-中频焊接控制器原理(侧重电路原理)

1、1、中频焊接控制器基本原理中频点焊焊接控制器的主要作用就是把工频三相电源转换为稳定的中频单 相电源，电压从380V （线电压380V，相电压220V，线电压倍的相电压） 提高到514V （三相桥式整流，不包含滤波，输出电压为1.35倍的线电压，即380*1.35=514V），频率从50Hz提高到1000Hz以上，再通过焊接变压器转换和 整流，变成需要的直流电流供点焊焊接使用。上述原理称为中频逆变直流，其电路原理图如下图所示：图1中频逆变直流电路原理图（使用 Protel DXP制图）图1的电路中实现逆变的关键元件是IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor,

2、 绝缘栅双极型晶体管），这种器件利用制作集成电路的方法，由BJT （双极型三极管）和MOS （绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体 器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面优点。它可以承受 高达数千伏的电压，并且可以控制高达数千安培的电流。2、三相桥式整流基本原理图2 三相桥式整流电路首先分析整流电路，整流电路把三相交流电转变为直流电， 就是由六个整流 管组成的全波整流电路，三相全波整流电路如图 2所示。一般三相全波桥式整流 电路已经做成了集成化电路，成为一个固定电压、固定电流的三相全波整流块。 它的输入端接上50Hz、380V线电压的三相交流电，它的输出

3、端就会有整流后的 直流输出。为了分析整流电路的工作原理在图3中画出了三相的相电压的图（只体现三 相电源各相之间的相角关系，未体现三相电频率）。作用在6个整流二极管上的电压是线电压，也就是Uab Ua Ub， Ubc Ub Uc， Uca U。 。这里线电压的波形相当于任意一瞬间t1两个相电压相减Kit -旳止虹事£iJ*卫出卡Mie* lrr£*rt I越址 wa k乩負&切-Mt'lr rv-q xm 0Mirop WMO* MtL?* u 闻曲畢辱0 pIB «* G c±X1300血10ME &T.C 9w.fi I叶s I

4、 Tr.G E0 TT t -IT* JTT <T.t -IT 花图3三相电压输入波形（使用 Matlab制图）将波形图提取出来，如图4所示。图中所标注的点划线为t1时刻示意。分析1 6号整流二极管导通的情况：对于1、2、3号二极管，有一端接在一起（E+端 口），当三相交流电作用在管子的另一端时，哪个二极管能导通取决于1、2、3三个整流管所接的电压哪个电位最高。如图 4所示，在t1时刻，a相最高，a相导 通后（即整流管1通）就把电压加到2和3整流管，这两个整流管受到了反向电压， 就是E+点电压高于b相，和c相电压，所以2与3整流管都截止。对于E-端，4、5、6整流管接在了一起，哪一个管子

5、导通，取决于 a，b，c 三相哪一相电位最低。由图4可见，在t1瞬间c相的电压最负，则这一瞬间c相连 接的6号二极管导通，一旦6导通就使E-的电位变为最负（二极管管压降忽略不 计），整流管4与整流管5都截止。在这一时刻由于uc为负值，所以（E+） （E-） 之间的电压就是Ua % ,其他时刻类似。图4中，由A点向B点的过程中，a相作用于E+对2、3号二极管的截止作用逐 渐减弱，并在经过B点之后由b相代替；在B点到C点的过程中，c相作用于E-对4、 5号二极管的截止作用逐渐减弱，并在经过 C点后由a相代替。如此周而复始的导 通，在E+和E-之间形成了一个直流电压，这个电压就是三相整流后的电压，需

6、 要用积分的方式求取平均值。如图5所示，以闭区间 L 为例，对于a相的1号二极管，一个周期中只6 6在此范围内导通，即计算a相整流电压Uda只需要在此区间进行积分。电路的负向回路分别由b相和c相导通。根据单一时刻UdUdaUdb可知，只需求取b相或c相在此区间内有效导通的时段的积分 Udb或Udc，并与Uda相加即可（积分可认为是波形在区间内与X轴围成的面积，为正，固不再多考虑绝对值）。Uda积分结果如下：Uda6Um sintd t皿(cos- cos)2 ' 6 61.17u(1)式（1）中Uda为a相整流电压，Um为三相交流电电压峰值，U为有效值,且满足关系Um气2u。而Udb或

7、Udc的积分结果如下：1.1711 2.一丄 3Um /、3Um V3 33/2UdbUm sin td t (coscoa)u6 2 2 2(3)ududa udb (1.17 1.17)u2.34 220 514v式(2)中udb为b相整流电压，式(3)中Ud为三相整流后的电压，约为514v。 经过三相桥式整流以及滤波，将电源从三相正弦波形转换为单向直流波形，再通过IGBT的开关电路，将电源从直流波形转换为方波，且将频率提升到1000Hz 以上，输出给焊钳上携带的焊接变压器，实现逆变。3、中频焊接的优点分析3.1电流效率高交流焊接有过零转换，其间会损失一定的能量，而直流电源持续加热，能快电

8、流效率提高20%左右。ahhUNWSCirreot 39.9kA : Pea* Current = +/- 673.2焊接核心大POI53CUHRWS Currern： Jf.SkA: Pe* Currwn 皿二加_T十_|_I的却I述We(<r 和诳直流焊接获得的焊核比交流大和宽，特别适合多层不等厚板焊接。A勺 sl 勺 rci 王 rr-i <i4Ni 詔話為111扭4U吧花111 L U « L LeucIL 甘 slt.-slid-.-.-l'n .pn 3-se-4 EFtsB 亍孔!-1 l"6.二- *+4+ + +4- 4I3 r1I?&

9、#163;.-:占 qnlax!II TA4HUHJ_rsV二疼一x>w HL Leyc.或炬监C3 5> T-ln j -(b) AC(a) DC3.3焊接一致性高数据表明：交流的波动范围达到 35%左右，而直流的波动在3%左右。直流 焊接的一致性提高了 10倍。IAC RESULTSDC RESULTSPC No.Brake Torque (Newton Meters)1225223532004215522562487200 81759228102201117012240132151423515235AVERAGE218RANGE78PC No.Brake Torque (Ne

10、wton Meters)1175217531704175517061707 17081759170101751117312170131701417015:175AVERAGE172RANGE53.4中频焊接的其他优点三相供电平衡：对网络的冲击小；功率因素高：几乎达到100%;焊接电流精确：控制精度提高了 20倍； 节能：能节约20%的能量；工作范围宽：20%-95%范围都能工作，比交流的 50%-85%的范围提高了 1 倍以上；此外还可以忽略交流回路的感抗问题；3.5工频和中频比较表对比项目/焊机类型工频、整流焊机50Hz中频焊机(600-2000HZ)焊接规范响应速度为20ms，电流 达到设

11、定值所需的时间 长；单相工频焊机两相 输入，参数不稳定；三响应速度为1ms，电流能够更快 地达到设定值，能更多、更准确 的分析参数；三相均衡输入，参 数稳定；恒流控制效果很稳定。相工频焊机很难实现恒流输出。焊接质量焊接飞溅大，表面质量 控制较中频焊机困难。由丁频率咼达1000Hz，次级电 流输出能力强，且波形平直，溶 核尺寸稳定的范围扩大。几乎不 产生飞溅，且焊接初级阶段电流 呈自然递增，焊点表面质量好。适应性适应材料范围小，铝合 金以及铝等导热快、焊 接性差的材料无法进行 很好的焊接。适用多种材料的焊接，如铝合金 以及铝等导热快、焊接性差的材 料也可焊接。另外，对于镀锌板 和普通多层板的焊接

12、，其焊接质 量也远高于工频焊机的焊接质 量。变压器变压器尺寸大，输入功率咼。变压器尺寸小，输入功率低。能源利用率两相输入，工作时很难 保证相电压之间的均衡，功率因数低，约为0.60.7。三相负荷均衡，功率因数高达0.9以上；节能（根据美国通用汽 车公司的报告，中频点焊比工频 点焊每焊接一点节省4美分）。辅助材料利用率电极使用寿命短，消耗 量大；用气用水量大。没有明显的峰值电流和飞溅，缩 短了焊接时间，电极使用寿命 长；效率比AC提高，尤其在一些 高速缝焊中应用。4、硬件构成中频焊接控制器的硬件及软件组成部分列如下简表:中频焊接控制器（MF Timer）机器人用手工悬点用主要器件备注组成部分备注

13、主基板单兀主基板单兀整流单元整流单元IGBT逆变单元IGBT逆变单元漏电保护单元漏电保护单元焊钳压缩空气单元焊钳冷却水单元附属器件附属器件冷却单元冷却单元箱体箱体网络接口单元网络接口单元其它部分其它部分编程器（复位器）编程器（复位器）编程软件编程软件自适应单元自适应单元5、关键性能指标性能指标解释恒定电流控制该功能有利于提高焊接电流控制精度。恒功率控制该功能有利于提高焊接参数控制精度，动态补偿焊 接电流和焊接时间，提咼焊接质量。输出电流频率此参数表示可以匹配的焊接变压器的频率范围。输出电流值该值反映了焊接控制器对焊钳输出控制电流的能 力。控制器冷却方式水冷或空冷。编程器（复位盒）故障复位方式。

14、6、安装工程安装工程通常需要做以下这些工作。1）首先请安装焊接控制器（焊接电源（400V）、焊接变压器（焊枪侧）的排线 及冷却水、输入输出信号的配线等）。2）电极间电压输出线配线3）使用分布式输入输出信号时，须进行步增复位输入信号线的配线注）即使不使用步增功能，为了清除学习数据，此信号线也是必须的7、目前主流品牌及价格分析国别欧系日系美系品牌价格相比，欧美系的价格比较高，日系的价格相对较低。决定价格的因素主 要在于以下几个方面：1、产品的设计理念和技术含量；2、产品的制造成本和管理成本；3、产品的国产化率。8主要技术参数、评价指标及其检测方法（1）焊接变压器：容量、匝数比、重量；（2）输入电源：交流3相380V、50Hz,主空开1