全数字逆变式方波交流氩弧焊机制造技术

一种可靠性、一致性和稳定性优良的全数字逆变式方波交流氩弧焊机，包括：功率系统，具有一次整流滤波、一次逆变、主变压器、二次整流滤波、二次逆变、输出回路，响应于一个控制信号，将电网高压正旋交流电转换成低压方波交流电，通过焊接回路完成电能到热能的转换；和控制系统，控制系统包含核心功能单元和人机交互界面；特点是所述控制系统的核心功能单元是数字信号控制器（ＤＳＣ）或者数字信号处理器（ＤＳＰ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及逆变式方波交流氩弧焊机，方波交流氩弧焊机主要应用于铝材 的高质量焊接。
技术介绍
逆变技术在弧焊电源中的应用已十分普遍，现今主流的方波交流氩弧焊机 多采用逆变方式(一次逆变)。如图1所示，按电气功能分类，可将逆变式方波交流氩弧焊机划分为两个系统，功率系统100和控制系统200。逆变式方波交流氩 弧焊机是在控制系统的有效监视和有序控制下使功率系统100将电网高压正旋 交流电(固定频率)转换成低压方波交流电(可变频率)并最终通过焊接回路 完成电能到热能的转换。功率系统100通常包括一次整流滤波、 一次逆变、主变 压器、二次整流滤波、二次逆变、输出回路等六个部分。控制系统200通常包括 辅助电源、网压检测、原边电流反馈、悍接电流反馈、电弧电压反馈、功率单 元的温度反馈、焊矩开关状态检测、冷却单元控制及驱动、保护气体通断控制 及驱动、引弧稳弧电路、 一次逆变驱动、二次逆变驱动、定时器、时序控制逻 辑、波形发生、给定信号调理、反馈信号调理、误差计算、比例积分运算、P丽 调节、人机交互界面220 (包括键盘、开关、调节旋钮、电位器等及LED指示灯、 指针式表头、数字表头、LED数码管、LED表头、LCD显示器及其它类似部件)等 二十一个部分。逆变式方波交流氩弧焊机控制系统200的核心功能单元210包括给定信号调 理、反馈信号调理、误差计算、定时器、时序控制逻辑、波形发生、比例积分 运算、P丽调节等八个部分。根据控制系统200的核心功能单元210的控制机理和实现方法的不同，可将目前已知的逆变式方波交流氩弧焊机分为A、 B两类。A类焊机可称为模拟式或不可编程式，如图2所示，核心功能单元210的核心 控制功能主要由不可编程的小规模的时序控制逻辑、定时器、波形发生、P西调 节等电路来实现。这类焊机的主要问题是可靠性、 一致性、稳定性比较差、 精度低、输出特性单调、功能单一无法拓展、方波交流频率及正负比不可调、 调试烦琐、维修不便。B类焊机可称为半数字式或有限可编程式，如图3所示，核心功能单元210的 核心控制功能主要由微控制器230和PWM调节电路来实现。微控制器230取代了A 类焊机的时序控制逻辑电路、定时器电路、波形发生电路等三部分，使控制电 路得以简化，但由于微控制器230处理能力的限制及另外的五部分功能仍由其它 电路来实现，所以存在如下主要问题 一致性、可靠性、稳定性比较差、输出 特性单调、功能较少较难拓展、性能改善有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种全数字逆变式方波交流氩弧焊机，该焊机可以解 决上述A类和B类逆变式方波交流氩弧焊机的问题，能够大量减少电子元器件用 量而提高可靠性，最大限度地减少模拟电路的使用，而提高一致性和稳定性， 采用数字技术而大幅度改善系统控制的精度，以满足高端或特殊用户的使用要 求。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种全数字逆变式方波交流氩弧焊机，包括功率系统，具有一次整流滤波、 一次逆变、主变压器、二次整流滤波、二 次逆变、输出回路，响应于一个控制信号，将电网高压正旋交流电转换成低压方波交流电，通过焊接回路完成电能到热能的转换；和控制系统，具有辅助电源、网压检测、原边电流反馈、焊接电流反馈、电 弧电压反馈、功率单元的温度反馈、焊矩开关状态检测、冷却单元控制及驱动、 保护气体通断控制及驱动、引弧稳弧电路、 一次逆变驱动、二次逆变驱动以及 包含给定信号调理、反馈信号调理、误差计算、定时器、时序控制逻辑、波形 发生、比例积分运算、PWM调节的核心功能单元，人机交互界面；其特征在于，所述控制系统的核心功能单元是数字信号控制器(DSC)或者 数字信号处理器(DSP)。作为优选，所述的数字信号控制器(DSC)的型号为TMS320F28x，该 TMS320F28x包括C28X 32位CPU(DSC)，用于数据的存取、运算、管理和输入/输出的控制； 外设总线，CPU通过外部总线连接且管理外部设备；中断管理单元，对外设总线所挂接的外部设备产生的瞬变事件作出高速响 应处理；存储器总线，其连接CPU及闪烁存储器(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、 只读存储器(R0M)。作为优选，所述C28X 32位CPU (DSC)包括 32x32乘法器，进行数据运算； 读-修改-写算术逻辑单元(R-M-W ALU);32位浮点单元，通过CPU内部总线或/和存储器总线及外设总线实现数据的传递；32位定时器；实时JTAG单元，用于DSC的调试和仿真。作为优选，所述外设总线连接SCI、 SPI、 12C、 CAN、 CAP、 QEP、 PWM、 ADC等外部设备接口。由于本专利技术控制系统的核心控制功能，即给定信号调理、反馈信号调理、误差计算、定时器、时序控制逻辑、波形发生、比例积分运算、PWM调节等八项 功能，由数字信号控制器(DSC)即可实现，且由于DSC的高速、高精度运算和 控制能力，使本专利技术具有很高的性能。本专利技术所设计的控制系统比起A类焊机的 控制系统减少了约60%的元器件，比起B类焊机的控制系统减少了约30y。的元器 件，零部件大量减少，意味着故障率降低，这将极大地提高了焊机的可靠性。 本专利技术最大限度地减少了模拟电路的使用，其一致性和稳定性都得到很大的提 高，数字技术大幅度改善了系统控制的精度。本专利技术采用的DSC具有高速运算和 控制能力(这是MCU所无法比拟的)，可实现各种输出特性的控制，因此本专利技术 可实现各类强大功能，例如，多种焊接方式，多种操作方式，以及通过变更软 件实现各不相同的功能(其它形式的电源)，本专利技术有利于自动化焊接的联网作 业、便于生产调试及售后维护、满足高端或特殊用户的使用要求。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。 图1是逆变式方波交流氩弧焊机电气功能分类框图。图2是A类焊机控制系统核心功能模块结构框图。图3是B类焊机控制系统核心功能模块结构框图。图4是本专利技术电气功能分类框图。 图5是图4中数字信号控制器(DSC)的结构框图。图5中，P丽一脉冲宽度调制器模块，ADC—模/数转换器模块，QEP—积分 编码脉冲模块，CAP—捕捉单元，GPH通用数字输入输出，SPI—同步串行接口， SCI—串行通讯接口， McBSP—多通道缓冲串行端口， 12C—内部整合串行 接口， CAN—控制局域网接口。具体实施例方式如图4所示，本专利技术全数字逆变式方波交流氩弧焊机，包括功率系统300，具有一次整流滤波、 一次逆变、主变压器、二次整流滤波、 二次逆变、输出回路，响应于一个控制信号，将电网高压正旋交流电转换成低 压方波交流电，通过焊接回路完成电能到热能的转换；和控制系统400，具有辅助电源、网压检测、原边电流反馈、焊接电流反馈、 电弧电压反馈、功率单元的温度反馈、焊矩开关状态检测、冷却单元控制及驱 动、保护气体通断控制及驱动、引弧稳弧电路、 一次逆变驱动、二次逆变驱动 以及包含给定信号调理、反馈信号调理、误差计算、定时器、时序控制逻辑、 波形发生、比例积分运算、PWM调节的核心功能单元，人机交互界面420;其特征在于，所述控制系统的核心功能单元是数字信号控制器(DSC) 410 或者数字信号处理器(DSP)。如图5所示，所述的数字信号控制器(DSC)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全数字逆变式方波交流氩弧焊机，包括：　功率系统，具有一次整流滤波、一次逆变、主变压器、二次整流滤波、二次逆变、输出回路，响应于一个控制信号，将电网高压正旋交流电转换成低压方波交流电，通过焊接回路完成电能到热能的转换；和　控制 系统，具有辅助电源、网压检测、原边电流反馈、焊接电流反馈、电弧电压反馈、功率单元的温度反馈、焊矩开关状态检测、冷却单元控制及驱动、保护气体通断控制及驱动、引弧稳弧电路、一次逆变驱动、二次逆变驱动以及包含给定信号调理、反馈信号调理、误差计算、定时器、时序控制逻辑、波形发生、比例积分运算、ＰＷＭ调节的核心功能单元，人机交互界面；　其特征在于，所述控制系统的核心功能单元是数字信号控制器（ＤＳＣ）或者数字信号处理器（ＤＳＰ）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐爱平，潘磊，萧波，
申请(专利权)人：深圳市佳士科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]