專利名稱：嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種焊接電源，特別涉及一種嵌入式數字化控制的管板全位置 自動焊接逆變電源。
背景技術：
近年來，為了滿足用電需求，全國各地抓緊建設新電廠和電廠增容，在 電建行業(yè)中，中、大型冷凝器/換熱器的制造尤為重要。管頭管板接頭的連接 是整個冷凝器/換熱器制造過程的關鍵工序。這種焊接接頭的數量大，焊接位 置間距小，管口接頭長期承受壓差對管子產生的軸向負荷、多次反復加熱、 冷卻、高壓和介質腐蝕疲勞強度破壞的作用，對焊縫的致密性和力學性能要 求嚴格。以前冷凝器/換熱器的制造常采用紫銅管漲接工藝，設備長時間服役 后會產生銅綠及銅管漲接處泄漏問題，從而嚴重影響換熱效率和使用壽命， 后期維修成本高。目前，為了防止冷凝器換熱管腐蝕，國內普遍將材質改為 鈦合金或者奧氏體耐蝕不銹鋼，采用強度漲接加密封焊工藝，徹底解決泄漏
問題。由于整個冷凝器管板焊口數量多達4 8萬個，工作量大、手工操作難 度大、工期緊、焊縫質量要求高，諸多因素決定了電建行業(yè)冷凝器迫切需要 全位置自動管板焊設備。為了提高管子管板焊接質量和可靠性，使之具有良 好的致密性，并大幅度提高焊接效率，采用輕便小巧、控制精度高和動態(tài)響 應能力好的全位置管板自動焊機具有重要意義。
全位置管板焊的焊接包括平焊，上坡焊，下坡焊，仰焊等，熔池受力的 情況各不相同。在平焊位置，重力易造成熔池往管口內流淌；而在仰焊位置， 重力易使熔池偏離焊縫，造成焊縫成型不均勻。為了減小重力對熔池的影響， 全位置管板焊一般采用脈沖焊方式，即在峰值時間形成熔池，基值時間維持 電弧不熄滅，采用較高而持續(xù)時間又短的脈沖電流和較小的基值電流(又稱 維弧電流)，可使平均焊接電流值保持在較低水平。在不增大焊接熱輸入量 的條件下，高的脈沖電流可以增加熔深，使母材充分熔化，改善溶透情況； 調整基值電流大小和基值時間則可以控制熔融金屬的表面張力和凝固速度。
采用脈沖電弧還可以增加電弧的軸向穩(wěn)定性，加強對熔池的攪拌作用，有利 于管子管板的全位置焊接和改善焊縫的結晶組織，并消除氣孔。其平均焊接 電流小，故焊接熱輸入量較小，熔池尺寸小，熱影響區(qū)窄，且焊縫由很致密 的焊點疊加而成，易于獲得熔合良好、外觀成形均勻的焊縫。
國內有些廠家從國外引進管板全自動焊機，由于國產管子的尺寸精度不 高及裝配質量問題，從而使這些對管子質量要求很高的設備難以得到正常使 用。我國從上世紀80年代后期引進了多臺管板自動焊機，但使用效果都不理 想。國內設計制造的管板自動焊機大多是仿制國外的產品，采用模擬控制模 式，制造精度和操作性能均不如國外產品，使用過程中存在可調靈活性差， 面向工作范圍窄，自動化程度低，使得工作效率低，勞動強度大等不足,很難 在生產實踐中得到推廣。
焊接電源的數字化是大勢所趨。數字化技術使焊接電源更可靠，性能更好， 功能更全， 一致性更好。焊接電源的數字化包括兩大含義， 一是主電路的數字 化，二是控制電路的數字化，逆變技術的應用使得主電路的數字化己經成為現 實。而在控制電路的數字化方面，由于功能強大、價格低廉的微處理器的快速 發(fā)展，先進的控制方法和智能控制算法有了較好硬件物質基礎，使得焊接電源
的智能化程度更高，性能更加完美;控制系統(tǒng)靈活，系統(tǒng)升級方便，易于實現
多參數的協(xié)同控制，甚至可以在線修改控制算法及控制參數，而不必改動硬件
線路，大大縮短了設計周期；控制電路的元器件數量明顯減少，因此縮小了控 制板體積，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性；控制系統(tǒng)的可靠性提高， 易于標準化；系統(tǒng)的一致性較好，生產制造方便。
要達到強實時控制下的穩(wěn)定性和安全性，這是是否采用嵌入式操作系統(tǒng) 以及嵌入式系統(tǒng)是否符合應用要求的評價標準。數字化焊接電源是一個典型 的對時間要求比較苛刻的實時嵌入式系統(tǒng)。ARM具有豐富的控制接口，強大 的運算能力，綜合性能好，可以作為數字化焊機控制系統(tǒng)的微控制器； IJC/0S-II是1992年出現并在1999年推出的嵌入式多任務實時操作系統(tǒng)，在 2000年得到了美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)對用于商用飛機的、符合RTCA D0178B標準的認可，從而證明pC/OS-ll具有足夠的穩(wěn)定性和安全性。 IjC/OS-ll是基于優(yōu)先級的可剝奪型內核，特別適合于焊接電源這種多任務、 對時間要求比較苛刻的場合。據檢索，目前還未有以32位ARM嵌入式微處理
器以及IJC/0S-M作為數字化控制核心的全位置管板自動逆變焊機的相關技術
成果，市場上更沒有相關產品的報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于公開一種基于ARM的嵌入式數字化管板全位置自動 焊接電源。該電源以32位arm嵌入式微處理器為核心，將ijC/OS-II嵌
入式實時操作系統(tǒng)移植到焊機的控制中，使焊機具備優(yōu)異的一致性、可靠性 和動態(tài)響應能力，基于電弧瞬態(tài)能量的精細化控制技術，優(yōu)化利用焊接電弧 能量，提高熱效率，保證良好的電弧穩(wěn)定性，以獲得優(yōu)質的管板接頭焊接質
為實現本發(fā)明的目的采用如下技術方案 一種嵌入式數字化控制的管板 全位置自動焊接逆變電源，分別連接三相交流輸入電源和負載，其包括主電 路、控制電路和高頻引弧電路；其中，所述主電路由整流濾波模塊、高頻逆變 模塊、功率變壓模塊、整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊與三相 交流輸入電源相連接，所述整流平滑模塊與負載相連接；所述控制電路包括過 壓欠壓保護檢測模塊、電流電壓采樣檢測與反饋模塊、ARM微處理器和高頻 驅動模塊，所述過壓欠壓保護檢測模塊分別與三相交流輸入電源和ARM微處 理器相連接，所述電流電壓采樣檢測與反饋模塊分別與ARM微處理器和負載 相連接，所述ARM微處理器分別與過壓欠壓保護檢測模塊、電流電壓采樣檢 測與反饋模塊和高頻驅動模塊相連接，所述高頻驅動模塊分別與ARM微處理 器和主電路中的高頻逆變模塊相連接；所述高頻引弧電路分別與ARM微處理 器和負載相連接。
為了更好地實現本發(fā)明，所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接 逆變電源還包括分別與ARM微處理器相連接的人機對話模塊、溫度檢測模 塊和機頭調速驅動模塊。
所述主電路由整流橋、LC濾波電路、逆變橋、變壓器、整流電路及外圍 電路相互連接組成。
所述過壓欠壓保護檢測模塊由橋式檢測電路、與非門及外圍電路相互連 接組成。
所述ARM微處理器是指固化有pC / OS - II嵌入式實時操作系統(tǒng)的32
位高速ARM嵌入式微處理器。
所述高頻驅動模塊由IGBT驅動芯片TLP250、芯片MC7824及外圍電路
相互連接組成。
所述高頻引弧電路由芯片IC1555、脈沖變壓器及外圍電路相互連接組成。 所述溫度檢測模塊由熱敏電阻、運算放大器及外圍電路相互連接組成。 所述機頭調速驅動模塊由線性光藕芯片PC817及外圍電路相互連接組成。
本發(fā)明的原理是這樣的本發(fā)明為基于ARM微處理器的嵌入式數字化控 制的全位置管板自動焊接逆變電源，主電路采用全橋逆變式拓撲結構，采用高 頻脈沖引弧方式。脈寬調制是通過在|JC / OS - II嵌入式實時操作系統(tǒng)中進行 軟件編程，來實現給定信號與反饋信號的比較運算，并通過ARM微處理器的 PWM模塊直接輸出數字化的PWM信號，通過高頻驅動模塊進行隔離放大， 來控制功率開關管IGBT按照一定的時序導通與關閉，實現高頻交直流轉變。 電流反饋是在負載電流輸出端用霍爾元件檢測輸出電流，得到采樣信號，經過 放大、比較，再輸送到ARM微處理器，來改變功率管IGBT的導通與截止時 間，實現占空比的調節(jié)以達到功率調節(jié)的目的，使電弧的瞬時輸出能量保持穩(wěn) 定，達到焊接過程精細化控制的目的。ARM微處理器還輸出一路數字化的 PWM信號給管板焊接機頭調速驅動模塊，實現對管板焊接機頭轉速的調節(jié)和 控制。
相對于現有技術，本發(fā)明的主要優(yōu)點和有益效果是
1、 本發(fā)明的嵌入式數字化管板全位置自動焊接電源，基于ARM微處理 器實現了全數字化控制，使管板接頭全位置焊接電源具有更好的一致性、動 態(tài)響應性能和可擴展性。
2、 本發(fā)明的嵌入式數字化管板全位置自動焊接電源，基于ARM微處理 器，對焊接電弧的瞬態(tài)能量進行實時精細化控制，使管板全位置焊接過程的 電弧能量得到精確和柔性控制，保證良好的電弧穩(wěn)定性和挺度，更易于獲得 優(yōu)質的焊接質量。
3、 本發(fā)明的嵌入式數字化管板全位置自動焊接電源，基于ARM微處理 器，采用高頻IGBT逆變技術，進一步提高了電能的轉換效率、節(jié)省制造材 料、減少了焊接電源的體積，提高了現場應用的適應性。


圖1是本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的結構
方框圖2是本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的主電 路的電路原理圖3是本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的控制 電路中高頻驅動模塊的電路原理圖4是本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的控制 電路中ARM微處理器的具體連接圖5是本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的高頻 引弧電路的電路原理圖6是本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的控制 電路中電流電壓采樣檢測與反饋模塊的電路原理圖7是本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的機頭 調速驅動模塊的電路原理圖8是本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的溫度 檢測模塊的電路原理圖9是本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源的控制 電路中過壓欠壓保護檢測模塊的電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方 式不限于此。
如圖1所示，本發(fā)明的嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源 由主電路、控制電路、高頻引弧電路相互連接組成。主電路由整流濾波模塊 101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103、整流平滑模塊104依次連接組 成，整流濾波模塊101與三相交流輸入電源相連接，整流平滑模塊104與電 弧負載相連接?？刂齐娐酚蛇^壓欠壓保護檢測模塊109、電流電壓采樣檢測與 反饋模塊107、 ARM微處理器105和高頻驅動模塊106相互連接組成，其中，
三相交流輸入電源通過過壓欠壓保護檢測模塊109和ARM微處理器105相連 接，ARM微處理器105與高頻驅動模塊106、高頻逆變模塊102依次連接， 電弧負載通過電流電壓采樣檢測與反饋模塊107與ARM微處理器105相連 接，ARM微處理器105與高頻引弧電路111、電弧負載依次連接。ARM微處 理器105還分別連接人機對話模塊108、溫度檢測模塊110和機頭調速驅動模 塊112。其中，溫度檢測模塊110包括過熱檢測電路與過熱故障分析電路，其 與散熱器和功率變壓器上的溫度傳感器相連接，同時與ARM微處理器芯片的 中斷輸入引腳相連；人機對話模塊108包括對給定信號、輸出信號的處理以及 顯示電路；機頭調速驅動模塊112主要包括隔離電路、供電電路以及驅動放大 電路等應用電路。
主電路的電路原理圖如圖2所示，三相交流輸入電源連接整流濾波模塊 101中的整流橋BR1，然后連接濾波環(huán)節(jié)L1、 C5 C8，再連接高頻逆變模塊 102的逆變橋VT1~4、 C11~14、 R5~8。高頻逆變模塊102的輸出連接功率變 壓模塊103的高頻功率變壓器T1的初級，變壓器T1的次級連接整流平滑模 塊104中的高頻全波整流電路D1 D3、濾波環(huán)節(jié)L2、C9~10、C15~16、R1~2、 R9后輸出直流電，與電弧負載相連接，以上環(huán)節(jié)構成功率主電路。高頻逆變 模塊102包括TR1和TR2兩個逆變橋臂，每個橋臂包含了兩個單元的IGBT。
高頻驅動模塊106主要起到數模隔離以及功率放大作用，由于ARM微處 理器105輸出的兩路PWM脈沖波形均為峰值電壓3.3V的方波，不能滿足驅 動IGBT的功率要求，而且也無法實現控制電路與IGBT間的隔離。因此，本 發(fā)明采用東芝的TLP250 IGBT專用驅動模塊來組成驅動電路。高頻驅動模塊 106的電路原理圖如圖3所示，ARM產生的兩路PWM信號PWM1和PWM2 分別作為圖中U2、U4和U3、U5的光藕TLP250的輸入信號，TP1 2、TP3-4、 TP5 6、TP7 8等四對測試點的輸出信號分別作為高頻逆變模塊102中VT1~4 的IGBT的驅動信號，這樣，由ARM微處理器105輸出給TLP250的3.3V 的PWM信號不需要電平轉換只需通過高頻驅動模塊106，就可直接驅動高頻 逆變模塊102中的IGBT:當來自ARM的PWM高電平信號來到時，通過高 頻驅動模塊106， IGBT的柵極得到一個+ 15V的驅動信號而導通；當PWM 低電平信號到來時，通過高頻驅動模塊106， IGBT的柵極得到一個一7V的電 壓而截止。這樣，就能很好滿足快速開關功率管的要求。圖3中，B1 4分別
為整流橋、U10 13分別為三端穩(wěn)壓器件。
如圖4所示，ARM微處理器模塊105采用32位高速ARM嵌入式微處理 器芯片，以固化于arm微處理器芯片內的|jc / os - ii嵌入式實時操作系統(tǒng) 為逆變焊機的操作系統(tǒng)平臺。ARM微處理器將電流電壓采樣檢測與反饋模塊 107檢測到的負載電流電壓與設定的參數進行比較，并由固化在ARM微處理 器上的mC / OS - II嵌入式實時操作系統(tǒng)完成數據運算和處理，再經過ARM 微處理器105的PWM引腳輸出兩路PWM信號PWM1和PWM2，信號PWM1 和PWM2通過高頻驅動模塊106隔離和放大后去控制高頻逆變模塊102的開 關管開通和關斷。ARM微處理器芯片主要實現電源的輸出特性控制、焊接過 程的時序控制、管板焊接接頭轉速調節(jié)控制和外部監(jiān)控與人機對話的功能。外 部監(jiān)控信號如電源指示、故障指示、欠過壓指示等是通過ARM芯片來控制的， 脈沖焊接時的脈沖頻率、電流上升下降時間、焊接基值和峰值電流、高頻引弧、 電流電壓顯示信號的控制也都是通過ARM芯片來完成的。其中，過壓欠壓保 護檢測模塊109檢測到的欠過壓檢測信號、溫度檢測模塊110檢測到的過熱 檢測信號等信號與ARM微處理器的中斷端口相連接。利用ARM芯片控制外 部監(jiān)控與人機對話使得本焊接電源的多參數調節(jié)與控制更方便，使用更簡易， 易于推廣。
如圖5所示，高頻引弧電路111采用弱電流高頻高壓引弧技術。脈沖變壓 器T5的一端通過電阻R106與輸入供電整流部分相連接，另一端與高頻場效 應管Q1相連，Q1的型號為IRF850，由IC1 555芯片構成的脈沖發(fā)生電路控 制高頻場效應管Q1的開通和關斷，來控制脈沖變壓器T5的工作狀態(tài)，實現 脈沖轉換功能；火花放電器(P1、 P2)、電容C108、脈沖變壓器T5構成了 高頻振蕩回路。ARM微處理器的高頻引弧控制信號控制ICI 555觸發(fā)器的工 作狀態(tài)，高頻引弧電路111通過IC1 555觸發(fā)器控制高頻開關場效應管Q1快 速開通與關閉，實現脈沖變壓器T5的原邊產生高頻信號，變壓器T5的次級 通過與電弧負載電路耦合，使輸出端得到高頻信號。引弧時，讓鎢極末端與焊 接表面之間保持一定的小間隙，然后接通高頻振蕩器脈沖引弧電路，使間隙擊 穿放電而引燃電弧，實現可靠的非接觸引弧，還可防止焊縫產生夾鎢缺陷。
如圖6所示為電流電壓采樣檢測與反饋電路。電流、電壓信號的檢測結果 除了可以用于反饋控制(電流、電壓的信號由傳感器①②③④⑤⑥⑦采集后，
經過信號處理傳送到ARM微處理器的A/D轉換引腳)獲得電源所需的外特性 外，也可以用于電源動態(tài)特性、波形控制和時序控制以及過電流保護控制。電
流電壓的采樣檢測是這樣實現的采用霍爾傳感器①②③④對電流信息進行采
集，并經過運算放大器U25B、 U26A等進行處理后得到與焊機輸出電流成線 性關系的電壓信號，輸入到ARM處理器的檢測引腳；電壓信號通過圖中傳感 器⑤(D⑦采集，采用電阻分壓(R128和RP10進行分壓)的方法對輸出電壓 進行檢測，并經過電感L3、 L7與電容C128~129， R129濾波，之后經過運 算放大器U27B和U28A進行信號調理，再經過線性光耦芯片PC817 (U29)、 運算放大器U30A進行隔離、調整，成為與輸出電壓成線性關系的電壓信號， 送到ARM處理器的檢測引腳。
如圖7所示是機頭調速驅動模塊112的電路原理圖。管板焊接機頭的旋轉 速度直接影響著焊縫的質量，同時在焊接過程的控制上起著重要作用。機頭調 速驅動模塊112的工作原理為從ARM處理器105輸出的速度調節(jié)控制模擬 信號(速度給定信號)經過由型號為LF353N的運算放大器U18A和U18B等 構成的運放電路進行放大處理，再經過線性光藕芯片PC817 (U17)進行光耦 隔離，同時利用反饋控制，得到與由ARM處理器輸出的速度調節(jié)控制模擬信 號(速度給定信號)成線性變化的并與速度給定信號隔離的機頭調速信號，此 機頭調速信號通過機頭電機的驅動電路實現對機頭的調速控制。其反饋控制是 這樣實現的PC817 (U17)是線性光電耦合器，它能夠傳輸連續(xù)變化的模擬 電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強弱變化會產生相應的光信號，從而使 光敏晶體管的導通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同。該器件能夠提 供兩路信號的同步隔離，它的兩個輸入端1/2， 3/4串聯(lián)在一起，這樣兩者流 過的電流大小是一樣的，它里面集成的光敏晶體管導通程度也是一樣的，也就 是說它的兩個輸出端5/6和7/8輸出的電信號大小也是一樣的，因此，可以用 5/6引腳的輸出來進行機頭調速控制，同時利用7/8引腳的輸出信號作為反饋 信號，將該信號反饋回由U18B， R68， C59， RP1構成的反饋運算電路，來 調節(jié)PC817的輸入電信號的強弱，由RP1調節(jié)反饋的深度，達到反饋控制的 效果。
如圖8所示為溫度檢測模塊110的電路原理圖。其原理是用一個電阻R150 與CN25中的熱敏電阻①②來實現對VCC的分壓，得到的電壓信號輸入到運
算放大器U50反相端，U50作為比較器進行電壓比較。比較器U50同相端為 給定參考電壓，當溫度低于設定溫度時，比較器U50的輸出端輸出低電平， 當溫度高于設定溫度時比較器U50的輸出端輸出高電平。比較器U50的輸出 端與ARM處理器故障檢測引腳相連，當過熱檢測信號反映散熱器和功率變壓 器溫度過高時，比較器U50輸出端的輸出為高電平，此信號可引發(fā)ARM處理 器內中斷服務程序，完成中斷處理和顯示。
如圖9所示為過壓欠壓保護檢測模塊109的電路原理圖，其原理是將 三相交流輸入電源用橋式電路、三相電路及變壓器降壓，整流成直流信號后再 進行檢測；調節(jié)橋式電路電阻R200， R201， R202， R203的大小，就可改變 電網過電壓、欠電壓的閥值電壓，即可以起到電網過電壓、欠電壓保護作用。 圖中，與非門U62的輸出端與ARM處理器的故障檢測引腳相連，當與非門 U62輸出端輸出的欠過壓檢測信號出現過電壓或欠壓故障時，與非門U62輸 出低電平，作為中斷的觸發(fā)信號傳送到ARM處理器的故障檢測引腳，引發(fā)中 斷服務程序，完成中斷處理與顯示。
本發(fā)明嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源是這樣工作的 三相380V工頻交流電經過整流濾波模塊101后成為平滑直流電，進入高頻逆 變模塊102， ARM微處理器105將電流電壓采樣檢測與反饋模塊107檢測到 的負載的電流值與設定值進行高速數據運算和處理，經過ARM微處理器105 中的PWM模塊輸出死區(qū)時間可調的兩路PWM信號，這兩路PWM信號通過 高頻驅動模塊106進行數模隔離與功率放大后轉變?yōu)樗穆夫寗有盘?，去控制?頻逆變模塊102，實現IGBT功率開關管的開通和關斷，并得到20~30KHz高 頻高壓電，高頻高壓電再經過功率變壓模塊103轉換成符合焊接工藝要求的大 電流低電壓的脈沖電流，再經過整流平滑模塊104得到更加平滑的直流電；通 過脈寬調制的方式實現逆變焊機直流脈沖輸出，這就是整個的閉環(huán)控制過程。 溫度檢測模塊110檢測散熱片溫度，送給ARM微處理器105從而控制高頻逆 變模塊102，形成過熱保護控制環(huán)節(jié)，以保證電源的安全工作；過壓欠壓保護 檢測模塊109檢測三相工頻交流輸入電壓，把檢測到的電壓信號送給ARM微 處理器105，用給定電壓電流與采樣電壓電流信號進行比較，控制PWM模塊 的輸出，如出現過壓、欠壓的現象，ARM微處理器105將關閉其PWM模塊 的輸出，從而保障電源的安全。ARM處理器105與機頭調速驅動模塊112相連接，由ARM處理器輸出控制量，經過機頭調速驅動模塊處理之后直接驅動機頭的電機，實現轉速的調節(jié)。上述實施例具有以下特點1 、全數字化本實施例首次以32位高速ARM嵌入式微處理器為核心， 以|JC / OS - II嵌入式實時操作系統(tǒng)為弧焊電源的數字化控制平臺，充分利用 ARM芯片在嵌入式控制方面的優(yōu)越性能，采用模塊化、可移植的設計方法， 通過軟件編程實現電源輸出特性控制、焊接時序控制、外圍監(jiān)控與人機對話以 及機頭調速控制功能，PWM信號直接由ARM芯片通過編程方式輸出，最終 實現弧焊電源的全數字化控制，使焊機具有更好的一致性、動態(tài)響應性能和可 擴展性。2、 精細化本實施例充分利用了 32位ARM嵌入式微處理器的高速運算 和數據處理能力，對焊接電弧的瞬態(tài)能量(焊接電流與焊接電壓)進行實時釆 集、計算、分析、推理以及綜合智能判斷，根據不同焊接位置時的各種電弧狀 態(tài)實時自動控制焊接電源的輸出特性，以達到對焊接電弧瞬態(tài)能量優(yōu)化輸出和 調節(jié)的目的，跟蹤電弧狀態(tài)快速響應電弧變化和焊接電流的設定，同時通過整 流平滑模塊的能量調節(jié)作用，使焊接過程的控制更精確和柔性化，保證電弧即 使在低電流情況下依然可以穩(wěn)定的燃燒，以獲得優(yōu)質的焊接質量。3、 高效化本實施例采用高頻IGBT逆變技術，提高能量轉換效率、節(jié) 省制造材料，降低焊機體積和重量，節(jié)約了制造成本。與過流、過壓、欠壓、 過熱檢測與保護等電路相結合，進一步提高了焊機的安全性和可靠性。4、 柔性化本實施例能夠實現多種脈沖參數柔性組合能力，能夠滿足管 板焊接的不同階段對焊接參數調節(jié)的需求。在起弧階段，采用高頻引弧模塊控 制引弧，實現非接觸引弧，起弧容易；通過電流緩升功能，使得起弧瞬間電流 沖擊小，飛濺??；在收弧過程，通過電流的緩降功能，弧坑可以得到良好填充， 焊縫成形美觀；在正常焊接過程，利用脈沖基值電流維持電弧的燃燒，通過脈 沖峰值實現金屬的熔化和熔滴的均勻穩(wěn)定過渡，保證良好的焊縫質量。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實 施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、 替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源，分別連接三相交流輸入電源和負載，其特征是，包括主電路、控制電路和高頻引弧電路；其中，所述主電路由整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊、整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊與三相交流輸入電源相連接，所述整流平滑模塊與負載相連接；所述控制電路包括過壓欠壓保護檢測模塊、電流電壓采樣檢測與反饋模塊、ARM微處理器和高頻驅動模塊，所述過壓欠壓保護檢測模塊分別與三相交流輸入電源和ARM微處理器相連接，所述電流電壓采樣檢測與反饋模塊分別與ARM微處理器和負載相連接，所述ARM微處理器分別與過壓欠壓保護檢測模塊、電流電壓采樣檢測與反饋模塊和高頻驅動模塊相連接，所述高頻驅動模塊分別與ARM微處理器和主電路中的高頻逆變模塊相連接；所述高頻引弧電路分別與ARM微處理器和負載相連接。
2、 根據權利要求1所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電 源，其特征是，所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源還包 括分別與ARM微處理器相連接的人機對話模塊、溫度檢測模塊和機頭調速驅 動模塊。
3、 根據權利要求1所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電 源，其特征是，所述主電路由整流橋、LC濾波電路、逆變橋、變壓器、整流 電路及外圍電路相互連接組成。
4、 根據權利要求1所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電 源，其特征是，所述過壓欠壓保護檢測模塊由橋式檢測電路、與非門及外圍電 路相互連接組成。
5、 根據權利要求1所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電 源，其特征是，所述ARM微處理器是指固化有iJC/OS-ll嵌入式實時操作 系統(tǒng)的32位高速ARM嵌入式微處理器。
6、 根據權利要求1所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源， 其特征是，所述高頻驅動模塊由IGBT驅動芯片TLP250、芯片MC7824及外圍 電路相互連接組成。
7、 根據權利要求1所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源， 其特征是，所述高頻引弧電路由芯片IC1 555、脈沖變壓器及外圍電路相互連接組成。
8、 根據權利要求2所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源， 其特征是，所述溫度檢測模塊由熱敏電阻、運算放大器及外圍電路相互連接組成。
9、 根據權利要求2所述嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源， 其特征是，所述機頭調速驅動模塊由線性光藕芯片PC817及外圍電路相互連接組成。
全文摘要
本發(fā)明為一種嵌入式數字化控制的管板全位置自動焊接逆變電源，包括主電路、控制電路和高頻引弧電路；主電路由整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊、整流平滑模塊依次連接組成，整流濾波模塊連接三相交流輸入電源，整流平滑模塊連接負載；控制電路包括過壓欠壓保護檢測模塊、電流電壓采樣檢測與反饋模塊、ARM微處理器和高頻驅動模塊，過壓欠壓保護檢測模塊分別連接三相交流輸入電源和ARM微處理器，電流電壓采樣檢測與反饋模塊分別連接ARM微處理器和負載，ARM微處理器還分別與高頻驅動模塊和高頻引弧電路連接；高頻驅動模塊還與高頻逆變模塊連接；高頻引弧電路還與負載連接。本發(fā)明可實現管板自動焊接逆變電源的全數字化控制。
文檔編號B23K9/10GK101391336SQ20081021863
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權日2008年10月24日
發(fā)明者晉 李, 王則靈, 王振民, 黃石生 申請人:廣東火電工程總公司;華南理工大學