文档介绍：第7章弧焊电源的控制
弧焊电源控制系统的概述
弧焊电源控制系统的关键技术
弧焊电源的单片机控制
弧焊电源的全数字化控制
弧焊电源的智能控制
机器人用弧焊电源
数字式控制弧焊电源产品介绍
弧焊电源控制系统的概述
弧焊电源的控制方法分类
对弧焊电源的控制方法可有不同的分类方法,按控制装置来分,主要有:机械式控制、电磁式控制、电子式控制和数字式控制,如图7-1所示。按控制方法来分,主要有:PID控制、自适应控制、模糊逻辑控制、人工神经网络控制等。按控制内容来分有外特性控制、动特性控制和工艺程序控制等等。
图7-1 弧焊电源控制方法的分类
弧焊电源各种控制方法的特点
采用机械装置来控制弧焊接电源的外、动特性方法有:动铁式、
动圈式、抽头式弧焊变压器,弧焊整流器等。它是通过机械移动铁心
或绕组的位置,或换接抽头来改变漏抗和控制漏抗,从而控制弧焊电源的外特性。其动特性取决于弧焊电源自身的结构及其电气参数。机械式控制的弧焊电源的特点是结构简单结实、工作可靠。其规范参数有级调节,在建筑工地等场合还在使用。但是它们的无功损耗大、控制性能差,不能做到精细的控制,只能用在对焊接质量要求不太高的场合。
磁式控制的弧焊电源有串联饱和电抗器式弧焊变压器、磁放大器式弧焊整流器和弧焊发电机等。它们靠改变主回路中饱和电抗器的磁饱和程度来控制弧焊电源的外特性,其外、动特性也主要取决于弧焊电源本身的结构。电磁式控制弧焊电源的特点是工作可靠性高,但是磁惯性大、调节速度慢、不灵活,体积和重量都很大,效率低,它们将逐渐被淘汰。我国已明令禁止生产磁放大器式弧焊电源,而弧焊发电机也只生产少量的柴油发电机式,用于野外施工无动力供应的场合。
弧焊电源各种控制方法的特点
电子式控制的弧焊电源无论是弧焊电源的外特性还是动特性,都完全采用电子电路进行控制,包括电流、电压波形的任意控制,而与自身的结构没有决定性关系。电子式控制的弧焊电源主电路采用电力电子功率器件进行功率调节,常用的器件有晶闸管、晶体管、场效应管和IGBT等;采用微电子集成IC为核心的控制电路,使弧焊电源的性能得到大幅度的提升。电子式控制的弧焊电源的主要特点是:控制精度高,可控性好;参数调节范围宽,可调参数多;动特性好,动态响应速度快;高效、节能省材。
数字式控制的弧焊电源是在电子式控制弧焊电源的基础上,以单片微处理器、DSP、ARM嵌入式芯片为核心实现弧焊电源的部分或全数字化控制。目前在弧焊电源中常用的微处理器有:各种型号的单片微机,有8位和16位的;DSP数字信号处理器,主要有通用型,如美国TI公司的TMS3202xx系列;32位的嵌入式ARM微处理器也开始在弧焊电源中使用。
对弧焊电源控制系统的要求
电子、数字式控制类弧焊电源,与传统的电源区别,它的外特性、调节特性、动特性,除了与结构有一定的关系外,更重要的还受控制于电子、微电子电路。而且它干的往往是“细活”。因而对它的要求也较高,除要求它完成上述的四个基本要求的“宏观”控制任务外,还要求对其静、动态特性,输出的焊接电流、电压波形,引弧、收弧,脉冲波形,多焊接参数的优化匹配等等,进行任意的“微观”控制与变换,还包括工艺时序控制,以便实现高性能、高速度、高质量和对多种贵重材料的自动、半自动焊接,以及具有多功能、柔性的特点。有关电子控制技术原理,在上述电子式控制的弧焊电源中已作较详细的介绍,本章主要介绍数字式控制技术。
弧焊电源控制系统的关键技术
工艺时序控制技术
各种焊接方法都要按照一定的程序操作焊接过程,如图7-2a所示为带高频引弧器的TIG弧焊逆变器工艺控制时序。焊枪开关接通后,弧焊电源的控制电路开始工作,Ar保护气电磁阀开通;延时后,高频引弧器开通引燃电弧,引弧成功后高频引弧器关断。电流在电弧引燃时经过短暂的峰值后回到维弧电流,经过一段预热延时后缓升到正常值。在焊接结束前电流要缓降到维弧电流,经过一段延时后再降为零。送气阀经过延时后再关断。
a)
图7-2 弧焊工艺控制时序
a) TIG焊(带高频引弧)工艺时序 b) CO2焊工艺时序
b)
引弧和收弧控制技术
对于熔化极气体保护焊,在引弧过程中由于焊丝和工件的接触不可避免地存在
抖动,电压产生剧烈震荡,电流上升缓慢,引燃电弧较为困难。图7-3a在引弧过
程中,在空载电压上维持有一段时间,电流上升迅速,引弧时间短,引弧顺畅,电弧声音柔和。
在收弧过程中,电流应缓慢减少到零,让焊丝回烧以填平弧坑,减少弧坑裂纹等焊接缺陷。若收弧过程中电流冲击比较严重,焊接电流和电弧电压的抖动都比较剧烈,收弧过程不稳定,焊接过后有较大的弧坑出现