02-中頻焊接控制器原理(側重電路原理)

1、中頻焊接控制器基本原理中頻點焊焊接控制器的主要作用就是把工頻三相電源轉換為穩(wěn)定的中頻單相電源，電壓從380V（線電壓380V，相電壓220V，線電壓倍的相電壓）提高到514V（三相橋式整流，不包含濾波，輸出電壓為1.35倍的線電壓，即380*1.35=514V）,頻率從50Hz提高到1000Hz以上，再通過焊接變壓器轉換和整流，變成需要的直流電流供點焊焊接使用。上述原理稱為中頻逆變直流，其電路原理圖如下圖所示：圖1的電路中實現逆變的關鍵元件是IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管），這種器件利用制作集成電路的方法，由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面優(yōu)點。它可以承受高達數千伏的電壓，并且可以控制高達數千安培的電流。2、三相橋式整流基本原理J \Jk1圖2三相橋式整流電路首先分析整流電路，整流電路把三相交流電轉變?yōu)橹绷麟?，就是由六個整流管組成的全波整流電路，三相全波整流電路如圖2所示。一般三相全波橋式整流電路已經做成了集成化電路，成為一個固定電壓、固定電流的三相全波整流塊。它的輸入端接上50Hz、380V線電壓的三相交流電，它的輸出端就會有整流后的直流輸出。為了分析整流電路的工作原理在圖3中畫出了三相的相電壓的圖（只體現三相電源各相之間的相角關系，未體現三相電頻率）。作用在6個整流二極管上的電壓是線電壓，也就是u=u-u，u=u-u，u=u-u。這里線電ab a b bc b c ca c a壓的波形相當于任意一瞬間t1兩個相電壓相減。-Fisur^1匸［exEiJfl Ui&rImrt b?lrtcc!Win-Fisur^1匸［exEiJfl Ui&rImrt b?lrtcc!Win伽JkLp■>DMakh"、、*□□□BE；lB. 沖y驕回0ES將波形圖提取出來，如圖4所示。圖中所標注的點劃線為t1時刻示意。分析1—6號整流二極管導通的情況：對于1、2、3號二極管，有一端接在一起（E+端口），當三相交流電作用在管子的另一端時，哪個二極管能導通取決于1、2、3三個整流管所接的電壓哪個電位最高。如圖4所示，在t1時刻，a相最高，a相導通后（即整流管1通）就把電壓加到2和3整流管，這兩個整流管受到了反向電壓，就是E+點電壓高于b相，和c相電壓，所以2與3整流管都截止。對于E-端，4、5、6整流管接在了一起，哪一個管子導通，取決于a，b，c三相哪一相電位最低。由圖4可見，在t1瞬間c相的電壓最負，則這一瞬間c相連接的6號二極管導通，一旦6導通就使E-的電位變?yōu)樽钬摚ǘO管管壓降忽略不計），整流管4與整流管5都截止。在這一時刻由于u為負值，所以（E+）—（E-）c之間的電壓就是u\uI，其他時刻類似。a c圖4三相交流電的電壓圖圖4中，由A點向B點的過程中，a相作用于E+對2、3號二極管的截止作用逐漸減弱，并在經過B點之后由b相代替；在B點到C點的過程中，c相作用于E-對4、5號二極管的截止作用逐漸減弱，并在經過C點后由a相代替。如此周而復始的導通，在E+和E-之間形成了一個直流電壓，這個電壓就是三相整流后的電壓，需要用積分的方式求取平均值。如圖5所示，以閉區(qū)間「巴竺］為例，對于a相的1號二極管，一個周期中只_6，6_在此范圍內導通，即計算a相整流電壓u只需要在此區(qū)間進行積分。電路的負da向回路分別由b相和c相導通。根據單一時刻代=代+UJ可知，只需求取b相ddadb或c相在此區(qū)間內有效導通的時段的積分u或u，并與U相加即可（積分可dbdc da認為是波形在區(qū)間內與X軸圍成的面積，為正，固不再多考慮絕對值）。匕積分da結果如下：5兀UdasinotdUdasinotdot=U2兀 m?式（1）中uda為a相整流電壓，u詢?yōu)槿嘟涣麟婋妷悍逯?，u?為有效值,且滿足關系爲。而udb或udc的積分結果如下：12 3u 兀12 3u 兀u=Jusinotdot=(cod—db兀 兀 6兀=注=空u=1.17,2^ ? ????(2)2^u=u+u=（1.17+1.17）u=2.34x220=514v （3）d dadb Q （3）式（2）中為b相整流電壓，式（3）中ud為三相整流后的電壓，約為514v。經過三相橋式整流以及濾波，將電源從三相正弦波形轉換為單向直流波形,再通過IGBT的開關電路，將電源從直流波形轉換為方波，且將頻率提升到1000Hz以上，輸出給焊鉗上攜帶的焊接變壓器，實現逆變。3、中頻焊接的優(yōu)點分析3?1電流效率高交流焊接有過零轉換，其間會損失一定的能量，而直流電源持續(xù)加熱，能快速得到所需要的熱量，電流效率提高20%左右。WM卑抄專#**楨—boWM卑抄專#**楨—bo1咗WeldTime(mlllf-wcwdi)豈出」5另茅^53.2焊接核心大直流焊接獲得的焊核比交流大和寬，特別適合多層不等厚板焊接。+2,135e+O3+l.S0Se+03+1u555e+03+i^zae+O333,^.-33.^220+2,135e+O3+l.S0Se+03+1u555e+03+i^zae+O333,^.-33.^2207---EE■亡eaeE-亡亡.-1-3z?----ID5U.1B.-1D31W1L0-11909S087e0321DB^4*2nB4-l4-ln.ll.;li-F=■■■+l,l?5e+O3+1.043e+03Th■￡>J.OUT口二+7.g^e+O2+6.fisae+ozTJ-r4-—IUTU.u+4,147=+02十2■日8口匕十口2(b)AC(a)DC3.3焊接一致性高數據表明：交流的波動范圍達到35%左右，而直流的波動在3%左右。直流焊接的一致性提高了10倍。PCNo.BrakeTorque(NewtonMeters)1225PCNo.BrakeTorque(NewtonMeters)122522353200421552256248720081759228102201117012240132151423515235AVERAGE218RANGE78ACRESULTSPCNo.BrakeTorque(NewtonMeters)117521753170417551706170717081759170101751117312170131701417015175AVERAGE172RANGE5DCRESULTS3.4中頻焊接的其他優(yōu)點三相供電平衡：對網絡的沖擊小；功率因素高：幾乎達到100%；焊接電流精確：控制精度提高了20倍節(jié)能：能節(jié)約20%的能量；工作范圍寬：20%-95%范圍都能工作，比交流的50%-85%的范圍提高了1倍以上；此外還可以忽略交流回路的感抗問題；3.5工頻和中頻比較表對比項目/焊機類型工頻、整流焊機50Hz中頻焊機(6O0-2000Hz)焊接規(guī)范響應速度為20ms，電流達到設定值所需的時間長；單相工頻焊機兩相輸入，參數不穩(wěn)定；三響應速度為1ms，電流能夠更快地達到設定值，能更多、更準確的分析參數；三相均衡輸入，參數穩(wěn)定；恒流控制效果很穩(wěn)定。

相工頻焊機很難實現恒流輸出。焊接質量焊接飛濺大，表面質量控制較中頻焊機困難。由于頻率咼達1000Hz，次級電流輸出能力強，且波形平直，溶核尺寸穩(wěn)定的范圍擴大。幾乎不產生飛濺，且焊接初級階段電流呈自然遞增，焊點表面質量好。適應性適應材料范圍小，鋁合金以及鋁等導熱快、焊接性差的材料無法進行很好的焊接。適用多種材料的焊接，如鋁合金以及鋁等導熱快、焊接性差的材料也可焊接。另外，對于鍍鋅板和普通多層板的焊接，其焊接質量也遠高于工頻焊機的焊接質量。變壓器變壓器尺寸大，輸入功率高。變壓器尺寸小，輸入功率低。能源利用率兩相輸入，工作時很難保證相電壓之間的均衡，功率因數低，約為0.6~0.7。三相負荷均衡，功率因數高達0.9以上；節(jié)能(根據美國通用汽車公司的報告，中頻點焊比工頻點焊每焊接一點節(jié)省4美分)。輔助材料利用率電極使用壽命短，消耗量大；用氣用水量大。沒有明顯的峰值電流和飛濺，縮短了焊接時間，電極使用壽命長；效率比AC提高，尤其在一些高速縫焊中應用。4、硬件構成中頻焊接控制器的硬件及軟件組成部分列如下簡表：中頻焊接控制器(MFTimer)機器人用手工懸點用主要器件備注組成部分備注主基板單元主基板單元

IGBT逆變單元漏電保護單元附屬器件IGBT逆變單元漏電保護單元附屬器件冷卻單元漏電保護單元焊鉗壓縮空氣單元焊鉗冷卻水單元附屬器件箱體網絡接口單元―其它部分箱體網絡接口單元―其它部分編程器（復位器）編程軟件自適應單元箱體網絡接口單元―其它部分編程器（復位器）編程軟件自適應單元5、關鍵性能指標性能指標解釋恒定電流控制該功能有利于提高焊接電流控制精度。恒功率控制該功能有利于提高焊接參數控制精度，動態(tài)補償焊接電流和焊接時間，提高焊接質量。輸出電流頻率此參數表小可以匹配的焊接變壓器的頻率氾圍。輸出電流值該值反映了焊接控制器對焊鉗輸出控制電流的能力?？刂破骼鋮s方式水冷或空冷。編程器（復位盒）故障復位方式。6、安裝工程安裝工程通常需要做以下這些工作。1） 首先請安裝焊接控制器（焊接電源（400V）、焊接變壓器（焊槍側）的排線及冷卻水、輸入輸出信號的配線等）。2） 電極間電壓輸出線配線。3） 使用分布式輸入輸出信號時，須進行步增復位輸入信號線的配線。II州ii/iauf.'.wx^taII州ii/iauf.'.wx^ta注）即使不使用步增功能，為了清除學習數據，此信號線也是必須的。D甘先詁安製"捜押制陳妙撮也邈hOOYh灼接變壓糯購柚側）的排線恥卻術,橢入輸IU愷號的配緘零①電服間電壓輔山熾配統(tǒng)紳怯用莎布式輸入輸山仁J卜'■以」山I靠増境位輸人信號線的配踐■即恠金便川少J和丿」起為了溝侏學習數熱姻號嶷也注必猱的°7、目前主流品牌及價格分析國別歐系日系美系品牌價格相比，歐美系的價格比較高，日系的價格相對較低。決定價格的因素主要在于以下幾個方面：1、 產品的設計理念和技術含量；2、 產品的制造成本和管理成本；3、 產品的國產化率。8、主要技術參數、評價指標及其檢測方法（1） 焊接變壓器：容量、匝數比、重量；（2） 輸入電源：