专利名称：一种用以焊接的中、小功率的mig/mag气体保护焊机短弧控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气体保护焊机的短弧控制系统，尤指一种用以焊接的中、小 功率的MIG/MAG气体保护焊机短弧控制系统。
背景技术：
传统的可控硅整流焊机是80年代至90年代气体保护焊机的主流设备，因其飞溅 大、电弧不稳、焊接质量差，很难满足焊接要求较高的场合。随着电子、计算机和自动控制技 术的发展，以IGBT为开关器件的逆变气体保护焊机正逐步取代可控硅整流焊机，它具有体 积小、重量轻、节省原材料、功率因数高、高效节能、焊接特性较优良等特点。但以IGBT为开 关器件的逆变气体保护焊机的焊接过程较为复杂，它是利用一个平特性电源和一个专用的 送丝系统组合而成，当吸合启动开关时，电源和送丝系统工作，通过送丝系统不停的送焊丝 到焊接电源的正负两极来熔化填充或焊接工件。焊接时，特别是在中、小功率的小电流焊接 时电弧是一个短路过渡，焊丝与工件处在不断的短路过渡中，电弧的稳定很难形成，易产生 很大的飞溅，造成焊缝不美观，需要采用DSP或用单片机来克服电弧稳定性和降低飞溅，这 样不仅提高了焊机的整体复杂度，而且成本高、可靠性也难得到保证。
实用新型内容针对上述缺陷，本实用新型提供了一种用以焊接逆变气体的中、小功率的MIG/MAG 气体保护焊机短弧控制系统。本系统采用短路弧压控制闭环电路，保证电弧电压短路时、电 压恒定在一定值。 细丝小电流气体保护焊机在焊接过程中是一个短路过渡，其电流变化率di/dt决 定了电弧的稳定性及飞溅的大小，焊接工艺表明在细丝小电流焊接时短弧要比长弧稳定得 多，焊接工艺性能也很好，在焊接短路过渡中可以始终将电弧稳定在一个低压上，则整个焊 接过程会十分稳定，飞溅也细小。依据这个理论基础，本系统设计了一个负载电压恒定电 路，当焊丝与工件短路时，电压始终被限制在较低的电压范围内，当送丝速度恒定时，相对 就提高了焊接过程的短路频率，这样形成的电弧长度较短且稳定。 为解决上述问题，本实用新型是按如下方式来实现的一种用以焊接逆变气体的 中、小功率的MIG/MAG气体保护焊机短弧控制系统，其特征在于其包括控制电源电路、程 序控制电路、空载、负载检测电路、电子电流低通滤波器电路、负载电压恒定电路、电流检测 电路、P丽电路、驱动功率放大和反压电路，二极管V13、V14串接并与二极管V16、 V15串接 后并联，再与模块LM217的1端串接，电阻R13与模块LM217的2端串接，电阻R12、 Rll并 联后与模块LM217的3端串接，电流型脉宽调制解调器芯片Dl的6脚与三极管V17、V18并 联后串接，二极管V8与电容C3并联，二极管V5、V9、V10与电阻R16、R18串联后接地，二极 管V6、V7并联并与电阻R20、R22、R21并联后串接后接地，电阻R4与三极管V2的基极串接， 电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2脚与电阻R8、 R9并联后串联，并与三极管VI的集电极串接，电流型脉宽调制解调器芯片Dl的4脚与电阻R40、 R39并联后串联并与电容C9串联 后接地，电阻R49、R48并联并与电阻R98、R99并联后并联，再与电阻R90、 R89并联后串联， 三极管V33发射极接地、三极管V32集电极与电阻R69串联后接地，电阻R96与电容C45串 联后接地，二极管V43、 V42串联并与二极管V39并联后再与三极管V33的基极串接，电阻 R95、 R81串联后接地，电容C51、 C42、 C43、 C44并联后接地，电容C56接地。 其中控制电源电路采用开关电源模式，保证整个系统的供电稳定。程序控制电路 使整个机器按照设计的时序工作。空载、负载检测电路是当焊机启动后，区分焊机在工作还 是休息。电子电流低通滤波器电路用来控制焊机输出电流的变化率。负载电压恒定电路是 当焊接在短路过渡时保持焊机的输出电压恒定；当送丝速度恒定时，提高了焊丝的短路频 率，达到细化飞溅的目的。电流检测电路是当电流过大时对机器起保护同时用来抑制电流 上升速度。P丽电路用来输出脉冲调节。驱动功率放大和反压电路用来确保IGBT功率管开 通和关断。 所述控制电源电路采用工频变压器及模块LM217稳压技术； 所述程序控制电路采用焊枪开关启动输入技术； 所述空载、负载检测电路中R8与R9并联后与电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2 脚串接； 所述电子电流低通滤波器电路采用电子电流低通滤波器控制技术，其中R57、 R56 并联后与电容C56、C29、C28、C19并联后串接接到电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2脚。 所述负载电压恒定电路中V32的集电极与电容C13、C14及电阻R17并联后与电流 型脉宽调制解调器芯片Dl的2脚串接； 所述电流检测电路中二极管V6与V7并联后两个二极管的阳极均与电阻R4串接 后与电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2脚串联；电阻R6、R7并联后与Dl的3脚串接； 所述P丽电路的三极管V22的发射极电流型脉宽调制解调器芯片Dl的1脚串接； 本实用新型与现有技术相比其积极效果在于对焊接短路电流加以控制，控制短 路电流大小也就控制了电流变化率di/dt。保证焊接稳定并能防制飞溅过大，且成本低、体 积小、并采用电子电流低通滤波器电路，反应速度快，能有效控制电流的变化率。
图1是本实用新型原理图 图中l控制电源电路；2程序控制电路；3空载、负载检测电路；4电子电流低通滤 波器电路；5负载电压恒定电路；6电流检测电路；7P丽电路；8驱动功率放大和反压电路；
具体实施方式本实用新型具体实施方式
如下控制电源电路采用开关电源模式，保证整个系统 的供电稳定。程序控制电路使整个机器按照设计的时序工作。空载、负载检测电路是当焊 机启动后，区分焊机在工作还是休息。电子电流低通滤波器电路用来控制焊机输出电流的 变化率。负载电压恒定电路是当焊接在短路过渡时保持焊机的输出电压恒定。当送丝速度 恒定时，提高了焊丝的短路频率，达到细化飞溅的目的。电流检测电路是当电流过大时对机 器起保护同时用来抑制电流上升速度。P丽电路用来输出脉冲调节。驱动功率放大和反压电路用来确保IGBT功率管开通和关断。由工频变压器降压至AC20V交流电压，经整流滤波 后通过LM217稳压，输出直流24V和15V，给整个系统和控制部分提供电源。从焊枪开关启 动输入来控制焊机工作和停止，启动焊机在工作时各子程序工作，如主电路启动、电磁气阀 启动、送丝系统启动、反烧时间、延迟送气时间等。电路中D1(UC2845)为电流型脉宽调制解 调器芯片，其中1脚为内部误差放大器输出，2脚为误差放大器反向输入，3脚为电流检测输 入端，4脚为频率振荡设置端，5脚为地，6脚为脉宽调制输出端，7脚为电源电压输入端，8脚 为基准电压5V输出端。整个短弧系统分为空载、静态和动态三种状态，静态是焊机负载是 恒定时，动态是焊机在焊接过程中。当焊机启动时Vll截止，Dl的1脚变为1. 1伏电压以 上，Dl的6脚有脉冲输出，通过V17、V18三极管C7、C11、R15输出至脉冲变压器的原边，耦 合至脉冲变压器的负边驱动IGBT功率管。Cll， C7不仅有隔直作用，且还有储能作用.保 证脉冲关断期间电容上的电压经脉冲变压器放电，使其脉冲关断期间一直有负压加在IGBT 栅极上。二极管V8加速负脉冲下降沿，使IGBT关断更快速。V5、 R16、 R18、 V9、 V10电阻和 稳压管起反向嵌压作用，可抑制驱动变压器反向峰值。当驱动变压器给IGBT栅极输出脉冲 电压时，焊机有空载输出，空载限制由V2和VI组成，当有电流通过电流互感器时，互感器感 应电流接至V6、 V7整流，经R20、 R22、 R21转换成电压信号，经R4接至V2基极。空载时V2 截止，VI导通，Dl的2脚电压经R8、 R9、 VI分压，Dl的2脚为低时，输出脉宽变宽，相应空 载电压就高。负载和动态时V2导通，V1截止。转为负载模式。调节电压经R49、R48、R98、 R99与反馈电压R90、R89和V33、V32组成恒压系统。当焊机输出有电压，静态测试时，给定 和反馈比较后加到D1的2脚，调节给定大小便可调节输出电压高低。但输出电压通过R96、 V43、 V42到V33的基极，输出电压经R95、 R81分压后通过V38、 R80控制V32的导通来控制 静态时的脉宽输出大小。也就是说在静态测试时，焊机的负载输出电压由V42、 V43来控制 到14V左右。当负载电压高于14V时输出电压经R96击穿稳压管V42、43使V33导通，V32 截止，Dl的2脚电压变高，脉宽输出变小。同理，负载电压高于14V时，V32导通脉宽输出 变宽，所以焊机在静态负载测试时，不管负载电阻大小如何变化，始终保持在14V左右。当 焊机在短路过渡过程焊接时，实际上是焊机输出两极通过焊丝不停地在短路，输出电压波 形是在0V和空载之间变换；当焊丝在短路结束，输出电压上升时，电压通过R95、V38给C53 充电至V32导通。因为焊丝短路的频率很快，所以C53两端一直有电压，通过R80使V32在 焊接时一直保持导通状态。使D1的2脚变低，2脚高低由给定电位器调节，使焊机输出电压 在焊接时可调。本系统设计输出为恒压特性。就是焊丝在短路时，当电压恒定时，那么电流 就很大，所以本系统设计了一个电流反馈电路。当电流反馈经V12、 R24、 R23经C16、 R32滤 波分压后经V21加到D1的2脚，当反馈电流越大反馈到D1的2脚的电压就越高，使输出脉 宽变小，保证焊机的可靠性。当输出电流瞬间变化太大时，接在电抗器两端的Rlll的电阻 电压就会在瞬间变化，在经R57、 R56和电容C56、 C29、 C28、 C19耦合到Dl的2脚来控制焊 机输出电压。送丝技术采用了电流型N3 2845集成电路作为控制芯片，通过脉宽调节来控 制送丝速度(即P丽调节技术)，P丽由于调节响应速度快，调节精度高，故其送丝速度非常 稳定，此外本项目产品在正常送丝速度中调制了另外一个200Hz的脉动频率，通过这个频 率使焊丝在焊枪内部不停的轻微摆动。增加送丝稳定性和保证焊机功率的有效传导，减小 焊丝在焊枪里的阻力。所述控制电源电路采用工频变压器及模块LM217稳压技术；[0019] 所述程序控制电路采用焊枪开关启动输入技术； 所述空载、负载检测电路中R8与R9并联后与电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2 脚串接； 所述电子电流低通滤波器电路采用电子电流低通滤波器控制技术，其中R57、 R56 并联后与电容C56、C29、C28、C19并联后串接接到电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2脚。 所述负载电压恒定电路中V32的集电极与电容C13、C14电阻R17并联后与电流型 脉宽调制解调器芯片Dl的2脚串接； 所述电流检测电路中二极管V6与V7并联后两个二极管的阳极均与电阻R4串接 后与电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2脚串联；电阻R6、 R7并联后与Dl的3脚串接； 所述P丽电路的三极管V22的发射极电流型脉宽调制解调器芯片Dl的1脚串接。
权利要求一种用以焊接逆变气体的中、小功率的MIG/MAG气体保护焊机短弧控制系统，其特征在于其包括控制电源电路(1)、程序控制电路(2)、空载、负载检测电路(3)、电子电流低通滤波器电路(4)、负载电压恒定电路(5)、电流检测电路(6)、PWM电路(7)、驱动功率放大和反压电路(8)，二极管V13、V14串接并与二极管V16、V15串接后并联，再与模块LM217的1端串接，电阻R13与模块LM217的2端串接，电阻R12、R11并联后与模块LM217的3端串接，电流型脉宽调制解调器芯片D1的6脚与三极管V17、V18并联后串接，二极管V8与电容C3并联，二极管V5、V9、V10与电阻R16、R18串联后接地，二极管V6、V7并联并与电阻R20、R22、R21并联后串接后接地，电阻R4与三极管V2的基极串接，电流型脉宽调制解调器芯片D1的2脚与电阻R8、R9并联后串联，并与三极管V1的集电极串接，电流型脉宽调制解调器芯片D1的4脚与电阻R40、R39并联后串联并与电容C9串联后接地，电阻R49、R48并联并与电阻R98、R99并联后并联，再与电阻R90、R89并联后串联，三极管V33发射极接地、三极管V32集电极与电阻R69串联后接地，电阻R96与电容C45串联后接地，二极管V43、V42串联并与二极管V39并联后再与三极管V33的基极串接，电阻R95、R81串联后接地，电容C51、C42、C43、C44并联后接地，电容C56接地。
2. 根据权利要求1所述的一种用以焊接逆变气体的中、小功率的MIG/MAG气体保护焊 机短弧控制系统，其特征在于所述空载、负载检测电路中R8与R9并联后与电流型脉宽调 制解调器芯片D1的2脚串接。
3. 根据权利要求1所述的一种用以焊接逆变气体的中、小功率的MIG/MAG气体保护焊 机短弧控制系统，其特征在于所述电子电流低通滤波器电路中电阻R57、 R56并联后与电 容C56、C29、C28、C19并联后串接接到电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2脚。
4. 根据权利要求1所述的一种用以焊接逆变气体的中、小功率的MIG/MAG气体保护焊 机短弧控制系统，其特征在于所述负载电压恒定电路中V32的集电极与电容C13、C14电阻 R17并联后与电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2脚串接。
5. 根据权利要求1所述的一种用以焊接逆变气体的中、小功率的MIG/MAG气体保护焊 机短弧控制系统，其特征在于所述电流检测电路中二极管V6与V7并联后两个二极管的阳 极均与电阻R4串接后与电流型脉宽调制解调器芯片Dl的2脚串联；电阻R6、R7并联后与 Dl的3脚串接。
6. 根据权利要求1所述的一种用以焊接逆变气体的中、小功率的MIG/MAG气体保护焊 机短弧控制系统，其特征在于所述P丽电路的三极管V22的发射极电流型脉宽调制解调器 芯片D1的1脚串接。
专利摘要本实用新型提供了一种用以焊接逆变气体的中、小功率的MIG/MAG气体保护焊机短弧控制系统。采用短路弧压控制闭环电路，保证电弧电压短路时、电压恒定在一定值，形成稳定电弧。控制电源电路采用保证整个系统的供电稳定。程序控制电路使整个机器按照设计的时序工作。空载、负载检测电路当焊机启动后，区分焊机在工作还是休息。电子电流低通滤波器电路控制焊机输出电流的变化率。负载电压恒定电路当焊接在短路过渡时保持焊机的输出电压恒定。当送丝速度恒定时，提高了焊丝的短路频率，细化飞溅。电流检测电路是当电流过大时对机器起保护同时抑制电流上升速度。PWM电路用来输出脉冲调节。驱动功率放大和反压电路确保IGBT功率管开通和关断。
文档编号G05B19/04GK201489380SQ20092015190
公开日2010年5月26日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者曹再华 申请人:浙江巨霸焊接设备制造有限公司