一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统及控制方法，包括主机低频脉冲模块、从机低频脉冲模块、主机超高频脉冲模块、从机超高频脉冲模块、DSP数字化控制模块与电弧负载模块，所述电弧负载模块包括主电弧负载模块及从电弧负载模块；本发明专利技术采用一体化控制系统消除了主、从机通信干扰和通信延时，本发明专利技术结构简单，设备制造与维护成本低，电源输出模块化叠加，有利于控制方法的实现。有利于控制方法的实现。有利于控制方法的实现。

【技术实现步骤摘要】
一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，特别涉及一种一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统及控制方法。

技术介绍

[0002]在焊接工业生产或研究中，焊接电流波形是影响焊接质量的重要因素之一，超高频脉冲电流波形是其中一种重要的波形。在焊接过程中，超高频脉冲电流可以提高电弧压力和优化熔滴过渡，加深焊缝熔深，细化焊缝组织晶粒，减小气孔发生率，提高焊缝成形质量。
[0003]硬件电路是产生不同电流波形的关键。现有的焊接电源，大部分都采用硅(Si)功率器件作为功率器件。虽然硅功率器件已经能很好的满足焊接电源的工作环境需求，但面对超高频焊接时，硅功率器件组成的电路不容易获得良好的脉冲波形。碳化硅(SiC)功率器件拥有更高的禁带宽度、更高的临界场强，具有高耐压、低导通电阻、寄生参数小和耐高温等优势。使得SiC功率器件拥有损耗小、工作频率高的优点。在面对超高频工作环境下产生的尖峰电压更不容易被击穿，超高频工作下的热损耗更小，散热也更容易。更高工作频率使得超高频下SiC功率器件产生方波的畸变也更小。
[0004]通过传统单丝焊接方法能够达到的焊接速度一般较低，而双丝脉冲MIG焊的特点是两电弧共同熔池燃烧，加大热输入提高焊接速度的同时还能提高焊缝的成形质量，减少缺陷。而双丝脉冲调制焊接的方法能够实现对焊接热输入模式的控制，提高焊缝的机械性能，而且能减少焊接过程中断弧、短路等现象。当双丝焊接电流波形为超高频脉冲时，双电弧压力显著增大，在加深焊缝熔深的同时还能减少双电弧和熔滴过渡的干扰程度，而双电弧超高频脉冲对熔池具有更大的搅拌作用，相比于单电弧能够进一步细化焊缝晶粒，减小气孔发生率，提高焊缝强度。
[0005]双丝焊接不可避免的存在双电弧干扰问题，这会影响熔滴过渡的过程，从而影响焊缝成形质量。无论低频调制脉冲还是高频脉冲焊接，主、从机的高、低频脉冲电流的相位直接影响着焊接过程中的熔滴过渡。当主、从机高频脉冲电流同相时(相位差为0)，两个焊接电弧在电流流向相同时会互相吸引，使双丝熔滴相互吸引，导致熔滴相撞，最终熔滴大小、落点都不规律，从而影响焊接质量，而高、低频脉冲电流反相或者相位错开则可减小双电弧干扰，从而使熔滴过渡的干扰减小。
[0006]中国专利ZL202010679033.9公开了基于SiC的双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统及控制方法，有效地实现了对双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统的控制，但存在以下缺点：
[0007](1)系统复杂，常用的双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统采用两台协同控制的分体式焊接电源。通常采用CAN现场总线逐脉冲通信的方式，以确保两台焊接电源之间的电流相位关系。但是该方式焊接电源主电路和控制系统硬件电路设计复杂，电源体积庞大，控制系统软件程序复杂。
[0008](2)通信干扰和通信延时，焊接现场通常干扰严重，CAN现场总线逐脉冲通信的方式容易受到通信干扰，且通信存在延时，不利于超高频脉冲电流相位的精密控制，从而影响焊接过程的稳定进行。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统及控制方法。
[0010]本专利技术在双丝焊和超高频脉冲MIG焊的基础上，将双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统进行一体化设计和控制，并在超高频脉冲模块输出端采用SiC器件，提出一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统及控制方法，简化了系统结构。在满足了超高频脉冲电流相位的精密控制需求的同时，还避免了主、从机通信干扰和通信延时。
[0011]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0012]一种一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统及控制方法，包括主机低频脉冲模块、从机低频脉冲模块、主机超高频脉冲模块、从机超高频脉冲模块、DSP数字化控制模块与电弧负载模块，所述电弧负载模块包括主电弧负载模块及从电弧负载模块；
[0013]所述主机低频脉冲模块及主机超高频脉冲模块的输入端与三相交流电网连接，输出端并联后与主电弧负载模块连接；
[0014]所述从机低频脉冲模块及从机超高频脉冲模块的输入端与三相交流电网连接，输出端并联后与从电弧负载模块连接；
[0015]所述DSP数字化控制模块分别与主机低频脉冲模块、从机低频脉冲模块、主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块连接，实现一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统的三种输出模式；
[0016]所述主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块均包括直流斩波电路，所述直流斩波电路采用SiC器件。
[0017]进一步，所述三种输出模式包括：
[0018]所述主机低频脉冲模块及从机低频脉冲模块的输出电流同相，且主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块的输出电流同相，形成输出模式一；
[0019]所述主机低频脉冲模块及从机低频脉冲模块的输出电流同相，且主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块输出电流反相，形成输出模式二；
[0020]所述主机低频脉冲模块及从机低频脉冲模块的输出电流反相，形成输出模式三。
[0021]进一步，所述主机低频脉冲模块及从机低频脉冲模块结构相同，均包括输入整流滤波电路、全桥逆变电路、变压器及输出整流滤波电路。
[0022]所述主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块结构相同，均包括输入整流滤波电路、全桥逆变电路、变压器、输出整流滤波电路及直流斩波电路；
[0023]进一步，所述主机低频脉冲模块、从机低频脉冲模块、主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块均采用恒流控制，具体为：
[0024]每个模块采用霍尔电流传感器采集输出整流滤波电路的输出电流信号，输入DSP数字控制模块中的PI控制器，所述PI控制器将采集的电流信号与电流参考值进行运算，得到输出量后调节全桥逆变电路的PWM，控制电流输出，实现恒流控制。
[0025]进一步，所述直流斩波电路由DSP数字化控制模块进行控制，其开关频率高达1MHz，且频率在1MHz内可任意调整。
[0026]进一步，通过调整DSP数字化控制模块的电流参考值实现主机低频脉冲模块及从机低频脉冲模块的低频调制波形。
[0027]一种一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统及控制方法，所述DSP数字化控制模块控制主机低频脉冲模块、从机低频脉冲模块、主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块选择不同的输出相位，形成三种输出模式。
[0028]进一步，所述输出模式选择具体为：首先选择主机或从机，并依次选择低频脉冲模块及超高频脉冲模块的电流输出模式。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0029](1)本专利技术采用SiC功率器件作为超高频脉冲模块输出器件，其具有更高的耐压值，减少了器件耐压被击穿的情况。其独特的耐高温性能，降低散热难度。SiC功率器件开关频率高，产生的脉冲方波畸变更小。脉冲方波畸变小使得电弧更加坚挺，减少了双电弧干扰和熔滴过渡干扰，使电弧具有更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统，其特征在于，包括主机低频脉冲模块、从机低频脉冲模块、主机超高频脉冲模块、从机超高频脉冲模块、DSP数字化控制模块与电弧负载模块，所述电弧负载模块包括主电弧负载模块及从电弧负载模块；所述主机低频脉冲模块及主机超高频脉冲模块的输入端与三相交流电网连接，输出端并联后与主电弧负载模块连接；所述从机低频脉冲模块及从机超高频脉冲模块的输入端与三相交流电网连接，输出端并联后与从电弧负载模块连接；所述DSP数字化控制模块分别与主机低频脉冲模块、从机低频脉冲模块、主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块连接，实现一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统的三种输出模式；所述主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块均包括直流斩波电路，所述直流斩波电路采用SiC器件。2.根据权利要求1所述一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统，其特征在于，所述三种输出模式包括：所述主机低频脉冲模块及从机低频脉冲模块的输出电流同相，且主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块的输出电流同相，形成输出模式一；所述主机低频脉冲模块及从机低频脉冲模块的输出电流同相，且主机超高频脉冲模块及从机超高频脉冲模块输出电流反相，形成输出模式二；所述主机低频脉冲模块及从机低频脉冲模块的输出电流反相，形成输出模式三。3.根据权利要求1所述一体化双丝复合超高频脉冲MIG焊电源系统，其特征在于，所述主机低频脉冲模块及从机低频脉冲模块结构相同，均包括输入整流滤波电路、全桥逆变电路、变压器及输出整流滤波电路；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开源，杨浩然，林京，黄浩，曾敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：