软开关型脉冲MIG焊接电源系统事理设计筹划介绍！_电流_波形

3、 电源主电路设计

3．1 主电路事情事理

全桥软开关型逆变电源主电路构造如图2所示，紧张分为：抗共模滤波、三相整流滤波、全桥逆变、功率变换和输出整流滤波5部分。

3．2 全桥软开关的事情事理

逆变电路采取软开关全桥逆变电路，由4个IGBT开关管(VT1～VT4)，4个反并联二极管(VD1～VD4和外加IGBT接管电容C3，C4组成，L4为谐振电感，C12为阻断电容。
其掌握事理与常规移相PWM掌握事理相同，在大范围内也是PWM掌握。
IGBT驱动波形如图3所示。

在t0时候前，VT1，VT4两个IGBT导通，此时电流由A流向B，在t0时候，VT1提前关断，此时电容C3，C4开始充放电，此时VT2的管压降迅速降落，由于C3，C4容量极小，故在很短的韶光内(t2时候到来前)，VT2的管压降降为零，与其并联的逆导二极管VD2导通，此时电流流向为C4→L4→C12→T1→VT4，由于低级电流衰减，流过VD2的电流也迅速降为零，饱和电感L4阻断电流反向增加，同时阻断电容C12上的电压迅速升高，使低级电流保持为零。
故在t1时候，滞后臂上的VT4是在零电流状态下关断的；在t2时候，VT2在零电压、零电流状态下导通。
同理，在t3时候，VT2提前关断，C3，C4又一次开始充放电，此时电流流向是VT3→T1→C12→L4→C4，在极短的韶光内C4充电完成，其电压与前真个正电压相等，此时L4再次反方向的产生阻断电流，阻断电容此时反方向充电，产生反方向高压来阻挡低级电流，故在t4时候，滞后臂上的VT3在零电流状态下关断；在t5时候，VT1在零电压、零电流状态下导通。

综上所述，超前臂实现零电流零电压开关(ZVZCS)，滞后臂实现零电流开关，从而全体软开关逆变电路实现了ZVZCS。

4．1 掌握系统事情事理

在单片机闭环掌握系统中，采取高性能的MCS-96系列单片机80C196KC作为电源掌握系统核心，通过编程实现焊接过程掌握、电流电压采样、A／D转换、PI运算、参数预置等功能。
全体系统采取闭环负反馈掌握，逆变采取PWM办法掌握输出电流的大小，掌握量经由MAX530组成的D／A转换电路后送到脉宽调制芯片UC3846，输出自带去世区的两路PWM驱动旗子暗记，经由脉冲变压器的隔离驱动IGBT，输出恒流外特性。

4．2 IGBT驱动波形

图4为实测IGBT驱动波形，个中图4a为同一桥臂VT1，VT2上的驱动波形ugVT1，ugVT2，由图可知，两路驱动波形相位相反，脉宽相等，与预期的目标相同。
图4b为同一导通回路VT1，VT4上的驱动波形ugVT1，ugVT4，即ugVT4一贯保持最大脉宽，通过掌握ugVT1脉宽来实现PWM调节。
图4c为VT2，VT3上的驱动波形ugVT2，ugVT3。
图4d为VT3，VT4上的驱动波形ugVT3，ugVT4。
由图可见，ugVT3，ugVT4一贯保持最大脉宽，只有ugVT1，ugVT2的脉冲宽度是跟随PI打算后的给定值而变革的，符合所设计的软开关主电路哀求。

5、 掌握系统软件设计

掌握系统是在系统软件的掌握下事情的，掌握程序作为整台焊机的精髓所在，其构造的合理性、程序的实用性以及可靠性就成为数字化焊机的关键所在。
合理的程序构造、精确的程序流程是担保焊机正常事情的根本。

5．1 PI掌握算法

PI运算是掌握软件部分紧张完成的事情之一，数字PID掌握算法的程序编写较为大略，根据所设计焊机的详细哀求，并结合以往的研究结果，系统有比例、积分环节即可得到满意的掌握效果，加入微分项可以提高系统的动态品质，但其运算和参数调度较为繁芜，会占用单片机过多的韶光，降落了相应的快速性。
故此处采取PID算法中的PI部分（详细的PI掌握算法可以私信我）

5．2 焊接过程时序掌握

根据焊接工艺哀求，焊接过程中各个工序要按顺序实行。
其时序掌握如图5所示。

5．3 软件抗滋扰方法

虽然在主电路以及掌握电路中都采纳了抗滋扰方法，但是滋扰旗子暗记只是在一定程度上减弱，不可能完备肃清的。
因此，仍会有一些滋扰能够侵入到单片机系统中，我们在硬件抗滋扰方法的根本上又故意识的采纳了几种软件抗滋扰方法：监视时器、冗余指令、数字滤波等。

为考验前述设计的硬件电路以及软件程序，需对硬件电路以及软件程序进行整机调试，以考验其是否符合设计哀求。
针对整机试验中的各个问题进行剖析与改进，进一步完善系统的设计。

空载测试通过后，对焊机进行静负载试验。
将焊机输出接到负载箱上，面板给定基值与峰值电流相同，即焊机处于恒流输出状态，通过改变负载箱的电阻值测试焊机外特性，根据测试数据绘制焊机外特性曲线。
图6a为给定65 A时测定的焊机输出外特性曲线。

图6b为对5 mm厚Q235A碳钢进行手工焊接过程的脉冲电压波形。
其焊接条件为：焊丝直径1．2 mm，峰值电流180 A，基值电流50 A，占空比为30％，频率为50 Hz，送丝速率为4．5 m·min-1。

在上述参数下焊接，过程稳定，飞溅较少，实现了射滴过渡，达到了最初设计目的，焊缝成型较好，熔深较大，对5 mm厚的板材可一次性焊透。

焊机主电路采取软开关IGBT式全桥逆变构造，经试验表明，硬件电路构造设计合理，性能稳定，实现了零电流、零电压开通与关断；采取以80C196KC单片机为核心的掌握系统，并配以集成度高的专用芯片进行掌握，在各个环节采纳了多种抗滋扰和保护方法；采取汇编措辞编程，软件指令实行效率高、速率快，并设有软件抗滋扰方法。
最后进行了焊接试验，试验结果验证了掌握系统的设计符合哀求，实现了稳定的脉冲MIG焊，并能知足脉冲MIG焊接工艺的哀求。