还拥有一定的市场。电子控制型电子控制型弧焊电源控制灵活，系统响应速度快。耗材少、节约电能，可用于各种弧焊方法。三、弧焊电源的发展趋势 -电子弧焊电源 未来弧焊电源的发展除了控制灵活之外，对电源本身的动特性动特性更为关注 电子控制的弧焊电源都具有卓越的动特性动特性 例如：STT电源STT过程普通短路过渡过程第一部分第一部分 焊接电弧特性及其对弧焊电源的要求焊接

5、电弧特性及其对弧焊电源的要求一、焊接电弧的实质：气体放电一、焊接电弧的实质：气体放电1.1.焊接电弧及其引燃焊接电弧及其引燃 气体电离电子发射电极的电子发射 （1）热发射 （2）电场发射 （3）光发射 （4）粒子碰撞发射气体的电离：（1）热电离 （2）场致电离 （3）光电离 气体的不断电离与电极不断的电子发射是形成电弧的前提条件n焊接电弧的引燃 接触引弧 非接触引弧2.2.焊接电弧的结构和伏安特性焊接电弧的结构和伏安特性(2)(2)焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性 一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特性，简称伏安特性或静特性。可用下式表示：

6、)(ffIfU 金属电阻的伏安特性曲线 手工电弧焊、埋弧焊等焊接电弧基本工作在电弧静特性的水平段。TIG焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊的焊接电弧也基本工作在电弧静特性的水平段 熔化极气体保护焊（氩弧焊和CO2焊等）和水下焊接等焊接电弧基本上工作在电弧静 特性的上升段。n易产生错误认识之处CO2/MIG/MAG焊在上升段埋弧焊在水平段CO2/MIG/MAG焊的焊接电流大于埋弧焊吗？COCO2 2/MIG/MAG/MIG/MAG焊焊在上升段在上升段埋弧焊在水平段埋弧焊在水平段不同的焊接电弧有不同的电弧静特性曲线不同的焊接电弧有不同的电弧静特性曲线在在U-IU-I坐标上的上下左右位置不同坐标上的上下

7、左右位置不同)(ffifu 二、弧焊电源的基本特性二、弧焊电源的基本特性1.1.弧焊电源的基础知识弧焊电源的基础知识 交流，直流，逆变电子控制技术0rIEUyy 两者的Er0IyUyEr0IyUy电源负载UyIyr0=0r000工作过程中可调参数只有两个：E 和 r0调节E和r0使Uy和Iy发生变化，适应电弧负载变化的要求。因此，从本质上讲，弧焊电源甚至电源分为两类：v调节 r0的-如弧焊变压器，多数机械调节式弧焊电源v调节E的-如弧焊逆变器，部分弧焊整流器，电子控制式弧焊电源v调节 r0的方法UyIyR0=0R000Uy=f(Iy)UyIy0直线型椭圆型介于上两者之间v调节 E的方法q改变变

8、压器的变比q调节输出占空比q两者皆有方波正弦波控制输出的外特性不受弧焊电源结构的影响，理论上可以是任意形状机械式调节UIA0U00IwdUIU00平特性平缓特性UIU00IwdUIU00IwdUIU00Iwd常用的弧焊电源的外特性曲线2.2 2.2 电源外特性曲线的确定电源外特性曲线的确定电源的外特性曲线形状除了影响“电源一电弧”系统的稳定性之外，还关联着焊接工艺参数的稳定。当弧长(弧压)容易控制时，电源要控制电流(下降特性)，否则电源要控制弧长(弧压)外特性曲线的三部分：工作区段：反映了外特性曲线的具体形状空载点：决定了电源的空载电压 短路区段：反映了曲线形状和短路电流值 UIA0A1A3A

9、2I1I2I3l1l2123Iwd3Iwd2Iwd1U00图3-6 弧长变化引起的电流偏差以恒流为主，加上短路外拖理想特性弧焊电源工件送丝电机及等速控制装置UIl1l2UfA0A1A2I1I2IwdUf1Uf2IfIf2If1123403-7 等速送丝熔化极气体保护焊接系统示意图 2）变速送丝控制系统的熔化极电弧焊 弧压反馈变速送丝控制弧长对电源的要求：弧源稳定弧焊电源工件送丝电机及变速控制装置反馈信号处理电路UIl1l2UfA0A1IIwdUf1IfIf112340U图3-8 变速送丝熔化极气体保护焊接系统示意图（3 3）不熔化极电弧焊）不熔化极电弧焊 特点：电弧静特性工作部分呈平的或略上升

10、的形状；弧长稳定方法：钨极氩弧焊（GTAW），等离子弧焊（PAW）以及不熔化极脉冲弧焊要求：电流稳定弧源稳定参数稳定不熔化极电弧焊不熔化极电弧焊以恒流为主，加上短路内拐特点：一般采用等速送丝；利用电弧自身调节作用来稳定工艺参数；脉冲段和维弧段采用不同的外特性段外特性组合：1）恒压特性与恒压特性配合等速送丝系统；特点：电弧自调节作用强；容易断弧；容易导致参数波动 2）恒流特性与恒压特性熔滴过渡均匀；小电流下容易断弧 3）恒流特性与恒流特性 熔滴过渡均匀；电弧弹性好；自调节作用差4）恒压特性与恒流特性脉冲阶段具有良好的电弧调节作用，但维弧容易短路（4）熔化极脉冲电弧焊 UI0A1B1A0B0l1l

11、0a)UI0A1B1A0B0l1l0b)UI0A1B1A0B0l1l0c)UI0A1B1A0B0l1l0d)1）恒压特性与恒压特性拉长易断弧；熔滴受参数波动影响大 2）恒流特性与恒压特性熔滴过渡均匀；小电流易断弧；弧长波动大3）恒流特性与恒流特性 熔滴过渡均匀；电弧弹性好；自调节作用差，易粘丝（短路），弧长波动大4）恒压特性与恒流特性脉冲阶段具有良好的电弧调节作用，但维弧易粘丝（短路）。UI0A1B1A0B0l1l0A2B2l2双阶梯外特性 好的外特性：双阶梯外特性3 3 弧焊电源的调节特性弧焊电源的调节特性对于一定的弧长的电弧，只有一个稳定工作点。为了获得一定范围所需的焊接电流和电压，弧焊电

12、源的外特性必须可以调节电弧静特性和电源外特性曲线相交的稳定工作点决定了焊接电压和电流4 4 弧焊电源的动态特性弧焊电源的动态特性4.1 基本概念基本概念弧焊电源的动特性：电弧负载状态发生瞬态变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应特性。它表明了弧焊电源对电弧负载瞬变的适应能力。4.2 4.2 电弧动态变化的特点及其对弧焊电源动特性的要求电弧动态变化的特点及其对弧焊电源动特性的要求熔化极电弧焊中，所采用的工艺方法和焊接工艺参数不同，熔滴过渡形式不同，负载的变化情况各异，因此，对弧焊电源的动特性要求就有所不同。如图3-16a、b所示，在射流过渡或滴状过渡的熔化极电弧焊中，电弧电压和电流基本不变，此时电

13、弧可以看作静态负载，因此对电源的动特性没有什么特殊要求。而对短路过渡的熔化极电弧焊来说，电弧不停地在负载、短路和空载三态之间转换，所以采用短路过渡的熔化极电弧焊对电源的动特性提出了较高的要求 t1t2t3t4t5短路引弧 燃弧 短路 引弧空载00U0uiUdUfIsdIwdIfIfdtt1）2）3）4）5）（1）由空载到短路的瞬时短路电流峰值Isd，它主要影响引弧过程。太小不利于引弧阶段的热发射和热电离，使引弧困难；太大则容易造成飞溅大，甚至引起工件烧穿。因此，对Isd往往提出要求，一般是以其与焊接电流I2之比来要求，例如：Isd/I23.0。（2）由负载到短路的瞬时短路电流峰值Ifd，它主要

14、影响熔滴过渡的情况。太大熔滴飞溅严重，使焊缝成形变坏，甚至引起焊件烧穿、电弧不稳。太小则熔滴过渡困难。因此，对Ifd也要提出要求，一般是以其与焊接电流I2之比来要求，例如：Ifd/I22.5。2短路过渡细丝CO2焊接 要求：1、短路电流上升率di/dtdi/dt过小，熔滴难以短路过渡，导致短路时间的延长和焊丝成段爆断；didt过大，导致短路电流增长过快，瞬间达到短路电流的峰值，产生严重的小颗粒飞溅，使熔滴过渡困难。因此，didt必须有一合适值，表3-2给出了其推荐值仅供参考。表表3-2 CO2焊接短路电流增长速率推荐值焊接短路电流增长速率推荐值焊丝直径/mm0.81.21.6短路电流增长速率/

15、kAs-1501504013020754.3 弧焊电源动特性标准和评价方法弧焊电源动特性标准和评价方法主观评定主观评定，是由操作者经试焊后作出的。所谓动特性好，一般指引弧和重新引弧容易，电弧稳定和飞溅少。客观评定，是用仪器测定一些参数后作出评定的（按有关国家标准规定的技术指标来评价）由于引起焊接电弧、焊接过程瞬态变化的影响因素很多，因此，通过一些具体的参数指标来衡量弧焊电源动态特性的优异是很困难的，所以，目前国内外对弧焊电源动态特性的客观评价标准还处于研究中。第二部分第二部分 弧焊电源介绍弧焊电源介绍Er0IyUy工作过程中可调参数只有两个：E 和 r0一、弧焊变压器一、弧焊变压器 工作过程中

16、调节 r0，只是r0以感抗为主r2X20U1r 1X fIfUXkRk 弧焊变压器简化等效电路列出电势平衡方程：kfkfkfffffXI jRIXI jrIXI jrIUU 2110)()(21210kfkffXXXI jRrrIUU )()(0kLfkLffXXI jRRIUU相当于E相当于r0XL-变压器漏抗 RL-变压器内部电阻Xk-电抗器感抗 Rk-电抗器内部电阻由于弧焊变压器的内阻和线间电阻很小，可以忽略，因此，弧焊变压器的进一步简化等效电路，其外特性方程可以表示：ZfkLffXI jUXXI jUU00)(KLZXXX为变压器的等效感抗 0UfIfUXZ弧焊变压器简化等效电路 1)

17、/(202202UUXUIfzf弧焊变压器椭圆外特性的数学解释应当指出的是：实际的弧焊变压器外特性不是标准的椭圆，有所变异。原因是不能完全排除纯电阻的影响，感抗也可能随电流的变化而变化。弧焊变压器的分类弧焊变压器的分类(1)串联电抗器式弧焊变压器串联电抗器式弧焊变压器（1）分体式 变压器和电抗器相互独立，只有电路上的联系，无磁的联系，例如，BP-3500型弧焊变压器属于此类。（2）同体式 变压器铁心和电抗器铁心联成一体，两者之间既有电路上的联系，又有磁的联系，BX2系列弧焊变压器属于此类。(2)增强漏磁式弧焊变压器增强漏磁式弧焊变压器（1）抽头式：一、二次绕组分开绕制而增大漏磁，通过绕组抽头的

18、变化调节漏磁。BX6系列弧焊变压器属于此类。（2）动铁心式：一、二次绕组分开绕制，并且在一、二次绕组之间增加一活动铁心，产生磁分路来增强变压器的漏磁，通过调节活动铁心的位置可以调节漏磁。BX1系列弧焊变压器属于此类。（3）动绕组式：一、二次绕组分开绕制，并且增大的一、二次绕组之间的距离来增强漏磁，通过改变一、二次绕组间距来调节漏磁。BX3系列弧焊变压器属于此类。调节自身漏抗调节自身漏抗调节外加感抗调节外加感抗增强漏磁式弧焊变压器增强漏磁式弧焊变压器 N1N1N2N2动铁心式动铁心式变压器总的等效漏抗为：fLLffffZLXXXXNNXXNNXXXXX 21212212122121动铁心弧焊变压

19、器外特性方程为:ZLffLLffXI jUXXI jUU00)(很显然，动铁心式弧焊变压器的外特性为下降的外特性。011f22f 动绕组式弧焊变压器动绕组式弧焊变压器空载磁通分布 负载磁通分布 2121221XXNNXXXZL 动绕组弧焊变压器外特性方程为：ZLffXI jUU0漏磁极少的三相抽头式变压器整流器带抽头的电抗器二、电子控制型弧焊电源基础二、电子控制型弧焊电源基础 Er0IyUy工作过程中调节：E0(绝大多数情况)(一一)常用大功率半导体器件常用大功率半导体器件广泛用于弧焊电源的电力电子器件有：晶闸管（SCR）大功率晶体管（GTR）功率场效应晶体管（MOSFET）绝缘门极双极晶体管

20、（IGBT）。绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极晶体管简称IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）。它是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又有GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点，是取代GTR的理想开关器件。近年来IGBT发展很快，目前已经被广泛地应用于各种弧焊电源的逆变器中。(二二)外特性控制外特性控制晶闸管整流式弧焊电源晶体管式弧焊电源逆变式弧焊电源目前主流的电子控制型弧焊电源所谓整流就是将交流电变成固定的或可调电压的直流电；逆变是将直流电变成固定的或可调频率、电压

21、的交流电。外特性调节方法具有各种外特性形状，其获得所需外特性形状的方法与机械调节型弧焊电源不同，它不是依靠电源的机械结构，而是依靠电源中电子电路的控制来实现的。1.外特性控制的基本原理外特性控制的基本原理图5-为电子控制型弧焊电源工作原理示意图，可以发现这种弧焊电源都是由电子功率系统（主电路主电路）与电子控制系统（控制电路控制电路）两部分组成的。晶闸管触发电路焊接电弧电子控制电路晶闸管整流器直流电抗器变压器ACACDCDC控制驱动电路焊接电弧电子控制电路逆变器直流电抗器变压器ACDCDC整流器整流器ACACDC电子控制型弧焊电源工作原理示意图a）整流式b）逆变式1只取电压负反馈2只取电流负反馈

22、3电流截止负反馈4.同时采用电压、电流负反馈5.不同时刻采用不同的反馈 2陡降外特性的控制电路N1N2N3N4N7N5N6RP2RP1-12V+12VRP4RP3RS+12V+12VIfUgUpUfiVR2R1R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14R15R16R17R18R19R20R21R22R23C1C2C3C4C5C6C7C8C9UkUth调节特性调节特性电子控制型弧焊电源的外特性调节是依靠控制电路中给定信号的变化来调节的。一般地，给定信号是一个可以调节的直流电压信号，该信号的调节范围决定了弧焊电源输出电流或电压的调节范围，也就是弧焊电源外特性的调节范围。而给定电压信

23、号往往是利用电子控制电路中的直流稳压电源，通过电阻分压来获得的，采用稳压电源提供给定信号可以保证给定信号的稳定性和一致性。电子控制弧焊电源的动态特性控制电子控制弧焊电源的动态特性控制目前，电子控制弧焊电源动态特性的调节通常由下述方法实现：1）通过电子电抗器控制短路电流的增加速度；2）对焊接过程尤其是熔滴短路过程采用给定波形进行精确控制。所谓电子电抗器即是用于控制di/dt值的积分、微分电路。如图为采用积分电路控制di/dt的电子电路，或称为电子电抗器电路。电子电抗器控制电子电抗器控制R3CR1NR2UkR1UgumUfdtmUUIfguf电子电抗器波形控制原理波形控制原理由于对焊接熔滴短路过渡

24、及焊接飞溅形成机理研究的深入，使人们认识到，熔滴短路过渡中，要使熔滴“颈缩”的顺利进行需要短路电流大，而“液桥”爆断时，对飞溅的抑制又需要短路电流小，传统上的主回路串联电抗器限制di/dt及Ifd的方式难以兼顾这两个阶段对短路电流大小的需求。随着逆变技术及对飞溅机理认识的不断深入，具有分时控制特点的波形控制法便应运而生了。所谓波形控制是指在焊接过程中，根据焊接过程不同阶段、不同情况采用不同的给定量对弧焊电源的输出电流、电压、以及电流或电压的变化率进行实时控制。给定量的实时调节不仅包括电流、电压给定量的调节，也包括电流或电压变化率等给定量的调节。而给定量的控制往往由电子控制电路来实现。t1t2t

25、3t5t6t7t0t1t2t3t5t6t7t0t4ttUI 图5-47 STT控制示意图美国林肯公司研制的表面张力过渡CO2逆变电源就是采用精确的波形控制，从而实现了CO2焊接熔滴的表面张力过渡。图5-47是STT控制的电流，电压波形图。根据此波形图可以对其波形控制原理进行分析如下：波形控制波形控制三、电子控制型弧焊电源三、电子控制型弧焊电源 Er0IyUy工作过程中调节：E0(绝大多数情况)晶闸管式弧焊整流器晶闸管式弧焊整流器Er0IyUy工作过程中通过调节晶闸管的导通角来调节E逆变式弧焊电源逆变式弧焊电源50Hz传感器给定电路驱动电路输入整流滤波直流直流电子开关电路变压器高压中频电低压中频

26、电（逆变电路）输出整流直流电弧负载TRC电子控制电路放大比较控制电路交流输出滤波主电路 逆变式弧焊电源的分类逆变式弧焊电源的分类晶闸管式逆变弧焊电源晶体管式逆变弧焊电源场效应管式逆变弧焊电源IGBT式逆变弧焊电源逆变式弧焊电源的特点逆变式弧焊电源的特点与普通弧焊电源相比，逆变式弧焊电源最显著特点是工作频率高，目前常见的IGBT式逆变式弧焊电源的逆变频率一般为20KHz左右。因此，逆变式弧焊电源具有许多特点：1)体积小、重量轻普通弧焊电源的体积和重量主要集中在变压器和电抗器上，所占比例可达80以上。在变压器设计中，根据有关电磁定律可以推出电压U与变压器工作频率f、铁心截面S、铁心材料的最大磁感应

27、强度Bm以及绕组匝数N之间的关系：型号规格AX7-400直流弧焊发电机ZXG-400磁放大器式硅弧焊整流器ZX5-400晶闸管式弧焊整流器ZX7-400晶闸管式弧焊逆变器ZX7-400IGBT式弧焊逆变器额定输出电流(A)400400400400400额定负载持续率(%)6060606060输出空载电压(v)60908063708075输入电压(v)33803380338033803380效率(%)53757485.790cos0.90.550.750.900.95重量(Kg)3703102206633外形尺寸(mm)长宽高95059089069049095259449510005403554

28、705503203902)高效节能逆变式弧焊电源的变压器和电抗器的体积和重量大大减小，相应的铁损(铁心磁损耗)和铜损(导线耗能)也随之减小；又因逆变频率高，通电周期小，变压器的励磁电流很小；逆变式弧焊电源半导体功率开关器件工作于开关状态，比工作于模拟状态的半导体功率器件的功耗小。因此，逆变式弧焊电源效率高，功率因数高，节约电能，可减少配电容量。表7-2也列出了逆变式弧焊电源与常用传统弧焊电源有关效率、功率因数等参数的比较。3)动特性好、控制灵活普通的弧焊电源工作频率为工频或其倍频，控制周期较长，回路中保持电流稳定的输出电抗器电感较大。即使是晶闸管双反星型式弧焊整流器的工作频率也仅为六倍工频，控

29、制周期为3.3ms。而逆变式弧焊电源的工作频率很高，例如20KHz工作频率的逆变弧焊电源的控制周期可达50s；且因工作频率高，焊接回路中起滤波作用的电感值也较小，从而使整个回路的时间常数减少，控制过程的动态响应速度加快。逆变式弧焊电源的外特性、动特性等性能主要由电子控制电路进行调节。电子控制电路的变化和调整灵活、方便，易于在一台电源上实现多种特性的输出，甚至在焊接过程中也可以根据要求切换不同的特性。4)元器件特性要求高，电路复杂逆变弧焊电源是典型的电力电子装置，是高精度电子控制电源，因此电路复杂。普通弧焊电源工作频率低，一般工作波形为正弦波，du/dt、di/dt较小。而逆变电源由于工作频率高

30、，内部电流换向快，变化剧烈，对du/dt、di/dt等动态参数的影响十分明显。在这样严酷的工作条件下，逆变电源的电子功率开关等元器件被击穿、烧穿的可能性大大增加。为了保证逆变弧焊电源的可靠性、稳定性，不仅需要高质量、高性能的元器件，而且需要设计、应用许多保护电路。这也是逆变式弧焊电源控制电路复杂的重要因素之一。Er0IyUy工作过程中通过调节电子功率开关的导通与关断时间的比例来调节E控制方式控制方式定频率调脉宽（定频率调脉宽（PWM）定脉宽调频率定脉宽调频率（PFM）混合调制混合调制 平均值滤波值平均值滤波值数字化的概念数字化的概念 按照一定的规则把连续的物理变量用数字形式表示。按照一定的规则

31、把连续的物理变量用数字形式表示。数字化弧焊电源数字化弧焊电源的概念的概念 采用数字控制技术的弧焊电源。采用数字控制技术的弧焊电源。目前主要指：采用目前主要指：采用DSPDSP控制技术或者单片机和控制技术或者单片机和DSPDSP控制技控制技术的逆变弧焊电源。术的逆变弧焊电源。常用的数字信号处理系统：常用的数字信号处理系统：数字信号处理器数字信号处理器（DSP Digital Signal ProcessorDigital Signal Processor）通用微处理器（通用微处理器（MPU）微控制器（微控制器（MCU）数字化弧焊电源数字化弧焊电源数字化弧焊电源数字化弧焊电源单片机系统PWM3X3

32、80功率输出反馈控制器单片机控制弧焊逆变电源的控制系统框图单片机控制弧焊逆变电源的控制系统框图 数字化弧焊电源数字化弧焊电源控制面板DSP单片机送丝机RS232网络管理与控制程序升级局部串行控制总线3380功率输出采样PWMRS485数字化弧焊电源控制系统框图数字化弧焊电源控制系统框图 数字控制：数字控制：控制中采用传感器对焊接电流、焊接电压取样、控制中采用传感器对焊接电流、焊接电压取样、A/D转换、由转换、由DSP读取反馈值（数字量）；读取反馈值（数字量）；焊接电流、电压的给定值由数字化控制面板输入，焊接电流、电压的给定值由数字化控制面板输入，传送给传送给DSP处理器；处理器；DSP处理器根

33、据电流、电压给定和反馈量，通过处理器根据电流、电压给定和反馈量，通过事先确定的控制算法进行运算、处理，得到逆变电源事先确定的控制算法进行运算、处理，得到逆变电源功率开关器件的导通时间，产生功率开关器件的导通时间，产生PWM脉冲序列脉冲序列（DSP可以直接输出可以直接输出PWM信号）；信号）；PWM信号通过专用的数字脉冲驱动电路（模块）信号通过专用的数字脉冲驱动电路（模块）控制逆变电源的功率开关器件的通断。控制逆变电源的功率开关器件的通断。数字化弧焊电源的特点：数字化弧焊电源的特点：（数字控制与模拟控制的比较）（数字控制与模拟控制的比较）以软硬结合，软件形式为基础的特性代替硬件形式的特性；以软硬

34、结合，软件形式为基础的特性代替硬件形式的特性；对电弧负载的要求以数字化的形式由弧焊电源提供；对电弧负载的要求以数字化的形式由弧焊电源提供；各种功能、参数的控制由软件实现，修改方便，真正实现了人机对话；各种功能、参数的控制由软件实现，修改方便，真正实现了人机对话；控制灵活性大大增强控制灵活性大大增强；控制精度高；控制精度高；稳定性好，产品的一致性好；稳定性好，产品的一致性好；接口兼容性好，构成了弧焊电源系统；接口兼容性好，构成了弧焊电源系统；实现了柔性化控制和多功能集成；实现了柔性化控制和多功能集成；实现了远程控制，焊机功能升级方便。实现了远程控制，焊机功能升级方便。现代弧焊电源：应用了现代科学

35、技术的弧焊电源。现代弧焊电源：应用了现代科学技术的弧焊电源。现代科学技术：电源的逆变技术现代科学技术：电源的逆变技术 电子控制技术（电路的集成化）电子控制技术（电路的集成化）计算机控制技术计算机控制技术 智能控制技术智能控制技术 数字控制技术数字控制技术 网络技术（现代通讯技术）网络技术（现代通讯技术）新型材料及其应用技术新型材料及其应用技术现代弧焊电源：逆变弧焊电源现代弧焊电源：逆变弧焊电源 数字化弧焊电源数字化弧焊电源现代弧焊电源与传统弧焊电源的区别：现代弧焊电源与传统弧焊电源的区别：v应用了电力电子可控器件应用了电力电子可控器件v电子控制技术、数字控制技术代替了机械、电磁控制技术电子控制

36、技术、数字控制技术代替了机械、电磁控制技术v精确控制代替了粗糙控制精确控制代替了粗糙控制v模块化、集成化、多功能化，一机多用模块化、集成化、多功能化，一机多用v智能化（智能化（“傻瓜傻瓜”化）降低了对操作者的要求化）降低了对操作者的要求v外观仪器化、美观，便携外观仪器化、美观，便携v抗噪性降低，对维修人员技术水平要求高抗噪性降低，对维修人员技术水平要求高逆变技术、计算机技术、遥控技术、智能控制技术、逆变技术、计算机技术、遥控技术、智能控制技术、远程通讯技术、远程监控技术得到广泛应用远程通讯技术、远程监控技术得到广泛应用 l）外特性曲线形状及其变换控制）外特性曲线形状及其变换控制 2）动特性控制

37、）动特性控制 3）焊接参数的预置、监控及其焊接过程中参数变换控制）焊接参数的预置、监控及其焊接过程中参数变换控制 4）实现）实现“单旋钮单旋钮”调节功能，即根据工件厚度、焊接材料等，同时调节功能，即根据工件厚度、焊接材料等，同时对所需的电弧电压、电流（送丝速度），甚至电感量进行一元化调节。对所需的电弧电压、电流（送丝速度），甚至电感量进行一元化调节。5）焊接电流（电压）的波形控制）焊接电流（电压）的波形控制 通过脉冲电流波形及其参数的控制，通过脉冲电流波形及其参数的控制，对电弧功率实现精确控制；熔滴过渡的波形控制等。对电弧功率实现精确控制；熔滴过渡的波形控制等。6）对焊接工艺程序和焊接故障的控

38、制）对焊接工艺程序和焊接故障的控制 如先通气后通电、引弧、电流如先通气后通电、引弧、电流的递增和衰减，以及焊接过程中可能产生的粘丝、灭弧、过电流等故的递增和衰减，以及焊接过程中可能产生的粘丝、灭弧、过电流等故障进行诊断和报警。障进行诊断和报警。2.弧焊电源弧焊电源控制原理及控制技术控制原理及控制技术控制原理与方法：控制原理与方法：PID 控制；模糊控制；专家系统控制；模糊控制；专家系统 开环控制；闭环控制开环控制；闭环控制 变结构控制：变给定参数；变结构参数；变电路结构变结构控制：变给定参数；变结构参数；变电路结构控制技术：控制技术：模拟电子技术；数字电子技术；数字模拟仿真技术模拟电子技术；数

39、字电子技术；数字模拟仿真技术 微机控制技术；单片机控制技术微机控制技术；单片机控制技术 数字信号处理器（数字信号处理器（DSP）控制）控制 技术技术（数字化电源）（数字化电源）波形控制波形控制 CO2 2气体保护焊具有高效，节能，抗锈低氢，低成本、可进行气体保护焊具有高效，节能，抗锈低氢，低成本、可进行全位置焊接、易于实现自动化等优点。全位置焊接、易于实现自动化等优点。CO2 2焊存在着两个缺点：飞溅大和焊缝成形差。焊存在着两个缺点：飞溅大和焊缝成形差。（1）传统）传统CO2 2焊接短路熔滴过渡机理及其控制焊接短路熔滴过渡机理及其控制 CO2 2焊以短路熔滴过渡为主。短路过渡是在电压较低，孤长

40、较短的时焊以短路熔滴过渡为主。短路过渡是在电压较低，孤长较短的时候发生的。它是个周期性变化的过程。焊丝端部和母材在电弧燃烧热的候发生的。它是个周期性变化的过程。焊丝端部和母材在电弧燃烧热的作用下，熔化形成熔滴，随着焊丝不断地送进，与熔池发生接触而短路，作用下，熔化形成熔滴，随着焊丝不断地送进，与熔池发生接触而短路，形成液桥；在表面张力和电磁收缩力的作用下，发生颈缩直至液桥爆断，形成液桥；在表面张力和电磁收缩力的作用下，发生颈缩直至液桥爆断，熔滴过渡；接着电弧重新引燃，新的熔滴又开始形成。如此周期性地不熔滴过渡；接着电弧重新引燃，新的熔滴又开始形成。如此周期性地不断重复，便构成了熔滴短路过渡过程

41、。断重复，便构成了熔滴短路过渡过程。传统传统CO2 2焊接短路熔滴过渡控制方法就是控制短路电流的变化率焊接短路熔滴过渡控制方法就是控制短路电流的变化率di/dt di/dt，di/dtdi/dt过小，容易产生大颗粒飞溅，过小，容易产生大颗粒飞溅，di/dtdi/dt过大，容易产生大过大，容易产生大量的小颗粒飞溅；电磁控制电源主要采用选择合适的电抗器，电子控制量的小颗粒飞溅；电磁控制电源主要采用选择合适的电抗器，电子控制电源增加了电子电抗器的控制。电源增加了电子电抗器的控制。（2）CO2 2焊接表面张力过渡机理及其控制（焊接表面张力过渡机理及其控制（STTSTT控制）控制）t1t2t3t5t6t

42、7t0t1t2t3t5t6t7t0t4ttUI CO2焊飞溅焊飞溅STT焊焊STTSTT控制控制CO2 2焊接焊接传统传统CO2 2焊接（逆变电源或焊接（逆变电源或SCR电源）电源）熔化极气体保护焊接中的熔化极气体保护焊接中的“一脉一滴一脉一滴”控控制制控制方法：闭环控制系统，采用电压反馈。控制方法：闭环控制系统，采用电压反馈。根据焊丝直径、过渡熔滴体积等设定电弧根据焊丝直径、过渡熔滴体积等设定电弧电压的临界值，当电弧电压高于临界值时，电压的临界值，当电弧电压高于临界值时，采用脉冲电流，当低于临界值时切换成基采用脉冲电流，当低于临界值时切换成基值电流。值电流。既能用于铝镁及其合金薄板的焊接，也

43、可既能用于铝镁及其合金薄板的焊接，也可以用于不锈钢、碳钢薄板的焊接以用于不锈钢、碳钢薄板的焊接I ItIcritImean“一脉一滴一脉一滴”双丝焊接协同控制原理双丝焊接协同控制原理Sync.视频视频CMT工艺工艺nCMT 表示冷金属过渡表示冷金属过渡n一种全新的短路过渡形式的熔化极气保焊一种全新的短路过渡形式的熔化极气保焊n与传统的熔化极气保焊相比，其熔化金属过与传统的熔化极气保焊相比，其熔化金属过渡时的热输入量非常小渡时的热输入量非常小传统的熔滴过渡传统的熔滴过渡n利用电流来脱落熔滴n熔滴过渡伴随着大电流的产生CMT新工艺的主要区别新工艺的主要区别(1)第一次将焊丝的运动与过程控制组合到一起(2)金属过渡时电流几乎为零(3)通过焊丝的回抽来帮助熔滴过渡t=0 mst=4.59 mst=6.21 mst=7.56 mst=11.34 mst=13.23 mst=13.77 mst=14.31 ms工作原理视频工作原理视频工作视频工作视频 CMT工艺的主要特征-外观成型n由于以上三个特点，CMT工艺可以实现真正的无飞溅焊接谢谢！谢谢！Thank youThank you！