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微机控制多功能IGBT逆变焊机的研制

徐德进  
【摘要】: 随着逆变技术和微机控制技术的发展,本文针对目前国产IGBT逆变焊机控制电路复杂、可靠性差、功能单一、性能价格比低等问题,开展了可以满足CO_2气体保护焊、直流MIG焊和脉冲MIG焊的微机控制多功能IGBT逆变焊机的研制工作。完成了包括主电路、控制电路、脉宽调制电路、驱动电路、系统软件设计以及焊机安装调试等多项研究任务。 本文首先介绍了所研制的逆变焊机的组成结构和控制原理,并就电源主电路、控制电路、保护电路、送丝系统以及控制系统软件的设计做了详细地分析。 逆变电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构,逆变焊机主电路系统由输入滤波整流电路、逆变电路、高频变压器、输出整流滤波电路组成。文中详细讨论了上述电路的设计要点及参数确定,以16位单片机80C196KC为控制核心组成多功能逆变焊机的控制系统。为了控制焊机的输出功率及焊机的输出特性,系统采用脉宽调制型调节方式,脉宽调制信号由PWM专用芯片SG3525组成的脉宽调制电路产生,经过M57959L驱动电路进行功率放大后,驱动IGBT使其导通。为保证控制系统实时对焊机的输出量进行PI调节,系统设计了焊接电压、焊接电流采样调理电路。焊接过程中可能出现过流、过热、过/欠压等故障,焊机设计了相应的保护电路。针对常用的SCR-M送丝系统存在调节范围窄,线性度差等缺点,本文设计制作了脉宽调制型送丝系统,送丝机采用24V直流印刷电机,80C196KC的PWM口输出的脉冲信号经过阻容滤波环节后作为送丝速度给定值,80C196KC的P1.3口通过光耦隔离后控制送丝机的启动。这样设计的送丝系统送丝稳定,调节范围宽。文中还设计了电磁气阀控制电路,80C196KC的P1.4口经过光耦隔离后控制电磁气阀,控制系统既能对送气进行了有效控制又避免了送气回路对主控制系统的干扰。 针对多功能逆变焊机控制的需要,系统软件采用模块化设计方案。文中详细地介绍了采用模块化程序设计方法设计的系统软件主程序以及子程序的功能和结构,并举例说明部分子程序的优化设计思想和系统软件中采用的抗干扰措施的编程实现及设计要点。 本文对电源的实施方案、组成部分进行了实验分析,给出了实验过程中记录的数据与相关波形,并对实验过程中焊接电源出现的特殊问题进行研究分析,提出了解决方法。实验结果表明:该焊机主电路响应速度快,硬件电路简单可靠,系统软件高效、移植性好,抗干扰能力强,用软件代替硬件控制了焊机的输出特性,焊机的性能价格比高,达到了设计的构想和要求。论文所作的研究工作是按照上海威特力焊接设备制造公司要求进行的,采用单片机控制实现恒压、恒流和脉冲的多功能焊接,以及在软件设计中的优化方案和抗干扰措施等都是在产学研合作研究中的创新性研究成果。 论文最后还探讨了基于DSP的弧焊逆变数字化控制系统的设计,该控制系统经过初步调试表明脉宽调制信号通过DSP编程容易实现,键盘及显示电路简单、适用,为后续全数字化焊接电源的研制奠定了基础。


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