双ＡＲＭ控制的气保埋弧焊数字化电源系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种双ＡＲＭ控制的气保埋弧焊数字化电源系统及其控制方法，其系统包括机箱和内置电路，内置电路包括主电路单元和主控制单元，主电路单元为有限双极性软开关全桥逆变主电路，主控制单元中采用ＡＲＭ９Ｓ３Ｃ２４４０控制器；其控制方法是通过控制器选择相应的焊接方式，通过主控制单元对焊接过程进行监控，通过主电路单元对三相工频交流电进行转换，得到所需的大电流低电压的平滑直流电。本发明专利技术能在一台焊机上提供埋弧焊和气保焊这两种不同的焊接工艺，且实现了全范围的软开关，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，可以有效地降低逆变焊机的电磁干扰，提高了逆变焊机的电磁兼容性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接电源
，特别涉及一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电 源系统及其控制方法。
技术介绍
在造船、重型机械、输气和输油管道、石油化工塔体等领域大量采用厚大钢结构。 随着电站锅炉和石化容器向大型化、高参数化的发展，锅炉筒体和压力容器壳体的壁厚不 断增加，需要大量高效化的自动焊接设备。埋弧焊与其他传统弧焊方法相比，由于具有一系 列独特的优点，如熔敷率高、焊缝质量好和外表成形美观等，使其在厚大部件的焊接上始终 占有较高的应用比例。近10年来，高效MIG/MAG焊获得了快速的发展，它激发了国内外焊 接科技人员对埋弧焊工艺方法、埋弧焊设备及其控制系统进行了大量的试验研究和新技术 的开发，并取得了卓有实效的成果。例如瑞典ESAB公司和我国兰州理工大学相继研制成功 微处理机控制的埋弧焊机，对于进一步提高和稳定焊接质量发挥了重要的作用。近年来美 国Lincoln公司向世界市场推出了数字化控制的埋弧焊系统，使这种埋弧焊机不仅具有常 规的技术特性，而且还大大扩展了埋弧焊方法的工艺适应性，从而将传统的埋弧焊技术推 进到一个崭新的发展阶段。然而，传统的埋弧焊机由于工作时需要在焊接区的上面覆盖一层颗粒状的焊剂， 电弧在焊剂层下燃烧，焊接电流一般较大。使得其存在适应焊接的位置有限、操作性能不 佳、控制精度不高等缺陷。为了克服传统埋弧焊机的上述缺陷，实现中厚板的高效化焊接，若将埋弧焊的粗 丝高熔敷率和气保焊设备简单焊后不需清渣的特点相结合，提出将气保焊接与埋弧焊接工 艺相结合的电源系统，则可以充分发挥气保焊适应焊接位置广和埋弧焊适于厚大板焊接的 综合优势，扩大埋弧焊的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，针对焊接电源的数字化发展趋势， 提供一种适用于气保埋弧多种焊接工艺下使用的双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系 统。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述电源系统实现的双ARM控制的气保埋 弧焊数字电源控制方法。本专利技术的技术方案为一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，包括机箱 和内置电路，所述内置电路包括主电路单元和主控制单元，主电路单元为有限双极性软开 关全桥逆变主电路；(1)主电路单元包括依次连接的以下各模块一次整流滤波模块，用于将来自工频交流电源的交流电转换为直流电；开关逆变模块，通过控制其内部IGBT的开关周期，将整流滤波模块输出的直流电转换，提供25 30KHz的高频高压电； 功率变压模块，用于将开关逆变模块提供的高频高压电转换成符合焊接工艺要求 的大电流低电压高频交流电；二次整流模块，用于将大电流低电压高频交流电转换为平滑的直流电，并输出送 至电弧负载；一次整流滤波模块的输入端与三相工频交流电源连接，二次整流模块的输出端外 接电弧负载；(2)主控制单元包括以下模块温度检测模块，用于检测开关逆变模块的温度，保证主电路单元正常工作；开关管驱动模块，用于接收控制器的控制信号，驱动开关逆变模块中IGBT的导通 或关闭；过流检测模块，用于实时检测功率变压模块输入端的电流值，保证主电路单元正 常工作；电流电压采样检测反馈模块，用于检测主电路单元向电弧负载输出的电流电压 值，并反馈给控制器，实现闭环控制；过压欠压保护检测模块，用于检测主电路输入端的电压值，使电压值保持在电网 电压的波动范围内，保证主电路单元正常工作；控制器，用于处理各模块的检测信号或反馈信号，控制电源系统使用过程中主电 路单元的工作流程；其中，温度检测模块的输入端与开关逆变模块连接，温度检测模块的输出端与控 制器连接；开关管驱动模块的输入端与控制器连接，开关管驱动模块的输出端与开关逆变 模块连接，过流检测模块的输入端与功率变压模块的电流输入端连接，过流检测模块的输 出端与控制器连接；电流电压采样检测反馈模块的输入端与二次整流模块的输出端连接， 电流电压采样检测反馈模块的输出端与控制器连接；过压欠压保护检测模块的输入端与一 次整流滤波模块的输入端连接，过压欠压保护检测模块的输出端与控制器连接。所述控制器还外接有方便操作控制的人机交互单元。上述电源系统结构中，所述人机交互单元采用ARM+CPLD的控制方式，以ARM芯片 LM3S818作为控制核心，以CPLD芯片EPM240T100作为扩展I/O接口用的辅助模块。所述控制器为ARM9S3C2440控制器，内设有气保埋弧焊软件控制子模块和以太网 通讯子模块，气保埋弧焊软件控制子模块通过以太网通讯子模块分别与过压欠压保护检测 模块、温度检测模块、开关管驱动模块、过流检测模块、电流电压采样检测反馈模块和人机 交互单元连接；控制器的A/D端口与电流电流电压采样检测反馈模块连接，PWM端口与开关管驱 动模块连接，GPIO端口分别与温度检测模块、过压欠压保护检测模块和过流检测模块连接， I/O端口通过MAX3232芯片与人机交互单元连接，开关信号端口分别与电源按钮和焊接开 关连接，D/A端口外接送丝小车驱动机构。所述温度检测模块包括依次连接的温度传感器、信号比较电路、光耦隔离电路，温 度传感器设于开关逆变模块的散热器上，光耦隔离电路的输出端与控制器连接。所述过压欠压保护检测模块包括相连接的第一运放子模块和第一光耦隔离子模块，第一运放子模块的输入端与一次整流滤波模块的输入端连接，第一光耦隔离子模块的 输出端与控制器连接；当电网电压的波动范围超过设定的阈值时，过压欠压保护检测模块 输出信号，关断PWM的信号输出。所述开关逆变模块为有限双极性软开关全桥逆变式结构，包括LC谐振电路和两 个并联设置的IGBT管组，各IGBT管组分别包括两个IGBT，各IGBT管组的输出端与LC谐振 电路连接，LC谐振电路的输出端与功率变压模块连接。所述开关管驱动模块内设有用于对驱动电路的驱动信号进行隔离放大的光耦 TLP250。所述电流电压采样检测反馈模块包括相连接的电流采样检测反馈电路和电压采 样检测反馈电路。其中电流采用检测反馈电路包括依次连接的霍尔传感器、分压子模块、第 一滤波子模块和第一限压子模块，霍尔传感器设于二次整流模块的输出端，第一限压子模 块的输出端与控制器的一个A/D端口连接；由霍尔传感器检测二次整流模块的输出电流， 得到电流采样信号，经过分压子模块、第一滤波子模块和第一限压子模块依次进行分压、滤 波和限压，然后送至控制器。电压采样检测反馈电路包括依次连接的电阻、第二滤波子模 块、第二运放子模块、第二光耦隔离子模块和第二限压子模块，电阻与电弧负载并联设置， 第二限压子模块的输出端与控制器的另一个A/D端口连接；通过与电弧负载并联的电阻取 得二次整流模块的输出电压，得到电压采样信号，经过第二滤波子模块、第二运放子模块、 第二光藕隔离子模块和第二限压子模块依次进行滤波、运放、光耦隔离和限压，然后送至控 制器。此外，经过调理后的电流或电压采样信号同时会送至人机交互单元，由其进行A/D转 换后用于气保埋弧焊过程动态显示的实际焊接电流值和电压值。本专利技术通过上述电源系统实现一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源控制方 法，包括以下步骤(1)在人机交互单元的控制面板上选择焊接方式并设定相关的焊接参数，启动电 源系统；(2)控制器的软件控制子模块选择与焊接方式相应的控制程序，对焊接过程进行 监控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双ＡＲＭ控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，包括机箱和内置电路，所述内置电路包括主电路单元和主控制单元，主电路单元为有限双极性软开关全桥逆变主电路；（１）主电路单元包括依次连接的以下各模块：一次整流滤波模块，用于将来自工频交流电源的交流电转换为直流电；开关逆变模块，通过控制其内部ＩＧＢＴ的开关周期，将整流滤波模块输出的直流电转换，提供２５～３０ＫＨｚ的高频高压电；功率变压模块，用于将开关逆变模块提供的高频高压电转换成符合焊接工艺要求的大电流低电压高频交流电；二次整流模块，用于将大电流低电压高频交流电转换为平滑的直流电，并输出送至电弧负载；一次整流滤波模块的输入端与三相工频交流电源连接，二次整流模块的输出端外接电弧负载；（２）主控制单元包括以下模块：温度检测模块，用于检测开关逆变模块的温度，保证主电路单元正常工作；开关管驱动模块，用于接收控制器的控制信号，驱动开关逆变模块中ＩＧＢＴ的导通或关闭；过流检测模块，用于实时检测功率变压模块输入端的电流值，保证主电路单元正常工作；电流电压采样检测反馈模块，用于检测主电路单元向电弧负载输出的电流电压值，并反馈给控制器，实现闭环控制；过压欠压保护检测模块，用于检测主电路输入端的电压值，使电压值保持在电网电压的波动范围内，保证主电路单元正常工作；控制器，用于处理各模块的检测信号或反馈信号，控制电源系统使用过程中主电路单元的工作流程；其中，温度检测模块的输入端与开关逆变模块连接，温度检测模块的输出端与控制器连接；开关管驱动模块的输入端与控制器连接，开关管驱动模块的输出端与开关逆变模块连接，过流检测模块的输入端与功率变压模块的电流输入端连接，过流检测模块的输出端与控制器连接；电流电压采样检测反馈模块的输入端与二次整流模块的输出端连接，电流电压采样检测反馈模块的输出端与控制器连接；过压欠压保护检测模块的输入端与一次整流滤波模块的输入端连接，过压欠压保护检测模块的输出端与控制器连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王则灵，薛家祥，丰斌，祝国胜，甘焕春，姚屏，
申请(专利权)人：广东火电工程总公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]