一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统及其控制方法

专利名称：一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源 系统及其控制方法。
背景技术：
制造业的高速发展，推动了新型高效化自动焊接技术的产生和发展。传统的单丝 焊系统，通过增大线能量的方式来提高生产效率，但是单丝焊过分地增大工作电流会带来 很多问题，主要会出现驼峰焊道和咬边等焊接缺陷。高效化焊接的标志是在保证焊接质量的前提下提高焊接效率。对于中厚板的焊接 已有多种成熟的高效化焊接方法，其中双丝/多丝焊是高效化焊接的一种主要方式。与单 电弧焊接技术相比，以双丝焊为例，由于两个电弧共同在一个熔池上燃烧，不仅提高了总的 焊接热量输入，而且改变热量分布的特点，在进行高速焊时能有效避免咬边等多种缺陷，可 以大大提高焊接速度和生产效率，并且可得到优质美观的焊缝。双丝焊的主要工艺形式有两种一种是Twin arc(同步双弧)，另一种是 Tandem(独立双弧)。Twin Arc采用两个完全相同的脉冲焊接电源，两套送丝机构，一个能 够容纳两根焊丝的导电嘴(两根焊丝不是相互绝缘的)，以及一个熔池。焊接时，两个电源 输出脉冲频率相同，双丝通过的电流也相同，即两根丝以相同的速度熔化到熔池中。Twin Arc的优点是利用电弧自身调节，两个电源之间无需协调器，系统相对简单；但它的缺点也 很明显，电弧的可控性差，焊丝间的相互影响力较大，很难精确控制两根焊丝的熔化及熔滴 过渡。Tandem双丝焊技术是其中应用最多，也最成熟的一种焊接方法。该Tandem双丝焊 技术将两根焊丝按一定的角度放在一个特别设计的焊枪中，两根焊丝由各自的电源独立供 电，相互绝缘，除送丝速度可以不同外，其它所有的参数都彼此独立，两根焊丝的直径、材质 甚至用或不用脉冲，都可以不一样，这样可以最佳地控制电弧，在保证电弧稳定燃烧的前提 下，将两个电弧的相互干扰降到最低。国际上应用Tandem双丝焊技术的生产厂家有德国 Cloos,奥地利Fronius和美国Lincoln公司，该技术的操作和参数调节都较为容易，已被用 户广泛接受。目前Cl00s公司的Tandem双丝高速焊接设备已应用在机车、造船、钢结构等 领域中；奥地利Fronius公司开发的双丝MIG/MAG焊系统在国内外也有众多用户。这些高 速焊设备的缺点是分体式结构，需要相互通讯实现协调控制，对通讯速度要求高，易受到焊 接现场强烈电磁干扰的影响，且设备体积大，成本高。此外，在上述高速焊设备中，逆变焊接 电源设备大多是硬开关方式，工作时处于硬开通、硬关断状态，存在较大的安全隐患，且不 节能。而上述双丝焊方法中，无论哪种方法，在焊接稳定性和焊缝质量方法都还存在一定问 题，主要是两根焊丝之间相互的电磁干扰难以消除，飞溅较大。

发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种细双丝数字化软开关逆变焊接 电源系统，该系统在保证焊接质量和焊接稳定性的前提下能提高焊接效率，可有效降低焊接现场电磁干扰的影响，消除两根焊丝之间相互的电磁干扰，安全性能高，且可减小设备体 积、降低设备成本，以及比较节能。本发明的另一目的在于针对现有技术的不足，提供一种细双丝数字化软开关逆变 焊接电源系统的控制方法，该方法在保证焊接质量和焊接稳定性的前提下能提高焊接效率 和安全性能，且可有效降低焊接现场电磁干扰的影响，消除两根焊丝之间相互的电磁干扰。为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，它包括采用一体化结构内置安装于 同一个焊接电源机箱中的过压欠压保护检测电路、人机交互系统、内置有焊接工艺专家数 据库软件系统的ARM主控制器、两路电路结构相同的有限双极性软开关全桥逆变主电路， 以及两路电路结构相同的驱动与检测电路；所述有限双极性软开关全桥逆变主电路以绝缘栅双极性晶体管IGBT作为开关元 件；所述有限双极性软开关全桥逆变主电路包括依次连接的一次整流滤波电路、高频逆变 电路、功率变压电路、二次整流平滑滤波电路；所述驱动与检测电路包括温度检测电路、开关管驱动电路、过流检测电路、双丝电 流电压采样检测与反馈电路； ARM主控制器分别与两路驱动与检测电路的温度检测电路、开关管驱动电路、过流 检测电路和双丝电流电压采样检测与反馈电路相连接；ARM主控制器与过压欠压保护检测 电路相连接；ARM主控制器与人机交互系统通过串口连接；过压欠压保护检测电路以及两路有限双极性软开关全桥逆变主电路的一次整流 滤波电路均连接同一三相交流输入电源；每一路有限双极性软开关全桥逆变主电路分别与 一路驱动与检测电路相对应，高频逆变电路与相对应的开关管驱动电路相连接，功率变压 电路的初级端与相对应的过流检测电路相连接，每一路有限双极性软开关全桥逆变主电路 的二次整流平滑滤波电路与相对应的一路驱动与检测电路的双丝电流电压采样检测与反 馈电路连接同一电弧负载。其中，所述ARM主控制器的型号为LM3S8962。其中，所述人机交互系统包括CPLD芯片、主控芯片、数字编码器输入电路、按键电 路、LED灯、数码管、显示及输入设备；所述CPLD芯片的I/O接口控制连接LED灯和数码管， CPLD芯片与主控芯片之间通讯连接，主控芯片与数字编码器输入电路、按键电路和显示及 输入设备连接，主控芯片通过串口连接ARM主控制器的TX、RX脚位。其中，所述的开关管驱动电路包括四个由光耦及外围电路构成的开关管驱动单 元，每个光耦都与ARM主控制器连接。其中，所述ARM主控制器的A/D接口与双丝电流电压采样检测与反馈电路连接。其中，所述ARM主控制器的PWM模块分别与两路驱动与检测电路的开关管驱动电 路连接。其中，所述ARM主控制器的GPIO接口分别与过压欠压保护检测电路、温度检测电 路、过流检测电路连接。其中，所述温度检测电路包括连接有散热器的温度传感器，以及信号比较电路和 光耦隔离电路。一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统的控制方法，它包括以下步骤
步骤A，系统开机，系统参数初始化；步骤B，ARM主控制器向人人机交互系统发送焊接开始信号，同时ARM主控制器接 收并获取焊接参数；步骤C，ARM主控制器调用引弧脉冲波形函数，开始引弧；步骤D，如果引弧不成功，返回步骤C ；如果引弧成功，则进入正常焊接过程，进入步骤E ；步骤E，判断所选择的焊接方式，根据选择的焊接方式执行相应的控制子程序，包 括如果焊接方式为脉冲MIG焊，进入脉冲MIG焊控制子程序，分别对两路有限双极性 软开关全桥逆变主电路的电弧参数进行瞬时能量控制；如果焊接方式为双脉冲焊铝，则进入双脉冲焊铝控制子程序，分别对两路有限双 极性软开关全桥逆变主电路进行恒流控制；如果焊接方式为C02/MAG气体保护焊，则进入CO2焊控制子程序，分别对两路有限 双极性软开关全桥逆变主电路进行恒压控制；步骤F，若焊枪开关松开，或焊接过程结束，则ARM主控制器调用收弧函数，进入到 收弧阶段；步骤G，收弧结束，ARM主控制器向人机交互系统发送焊接结束信号，系统进入等 待下一次焊接命令的状态。其中，步骤E中，所述分别对两路有限双极性软开关全桥逆变主电路的电弧参数 进行瞬时能量控制具体为ARM主控制器控制第一路有限双极性软开关全桥逆变主电路输 出峰值电流，同时控制第二路有限双极性软开关全桥逆变主电路输出基值电流，当第一路 有限双极性软开关全桥逆变主电路输出峰值电流结束进入基值电流输出状态时，第二路有 限双极性软开关全桥逆变主电路进入峰值电流输出状态，如此循环反复，使两路有限双极 性软开关全桥逆变主电路的电源脉冲输出相位相差180°。本发明有益效果为本发明所述的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，它包括采用一体化结 构内置安装于同一个焊接电源机箱中的过压欠压保护检测电路109、人机交互系统110、内 置有焊接工艺专家数据库软件系统的ARM主控制器108、两路电路结构相同的有限双极性 软开关全桥逆变主电路，以及两路电路结构相同的驱动与检测电路；所述有限双极性软开 关全桥逆变主电路以绝缘栅双极性晶体管IGBT作为开关元件。上述一种细双丝数字化软 开关逆变焊接电源系统实现了全数字化的双丝焊机控制，通过ARM主控制器108直接对双 丝的协同控制，使焊机具有更好的一致性、动态响应性能；其特点就是双丝在同一个主机 中，利用同一个ARM主控制器108同时直接控制两路有限双极性软开关全桥逆变主电路，不 再是传统的主从式双丝焊机结构，一方面节约体积，降低成本，另外一方面减少通信所带来 的问题；本发明还实现全范围的软开关，大大减少了功率管的开关损耗和电应力，在增效节 能的同时，降低了电磁干扰，提高了逆变焊机的电磁兼容性和可靠性；本发明还可以使焊接 过程的控制更精确，从而实现稳定的焊接过程，提高焊接质量。综上所述，本发明所述一种 细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统在保证焊接质量和焊接稳定性的前提下能提高焊 接效率，可有效降低焊接现场电磁干扰的影响，消除两根焊丝之间相互的电磁干扰，安全性能高，且可减小设备体积、降低设备成本，以及比较节能。本发明所述的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统的控制方法，其利用同 一个ARM主控制器108同时直接控制两路有限双极性软开关全桥逆变主电路的方式，在进 入正常焊接过程后，判断所选择的焊接方式，并根据选择的焊接方式执行相应的控制子程 序，可应用于脉冲MIG焊、双脉冲焊铝、C02/MAG气体保护焊等焊接方式。该方法在保证焊接 质量和焊接稳定性的前提下能提高焊接效率和安全性能，且可有效降低焊接现场电磁干扰 的影响，消除两根焊丝之间相互的电磁干扰。


图1为本发明的结构框图；图2为本发明的工作原理框图；图3-1为本发明的双丝电流电压采样检测与反馈电路的电路结构图的其中一部 分；图3-2为本发明的双丝电流电压采样检测与反馈电路的电路结构图的另一部分；图4为本发明的过流检测电路的电路结构图；图5为本发明的过压欠压保护检测电路的电路结构图；图6为本发明的温度检测电路的电路结构图；图7为本发明的人机交互系统的工作原理框图；图8为本发明的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统控制方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明实施例一一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，如图1所示，它包括采用一体化结 构内置安装于同一个焊接电源机箱中的过压欠压保护检测电路109、人机交互系统110、内 置有焊接工艺专家数据库软件系统的ARM主控制器108、两路电路结构相同的有限双极性 软开关全桥逆变主电路2，以及两路电路结构相同的驱动与检测电路3。其中，所述有限双极性软开关全桥逆变主电路2以绝缘栅双极性晶体管IGBT作 为开关元件；所述有限双极性软开关全桥逆变主电路2包括依次连接的一次整流滤波电路 101、高频逆变电路102、功率变压电路103、二次整流平滑滤波电路104。有限双极性软开关 全桥逆变主电路2设计上的主要特色是在输出滤波电路上通过滤波参数的优化，确保输出 的电流电压的波形无高频干扰，使得脉冲MIG焊、双脉冲焊铝等的波形控制更加精确。所述驱动与检测电路3包括温度检测电路106、开关管驱动电路105、过流检测电 路111、双丝电流电压采样检测与反馈电路107 ；ARM主控制器108分别与两路驱动与检测 电路3的温度检测电路106、开关管驱动电路105、过流检测电路111和双丝电流电压采样 检测与反馈电路107相连接；ARM主控制器108与过压欠压保护检测电路109相连接；ARM 主控制器108与人机交互系统110通过串口连接；过压欠压保护检测电路109以及两路有 限双极性软开关全桥逆变主电路2的一次整流滤波电路101均连接同一三相交流输入电 源4 ；每一路有限双极性软开关全桥逆变主电路2分别与一路驱动与检测电路3相对应，高频逆变电路102与相对应的开关管驱动电路105相连接，功率变压电路103的初级端与相 对应的过流检测电路111相连接，每一路有限双极性软开关全桥逆变主电路2的二次整流 平滑滤波电路104与相对应的一路驱动与检测电路3的双丝电流电压采样检测与反馈电路 107连接同一电弧负载5。如图2所示，作为优选实施方式，所述ARM主控制器108的型号为LM3S8962。其中， 所述的开关管驱动电路105包括四个由光耦及外围电路构成的开关管驱动单元，每个光耦 都与ARM主控制器108连接。所述ARM主控制器108的A/D接口与双丝电流电压采样检测 与反馈电路107连接，完成模拟信号的采样并转换为数字信号。双丝电流电压采样检测与 反馈电路107由霍尔传感器检测输出电流，得到电流采样信号，经过分压、滤波、限压输入 到ARM主控制器108的A/D端口。此外，经过调理后的电流电压采样信号同时会送至人机 交互系统110，由其进行A/D转换后显示出焊接过程中动态的实际焊接电流、电压值。所述ARM主控制器108的PWM模块分别与两路驱动与检测电路3的开关管驱动电 路105连接，利用PWM模块输出的两路PWM信号，经滤波、隔离和放大后分别控制两个开关 管驱动电路105产生有限双极性软开关所需的PWM控制信号，分别驱动两个全桥软开关电 路，每个电路中包括一片UC3846与外围电路构成的全桥软开关的驱动单元，由其生成四路 PWM有限双极性PWM控制信号。所述ARM主控制器108的GPIO接口分别与过压欠压保护检 测电路109、温度检测电路106、过流检测电路111连接。其中，所述温度检测电路106包括 连接有散热器的温度传感器，以及信号比较电路和光耦隔离电路。ARM主控制器108作为 控制的核心，双丝短路和焊枪开关信号输入ARM主控制器108，ARM主控制器108的D/A模 块输送出双丝送丝信号，其中采样电流与给定信号在ARM内进行比较后运算，确定驱动信 号的大小，输出8路脉宽调制信号，从而控制两路有限双极性软开关全桥逆变主电路2的输 出ο上述一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统是由一个ARM主控制器108分 别控制两路有限双极性软开关全桥逆变主电路2，两路有限双极性软开关全桥逆变主电路 2安装在同一个焊接电源机箱中，采用一体化的结构，避免了现有的分体式结构需要互相通 讯带来的问题，满足通讯速度的要求，当任何一路电源出现故障时，能够即时处理，避免了 分体式需要主从通讯后由主机再作出判断带来的延误。作为优选的实施方式，如图3-1和图3-2所示为双丝电流电压采样检测与反馈电 路107的电路结构，其中图3-1的A接口与图3-2的A接口相接，其中图3_1的B接口与图 3-2的B接口相接。双丝电流电压采样检测与反馈电路107主要起到电流电压的采样反馈 作用，以实现闭环控制。双丝电流电压采样检测与反馈电路107中，在电源输出端采用了电 流霍尔传感器IFB。通过采用适当的电阻元件，使得当焊接电流从0-600A变化时，反馈电路 处理后的信号变化范围是0-4V。再经过分压，滤波，限压等调整后得到信号电流反馈信号， 送给ARM主控制器108，由ARM主控制器108进行运算。此外，调理出来的电流电压采样信 号亦会送至人机交互系统的ADC端口，由其进行A/D转换并于人机交互系统110上显示实 际焊接电流、电压值。作为优选的实施方式，如图4所示为过流检测电路111的电路结构，由运放，光耦 等元件构成，当出现因主变压器偏磁和受到电磁干扰而导致过流时，即时关断IGBT。过流 检测电路111主要对功率变压电路103的初级端的电流进行检测。当初级电流超过一定值时，产生过流信号，光耦导通，⑶RRENT-EXC电平被拉低，ARM主控制器108不需要经过程 序即将PWM信号切断，切断过程由ARM主控制器10硬件完成。ARM主控制器108的I/O 口 GPI012/TZ1电平被拉低同时也会触发一个中断，在中断程序里，ARM主控制器108可以进行 进一步的处理和动作。其中，过流检测电路111的传感器连接在功率变压电路103的初级 线圈上；双丝电流电压采样检测与反馈电路107的电流传感器与电弧负载5连接获得电流 采样信号，电压信号直接从电弧负载5两端并联的电阻取得。作为优选的实施方式，如图5所示为过压欠压保护检测电路109的电路结构。过 压欠压保护检测电路109主要起到在电网电压的波动时关断PWM信号输出的作用，由运放， 光耦等元件构成，当电网电压波动范围超过设定的阈值时，关断有限双极性软开关全桥逆 变主电路2。三相交流输入电源4经变压器降压、整流成直流信号VFB，所以VFB正比例于 电网电压。当VFB过高于设定值或低于设定值时，两个比较器比较结果做相“与”运算，结 果为低电平“0”，V0LTAGE-EXC电平被拉高，即ARM主控制器10的I/O 口 GPI013/TZ2电平 被拉高，ARM主控制器10关断PWM信号输出，并进行故障处理。作为优选的实施方式，如图6所示为温度检测电路106的电路结构。P18与温 度传感器THl相连接。温度检测电路106的温度传感器安装在IGBT所在散热器上，用以 检测IGBT发热是否超过规定量，一旦出现过热，温度传感器动作，切断有限双极性软开关 全桥逆变主电路2。温度传感器是常闭开关，若触发则断开，产生过热信号，使光藕导通， CURRENT-EXC电平被拉低，即ARM主控制器10的I/O 口 GPI016/TZ5电平被拉低，此时ARM 主控制器10程序中可以根据此I/O判断是否产生过热信号，并进行处理。如图2和图7所示，其中，所述人机交互系统110包括CPLD芯片、主控芯片、数字 编码器输入电路、按键电路、LED灯、数码管、显示及输入设备；所述CPLD芯片的I/O接口控 制连接LED灯和数码管，CPLD芯片与主控芯片之间通讯连接，主控芯片与数字编码器输入 电路、按键电路和显示及输入设备连接，主控芯片通过串口连接ARM主控制器108的TX、RX 脚位，串口协议为RS232。人机交互系统110主要作用是用于实现数字化的参数给定输入以及用于显示数 字化显示工作过程中的各种参数，它利用以CPLD芯片丰富的I/O接口来控制LED和数码 管，而由主控芯片负责处理键盘与编码器的操作、参数的选择与输入，来实现接收焊接开关 命令，并对双丝电流电压采样检测与反馈电路107所产生的焊接状态参数进行采样处理， 并利用RS232串行总线和GPIO脚与ARM主控制器108通信。其主要特色是主控制部分和 人机交互系统分别采用双ARM的控制方式，可使得ARM主控制器108专注于焊接动态过程 的控制，确保控制的实时性要求；另外，双丝电流电压采样检测与反馈电路107还可同时与 人机系统的人机交互系统110的主控芯片相连，减少了数据通讯量，同时也保证了电流电 压信息显示稳定而不闪烁。人机交互系统110的主控模块采取ARM+CPLD的控制方式，以主 控芯片作为控制核心，作为优选实施方式，主控芯片型号为ARM-S3C2440，并辅助以CPLD芯 片来扩展其I/O接口数量，其主要特色是在编码器控制中采取智能化识别技术，可根据操 作者旋转编码器速度的快慢来调节电流步距，旋转速度快时步距大可快速调节到所要求的 电流值，旋转速度慢时步距小可精确调节到所需要的电流值。型号为ARM9-S3C2440的主控 芯片处理触摸屏模块的操作，通过SYNC或DE模式选择可以控制触摸屏模块工作状态，通过 GPIO接口进行参数的选择与输入，接收的焊接状态命令，并对双丝电流电压采样检测与反馈电路107所产生的焊接状态参数进行采样处理。LCD显示屏用于显示相应操作与焊接状 态。本发明所述一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统的工作原理是应用时， 人机交互系统Iio选择焊接方式并设定参数，三相交流输入电源4经过一次整流滤波电路 101，变成平滑直流电后进入高频逆变电路102，ARM控制器108根据双丝电流电压采样检 测与反馈电路107检测到的电弧负载5的电流、电压信号与给定的参数进行比较，经过ARM 控制器108的PI运算，产生两路PWM信号，经滤波、隔离和放大后分别送到两路开关管驱动 电路105，其中一路开关管驱动电路105放大后控制高频逆变电路102的开关管在零电压 下的开通和关断，实现软开关，从而得到25KHz高频高压电，高频高压电再经过功率变压电 路103转换成大电流低电压的交流脉冲电流，再经过二次整流平滑滤波电路104得到更加 平滑的直流电。过流检测电路111、功率变压电路103的初级电流，如出现过流情况，则ARM 控制器108发出一个中断信号，关闭高频逆变电路102，保护有限双极性软开关全桥逆变主 电路2安全工作。过压欠压保护检测电路109检测三相交流输入电源4的电压，如出现过 压或者欠压现象，则触发ARM控制器108中断，关闭高频逆变电路102。本发明所述一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统的控制方法是
步骤A，系统开机，系统参数初始化；步骤B，ARM主控制器108向人人机交互系统110发送焊接开始信号，同时ARM主 控制器108接收并获取焊接参数；步骤C，ARM主控制器108调用引弧脉冲波形函数，开始引弧；步骤D，如果引弧不成功，返回步骤C ；如果引弧成功，则进入正常焊接过程，进入步骤E ；步骤E，判断所选择的焊接方式，根据选择的焊接方式执行相应的控制子程序，包 括如果焊接方式为脉冲MIG焊，进入脉冲MIG焊控制子程序，分别对两路有限双极性 软开关全桥逆变主电路2的电弧参数进行瞬时能量控制；如果焊接方式为双脉冲焊铝，则进入双脉冲焊铝控制子程序，分别对两路有限双 极性软开关全桥逆变主电路2进行恒流控制；如果焊接方式为C02/MAG气体保护焊，则进入CO2焊控制子程序，分别对两路有限 双极性软开关全桥逆变主电路2进行恒压控制；步骤F，若焊枪开关松开，或焊接过程结束，则ARM主控制器108调用收弧函数，进 入到收弧阶段；步骤G，收弧结束，ARM主控制器108向人机交互系统110发送焊接结束信号，系统 进入等待下一次焊接命令的状态。上述一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统实现了一体化结构，以高速的嵌 入式数字信号处理器ARM芯片LM3S8962为核心，充分利用ARM芯片在嵌入式控制方面的优 越性能，采用模块化、可移植的设计方法，通过软件编程实现电源输出特性控制、焊接控制 波形、人机交互系统110。采用一体化结构，比以往的主从式双丝焊机具有更为优越的性能 和更为轻便的结构。两个有限双极性软开关全桥逆变主电路2的八路PWM信号都直接由ARM 主控制器108通过编程方式输出，最终实现弧焊电源的全数字化控制。一个控制核心对两个主电路的控制，减少了通讯等环节，使双丝焊机具有更好的一致性、动态响应性能和可扩 展性。本发明具有更好的节能性，由于采用有限双极性软开关IGBT逆变技术，通过有限双 极性方式实现IGBT模块零电压开通和关断，使得IGBT在开关过程的电流和电源冲击下，开 通和关断的损耗低，进一步提高逆变效率和能量转换效率、节约能量，降低逆变焊机的电磁 干扰，提高其电磁兼容性。本发明具有多功能特征，由于能够提供双丝C02/MAG焊、脉冲MIG 焊、双丝脉冲焊铝等多种功能，通过改变全数字化控制系统中的工艺程序，可以应用于不同 的工艺环境。本发明实现了精确化，充分利用了 ARM嵌入式微处理器的高速运算和数据处 理能力，对焊接电弧的瞬时能量进行实时采集和分析，根据电弧状态实时自动控制焊接电 源的输出特性，以达到对焊接电弧瞬时能力优化输出和调节的目的，其次通过检测反馈输 出电流电压，对电弧变化进行快速响应，并及时调整输出能量，使控制更精确，以获得优质 的焊接质量，并利用中值波形控制方法进行了精确的波形控制。本发明具有智能化，集成了 现有的焊接工艺专家数据库系统，通过一元化调节的方式，实现双丝参数的自动调节，有效 地解决了双丝工艺参数过多的问题。综上所述，本发明所述一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统在保证焊接质 量和焊接稳定性的前提下能提高焊接效率，可有效降低焊接现场电磁干扰的影响，消除两 根焊丝之间相互的电磁干扰，安全性能高，且可减小设备体积、降低设备成本，以及比较节 能。实施例二如图8所示，本发明所述一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统的控制方 法，它包括以下步骤步骤A，系统开机，系统参数初始化；步骤B，ARM主控制器108向人人机交互系统110发送焊接开始信号，同时ARM主 控制器108接收并获取焊接参数；步骤C，ARM主控制器108调用引弧脉冲波形函数，开始引弧；步骤D，如果引弧不成功，返回步骤C ；如果引弧成功，则进入正常焊接过程，进入步骤E ；步骤E，判断所选择的焊接方式，根据选择的焊接方式执行相应的控制子程序，包 括如果焊接方式为脉冲MIG焊，进入脉冲MIG焊控制子程序，分别对两路有限双极性 软开关全桥逆变主电路2的电弧参数进行瞬时能量控制；如果焊接方式为双脉冲焊铝，则进入双脉冲焊铝控制子程序，分别对两路有限双 极性软开关全桥逆变主电路2进行恒流控制；如果焊接方式为C02/MAG气体保护焊，则进入CO2焊控制子程序，分别对两路有限 双极性软开关全桥逆变主电路2进行恒压控制；步骤F，若焊枪开关松开，或焊接过程结束，则ARM主控制器108调用收弧函数，进 入到收弧阶段；步骤G，收弧结束，ARM主控制器108向人机交互系统110发送焊接结束信号，系统 进入等待下一次焊接命令的状态。其中，步骤E中，所述分别对两路有限双极性软开关全桥逆变主电路2的电弧参数进行瞬时能量控制具体为ARM主控制器108控制第一路有限双极性软开关全桥逆变主电 路2输出峰值电流，同时控制第二路有限双极性软开关全桥逆变主电路2输出基值电流，当 第一路有限双极性软开关全桥逆变主电路2输出峰值电流结束进入基值电流输出状态时， 第二路有限双极性软开关全桥逆变主电路2进入峰值电流输出状态，如此循环反复，使两 路有限双极性软开关全桥逆变主电路2的电源脉冲输出相位相差180°。上述控制方法利用同一个ARM主控制器108同时直接控制两路有限双极性软开关 全桥逆变主电路2的方式，在进入正常焊接过程后，判断所选择的焊接方式，并根据选择的 焊接方式执行相应的控制子程序，可应用于脉冲MIG焊、双脉冲焊铝、C02/MAG气体保护焊等 焊接方式。该方法在保证焊接质量和焊接稳定性的前提下能提高焊接效率和安全性能，且 可有效降低焊接现场电磁干扰的影响，消除两根焊丝之间相互的电磁干扰。以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特 征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
权利要求
一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在于它包括采用一体化结构内置安装于同一个焊接电源机箱中的过压欠压保护检测电路、人机交互系统、内置有焊接工艺专家数据库软件系统的ARM主控制器、两路电路结构相同的有限双极性软开关全桥逆变主电路，以及两路电路结构相同的驱动与检测电路；所述有限双极性软开关全桥逆变主电路以绝缘栅双极性晶体管IGBT作为开关元件；所述有限双极性软开关全桥逆变主电路包括依次连接的一次整流滤波电路、高频逆变电路、功率变压电路、二次整流平滑滤波电路；所述驱动与检测电路包括温度检测电路、开关管驱动电路、过流检测电路、双丝电流电压采样检测与反馈电路；ARM主控制器分别与两路驱动与检测电路的温度检测电路、开关管驱动电路、过流检测电路和双丝电流电压采样检测与反馈电路相连接；ARM主控制器与过压欠压保护检测电路相连接；ARM主控制器与人机交互系统通过串口连接；过压欠压保护检测电路以及两路有限双极性软开关全桥逆变主电路的一次整流滤波电路均连接同一三相交流输入电源；每一路有限双极性软开关全桥逆变主电路分别与一路驱动与检测电路相对应，高频逆变电路与相对应的开关管驱动电路相连接，功率变压电路的初级端与相对应的过流检测电路相连接；每一路有限双极性软开关全桥逆变主电路的二次整流平滑滤波电路与相对应的一路驱动与检测电路的双丝电流电压采样检测与反馈电路连接同一电弧负载。
2.根据权利要求1所述的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在于 所述ARM主控制器的型号为LM3S8962。
3.根据权利要求2所述的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在于 所述人机交互系统包括CPLD芯片、主控芯片、数字编码器输入电路、按键电路、LED灯、数码 管、显示及输入设备；所述CPLD芯片的I/O接口控制连接LED灯和数码管，CPLD芯片与主 控芯片之间通讯连接，主控芯片与数字编码器输入电路、按键电路和显示及输入设备连接， 主控芯片通过串口连接ARM主控制器的TX、RX脚位。
4.根据权利要求2所述的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在于 所述的开关管驱动电路包括四个由光耦及外围电路构成的开关管驱动单元，每个光耦都与 ARM主控制器连接。
5.根据权利要求2所述的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在于 所述ARM主控制器的A/D接口与双丝电流电压采样检测与反馈电路连接。
6.根据权利要求2所述的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在于 所述ARM主控制器的PWM模块分别与两路驱动与检测电路的开关管驱动电路连接。
7.根据权利要求2所述的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在于 所述ARM主控制器的GPIO接口分别与过压欠压保护检测电路、温度检测电路、过流检测电 路连接。
8.根据权利要求7所述的一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在于 所述温度检测电路包括连接有散热器的温度传感器，以及信号比较电路和光耦隔离电路。
9.权利要求1所述一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统的控制方法，其特征在 于，它包括以下步骤步骤A，系统开机，系统参数初始化；步骤B，ARM主控制器向人人机交互系统发送焊接开始信号，同时ARM主控制器接收并 获取焊接参数；步骤C，ARM主控制器调用引弧脉冲波形函数，开始引弧；步骤D，如果引弧不成功，返回步骤C;如果引弧成功，则进入正常焊接过程，进入步骤E ；步骤E，判断所选择的焊接方式，根据选择的焊接方式执行相应的控制子程序，包括 如果焊接方式为脉冲MIG焊，进入脉冲MIG焊控制子程序，分别对两路有限双极性软开 关全桥逆变主电路的电弧参数进行瞬时能量控制；如果焊接方式为双脉冲焊铝，则进入双脉冲焊铝控制子程序，分别对两路有限双极性 软开关全桥逆变主电路进行恒流控制；如果焊接方式为C02/MAG气体保护焊，则进入CO2焊控制子程序，分别对两路有限双极 性软开关全桥逆变主电路进行恒压控制；步骤F，若焊枪开关松开，或焊接过程结束，则ARM主控制器调用收弧函数，进入到收弧 阶段；步骤G，收弧结束，ARM主控制器向人机交互系统发送焊接结束信号，系统进入等待下 一次焊接命令的状态。
10.根据权利要求9所述的细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统的控制方法，其特 征在于步骤E中，所述分别对两路有限双极性软开关全桥逆变主电路的电弧参数进行瞬 时能量控制具体为ARM主控制器控制第一路有限双极性软开关全桥逆变主电路输出峰值 电流，同时控制第二路有限双极性软开关全桥逆变主电路输出基值电流，当第一路有限双 极性软开关全桥逆变主电路输出峰值电流结束进入基值电流输出状态时，第二路有限双极 性软开关全桥逆变主电路进入峰值电流输出状态，如此循环反复，使两路有限双极性软开 关全桥逆变主电路的电源脉冲输出相位相差180°。
全文摘要
本发明涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种细双丝数字化软开关逆变焊接电源系统及其控制方法，本发明的系统包括采用一体化结构内置安装于同一个焊接电源机箱中的过压欠压保护检测电路、人机交互系统、内置有焊接工艺专家数据库软件系统的ARM主控制器、两路电路结构相同的有限双极性软开关全桥逆变主电路，以及两路电路结构相同的驱动与检测电路；有限双极性软开关全桥逆变主电路以绝缘栅双极性晶体管IGBT作为开关元件。本发明在保证焊接质量和焊接稳定性的前提下能提高焊接效率，可有效降低焊接现场电磁干扰的影响，消除两根焊丝之间相互的电磁干扰，安全性能高，且可减小设备体积、降低设备成本，以及比较节能。
文档编号B23K9/10GK101913015SQ20101024029
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者薛家祥 申请人:薛家祥