逆变直流点焊动态电阻实时测量装置及测量方法_2

文档序号:8941745阅读:来源:国知局
R24的另一端与运算放大器0P21的同相信号输入 端连接。
[0037] 本实施方式中,给出了积分还原电路2的一种具体结构,该结构能够利用电路的 积分特性将罗氏线圈输出的电流微分信号进行积分还原,获得与次级电流大小呈正比的电 压信号。
[0038] 为了减少积分漂移和电容泄漏误差,电阻R22和电阻R23的取值应满足如下关 系:
[0039]
[0040] 其中,R22为电阻R22的阻值,R23为电阻R23的阻值。
[0041] 通电焊接前,开关S21处于断开状态;通电焊接后,开关S21闭合,进行电流微分信 号的积分还原。
【具体实施方式】 [0042] 五:参见图3说明本实施方式,本实施方式与一所述 的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置的区别在于,所述的差分放大电路3包括电阻R31、 电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C31、运算放大器0P31、运算放大器 0P32和运算放大器0P33 ;
[0043] 所述的运算放大器0P31的同相信号输入端和运算放大器0P32的同相信号输入端 分别与逆变直流点焊机的变压器9次级抽头的两端连接,
[0044] 运算放大器0P31的反相信号输入端与其信号输出端及电阻R31的一端连接,电 阻R31的另一端同时与电阻R33的一端和电容C31的一端连接,电阻R33的的另一端同时 与运算放大器0P33的反相输入端和电阻R35的一端连接,电阻R35的另一端与运算放大器 0P33的信号输出端连接,运算放大器0P33的信号输出端作为差分放大电路3的电压信号输 出端,
[0045] 运算放大器0P32的反相信号输入端与其信号输出端及电阻R32的一端连接,电阻 R32的另一端同时与电容C31的另一端和电阻R34的一端连接,电阻R34的另一端同时与运 算放大器0P33的同相信号输入端和电阻R36的一端连接,电阻R36的另一端接电源地。
[0046] 本实施方式中,给出了差分放大电路3的一种具体结构,该结构能够利用运算放 大器0P31和运算放大器0P42构成的同相跟随器提高电路的输入阻抗,利用电阻R31、电阻 R32、和电容C31构成的低通滤波电路减少高频噪声的干扰,利用电阻R33、电阻R34、电阻 R35、电阻R36和运算放大器0P33构成的放大电路对信号进行放大或衰减,从而获得具有适 当幅值的次级电压信号。放大倍数G为:
[0047]
[0048] 其中,G为放大倍数,R33为电阻R33的阻值,R34为电阻R34的阻值,R35为电阻 R35的阻值,R36为电阻R36的阻值。
[0049] 同时,为了保证适当的放大倍数,
[0050]
[0051] 其中,Us为次级电压信号的幅值,VCC为供电电源正极电压。
[0052] 为了避免信号内的高频噪声对输出信号产生影响,电阻R31、电阻R32和电容C31 的取值应满足如下关系:
[0053]
[0054] 其中,匕表示点焊机的逆变频率,R31为R31的阻值,R32为R32的阻值,C31为电 容C31的电容值。
【具体实施方式】 [0055] 六:参见图4说明本实施方式,本实施方式与四所述 的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置的区别在于,所述的开关S21包括金氧半场效晶体 管D41和电阻R41 ;
[0056] 电阻R41的一端连接电源正极,
[0057] 电阻R41的另一端连接金氧半场效晶体管D41的栅极,并同时作为与嵌入式微处 理器5连接的控制信号输入端,
[0058] 金氧半场效晶体管D41的源极和漏极分别作为开关S21的两端。
【具体实施方式】 [0059] 七:参见图5说明本实施方式,本实施方式与四所述 的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置的区别在于,所述的开关S21包括:光耦D51和电阻 R51 ;
[0060] 电阻R51的一端连接电源正极,
[0061] 电阻R51的另一端连接光親D51中发光二极管的正极,并同时作为与嵌入式微处 理器5连接的控制信号输入端,光耦D51中发光二极管的负极接地,光耦D51中光敏三极管 的集电极和发射极分别作为开关S21的两端。
【具体实施方式】 [0062] 八:参见图1说明本实施方式,本实施方式与一所述 的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置的区别在于,所述的嵌入式微处理器5采用单片 机、DSP处理器或FPGA实现。
[0063] 本实施方式中,嵌入式微处理器5具有两路或两路以上的ADC模块,一路或一路以 上的定时器,以及SPI (串行外设接口)、CAN总线、USART (通用同步/异步串行收发器)等 通讯接口。
【具体实施方式】 [0064] 九:参见图6说明本实施方式,采用一所述的逆变直 流点焊动态电阻实时测量装置实现的动态电阻实时测量方法,该方法的具体过程为:
[0065] 步骤一:逆变直流点焊机通电后,进行通电焊接,利用嵌入式微处理器5定时捕获 逆变直流点焊机的次级回路8上的次级电压信号的上升沿作为时序基准,且时序基准即为 零时刻;
[0066] 步骤二:嵌入式微处理器5具有多个缓存,从零时刻开始通过嵌入式微处理器5对 逆变直流点焊机的次级回路8的次级电流和次级电压信号进行同步自动采集,并将采集的 数据存入嵌入式微处理器5的第一个缓存中,同时利用平均值算法计算第二个缓存中的次 级电压信号数据平均值和次级电流信号数据平均值,再将第二个缓存中的次级电压信号数 据平均值除以次级电流信号数据平均值获得第二个缓存中动态电阻阻值,
[0067] 步骤三:嵌入式微处理器5捕获到下一个时序基准时,嵌入式微处理器5继续进行 同步采集逆变直流点焊机的次级回路8的次级电流信号与次级电压信号,并将采集的数据 存入嵌入式微处理器5的第二个缓存中,同时利用平均值算法计算第一个缓存中的次级电 压信号数据平均值和次级电流信号数据平均值,再将第一个缓存中的次级电压信号数据平 均值除以次级电流信号数据平均值获得第一个缓存中动态电阻阻值;
[0068] 步骤四:重复步骤一至三,直到焊接结束,即可实时获得点焊过程中的动态电阻信 号。
[0069] 本实施方式中,将本发明所述的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置安装在逆变 频率为fi的逆变直流点焊机上。罗氏线圈1和积分还原电路2用于测量次级电流,输出具 有频率为2匕纹波的长脉冲信号;差分放大电路3用于测量次级电压,输出频率为2f i的方 波信号;次级电压同步电路4输出与次级电压信号同步的频率为2匕的脉冲信号,作为采样 和计算的时序基准,记为电压同步信号;嵌入式微处理器5的两个ADC模块用于电流与电压 瞬时值的采样;嵌入式微处理器5的定时器用于控制采样和计算的时序。
【具体实施方式】 [0070] 十:参见图6至图10说明本实施方式,本实施方式与 九所述的采用逆变直流点焊动态电阻实时测量装置实现的动态电阻实时测量方法的区别 在于,所述的步骤二和步骤三中的平均值算法的计算公式为:
[0071]
,
[0072] N表示一个逆变周期内的采样个数,I1为次级电流的测量瞬时值,U i为次级电压的 测量瞬时值,Iatc为一个逆变周期内的次级电流平均值,U^为一个逆变周期内的次级电压 平均值,i为正整数;
[0073] 嵌入式微处理器5的采样速率已知,可通过如下公式计算N :
[0074]
'
[0075] 其中,匕表示点焊机的逆变频率,f彥示采样频率。
[0076] 针对本发明的验证实验效果:
[0077] 下述实验用于验证本发明所述的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置及测量方 法,可以准确测量逆变直流点焊的动态电阻信号,并且同时兼顾安装实施性。
[0078] 根据欧姆定律,为了获得两电极端面之间的动态电阻,需要准确测量电极端面间 的电压。然而,直接在电极端部安装导线进行电压测量的方法可靠性低,暴露在外的导线易 折断、也易遭到焊接飞溅的破坏,不适合现场批量使用。而从变压器次级抽头引出导线测量 次级电压时,次级回路的电感的存在会对测量结果造成显著的影响,次级电压公式如下
[0079]
(1),
[0080] 其中,U表示次级电压大小,I为次级电流大小,Rs为焊钳次级回路的电阻,L s为次 级回路电感。
[0081] 从公式⑴可知,次级电压U由两部分组成,分别为阻性分量和感性分量。仅当次 级回路的电感Ld 0时,次级电压U除以电流I的结果才是次级回路的电阻R s。
[0082] 根据电阻焊次级电路的等效电路模型,次级电压可由如下公式求得:
[0083]
[0084] 其中,U(tQ+t)表示次级电压在tQ+t时刻的大小,t。为初始时刻,t为距离初始时 刻的时间,U s为次级电压信号的幅值,η为某个正整数,f i表示点焊机的逆变频率,s表示电 压信号的占空比大小。
[0085] 在恒占空比条件下,次级电流可由如下公式求得:
[0086]
*
[0087] 其中,I (tft)为
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