（材料加工工程专业论文）单电源脉冲热丝tig焊机的研制.pdf

硕士学位论文 摘要 随着对焊接高效化和自动化的要求，热丝t i g 焊以其优异的特性，受到了国 内外广大焊接人士的关注。目前，热丝t i g 弧焊电源由焊接电源和热丝电源组成， 且两者相互独立，而本文是在综合国内外关于热丝t i g 弧焊电源的研究现状和发 展趋势的基础上，研究设计基于单片机的单电源直流脉冲热丝t i g 焊机，即在主 电路中采用可关断的开关管，使弧焊电源在满足焊接要求的同时满足热丝电源的 要求。 本文首先介绍了单电源脉冲热丝t i g 焊机的主电路结构及工作原理。主电路 主要由四部分组成：整流电路、逆变电路、高频变压器、焊丝加热电路。逆变电 路选用全桥式电路拓扑结构，逆变频率选为2 2 k h z ，并以i g b t 作为主电路的开 关功率元件。文中具体介绍了主电路元器件的选择和参数计算。 然后详细介绍了单电源脉冲热丝t i g 焊机的控制电路。以8 0 c 1 9 6 k b 为核心 的控制电路包括：单片机最小系统、参数预置与显示电路、脉宽调制电路、数据 采集电路、驱动电路、保护电路及焊丝加热控制电路。采用脉宽调制型控制方法， 对采集到的电流信号进行负反馈，通过p i 调节控制脉宽调制专用芯片s g 3 5 2 5 的 输出，以达到控制焊机外特性的目的。焊丝加热控制电路利用单片机的高速输出 口实现焊丝的脉冲加热。 其次介绍了控制系统的软件设计及程序结构。根据热丝t i g 焊的时序要求， 设计了控制系统的软件，重点介绍了主程序和中断服务程序。在程序设计中采取 几种常用的软件抗干扰措施，如监视定时器、冗余指令、数字滤波，给出了程序 流程图及部分关键程序。 最后，对焊机进行了脱机和联机调试，并给出了相关的波形图。实验结果表 明：单电源脉冲热丝t i g 焊机能够实现焊丝的同步加热，即在基值电流期间，填 充焊丝通入预热电流，脉冲电流期间熔化焊丝。在调试通过后，我们对试样进行 焊接，实验证明所设计的焊机能够达到设计目标。根据调试及焊接过程中出现的 问题，我们提出了几点建议，以供今后改进之参考。 关键词：热丝t i g 焊；8 0 c 1 9 6 k b ；弧焊电源；控制 单电源脉冲热丝t i g 焊机的研制 a b s t r a c t w i t ht h ed e m a n do f h i g he f f i c i e n ta n da u t o m a t i o ni nw e l d i n g p r o c e s s ，t h eh o tw i r e t i g w e l d i n gw a sp u b l i c l yc o n c e r n e db yl o t so fp r o f e s s o r s ，e n g i n e e r sb o t ha th o m ea n d a b r o a df o ri t se x c e l l e n tq u a l i t i e s h o tw i r et i gw e l d i n gp o w e rs o u r c e sw e r es e p a r a t e l y c o m p r i s e db yt i gw e l d i n gp o w e rs o u r c ea n dw i r eh e a t i n gp o w e rs o u r c er i g h tn o w b a s e do nt h er e s e a r c ha n dt h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fh o tw i r et i gw e l d i n gp o w e r s o u r c e , ap u l s e dh o tw i r et i gw e l d i n g 、7 l ，i t l ls i n g l ep o w e rs o u r c ec o n t r o l l e db ys i n g l e c h i pw a sr e s e a r c h e da n dd e s i g n e d i no r d e rt oh e a tw i r ed u r i n gt i gw e l d i n g ，ar u m o f f s w i t c h i n gt u b ew a su s e di nt h em a i nc i r c u i t f i r s t l y , t h es t r u c t u r ea n dc o n t r o lp r i n c i p l eo f m a i nc i r c u i ti nh o tw i r et i gw e l d i n g w i t hs i n g l ep o w e rs o u r c ew e r ei n t r o d u c e d t h em a i nc i r c u i ti n c l u d e sr e c t i f i e r , i n v e r t e r , h i 曲f r e q u e n c yt r a n s f o r m e ra n dw i r eh e a t i n gc i r c u i t f u l lb r i d g et o p o l o g i c a ls t r u c t u r e ， t h ef r e q u e n c yo f2 2 k h z ，i g b ts w i t c h i n gp o w e rd e v i c ew e r ea d o p t e df o ri n v e r t e r c o m p o n e n t ss e l e c t i o na n dp a r a m e t e rc a l c u l a t ew e r ed e f i n i t e l yd e s c r i b e d s e c o n d l y , t h ec o n t r o lc i r c u i to fh o tw i r et i gw e l d i n g 、析ms i n g l ep o w e rs o u r c e w a si n t r o d u c e di nd e t a i l t h ec o n t r o lc i r c u i tw a sc o m p r i s e d 、析t l lm i n i i n l l ns y s t e mo f s i n g l ec h i p ，p a r a m e t e r sp r e s e ta n dd i s p l a yc i r c u i t ，p w mc i r c u i t , d a t aa c q u i s i t i o nc i r c u i t , d r i v ec i r c u i t ，p r o t e c tc i r c u i ta n dw i r eh e a t i n gc o n t r o lc i r c u i t a c q u i r e dc u r r e n ts i g n a l w e r ei n v e r s ef e e db a c k e dw i mp w m ，t h e n , o u t p u to ft h ec h i ps g 35 2 5w e r ec o n t r o l l e d t h r o u g hp ir e g u l a t o r a sar e s u l t , t h ee x t e r n a lc h a r a c t e r i s t i cw a sc o n t r o l l e d h s oo n c h i pw a su s e df o rh e a t i n gw i r ei np u l s e t h e n , t h ed e s i g no fs o f t w a r ea n dt h ep r o g r a ms t n 】c t l i ef o rc o n t r o ls y s t e mw e r e a n a l ) ，z e d t h es o f t w a r ef o rc o n t r o ls y s t e mw a sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h et i m i n g e q u i r e m e n t , t h em a i np r o g r a ma n dt h ei n t e r r u p ts e r v i c ep r o g r a mw e r eh i g h l i g h t e d s e v e r a ls o f t w a r ea n t i i n t e r f e r e n c em e a s u r e sw e r et a k e n ，s u c h 弱w d t , r e d u n d a n c y d i r e c t i v e ，d i g i t a lf i l t e r i n g t h ep r o g r a mf l o wc h a r ta n ds o m eo ft h ek e yp r o g r a mw e r e a l s os h o w e d f i n a l l y , t h eo f f i i n ea n do n l i n ed e b u g g i n gw e r e d o n ef o rt h i sp o w e rs o u r c e , a n dt h e r e l e v a n t o s c i l l o g r a p h t r a c e sw e r eg i v e n t h ee x p e r i m e n ts h o w e dt h a th e a t i n g s y n c h r o n i z a t i o no fh o tw i r et i gw e l d i n gw i l l ls i n g l ep o w e rs o u r c ec o u l db ea c h i e v e d i nt h eb a s ec u r r e n tp e n o a , w i r ew e r eh e a t e d ，w h i l ei nt h ep u l s ec u r r e n tp e r i o d ，w i r e w e r em e l t e d a f t e rt h ed e b u g g i n g ，s p e c i m e n sw e r ew e l d e dt ot e s tt h i sp o w e rs o u r c e ，i t i i 硕士学位论文 i sp r o v e dt h a tt h i sp o w e rs o u r c ei ss u i t a b l e a c c o r d i n gt op r o b l e m ss h o w e d d u r i n gt h e p r o c e s so fd e b u g g i n ga n dw e l d i n g , s e v e r a ls u g g e s t i o n sw e r eg i v e nf o ri m p r o v e m e n ti n t h ef u t u r e k e yw o r d s ：h o tw i r et i gw e l d i n g ；8 0 c 1 9 6 k b ；w e l d i n gp o w e rs o u r c e ；c o n t r o l i i i 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：啪炱 日期：如i 口年多月z s 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 导师签名： 日期：2 0 l o 年岁月2 y 日 日期：b p 年，月灯日 硕士学位论文 1 1 热丝t lg 焊简介 第1 章绪论 1 1 1 热丝tig 焊的特点及应用 钨极氩弧焊，在国际上简称t i g 焊或g t a w 焊。这种焊接方法由于采用惰性气 体保护，电弧燃烧相当稳定，焊缝质量十分优异，是高端工业部门焊接制件和精 密零部件首选的焊接工艺方法。但随着工业生产的发展，各种大直径、厚壁及特 种材料的焊接大量出现，普通t i g 焊因存在熔敷效率低、焊速慢、热影响区大等缺 点，已不能满足生产的要求。而增加焊接能量，提高焊接速度时又往往会出现“驼 峰”川【2 】【3 1 。为克服这一不足，于1 9 5 6 年成功开发了热丝t i g 焊，英文名称为t i g h o t w i r ew e l d i n g 或h o tw i r et i gw e l d i n g 。这种方法首先于上世纪8 0 年代初在美国 工业生产中得到成功的应用，继后在世界各工业发达国家推广应用。它已经发展 成为现代优质高效的焊接方法，应用范围不断扩大，己得到焊接界人士的普遍重 视【4 1 。 热丝t i g ( h o t w i r et i g ) 焊是一利- 高效化的t i g 焊方法，它是将填充焊丝送入 焊接熔池之前由独立的电源电阻加热到接近填充丝的熔化温度【5 儿6 1 ，大大加快了填 充丝的熔化速度，提高了熔敷率，同时调整了焊接熔池的热输入量，降低了母材 的稀释率，扩大了焊接工艺方法的适应性和应用范围。 热丝t i g 焊的热效率及焊丝的熔化速度高，一般可达普通t i g 焊的3 倍以上。在 同样的焊接线能量下，可提高焊缝的熔敷效率，甚至超过m i g 焊【| 7 1 。在相同的焊接 规范下，热丝t i g 焊方法可使焊丝熔化速度增n 2 0 5 0 9 m i n ，焊接速度可以提高一 倍以上，达到1 0 0 3 0 0 m r n m i n l 8 1 1 9 1 。当直径为o 8 m m 的焊丝预热到约3 0 0 时，送丝 速度从冷丝焊的1 2 7 r n m i n 提高n 5 0 8 m m i n t l 0 1 。与此同时，热丝t i g 焊又保留了 电弧稳定、焊缝性能优良等t i g 焊的所有优点。虽然热丝工艺要求较高的平均焊接 电流，但热丝焊是熔化预热后填充金属，因而焊接效率提高，总的线能量输入减 少了，有利于减少焊接变形。 在钨极电弧焊中加入热丝增加了工艺的灵活性，可消除冷丝焊中易产生的骤 冷效应，提高熔敷速度。如对于功率为4 千瓦的电弧( 电流为3 3 0 a ，电压为1 2 v ) 在 冷丝焊时最大的熔敷速度为1 3 5 k g h ，而采用热丝技术时，熔敷速度可达3 6 3k g h ， 倘若使用振荡装置还可加快熔敷速度。而且采用热丝方法可改善焊接速度和焊缝 单电源脉冲热丝 f i g 焊机的研制 强度。同时，热丝焊能单独控制电弧热量和送丝速度，它允许熔敷速度在任何电 流值时从近于零调节到最大值。采用热丝焊几乎能完全消除气孔。实验证明，采 用一般或优质材料，用电阻加热法加热焊丝时，当焊丝刚接近焊接熔池便将其表 面挥发物驱除，此外，焊接高性能材料常因焊丝表面沾染氢气而产生气孔，采用 热丝焊可克服这一麻烦【7 j 。 另外热丝t i g 焊还有以下优点【】： 1 ) 与手弧焊相比，热丝t i g 焊熔敷率高。 2 ) 与冷丝t i g 焊相比，热丝t i g 焊具有较高的熔敷率( 在堆焊时最高可达6 0 ) ，还可提高焊接速度。 3 ) 与m a g 焊相比，热丝t i g 焊的焊接质量较高，各种高等级材料都可焊接， 且无飞溅。 4 ) 与埋弧焊相比，热丝t i g 焊不需昂贵的焊剂和辅具，焊接熔池可见。 目前，热丝t i g 焊已在锅炉、压力容器、高压管道、海洋采油装备、石化装 置、航空航天工程和军械制造等高端工业部门用于碳钢、低合金钢、高合金钢、 不锈钢和镍基合金等重要焊接部件的焊接1 4 1 。 1 1 2 热丝tig 焊接电源 热丝氩弧焊机由以下几部分组成：氩弧焊电源，预热焊丝的附加电源，送进 焊丝的送丝机构以及控制、协调这三部分之间的控制电路0 2 1 j 。 t i g 焊电弧熔化母材，送丝系统连续送丝到熔池巾。与普通t i g 焊不同之处是 焊丝在送进熔池前，由单独的热丝电源通过导电块加热焊丝干伸长部分( 送丝嘴和 熔池之间的焊丝) ，通过焊丝伸出部分电阻效应，产生热量( 热量= o 2 4 1 2 r t ) ，将焊 丝加热至预定温度，提高熔敷效率。热丝t i g 焊的具体接法是：t i g 焊枪和焊丝加 热端接负极，工件接正极。采用脉冲电弧( 减少热输入量和电弧磁偏吹) ，协同 送丝。对焊枪倾角和送丝有非常严格要求( 焊枪与钨极成4 0 6 0 角，从电弧后面 送至熔池) ，填充焊丝必须始终伸入熔池。热丝电源工作电压1 5 5 v ( 过高的电压 会产生新的电弧，干扰焊接电弧的稳定) ，热丝电流7 5 1 5 0 a ，焊丝加热长度为 1 0 2 5 m m 1 4 j 。热丝t i g 焊原理如图1 1 所示。 1 2 国内外研究现状 图1i 热丝t i g 焊原理图 随着重大装备制造业的发展，对焊接工艺和接头质量提出了越来越严格的要 求，热丝t i g 焊无论在工艺方法、焊接设备和过程控制等方面部作了根大的改进。 热丝t 1 g 焊工艺方法有：单热丝t i g 焊工艺方法，双热丝t i g 焊工艺方法，新型 热丝t i g 焊工艺方法一t o p t i g 焊接法。 近1 0 年来，工业先进国家的著名焊接设备制造厂商已将热丝t i g 焊设备投入 标准化生产，同时根据各工业部门的实际需求，开发出多种专用的热丝t i g 焊装 备，并得到卓有成效的应用。 1 2 1 国外研究现状 目前，世界上设计制造热丝t i g 焊设备技术最先进的首推美国j e t l i n e 公司和 a m e t 公司、奥地利f r o n i u s 公司、加拿大l i b u r d ia u t o m a t i o n 公司和法国 p o l y s o u d e 公司，以及日本巴布日立工业公司。 标准型h w p 5 0 d 型热丝t i g 焊设各是美国j e t l i n e 公司晟新一代的热丝t i g 焊系统，由热丝电源、热丝电压控制器、高速送丝机、送丝机控制器、氩弧焊焊 枪、热丝焊枪及定位组件等组成，如图l2 所示1 4 】。 图12 标准热丝t i g 焊组件 单电源脉冲热丝t i g 焊机的研制 美国a m e t 公司最近推出了采用标准热丝t i g 焊设备组装的自动热丝t i g 焊 系统，如图i3 所不。该公司生产的自动化焊接装备约有5 0 采用热丝t i g 焊工 艺方法，足见热丝t i g 焊在高端工业部门发展前景十分广阔。 图l3a m e t 公司标准热丝t i g 焊漫备组装的自动热丝t i g 焊系统 法囡p o l y s o u d e 公司研制的直管接长对接自动热丝t i g 焊机，主要用于大型 电站锅炉，尤其是超临界和特超l 临界电站锅炉受热面部件的焊接，如图l4 所示i ”】。 将p o l y s o u d e6 0 0 p c 热丝_ r i g 焊机应用于多台3 0 0 m w 和一台6 0 0 m w 锅炉受热面 管子对接生产应用中，取得了良好的效果6 1 。 图i4 直管接长对接自动热丝t l g 焊机实物照片 日本巴布日立上业公司与广岛大学的筱崎贤二教授进行共同研究，利用热丝 t i g 焊接方法( 热丝钨极惰件气体保护孤焊) ，成功地实现了5 m m i n 的超高速焊 接。为了提高焊丝加热时的电流量，以改进出u 电能加速器为主，根据焊丝进给 硕士学位论文 的高速化及供电方法的稳定化等各种观点，对系统整体进行了改进，实现5 m m i n 的高速搭接填角焊，与传统的焊接方法相比，焊接速度可提高10 倍左右【1 7 】。 1 2 2 国内研究现状 热丝t i g 焊的焊丝热源主要是用一般的恒流源，在焊丝上通过一定的电流，利 用焊丝自身的电阻产热达到预热焊丝的目的。由于流过焊丝所产生的磁场的影响， 电弧产生磁偏吹而沿焊缝作纵向摆动。为此，用交流电源加热填充焊丝，以减少 磁偏吹i l lj 。 国内热丝t i g 焊的研究主要是在哈尔滨工业大学。它们用不同的方式对焊丝进 行加热，如高频感应加热焊丝，电弧加热焊丝。高频感应热丝t i g 焊就是采用高频 感应加热设备，借助高频交变的电磁场，在焊丝上形成高密度的涡流，从而加热 焊丝。高频感应热丝t i g 焊的特点是：焊丝加热温度和深度可控，加热速度快，能 适应高速送丝要求。由于该方法不需利用焊丝本身的电阻产热，所以适用于铝合 金等低电阻率金属焊丝【l 引。然而这种方法的成本高，不但需要高频感应加热设备， 还需要设计感应线圈以及线圈尼龙套筒。电弧热丝t i g 焊就是采用t i g 电弧为加热 源，对即将进入熔池的焊丝进行直接预热，然后再将焊丝堆焊在焊件上。在相同 的焊接电流与焊接电压下，热丝时焊接速度可以提高2 6 8 ，堆焊宽度范围提高 4 7 5 。最重要的是采用电弧热丝法可使熔敷速度提高9 6 ，熔敷系数提高7 4 。 电弧热丝t i g 焊大幅度提高了t i g 焊的效率【l 引。 国内热丝t i g 焊机的应用主要是在电力建设安装业以及石油钻采专用阀门。河 南电力安装公司引进伞位置热丝t i g 焊设备，主要用于锅炉主蒸汽管道、高压旁路 管道厚壁大管件的对接缝【2 0 1 。东方锅炉j 。引进窄间隙脉冲热丝t i g 焊设备，主要用 于6 0 0 m w 超临界锅炉中，锅炉集箱筒身环缝拼接【2 1 1 。在对厚壁钢管的焊接巾采 用热丝氩弧焊工艺和窄间隙焊工艺相结合的焊接方法，通过低频脉冲维持熔池， 高频脉冲控制热输入，实现了对熔池大小、电弧挺度以及边熔的控制，结果证明， 这一组合式焊接工艺减少了焊缝体积，缩短了焊接时间，焊接质量优于冷丝焊， 效率明显提高【2 0 1 1 22 1 。窄间隙脉冲热丝t i g 焊是一乖| ，优质、高效的焊接方法，它焊 接过程稳定，与窄间隙埋弧焊相比，其填充金属量仅为其1 2 ，可以提高焊接效率、 节约焊接材料。同时焊接过程巾没有熔滴过渡，几乎没有合金元素烧损，因此对 焊丝质量要求相对较低，尤其是在高等级材料的焊接中，与埋弧焊相比其焊接材 料的选择更为容易【2 1 1 。石油钻采专用阀门的内壁堆焊采用自动化热丝t i g 焊，不仅 提高了熔敷效率和生产效率，减少了焊缝的稀释率，而且还提高了焊接的可达性 ( 如阀门的4 5 m m 内孔内壁堆焊) ，保证了焊接质量的一致性。以熔敷效率2 3 5 k g h 为例，大约可以减少5 0 稀释，焊接速度提高l 倍( 约4 0 c m m i n ) 1 1 4 】。 单电源脉冲热丝 f i g 焊机的研制 虽然国内热丝t i g 焊已经在生产中得到应用，但国内对热丝t i g 焊的研究工作 并不多，所引进的设备是法国p o l y s o u d e 公司全位置热丝t i g 焊设备和f r o n i u s e t r - s 热丝t i g 自动堆焊设备。 综上所述，热丝t i g 焊是一种优质、高效的焊接工艺方法，具有很高的经济价 值，在欧美等工业发达国家已得到普遍的推广和应用，应当引起我国广大焊接工 作者的关注和重视【”】。 1 3 本课题设计方案及设计目标 本课题是在综合国内外关于热丝t i g 弧焊电源的研究现状和发展趋势的基础 上，研究设计基于单片机的直流脉冲热丝t i g 焊接电源。为了获得稳定的焊接过 程，主电源可采用低频脉冲电源。在基值电流期间，填充焊丝通入预热电流，脉 冲电流期间熔化焊丝l 驺】，电流波形如图1 5 所示。这种方法可以减小磁偏吹【2 4 1 ， 脉冲电流频率可以提高到l0 0 h z 左右。传统的热丝t i g 焊机由焊接电源和热丝电 源组成，焊接电源用于控制t i g 焊接过程，热丝电源用于加热焊丝，两者相互独 立。本课题要实现焊接电源和热丝电源的统一，在主电路中采用可关断的开关管， 弧焊电源在满足焊接要求的同时满足热丝电源的要求，同时，在软件上优化以尽 量减少硬件投入，提高可靠性。 壤 p 罩 曼； t p 。1 。_ 。一 j l 图i 5 焊接电流波形图 本文拟完成以下几点任务( 目标) ： ( 1 ) 研究以i g b t 及高频变压器为核心的逆变式脉冲热丝t i g 焊机主电路系统， 绘制出电路图，并进行调试。 ( 2 ) 设计以单片机8 0 c 1 9 6 k b 为核心的控制电路系统，绘制出电路原理图，p c b 布线图，加工出印刷电路板，购置元器件，安装调试。 ( 3 ) 在主电路和控制电路中设计保护措施，以保证i g b t 的安全工作。 ( 4 ) 绘制该焊机的控制系统软件流程图，并编写汇编语言代码程序。 6 由 1|i_； 一 一 一 1l；，_王。ll，；l，；l：。；：。；l 稿p 彬眭 硕十学位论文 ( 5 ) 最后，对所设计的焊机进行脱机、联机、空载、负载调试，测试焊机的静特 性、调节特性，并检验焊接效果。 7 单电源脉冲热丝t i g 焊机的研制 第2 章主电路设计 热丝t i g 焊接电源的电路总体结构如图2 1 所示，整个电路主要由两部分组 成：主电路系统和控制电路系统。本章主要讨论主电路系统。 图2 1 热丝t i g 焊接电源总体结构图 硕士学位论文 2 1 热丝t ig 焊接电源主电路结构 逆变器的主电路完成功率的转换及隔离，是弧焊电源的重要组成部分。其器 件、结构对逆变器可靠工作有极大的影响。因此，有必要对其关键器件、电路结 构进行分析。本系统采用目前较为常用的a c d c a c d c 的逆变模式【2 5 1 。主电路 主要由四部分组成：整流电路、逆变电路、高频变压器、焊丝加热电路。其工作 过程为：电网中三相交流电首先经整流桥整流为脉动的直流电，经电容滤波后变 为平滑的直流电，再经开关管i g b t l 、i g b t 2 、i g b t 3 、i g b t 4 的交替轮流导通， 逆变成高频方波交流电；再经高频变压器降压，由输出整流器整流、电抗器滤波， 输出直流脉冲电，一部分电流供给电弧，一部分电流用于加热焊丝。在基值电流 期间，加热焊丝的同时维持电弧，在脉冲电流期间，电流只用于t i g 焊接。其电 路图如图2 2 所示。简言之，它的基本原理可以为：工频正弦波交流一一直流一一 高频方波交流一一变压器降压一一直流。 在全波整流中有中一t l , 抽头全波整流和桥式整流。虽然桥式整流电路的变压器 利用率高，但是中心抽头式的全波整流电路可以少用一组二极管，从而减少一个 二极管的正向压降，因而，输出整流电路采用中心抽头全波整流电路，电路如图 2 2 所示。 图2 2 焊机主电路结构 热丝t i g 焊机的基本技术指标如下： 输入电源：3 相，3 8 0 v + 1 0 ，5 0 h z 额定输入功率：1 0 k w 最大空载电压：7 2 v 电流调节范围：1 0 315 a 脉冲频率调节范围：0 5 5 0 0 h z 占空比调节范围：1 0 9 0 9 单电源脉冲热丝t i g 焊机的研制 提前送气时间：2 s 滞后停气时间：2 s 2 2 输入整流滤波电路 输入整流滤波电路主要由熔断器、转换开关、整流桥、合闸浪涌限制电路即 主回路软启动电路、滤波电路组成。电路如图2 2 所示。 主回路软启动的作用是为了防止在合闸的瞬间造成：1 、电源开关的接点熔断； 2 、输入保险丝的熔断；3 、对其他相邻的电路产生干扰；4 、恶化电容器及整流器 性能。 2 2 1 输入滤波电容的选择 工频滤波电容一般接在整流器和逆变电路之间。它除了能将整流器输出的脉 动直流滤波成为平滑的直流外，还可以抑制高频的干扰。滤波电容最好采用等效 串联电阻低并且电容量大的电解电容【2 6 1 。 本课题所设计的焊机额定输入功率为1 0 k v a ，对于三相整流后所得的平均电 压为： e = 1 4 1 4 3 8 0 v = 5 3 7 3 2 v ( 2 1 ) 故输入电流平均有效值为： i = p + e = 1 0 0 0 0 + 5 4 0 = 1 8 5 a ( 2 2 ) 若为单相整流，一般要求滤波电路的时间常数为： 丁 f = 砝例( 3 5 ) ( 2 3 ) z 即c d 堡垒：堡望旦：羔塑旦：1 0 1 7 x 1 0 ，f 1 0 0 r d1 0 0蚴l o o5 1 3 由于整流电路是三相不控整流，所以，滤波电容c 1 ，c 2 值为c d 值的1 3 1 4 。 整流滤波电路的最大输出电压( 考虑1 0 的网压波动) 为： v m a x = 6 5 0 ( 1 + 1 0 ) = 7 1 5 v( 2 4 ) 因此，根据设计参数选用1 5 0 0l af 1 k v 的电解电容。 2 2 2 软启动电路中限流电阻的选择 电容输入式整流滤波电路在接通交流电，合闸时会对电容进行充电，往往引 起较大的浪涌电流，因而引起一系列可靠性方面的问题，必须想办法来加以抑制。 1 0 硕士学位论文 软启动电路分为两部分。其一是输入电网电压分段启动，在合闸时，先接入限流 电阻r 将合闸浪涌电流限制在设定的范围内，待输入电容充满电后，再将电阻短 接；其二是逆变器的输入、输出滤波电容容量较大，若大功率开关管马上按照额 定负载的脉宽导通，输入电容以最大电流放电和输出电压的突然建立，将会形成 非常大的电容电流，使得功率开关管的负担过重，很有可能在合闸时就把开关管 烧坏【2 7 】【