CN106180978B - 基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统及方法，PI运算模块和过载保护模块；所述PI运算模块，用于调理焊机输出电流的电流给定信号和焊机输出电流的反馈信号，并得到相应的误差信号，通过所述误差信号控制送丝机的PWM信号输出，实现恒流控制；所述过载保护模块，用于根据送丝机电流的反馈信号控制送丝机的送丝速度，当送丝机电流的反馈信号超过设定阈值时，抑制送丝速度至停转。本发明避免了恒压电源配等速送丝系统带来的飞溅大成型不美观的缺陷，实现焊机恒流输出，又能够兼具平特性电源匹配变速送丝的优点。

Description

基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电焊机领域，具体地，涉及一种基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统及方法。

背景技术

随着金属制品加工行业中气体保护焊机占有率越来越高，人们对焊缝的美观性、电弧的随意性和飞溅提出了越来越高的要求。传统平特性电源匹配等速送丝的控制虽然具有极佳的焊丝自适应能力，焊接操控性和电弧调节能力强，但是飞溅和成型相对较差的问题一直困扰着使用者。在此基础上有学者提出了恒流电源匹配等速送丝的控制系统，该方式较好的解决了飞溅和成型问题，但是同时由于恒压特性的缺失也暴露出电弧调节能力不强的问题，在焊接时容易断弧爆断。

基于以上两者的不足，本发明提出平特性电源匹配变速送丝的方式来实现对焊机的控制，通过送丝调制的方式，实现电弧电流的恒定，另外通过电源的恒压控制实现焊机的平特性。基于送丝调制的恒流特性解决了飞溅大、成型不美观的问题，电源的平特性输出解决了焊丝调节能力不足，操控性不强的缺点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统及方法。

根据本发明提供的基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统，核心的恒流部分包括：PI运算模块和过载保护模块；

所述PI运算模块，用于调理焊机输出电流的电流给定信号和焊机输出电流的反馈信号，并得到相应的误差信号，通过所述误差信号控制送丝机的PWM信号输出，实现恒流控制；

所述过载保护模块，在送丝机堵转或重载时，根据送丝机电流的反馈信号控制送丝机的送丝速度，当送丝机电流的反馈信号超过设定阈值时，抑制送丝速度至停转。

优选地，所述PI运算模块包括：运放U2B、运放U3B、运放U4B、稳压管Z6、稳压管Z9、二极管V18、二极管V19、电容C17、电容C20、电阻R9、电阻R10、电阻R25、电阻R37、电阻R67、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74；

电阻R37的一端连接至焊机输出电流的给定信号，电阻R37的另一端分别连接至稳压管Z9的负极、电容C17的一端、运放U3B的同相输入端，稳压管Z9的正极和电容C17的另一端均接地；运放U3B的反相输入端连接至运放U3B的输出端以及电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端分别连接至电阻R67的一端、二极管V18 的负极、二极管V19的正极、运放U2B的反相输入端、电容C20的一端、稳压管 Z6的负极，且所述电阻R9的另一端构成所述PI运算模块的第一输入端连接至过载保护模块；电阻R67的另一端分别连接至运放U4B的输出端、电阻R71的一端，所述电阻R71的另一端分别连接运放U4B的反相输入端、电阻R73的一端，所述运放U4B的同相输入端接地，电阻R73的另一端连接至焊机输出电流的反馈信号并通过电阻R72连接至正15V电压端；稳压管Z6的正极分别连接至电阻R10的一端、运放U2B的输出端、电阻R25的一端，电阻R10的另一端连接至电容C20的另一端；电阻R25 的另一端构成误差信号输出端并连接至电阻R74的一端，二极管V18的正极、二极管 V19的负极、运放U2B的同相输入端以及电阻R74的另一端均接地。

优选地，所述过载保护模块包括：运放U2A、稳压管Z2、稳压管Z5、电解电容E4、电容C18、电容C19、电容C69、电容C70、二极管V15、电阻R22、电阻R57、电阻R58、电阻R59、电阻R60、电阻R61；

电阻R22的一端构成过载保护模块的输入端连接至PI运算模块的第一输入端，电阻 R22的另一端连接至稳压管Z5的负极，稳压管Z5的正极分别连接至运放U2A的输出端、电解电容E4的负极、电阻R61的一端，运放U2A的正电源输入端连接至正15V电压端并通过电容C18接地，所述运放U2A的负电源输入端连接至负15V电压端并通过电容C19 接地；运放U2A的反相输入端分别连接至电解电容E4的正极、电阻R61的另一端、电阻R60的一端，电阻R60的另一端接地；运放U2A的同相输入端分别连接至稳压管Z2 的正极、电阻R59的一端，电阻R59的另一端分别连接至电阻R58的一端、电容C69的一端、电容C70的一端、电阻R57的一端，所述稳压管Z2的负极、电阻R58的另一端、电容C69的另一端、电容C70的另一端均接地；电阻R57的另一端连接至二极管V15的正极，二极管V15的负极构成送丝机电流的反馈信号的输出端。

根据本发明提供的基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制方法，包括如下步骤：

PI运算步骤：将焊机输出电流的电流给定信号和焊机输出电流的反馈信号进行PI运算，得到误差信号，进而得到调制送丝机的PWM信号，使送丝速度受焊接电流调制，通过改变送丝速度来保持焊接电流的恒定；

过载保护保护步骤：根据送丝机电流的反馈信号控制送丝机的送丝速度，当送丝机电流的反馈信号超过设定阈值时，抑制送丝速度至停转。

优选地，所述PI运算步骤包括：

当输出电流的反馈信号大于设定时，通过PI调节误差信号的绝对值变小，则调制送丝速度的PWM脉宽变窄，送丝速度降低；

当输出电流的反馈信号小于等于设定时，通过PI调节误差信号的绝对值变大，则调制送丝速度的PWM脉宽变宽，送丝速度加快。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提出基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统来实现对焊机的控制，通过送丝调制的方式，实现电弧电流的恒定，另外通过电源的恒压控制实现焊机的平特性；基于送丝调制的恒流特性解决了飞溅大、成型不美观的问题，电源的平特性输出解决了焊丝调节能力不足，操控性不强的问题，且整体控制系统的电路结构简单，易于实现。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的基于送丝调制的逆变气保焊恒流控制系统的电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统，采用平特性电源匹配变速送丝系统来实现，调制送丝速度来调节逆变器输出电流，以达到焊机恒流输出的目的，调制电源PI来实现电弧两端的恒压特性。目前的恒流气保焊提出采用恒流外特性配合等速送丝的概念来实现，这种调节方式在电源的输出上实现了电弧恒流，解决了普通恒压平特性电源在焊接时飞溅大，成型不美观的缺点。这种控制方式将平特性电源所具有的较强的焊丝自调节能力彻底抛弃，在焊接时由于调节能力的消失会使电弧变的极其不稳，操作性下降。但是平特性电源匹配变速送丝系统能够较好的解决恒流外特性配合等速送丝造成的电弧不稳，操作性差的问题，又避免了恒压电源配等速送丝系统带来的飞溅大成型不美观的缺陷。本发明正是基于上述不足提出的，既能实现焊机恒流输出，又能够兼具平特性电源匹配变速送丝的优点。

基于送丝调制的恒流系统，具体地，将焊机输出电流的电流给定信号和焊机输出电流的反馈信号进行PI运算，得到相应误差信号，进而得到调制送丝机的PWM信号，使送丝速度受焊接电流调制，通过改变送丝速度来保持焊接电流的恒定。

具体地，如图1所示，图中的Ig为焊机输出电流的给定信号，If为焊机输出电流的反馈信号，ERR为调制送丝输出电压的误差信号，MIf为送丝机电流的反馈信号 (用作送丝机的过载保护)。Ig和If分别通过运放U3B和运放U4B的信号调理后，在运放U2B进行PI运算，并得到误差信号ERR，ERR通过后续PWM电路，调制送丝速度，当反馈电流If大于设定时，通过PI调节ERR绝对值变小，从而使调制送丝速度的PWM脉宽变窄，送丝速度降低，反之ERR绝对值变大，脉宽变宽，送丝速度加大。另外，本系统还设置了送丝机过载保护电路，当MIf超过设定阈值 时，稳压管Z5导通，抑制送丝速度至停转。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统，其特征在于，包括：PI运算模块和过载保护模块；

所述PI运算模块，用于调理焊机输出电流的电流给定信号和焊机输出电流的反馈信号，并得到相应的误差信号，通过所述误差信号控制送丝机的PWM信号输出，实现恒流控制；

所述过载保护模块，用于根据送丝机电流的反馈信号控制送丝机的送丝速度，当送丝机电流的反馈信号超过设定阈值时，抑制送丝速度至停转；

所述PI运算模块包括：运放U2B、运放U3B、运放U4B、稳压管Z6、稳压管Z9、二极管V18、二极管V19、电容C17、电容C20、电阻R9、电阻R10、电阻R25、电阻R37、电阻R67、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74；

电阻R37的一端连接至焊机输出电流的给定信号，电阻R37的另一端分别连接至稳压管Z9的负极、电容C17的一端、运放U3B的同相输入端，稳压管Z9的正极和电容C17的另一端均接地；运放U3B的反相输入端连接至运放U3B的输出端以及电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端分别连接至电阻R67的一端、二极管V18的负极、二极管V19的正极、运放U2B的反相输入端、电容C20的一端、稳压管Z6的负极，且所述电阻R9的另一端构成所述PI运算模块的第一输入端连接至过载保护模块；电阻R67的另一端分别连接至运放U4B的输出端、电阻R71的一端，所述电阻R71的另一端分别连接运放U4B的反相输入端、电阻R73的一端，所述运放U4B的同相输入端接地，电阻R73的另一端连接至焊机输出电流的反馈信号并通过电阻R72连接至正15V电压端；稳压管Z6的正极分别连接至电阻R10的一端、运放U2B的输出端、电阻R25的一端，电阻R10的另一端连接至电容C20的另一端；电阻R25的另一端构成误差信号输出端并连接至电阻R74的一端，二极管V18的正极、二极管V19的负极、运放U2B的同相输入端以及电阻R74的另一端均接地。

2.根据权利要求1所述的基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统，其特征在于，所述过载保护模块包括：运放U2A、稳压管Z2、稳压管Z5、电解电容E4、电容C18、电容C19、电容C69、电容C70、二极管V15、电阻R22、电阻R57、电阻R58、电阻R59、电阻R60、电阻R61；

电阻R22的一端构成过载保护模块的输入端连接至PI运算模块的第一输入端，电阻R22的另一端连接至稳压管Z5的负极，稳压管Z5的正极分别连接至运放U2A的输出端、电解电容E4的负极、电阻R61的一端，运放U2A的正电源输入端连接至正15V电压端并通过电容C18接地，所述运放U2A的负电源输入端连接至负15V电压端并通过电容C19接地；运放U2A的反相输入端分别连接至电解电容E4的正极、电阻R61的另一端、电阻R60的一端，电阻R60的另一端接地；运放U2A的同相输入端分别连接至稳压管Z2的正极、电阻R59的一端，电阻R59的另一端分别连接至电阻R58的一端、电容C69的一端、电容C70的一端、电阻R57的一端，所述稳压管Z2的负极、电阻R58的另一端、电容C69的另一端、电容C70的另一端均接地；电阻R57的另一端连接至二极管V15的正极，二极管V15的负极构成送丝机电流的反馈信号的输出端。

3.一种基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制方法，其特征在于，应用权利要求1或2所述的基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制系统，包括如下步骤：

PI运算步骤：将焊机输出电流的电流给定信号和焊机输出电流的反馈信号进行PI运算，得到误差信号，进而得到调制送丝机的PWM信号，使送丝速度受焊接电流调制，通过改变送丝速度来保持焊接电流的恒定；

恒压控制步骤：通过平特性电源匹配变速送丝速度来调制电源PI，以实现电弧两端的电压恒定；

过载保护保护步骤：根据送丝机电流的反馈信号控制送丝机的送丝速度，当送丝机电流的反馈信号超过设定阈值时，抑制送丝速度至停转。

4.根据权利要求3所述的基于送丝调制的逆变气保焊恒流恒压控制方法，其特征在于，所述PI运算步骤包括：

当输出电流的反馈信号大于设定时，通过PI调节误差信号的绝对值变小，则调制送丝速度的PWM脉宽变窄，送丝速度降低；

当输出电流的反馈信号小于等于设定时，通过PI调节误差信号的绝对值变大，则调制送丝速度的PWM脉宽变宽，送丝速度变快。