全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源制造技术

本实用新型专利技术提供了一种全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，涉及焊接设备技术领域，其特征在于：包括主电路和控制电路；所述主电路包括依次连接的整流滤波模块、前级逆变模块、中频变压模块、快速整流滤波模块和后级逆变模块；所述整流滤波模块与三相交流输入电源连接，后级逆变模块与电弧负载连接；所述前级逆变模块、中频变压模块、快速整流滤波模块和后级逆变模块均与控制电路连接以实现由控制电路控制电源输出。该焊接电源可实现直流、直流脉冲、方波、方波脉冲和脉冲方波等五种电流波形输出；同时该焊接电源主电路采用双逆变结构，具有良好的电能转换效率和动态响应性能。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源
本技术专利涉及焊接设备
，具体是指一种全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源。
技术介绍
与传统焊机相比，逆变焊机具有高效节能、重量轻、体积小、动态性能好等诸多优点，非常有利于实现精密化控制，已成为焊接设备技术的主流发展方向。但逆变焊机的模型复杂，采用模拟控制或经典控制很难取得良好的控制效果。同时在很多应用场合，为最大限度地降低生产运行成本，往往需要焊机具备“一机多用”功能。例如，在焊接铝、镁等轻质金属及其合金材料时，需采用交流波形焊接以充分利用电弧的阴极破碎作用；同时，为确保焊接工艺质量，需要精确控制焊接过程的热输入，这就要求焊机能够对交流电流的频率、幅值及正负半波占空比等进行精细调节；如果在现场有多种材料的焊接结构件，可能需要采用TIG、MIG、交流方波等多种焊接方法。现有焊机还不能满足这些需求，因此研发出一种多功能的焊接电源，使焊机更符合现时的技术需求。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，该焊接电源可实现直流、直流脉冲、方波、方波脉冲和脉冲方波等五种电流波形输出；同时该焊接电源主电路采用双逆变结构，具有良好的电能转换效率和动态响应性能。为了达到上述目的，本技术通过下述技术方案予以实现:一种全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，其特征在于:包括主电路和控制电路；所述主电路包括依次连接的整流滤波模块、前级逆变模块、中频变压模块、快速整流滤波模块和后级逆变模块；所述整流滤波模块与三相交流输入电源连接，后级逆变模块与电弧负载连接；所述前级逆变模块、中频变压模块、快速整流滤波模块和后级逆变模块均与控制电路连接以实现由控制电路控制电源输出。本技术焊接电源能够根据工艺要求，可实现直流、直流脉冲、交流方波、方波脉冲和脉冲方波等五种电流波形输出，电流波形的频率、基值、峰值、占空比等均可根据不同焊接工艺需求灵活调节，从而实现焊接热输入的精确控制，能够满足轻质金属材料、不锈钢、碳钢等多种材料的优质焊接需求。本技术焊接电源的主电路采用双逆变结构，可提高电能转换效率和改善动态响应性能。进一步的方案是:所述前级逆变模块采用全桥逆变拓扑结构；所述前级逆变模块采用移相软开关工作模式或硬开关工作模式实现功率换流。前级逆变模块采用全桥高频逆变技术，传递功率强，能量转换效率高；同时前级逆变模块的功率开关管需要承受的电压较低，可避免功率开关管的损坏。所述后级逆变模块采用双半桥并联拓扑结构。后级逆变模块采用了双半桥并联拓扑结构，可以充分利用后级逆变模块的功率开关管的电流承载能力，降低了制造成本。所述快速整流滤波模块采用耦合电抗以实现高性能的平滑滤波。快速整流滤波模块采用了耦合电抗，有效改善了电流纹波，有利于提高焊接质量。更进一步的方案是:所述控制电路包括ARM最小系统、高频驱动模块、低频驱动模块、峰值电流检测模块、电流反馈模块和人机交互模块；其中，高频驱动模块的输入端与ARM最小系统连接，输出端与前级逆变模块连接；低频驱动模块的输入端与ARM最小系统连接，输出端与后级逆变模块连接；峰值电流检测模块的输出端与ARM最小系统连接，输入端与中频变压模块连接；电流反馈模块的输出端与ARM最小系统连接，输入端与快速整流滤波模块连接；人机交互模块用于电源输出参数的设定，人机交互模块与ARM最小系统连接。设有人机交互模块，使电源的控制更精确，操作更便利，扩展性和一致性更好。所述控制电路还包括过压欠压检测模块、过热检测模块和动作检测模块；所述过压欠压检测模块的输入端与三相交流输入电源连接，输出端与ARM最小系统连接；所述过热检测模块和动作检测模块均与ARM最小系统连接。焊接电源还包括扩展部件，扩展部件通过CAN接口模块和继电器模块与ARM最小系统连接；所述扩展部件包括高频引弧装置、供气装置、冷却装置、行走机构、送丝机、磁控电弧装置和管板焊机头中任一项或一项以上。优选的方案是:所述人机交互模块采用数字面板。所述数字面板包括型号为TM4C123FH6PM的ARM微处理器二、键盘、CPLD芯片、正交编码器、数码管和LED灯以及外围辅助电路；所述ARM微处理器二分别与ARM最小系统、键盘和CPLD芯片连接；所述CPLD芯片分别与正交编码器、数码管和LED灯连接。本技术焊接电源采用基于“ARM+CPLD”双芯结构的数字面板，实现多参数精确设定和精细调节。优选的方案是:所述ARM最小系统包括型号为LM4F232H5QC的ARM微处理器一、芯片供电子模块、晶振子模块、JTAG调试子模块和复位子模块；所述ARM微处理器设有基于FreeRTOS实时内核的变极性方波焊接电源数字控制软件。型号为LM4F232H5QC的ARM微处理器一是基于SOC级Cortex-M4内核ARM微处理器,本技术焊接电源以基于Cortex_M4内核的ARM微处理器为核心，以FreeRTOS为实时内核，实现多任务实时调度和焊接工艺过程的精确控制。与现有技术相比，本技术具有如下优点与有益效果:1、本技术焊接电源实现了对输出电流波形的柔性控制，提高焊接电源输出能量的控制精确度，能够实现直流、直流脉冲、交流方波、方波脉冲和脉冲方波等多种波形的输出，工艺适应性好，能够满足多种焊接工艺的需求；尤其适用于轻质金属材料；2、本技术焊接电源实现了全数字控制，使方波脉冲焊接电源具有更好的一致性、动态响应性能和可靠性；3、本技术焊接电源采用双逆变拓扑结构，动态响应好，能够进一步提高效率和逆变频率，节省材料，降低了制造成本。【附图说明】图1是本技术焊接电源的系统结构框图；图2是本技术焊接电源的主电路原理图；图3是本技术焊接电源的控制电路结构框图；图4是本技术焊接电源的ARM最小系统的原理图；图5是本技术焊接电源的数字面板结构框图。【具体实施方式】下面结合附图与【具体实施方式】对本技术作进一步详细的描述。实施例一种全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，其系统结构框图如图1所示。焊接电源包括主电路100和控制电路200。主电路100包括依次连接的整流滤波模块101、前级逆变模块102、中频变压模块103、快速整流滤波模块104和后级逆变模块105 ;整流滤波模块101与三相交流输入电源连接，后级逆变模块105与电弧负载106连接；前级逆变模块102、中频变压模块103、快速整流滤波模块104和后级逆变模块105均与控制电路200连接以实现由控制电路200控制焊接电源的输出。本技术焊接电源能够根据工艺要求，可实现直流、直流脉冲、交流方波、方波脉冲和脉冲方波等5种电流波形输出，电流波形的频率、基值、峰值、占空比等均可根据不同焊接工艺需求灵活调节，从而实现焊接热输入的精确控制，能够满足轻质金属材料、不锈钢、碳钢等多种材料的优质焊接需求，尤其适用于轻质金属材料的优质高效焊接。主电路100采用双逆变结构，可提高电能转换效率和改善动态响应性能。前级逆变模块102采用全桥逆变拓扑结构；前级逆变模块102采用移相软开关工作模式或硬开关工作模式实现功率换流。前级逆变模块102采用全桥高频逆变技术，传递功率强，能量转换效率高；同时前级逆变模块10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，其特征在于：包括主电路和控制电路；所述主电路包括依次连接的整流滤波模块、前级逆变模块、中频变压模块、快速整流滤波模块和后级逆变模块；所述整流滤波模块与三相交流输入电源连接，后级逆变模块与电弧负载连接；所述前级逆变模块、中频变压模块、快速整流滤波模块和后级逆变模块均与控制电路连接以实现由控制电路控制电源输出。

【技术特征摘要】
1.一种全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，其特征在于:包括主电路和控制电路；所述主电路包括依次连接的整流滤波模块、前级逆变模块、中频变压模块、快速整流滤波模块和后级逆变模块；所述整流滤波模块与三相交流输入电源连接，后级逆变模块与电弧负载连接；所述前级逆变模块、中频变压模块、快速整流滤波模块和后级逆变模块均与控制电路连接以实现由控制电路控制电源输出。2.根据权利要求1所述的全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，其特征在于:所述前级逆变模块采用全桥逆变拓扑结构；所述前级逆变模块采用移相软开关工作模式或硬开关工作模式实现功率换流。3.根据权利要求1所述的全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，其特征在于:所述后级逆变模块采用双半桥并联拓扑结构。4.根据权利要求1所述的全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，其特征在于:所述快速整流滤波模块采用耦合电抗以实现高性能的平滑滤波。5.根据权利要求1至4中任一项所述的全数字变极性多功能方波脉冲焊接电源，其特征在于:所述控制电路包括ARM最小系统、高频驱动模块、低频驱动模块、峰值电流检测模块、电流反馈模块和人机交互模块； 其中，高频驱动模块的输入端与ARM最小系统连接，输出端与前级逆变模块连接；低频驱动模块的输入端与ARM最小系统连接，输出端与后级逆变模块连接；峰值电流检测模块的输出端与ARM最小系统连接，输入端与中频变压模块连接；电流反馈模块的输出端与ARM最小系统连接，输入端与快速整流滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，唐少杰，冯允樑，郭文龙，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44