逆变焊机波形控制技术

耘造藻糟贼则蚤糟 宰藻造凿蚤灶早 酝葬糟澡蚤灶藻 摘要：指出了高频逆变、 数字化控制和谐波抑制是逆变焊机的发展方向， 并对逆变焊机发展方向的三 个关键技术软开关逆变技术、 谐波抑制技术、 数字化控制技术进行了分析。 以奥太数字焊机为例， 介 绍了基于数字化波形控制技术的逆变焊机不仅实现了友好的人机界面， 更重要是数字化波形控制技术 使逆变焊机在焊接性能提升方面体现出来了巨大优势， 减小 郧酝粤宰 的焊接飞溅， 改善焊接成形， 并在 要求较高的焊接工艺中成功应用。 说明了数字化波形控制技术是提升逆变焊机焊接性能的重要手段， 具有广阔应用前景。 关键词：逆变焊机； 数字化控制； 谐波抑制； 波形控制 中图分类号：栽郧源猿源文献标识码：粤文章编号：员园园员原圆猿园猿穴圆园园怨雪园圆原园园猿园原园缘 第猿怨卷第 圆 期 圆园园怨年 圆 月 灾燥造援猿怨 晕燥援圆 云藻遭援圆园园怨耘造藻糟贼则蚤糟 宰藻造凿蚤灶早 酝葬糟澡蚤灶藻 李朋 员， 圆 穴员援山东大学 控制学院， 山东 济南 圆缘园员园园； 圆援山东山大奥太电气有限公司， 山东 济南 圆缘园园园园雪 宰葬增藻枣燥则皂 糟燥灶贼则燥造 贼藻糟澡灶燥造燥早赠 燥枣 蚤灶增藻则贼藻则 憎藻造凿蚤灶早 皂葬糟澡蚤灶藻 蕴陨 孕藻灶早员， 圆 穴员援悦燥灶贼则燥造 悦燥造造藻早藻袁杂澡葬灶凿燥灶早 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁允蚤蒺灶葬灶 圆缘园员园园袁悦澡蚤灶葬； 圆援杂澡葬灶凿葬 粤燥贼葬蚤 耘造藻糟贼则蚤糟 悦燥援， 蕴贼凿援， 允蚤蒺灶葬灶 圆缘园园园园， 悦澡蚤灶葬雪 粤遭泽贼则葬糟贼院栽澡藻 责葬责藻则 责燥蚤灶贼泽 燥怎贼 贼澡葬贼 贼澡藻 澡蚤早澡鄄枣则藻择怎藻灶糟赠 蚤灶增藻则泽蚤燥灶， 凿蚤早蚤贼葬造 糟燥灶贼则燥造 葬灶凿 澡葬则皂燥灶蚤糟 憎葬增藻 泽怎责责则藻泽泽蚤燥灶 蚤泽 贼澡藻 凿藻增藻造燥责皂藻灶贼 凿蚤则藻糟贼蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 憎藻造凿蚤灶早 蚤灶增藻则贼藻则援栽澡藻 贼澡则藻藻 凿藻增藻造燥责蚤灶早 凿蚤则藻糟贼蚤燥灶泽 燥枣 贼澡藻 噪藻赠 贼藻糟澡灶蚤择怎藻 燥枣 泽燥枣贼 泽憎蚤贼糟澡蚤灶早 蚤灶增藻则贼藻则 贼藻糟澡灶燥造燥早赠， 凿蚤早蚤贼葬造 糟燥灶贼则燥造 贼藻糟澡灶燥造燥早赠， 贼澡藻 澡葬则皂燥灶蚤糟 蚤灶澡蚤遭蚤贼蚤燥灶 贼藻糟澡灶燥造燥早赠 葬则藻 葬灶葬造赠扎藻凿援宰蚤贼澡 粤燥贼葬蚤蒺泽 凿蚤早蚤贼葬造 憎藻造凿藻则 枣燥则 凿蚤早蚤贼葬造蚤扎藻凿 憎葬增藻枣燥则皂 糟燥灶贼则燥造 蚤泽 蚤灶贼则燥凿怎糟藻凿 遭葬泽藻凿 燥灶 贼澡藻 憎藻造凿蚤灶早 蚤灶增藻则贼藻则 糟燥灶贼则燥造 贼藻糟澡灶燥造燥早赠 灶燥贼 燥灶造赠 则藻葬造蚤扎藻 贼澡藻 枣则蚤藻灶凿造赠 澡怎皂葬灶鄄皂葬糟澡蚤灶藻 蚤灶贼藻则枣葬糟藻， 贼澡藻 皂燥则藻 蚤皂责燥则贼葬灶贼 蚤泽 贼澡藻 凿蚤早蚤贼葬造 憎葬增藻枣燥则皂 糟燥灶贼则燥造 贼藻糟澡灶燥造燥早赠 皂葬噪藻泽 贼澡藻 憎藻造凿蚤灶早 蚤灶增藻则贼藻则 憎藻造凿蚤灶早 责则燥责藻则贼蚤藻泽 蚤灶 责则燥皂燥贼蚤灶早 葬 澡怎早藻 葬凿增葬灶贼葬早藻， 则藻凿怎糟藻 贼澡藻 憎藻造凿蚤灶早 泽责葬贼贼藻则， 蚤皂责则燥增藻 郧酝粤宰 枣葬则皂蚤灶早援陨灶 贼澡藻 澡蚤早澡藻则 则藻择怎蚤则藻皂藻灶贼 燥枣 憎藻造凿蚤灶早 贼藻糟澡灶燥造燥早赠 蚤贼 憎葬泽 怎泽藻凿 泽怎糟糟藻泽泽枣怎造造赠援栽澡蚤泽 藻曾责造葬蚤灶泽 贼澡葬贼 凿蚤早蚤贼葬造 憎葬增藻枣燥则皂 糟燥灶贼则燥造 贼藻糟澡灶燥造燥早赠 蚤泽 贼澡藻 憎藻造凿蚤灶早 蚤灶增藻则贼藻则 憎藻造凿蚤灶早 责则燥责藻则贼蚤藻泽 燥枣 蚤皂责燥则贼葬灶贼 皂藻葬灶泽， 澡葬泽 憎蚤凿藻 葬责责造蚤糟葬贼蚤燥灶 责则燥泽责藻糟贼泽援 运藻赠 憎燥则凿泽院憎藻造凿蚤灶早 蚤灶增藻则贼藻则曰凿蚤早蚤贼葬造 糟燥灶贼则燥造曰澡葬则皂燥灶蚤糟 憎葬增藻 泽怎责责则藻泽泽蚤燥灶曰憎葬增藻枣燥则皂 糟燥灶贼则燥造 收稿日期院圆园园愿原员员原圆愿 作者简介院李朋穴员怨苑怨雪， 男， 山东人， 学士， 主要从事焊机 的研发工作。 园前言 众所周知， 逆变焊接电源体积小、 质量轻、 节能 省材， 特别是控制性能好， 动态响应快， 易于实现焊 接过程的实时控制， 在性能上具有很大的控制优 势。 但是， 目前逆变焊机仍然没有发挥出最大潜能， 还具有巨大的发展空间。 逆变焊机的发展方向主要 为： 高频逆变、 数字化控制、 谐波抑制。 高频逆变现 在已深刻影响到焊接电源的各个方面。 从焊条电弧 焊、 栽陨郧 焊到气保焊、 埋弧焊， 无一不体现出逆变技 术带来的操作方便、 节能省电等多种好处。 单片机、 阅杂孕 和嵌入式系统等数字技术和网络技术的引入 将带来控制方式的飞跃。 主要表现在人机界面、 一体 多能和多种网络通信技术。 而谐波抑制技术的发展 将解决逆变焊机的大量应用带来的谐波干扰问题。 员软开关逆变技术 焊机工作时的负载有空载、 轻载和满载三种情 况， 如图 员 所示。 奥太焊机主电路通过采用一种不对 称拓扑方案和控制方法， 如图 圆、 图 猿 所示， 实现了 空载、 轻载、 满载等全负载范围内的软开关技术的 应用， 同时解决了关断损耗的问题， 工作波形如图 源 所示， 显著提高了焊机的可靠性、 效率和功率等 级。 圆谐波抑制技术 逆变焊机通常采用电解电容滤波， 这是谐波产 生的原因， 输入电流波形如图 缘 所示。 从图 缘 可知， 输入电流发生了严重的畸变， 缘、 苑 次谐波比较大， 谐波含量达到 苑员援猿豫。 通常解决此类 专 题 讨 论 逆 变 与 数 字 化 焊 接 电 源 技 术 30窑窑 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 筻 耘造藻糟贼则蚤糟 宰藻造凿蚤灶早 酝葬糟澡蚤灶藻 问题的办法有两种： 一种是无源滤波， 电路简单可 靠， 滤波效果较差； 另一种是有源滤波， 电路复杂， 滤波效果好。 为了解决电解电容寿命较低的问题， 奥太公司 自 员怨怨猿 年开始将 悦月月 系列电容取代电解电容并 获得成功， 功率因数、 可靠性得到进一步提高， 输入 侧电流波形有明显改善， 谐波电流降为 圆愿援圆豫。 为 了进一步抑制谐波、 提高功率因数， 奥太公司又研 发出一种多重化方案， 其输入电流波形接近正弦波、 谐波电流降为 圆园援圆豫， 如图 远 所示。 奥太焊机与其他 焊机的性能对比如表 员 所示。 猿数字化波形控制技术 数字控制的逆变焊机系统中， 主电路采用逆变 形式， 逆变频率 圆园 噪匀扎， 控制精细， 可满足实现各种 脉冲电流波形的要求。 控制电路部分由单片机 酝悦哉 和数字信号处理器 阅杂孕 构成双机控制系统， 控制电 图 猿 控制方法 图 员焊机工作状态 图 圆电路拓扑方案 葬 空载工作过程 遭 负载工作过程 葬 空载 遭 有负载 图 源工作波形 葬 电流波形 遭 频谱分析 图 缘输入电流波形穴有谐波雪 专题讨论 李朋： 逆变焊机波形控制技术第 圆 期 专 题 讨 论 逆 变 与 数 字 化 焊 接 电 源 技 术 31窑窑 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 筻 耘造藻糟贼则蚤糟 宰藻造凿蚤灶早 酝葬糟澡蚤灶藻 参数晶闸管 整流式 电弧焊机 一般 陨郧月栽 逆变电弧 焊机 奥太陨郧月栽 逆变电弧 焊机 奥太 陨郧月栽 逆变低谐波 电弧焊机 比较 结果 全功率 因数 孕云辕豫 电流谐波 总含量 栽匀阅辕豫 园援远愿园援苑缘园援怨源园援怨愿 奥太低 谐波焊机 孕云 最高 圆缘援远苑员援猿圆愿援圆圆园援圆 奥太低 谐波焊机 谐波含 量最小 表 员性能指标对比 路各个部件之间采用 源愿缘 数字通信方式联接， 如图 苑 所示。 图中， 阅杂孕 为焊接性能的控制核心， 焊接电压、 电流信号经过 粤辕阅 转换成数字信号， 数字信号处理 器软件实现灵活、 精细的焊接性能控制。 显示板单 片机建立友好的人机界面， 实现与送丝机间的参数 传递。 猿援员脉冲 酝陨郧 焊波形控制技术 由于不锈钢、 铝及其合金焊接需求越来越多， 葬 电流波形遭 频谱分析 图 远输入电流波形和频谱分析 图 苑数字控制逆变焊机系统框图 脉冲 酝陨郧 焊机已广泛应用于机车、 罐体、 压力容器、 造船等行业。 脉冲 酝陨郧 得到迅速发展， 其特点是： 穴员雪焊接过程几乎无飞溅、 电弧稳定； 穴圆雪焊接碳钢、 不 锈钢、 铝及其合金等有色金属方面有明显优势。 理 想的电流波形与熔滴过渡对应如图 愿 所示。 奥太 孕怎造泽藻 酝陨郧原缘园园 数字控制逆变焊机如图 怨 所示， 其关键核心技术： 主电路采用全负载软开 关逆变技术使焊机的动态响应速度和可靠性具有 保障。 在脉冲峰值期间， 可输出大电流高电压； 基值 电流期间， 最小电流稳定保持在 员园 粤； 脉冲电流上 升率最快可达到 员园园 粤辕员园园 滋 泽。 控制回路通过数字图 愿理想的电流波形与熔滴过渡对应 专 题 讨 论 逆 变 与 数 字 化 焊 接 电 源 技 术 专题讨论第 猿怨 卷 32窑窑 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 耘造藻糟贼则蚤糟 宰藻造凿蚤灶早 酝葬糟澡蚤灶藻 波形控制技术可实现多种材料脉冲波形的精细控 制， 如图 员园 所示， 具有完善的引弧、 收弧功能， 使焊 接过程更流畅， 如图 员员 所示。 采用慢送丝、 脉冲引弧方式， 根据不同的焊接 材料， 选用最优的脉冲频率、 引弧电流和送丝速度， 达到最优的引弧效果。 采用脉冲的去球方式， 去球 成功率达 怨怨豫。 一种焊丝对应一套专家程序， 可焊接碳钢、 不 锈钢、 铝及其合金、 铜及其合金。 具有友好的人机界 面， 操作简便， 如图 员圆 所示。 焊接规范调节流程： 穴员雪在控制面板上选择好焊 丝材料、 焊丝直径； 穴圆雪将遥控器电压旋钮调节到标 准位置； 穴猿雪调节电流旋钮就可进行焊接。 猿援圆根焊波形控制技术 管线钢焊接工艺中， 根焊是最重要环节， 根焊 的好坏直接决定了整个焊口的焊接质量。 根焊要求 电弧短、 穿透力强、 熔池稳定， 飞溅小， 可实现全位 置焊接。 奥太 孕怎造泽藻 酝陨郧原缘园园云砸 数字管道多功能焊机 图 怨孕怎造泽藻 酝陨郧原缘园园 数字焊机 渍 员援圆皂皂， 员园园粤， 频率愿园匀扎， 保护气体 穴粤则雪怨苑援缘豫垣 穴悦韵圆雪圆援缘豫 葬 不锈钢 猿园愿蕴 渍 员援圆皂皂， 员园园粤， 频率 员园园匀扎， 保护气体 穴粤则雪员园园豫 遭 铝硅 源园源猿 渍 员援圆皂皂， 员园园粤， 频率 员圆园匀扎， 保护气体 穴粤则雪员园园豫 凿 铝镁 缘猿缘远 渍 员援圆皂皂， 员园园粤， 频率怨园匀扎， 保护气体 穴粤则雪愿园豫垣 穴悦韵圆雪圆园豫 糟 碳钢 图 员园多种焊材的电流、 电压波形 图 员员引弧、 收弧过程电流波形 专题讨论 李朋： 逆变焊机波形控制技术第 圆 期 专 题 讨 论 逆 变 与 数 字 化 焊 接 电 源 技 术 33窑窑 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 筻 耘造藻糟贼则蚤糟 宰藻造凿蚤灶早 酝葬糟澡蚤灶藻 采用软件和硬件相结合的方式， 准确检测熔滴过渡 的时刻， 使得检测正确率达到 怨怨豫； 缩颈发生时迅 速降低电流， 这样才能使熔滴过渡平稳， 有效减小 焊接缺陷； 内置专家数据库， 实现一元化调节， 缩短 参数调节时间。 采用金属粉芯焊丝的焊接电流、 电 压波形和焊缝成形如图 员猿 所示。 葬 金属粉芯根焊时的焊接电流、 电压波形 图 员猿焊接电流、 电压波形和焊缝成形穴根焊雪 与普通气保焊相比， 具有电弧穿透力强、 热输 入低， 飞溅小的优点； 焊工操作性强， 全位置焊接时 电弧形态均匀、 一致； 员 点耀圆 点位置背面熔池不易下 垂； 源 点耀远 点位置背面焊缝不易内凹。 猿援猿热焊脉冲波形控制技术 管线钢焊接工艺中， 热焊可以进一步巩固根焊 焊缝， 增加防腐层厚度。 热焊要求电弧短、 穿透力强、 熔池稳定， 飞溅小， 可实现全位置焊接。 采用金属粉芯 焊丝的焊接电流、 电压波形和焊缝成形见图 员源。 葬 金属粉芯热焊的焊接电流、 电压波形 图 员源焊接电流、 电压波形和焊缝成形穴热焊雪 奥太 孕怎造泽藻 酝陨郧原缘园园云砸 数字管道多功能焊机 采用脉冲特性完成热焊工艺， 采用单周期实现弧压 控制， 弧长短、 电弧指向性强。 内置专家数据库， 实 现一元化调节， 缩短参数