一种一体化双丝脉冲MIG焊电源系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一体化双丝脉冲MIG焊电源系统及其控制方法，包括主机电源主电路、从机电源主电路及控制电路；所述主机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与主机电弧负载连接；所述从机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与从机电弧负载连接；所述控制电路包括单一STM32数字化控制模块、第一控制模块及第二控制模块，所述主机电源主电路通过第一控制模块与单一STM32数字化控制模块连接，所述从机电源主电路通过第二控制模块与单一STM32数字化控制模块连接。本发明专利技术使用单一STM32芯片控制一体化的双丝脉冲MIG焊电源系统，系统结构简单。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化双丝脉冲MIG焊电源系统及其控制方法
本专利技术涉及一种基于STM32的高频IGBT逆变
，特别涉及一种一体化双丝脉冲MIG焊电源系统及其控制方法。
技术介绍
双丝脉冲MIG焊因具有焊接速度高、熔敷系数高、焊接质量好等优点而备受各国焊接学者关注。与单电弧焊接技术相比，双丝脉冲MIG焊由于两个电弧共同在一个熔池上燃烧，不仅提高了总的焊接热输入，而且改变了热量分布的特点，在进行高速焊时能有效避免咬边等缺陷，可以大大提高焊接速度和生产效率，能够获得优质美观的焊缝质量。目前，高效化焊接方法和不同焊接工艺的组合大量应用于各种生产场合。常用的双丝脉冲MIG焊采用两台双控制系统经协同控制的焊接电源供电。两台双控制系统的焊接电源要实现协同控制，必须在工作过程中进行数据通信，以确保它们的输出电流的相位关系，通常采用CAN现场总线逐脉冲通信的方式，但该方式硬件设计复杂，容易受到外界干扰，不利于焊接过程的稳定。而一体化双丝脉冲MIG焊可通过单一控制系统实现主机电源和从机电源输出电压电流的调节和电流脉冲相位的协同控制，避免了上述缺陷。由此可见，现有的双丝脉冲MIG焊技术主要有以下几个方面的缺点：（1）结构复杂。分体式双丝脉冲MIG焊主机电源和从机电源相互独立，并采用独立的控制系统进行控制，两个控制系统之间通过通信协议来进行数据交换实现主机电源和从机电源之间脉冲电流相位的协同控制。分体式双丝脉冲MIG焊系统结构复杂，体积庞大，控制系统软件复杂。（2）系统不够稳定。分体式双丝脉冲MIG焊采用通信协议的方式进行数据交换实现主机电源和从机电源之间电流相位的协同控制，该方式容易受到外界干扰，不利于焊接过程的稳定。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足之处，本专利技术提供一种一体化双丝脉冲MIG焊电源系统及其控制方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种一体化双丝脉冲MIG焊电源系统，包括主机电源主电路、从机电源主电路及控制电路；所述主机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与主机电弧负载连接；所述从机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与从机电弧负载连接；所述控制电路包括单一STM32数字化控制模块、第一控制模块及第二控制模块，所述主机电源主电路通过第一控制模块与单一STM32数字化控制模块连接，所述从机电源主电路通过第二控制模块与单一STM32数字化控制模块连接。所述主机电源主电路与从机电源主电路结构相同，均包括依次电气连接的输入整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块及输出整流滤波模块。所述第一控制模块与第二控制模块结构相同，均包括一端与单一STM32数字化控制模块连接的故障保护模块、电压电流检测模块、高频驱动模块，所述故障保护模块的另一端与三相交流输入电网连接，所述高频驱动模块的另一端与高频逆变模块连接，所述电压电流检测模块的另一端与电弧负载连接。所述单一STM32数字化控制模块采用控制芯片STM32F103ZET6，所述控制芯片STM32F103ZET6内嵌移相脉宽调制模块，所述移相脉宽调制模块产生两组四路移相PWM信号，分别控制主机电源主电路及从机电源主电路的开关管的开通和关断。所述故障保护模块包括相互连接的过压检测单元、欠压检测单元、过流检测单元和过温检测单元。所述高频驱动模块包括TLP250光耦芯片，所述TLP250光耦芯片有4个。控制电路还包括人机界面模块，所述人机界面模块与单一STM32数字化控制模块连接。一体化双丝脉冲MIG焊电源系统的控制方法，采用周期四阶段控制法，具体包括如下步骤：焊接启动，主机电源和从机电源同时进行引弧，引弧成功后进入主机峰值从机基值阶段，计算这一阶段的时间T1，启动定时器定时，时间到则切换到主从机基值阶段；计算主从机基值阶段的时间T2，启动定时器定时，时间到则切换到主机基值从机峰值阶段；计算主机基值从机峰值阶段的时间T3，启动定时器定时，时间到则切换到主从机基值阶段;计算主从机基值阶段的时间T4，启动定时器定时，时间到则切换到主机峰值从机基值阶段；上述阶段中T1=T3，T2=T4；如此不断循环往复，实现主机电源和从机电源的电流脉冲相位关系的协同控制。本专利技术的工作原理：本专利技术的主机电源主电路和从机电源主电路的结构相同，基于STM32的控制电路调节主机电源和从机电源的输出电压电流和它们的电流脉冲相位关系。三相工频交流电经过输入整流滤波模块后成为平滑直流电后进入高频逆变模块，然后通过功率变压模块、输出整流滤波模块进入电弧负载。与此同时，基于STM32的控制电路根据第一控制模块和第二控制模块的电压电流检测模块分别检测主机和从机电弧负载的反馈电压电流参数与人机界面模块给定电压电流参数进行PI运算后，发给STM32内嵌的移相脉宽调制模块一个控制信号，使移相脉宽调制模块产生主机电源和从机电源各自四路移相PWM信号，并通过两个高频驱动模块放大去控制主机和从机的高频逆变模块的开关管IGBT在零电压下的开通和关断，而得到20kHz高频高压电，高频高压电再经过功率变压模块转换成符合焊接工艺要求的低电压大电流输出，再经过输出整流滤波模块获到平滑的焊接电流；通过这个过程实现主机电源和从机电源输出电压电流的调节和电流脉冲相位的协同控制；过压、欠压、过流和过温检测电路检测三相工频电压、初级电流和散热器温度，把检测到的电压、电流和温度信号送给故障保护模块，如出现过压、欠压、过流和过温的现象，故障保护模块将送给STM32控制芯片一个低电平故障保护信号，STM32控制芯片产生低电平PWM通过高频驱动模块关断高频逆变模块的开关管，保护主电路安全工作。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：（1）本专利技术以一体化方式实现了双丝脉冲MIG焊电源逆变主电路，系统结构简单；（2）单一STM32控制芯片对一体化双丝脉冲MIG焊主机电源和从机电源进行控制，控制系统结构简单，控制功能主要通过软件实现，抗干扰能力强，解决了分体式双丝脉冲MIG焊电源控制系统结构复杂，体积庞大，主机电源和从机电源通信方式容易受干扰等问题；（3）本专利技术采用软开关逆变技术，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，改善了工作条件，降低了电磁干扰，提高了整机效率。附图说明图1是本专利技术的整体结构框图；图2是本专利技术的主机电源主电路或从机电源主电路的电路原理图；图3是本专利技术的高频驱动模块的电路原理图；图4（a）-图4（b）是本专利技术的电压电流检测模块的电路原理图，其中图4(a)是本专利技术的电压电流检测模块的电压检测电路原理图，图4(b)是本专利技术的电压电流检测模块的电流检测电路原理图；图5是本专利技术的故障保护模块的电路原理图；图6是本专利技术的单一STM32数字化控制模块的电路原理图；图7是本专利技术的主机电源主电路和从机电源主电路的电流脉冲相位图；图8是本专利技术的控制电路的工作流程图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示，一种一体化双丝脉冲MIG焊电源系统，包括主机电源主电路、从机电源主电路及控制电路；所述主机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与主机电弧负载连接；所述从机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与从机电弧负载连接；所述主机电源主电路与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化双丝脉冲MIG焊电源系统，其特征在于，包括主机电源主电路、从机电源主电路及控制电路；所述主机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与主机电弧负载连接；所述从机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与从机电弧负载连接；所述控制电路包括单一STM32数字化控制模块、第一控制模块及第二控制模块，所述主机电源主电路通过第一控制模块与单一STM32数字化控制模块连接，所述从机电源主电路通过第二控制模块与单一STM32数字化控制模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种一体化双丝脉冲MIG焊电源系统，其特征在于，包括主机电源主电路、从机电源主电路及控制电路；所述主机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与主机电弧负载连接；所述从机电源主电路一端与三相交流输入电网连接，其另一端与从机电弧负载连接；所述控制电路包括单一STM32数字化控制模块、第一控制模块及第二控制模块，所述主机电源主电路通过第一控制模块与单一STM32数字化控制模块连接，所述从机电源主电路通过第二控制模块与单一STM32数字化控制模块连接；所述主机电源主电路与从机电源主电路结构相同，采用电压型全桥移相软开关变换器，均包括依次电气连接的输入整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块及输出整流滤波模块；本系统采用周期四阶段控制法，具体包括如下步骤：焊接启动，主机电源和从机电源同时进行引弧，引弧成功后进入主机峰值从机基值阶段，计算这一阶段的时间T1，启动定时器定时，时间到则切换到主从机基值阶段；计算主从机基值阶段的时间T2，启动定时器定时，时间到则切换到主机基值从机峰值阶段；计算主机基值从机峰值阶段的时间T3，启动定时器定时，时间到则切换到主从机基值阶段；计算主从机基值阶段的时间T4，启动定时器定时，时间到则切换到主机峰值从机基值阶段；上述阶段中T1＝T3，T2＝T4；如此不断循环往复，实现主机电源和从机电源的电流脉冲相位关系的协同控制。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块与第二控制模块结构相同，均包括一端与单一STM32数字化控制模块连接的故障保护模块、电压电流检测模块、高频驱动模块，所述故障保护模块的另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开源，李华佳，章涛，董重里，
申请(专利权)人：华南理工大学，广东电网公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：