CN103586563B - 变极性弧焊电源及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供变极性弧焊电源及其控制方法，属于焊接技术领域。变极性弧焊电源包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路；焊接电流设定单元、电流检测单元和逆变电源回路分别与控制器电连接，焊接电流设定单元用于设定理想焊接电流，电流检测单元用于检测实际焊接电流。所述控制器包括：极性判断单元，用于根据电流检测单元检测的实际焊接电流，来判断控制阶段的极性；控制单元，用于根据判定的极性、设定的理想焊接电流以及检测的实际焊接电流，来控制逆变电源回路输出焊接电流。本发明能够根据不同极性控制阶段采用不同控制参数进行控制，有效解决固定参数时，两极性波形不能兼顾的问题，实现对变极性弧焊的精确控制。

Description

变极性弧焊电源及其控制方法
[技术领域]
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种变极性弧焊电源及其控制方法。
[背景技术]
变极性弧焊，广泛应用于铝、铝合金的焊接工艺当中。变极性弧焊包括交流钨极氩弧焊（TIG）等。对于变极性弧焊电源，正半波控制时向电极加正向电压，母材为负，电流由电极流向母材；负半波控制时向母材加正向电压，电极为负，电流由母材流向电极。由于变极性弧焊电极向母材的放电能力与母材向电极的放电能力有较大区别，导致了变极性焊接时，变极性正负半波不易实现一致性控制，从而无法实现变极性焊接的稳定电弧性能，容易导致焊接烧损电板严重、焊接电弧不稳定、焊缝成形不良、焊接存在飞溅。
目前，变极性弧焊电源都采用固定控制参数进行控制，在控制时均没有考虑电极向母材的放电能力与母材向电极的放电能力不同，因此，普遍存在上述缺点。
[发明内容]
[技术问题]
本发明旨在针对现有技术中的问题，提供一种变极性弧焊电源及其控制方法。
[解决方案]
本发明提供一种变极性弧焊电源，包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路；所述焊接电流设定单元、所述电流检测单元和所述逆变电源回路分别与所述控制器电连接，所述焊接电流设定单元用于设定理想焊接电流，所述电流检测单元用于检测实际焊接电流。
本发明的变极性弧焊电源的特征在于：所述控制器包括：极性判断单元，其用于根据所述电流检测单元检测的实际焊接电流，来判断控制阶段的极性；控制单元，其用于根据所述极性判断单元判定的极性、所述焊接电流设定单元设定的理想焊接电流以及所述电流检测单元所检测的实际焊接电流，来控制逆变电源回路输出焊接电流。
本发明还提供一种变极性弧焊电源，包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路；所述焊接电流设定单元、所述电流检测单元和所述逆变电源回路分别与所述控制器电连接，所述焊接电流设定单元用于设定理想焊接电流，所述电流检测单元用于检测实际焊接电流。
本发明的变极性弧焊电源的特征在于：所述控制器包括：极性设定单元，其用于设定控制阶段的极性；控制单元，其用于根据所述极性设定单元设定的极性、所述焊接电流设定单元设定的理想焊接电流以及所述电流检测单元所检测的实际焊接电流，来控制逆变电源回路输出焊接电流。
本发明提供一种变极性弧焊电源的控制方法。所述电源包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路；所述焊接电流设定单元、所述电流检测单元和所述逆变电源回路分别与所述控制器电连接，所述方法包括如下步骤：通过所述焊接电流设定单元设定理想焊接电流；通过的所述电流检测单元检测实际焊接电流；通过所述控制器根据检测的实际焊接电流，来判断控制阶段的极性；根据所判定的极性、所设定的理想焊接电流以及所检测的实际焊接电流，通过所述控制器控制所述逆变电源回路输出焊接电流。
本发明还提供一种变极性弧焊电源的控制方法，所述电源包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路；所述焊接电流设定单元、所述电流检测单元和所述逆变电源回路分别与所述控制器电连接，所述方法包括如下步骤：通过所述焊接电流设定单元设定理想焊接电流；通过所述控制器设定控制阶段的极性；通过所述电流检测单元检测实际焊接电流；根据所设定的极性、所设定的理想焊接电流以及所检测的实际焊接电流，通过所述控制器控制所述逆变电源回路输出焊接电流。
[发明有益效果]
本发明由于采用上述方案，能够根据不同极性控制阶段采用不同控制参数进行控制，可有效解决固定参数时，两极性波形不能兼顾的问题，实现对变极性弧焊的精确控制。
[附图说明]
图1是本发明第一实施例的变极性弧焊电源的硬件结构框图；
图2是图1所示控制器中的软件结构框图；
图3是本发明第一实施例的变极性弧焊电源的控制方法的流程图；
图4是本发明第二实施例的软件结构框图；
图5是本发明第二实施例的变极性弧焊电源的控制方法的流程图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
[第一实施例]
[硬件结构]
下面参照图1描述本发明第一实施例的变极性弧焊控制装置的硬件结构。
本实施例所示的变极性弧焊电源为TIG焊接电源。
如图1所示，本发明的变极性弧焊电源包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路。所述焊接电流设定单元、所述电流检测单元和所述逆变电源回路分别与所述控制器电连接。所述焊接电流设定单元用于设定理想焊接电流。电流检测单元用于检测焊接电流，其可以采用电流互感器。逆变电源回路用于输出焊接电流。控制器用于控制逆变电源回路。
控制器包括：A/D转换单元、DSP处理单元、PWM输出单元、PWM驱动单元。A/D转换单元用于将电流互感器检测的模拟信号（电流信号）转换为数字信号，并将数字信号输入到DSP处理单元。DSP处理单元根据输入的电流信号，来控制PWM输出单元的输出。DSP处理单元包括CPU、RAM和FLASH（闪存）。CPU用来进行运算和控制，RAM是CPU的临时工作区，FLASH用来存储相应的程序和数据等，例如与稍后描述的控制方法流程相对应的程序模块。PWM输出单元用于根据CPU的控制信号，输出相应的PWM波形。PWM驱动单元将PWM输出单元输出的PWM波形放大，以驱动逆变电源回路。在本实施例中，控制器为德州仪器的C2000，其集成有上述单元。但是本发明不限于此，可以采用其他芯片或者各个单元可以单独采用相应的硬件电路。
[软件结构]
下面参照图2描述本发明的控制器中的软件结构。
如图2所示，控制器包括：极性判断单元和控制单元。极性判断单元用于根据所述电流检测单元检测的实际焊接电流，来判断控制阶段的极性。控制单元用于根据所述极性判断单元判定的极性、所述焊接电流设定单元设定的理想焊接电流以及所述电流检测单元所检测的实际焊接电流，来控制逆变电源回路输出焊接电流。与极性判断单元和控制单元相对应的程序模块存储在FLASH中，并且在工作时，DSP处理单元中的CPU将相应的程序模块从FLASH加载到RAM中运行。
[焊接控制方法]
接下来参照图1-图3描述本发明的焊接控制方法。
如图3所示，首先，在步骤S201中，通过控制器设定理想焊接电流（焊接电流设定单元），接着，在步骤S202中，通过电流检测单元（电流互感器）检测实际焊接电流。随后，在步骤S203中，控制器根据检测的实际焊接电流判断控制阶段的极性（极性判断单元）。最后，在步骤S204中，控制器根据判定的控制阶段的极性、设定的理想焊接电流以及检测的实际焊接电流，控制逆变电源回路输出焊接电流（控制单元）。
具体来说，控制器中的CPU首先根据不同的极性和理想的焊接电流，选择相应的控制参数，接着根据实际焊接电流来确定PWM开通值。接着，通过PWM输出单元生成相应的PWM波形，之后经PWM驱动单元放大后，驱动逆变电源回路输出焊接电流。
在本实施例中，在选择控制参数时，选择PI控制中的比例参数、积分参数、环路补偿参数和PWM最大开通参数，以下是四个参数与极性和电流的对应查找表。
比例参数
积分参数
环路补偿参数
PWM最大开通参数
控制器将在上述查找表中找到的相应控制参数输入到电源模型，从而实现精确的控制。
需要注意的是，虽然在第一实施例中，使用了上述四个参数，但是本发明不限于此，可以仅使用比例参数和积分参数，进行控制。另外，控制参数也可根据电源模型进行改变。
[第二实施例]
第二实施例的硬件结构与第一实施例相同，因此不再重复描述。
第二实施例的软件结构与第一实施例基本相同，不同之处在于：如图4所示，使用极性设定单元代替极性判断单元，极性设定单元用于设定控制阶段的极性。即在第二实施例中，无需判断控制阶段的极性，而是由控制器直接设定控制阶段的极性。
下面结合图5描述第二实施例的控制方法。
第二实施例与第一实施例的控制方法也基本相同，因此在图5中与第一实施例的图3相同之处，采用了相同的附图标记。
如图5所示，首先，在步骤S201中，通过控制器设定理想焊接电流(焊接电流设定单元)。接着，在步骤S303中，通过控制器设定控制阶段的极性(极性设定单元)。然后，在步骤S202中，通过电流检测单元(电流互感器)检测实际焊接电流。接着，在步骤S204中，根据所设定的极性、所设定的理想焊接电流以及所检测的实际焊接电流，通过控制器控制逆变电源回路输出焊接电流(控制单元)。
需要注意的是，可以对第二实施例进行变形，例如，在图5所示的方法中，先进行步骤S303的处理，然后进行步骤S201的处理。
[其他实施例]
对于MIG焊机，可以采用与上述第一实施例类似的硬件结构和控制方法，不同之处仅在于：不使用电流检测单元检测电流信号，而使用电压检测单元检测焊接电压信号，并根据焊接电压信号进行极性判断，进而实现对逆变电源回路进行精确控制。
同样，对于MIG焊机，可以采用与上述第二实施例类似的硬件结构和控制方法，不同之处仅在于：不使用电流检测单元检测电流信号，而使用电压检测单元检测焊接电压信号。
以上，已参照详细或特定的实施方式，对本发明进行了说明，但本领域技术人员理解：可以在不脱离本发明的精神与范围的前提下进行各种变更及修正。
[工业实用性]
本发明根据不同极性控制阶段采用不同控制参数进行控制，能够有效解决固定参数时，两极性波形不能兼顾的问题，实现对变极性弧焊的精确控制。

Claims (4)

1.一种变极性弧焊电源，包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路；所述焊接电流设定单元、所述电流检测单元和所述逆变电源回路分别与所述控制器电连接，所述焊接电流设定单元用于设定理想焊接电流，所述电流检测单元用于检测实际焊接电流，其特征在于：所述控制器包括：
极性判断单元，其用于根据所述电流检测单元检测的实际焊接电流，来判断控制阶段的极性；
控制单元，其用于根据所述极性判断单元判定的极性、所述焊接电流设定单元设定的理想焊接电流以及所述电流检测单元所检测的实际焊接电流，来控制逆变电源回路输出焊接电流。
2.一种变极性弧焊电源，包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路；所述焊接电流设定单元、所述电流检测单元和所述逆变电源回路分别与所述控制器电连接，所述焊接电流设定单元用于设定理想焊接电流，所述电流检测单元用于检测实际焊接电流；其特征在于：所述控制器包括：
极性设定单元，其用于设定控制阶段的极性；
控制单元，其用于根据所述极性设定单元设定的极性、所述焊接电流设定单元设定的理想焊接电流以及所述电流检测单元所检测的实际焊接电流，来控制逆变电源回路输出焊接电流。
3.一种变极性弧焊电源的控制方法，所述电源包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路；所述焊接电流设定单元、所述电流检测单元和所述逆变电源回路分别与所述控制器电连接，所述方法包括如下步骤：
通过所述焊接电流设定单元设定理想焊接电流；
通过所述电流检测单元检测实际焊接电流；
通过所述控制器根据检测的实际焊接电流，来判断控制阶段的极性；
根据所判定的极性、所设定的理想焊接电流以及所检测的实际焊接电流，通过所述控制器控制所述逆变电源回路输出焊接电流。
4.一种变极性弧焊电源的控制方法，所述电源包括：焊接电流设定单元、电流检测单元、控制器和逆变电源回路；所述焊接电流设定单元、所述电流检测单元和所述逆变电源回路分别与所述控制器电连接，所述方法包括如下步骤：
通过所述焊接电流设定单元设定理想焊接电流；
通过所述控制器设定控制阶段的极性；
通过所述电流检测单元检测实际焊接电流；
根据所设定的极性、所设定的理想焊接电流以及所检测的实际焊接电流，通过所述控制器控制所述逆变电源回路输出焊接电流。
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