[发明专利]全数字逆变式方波交流氩弧焊机

说明书

技术领域

本发明涉及逆变式方波交流氩弧焊机，方波交流氩弧焊机主要应用于铝材 的高质量焊接。

背景技术

逆变技术在弧焊电源中的应用已十分普遍，现今主流的方波交流氩弧焊机 多采用逆变方式(一次逆变)。如图1所示，按电气功能分类，可将逆变式方波交 流氩弧焊机划分为两个系统，功率系统100和控制系统200。逆变式方波交流氩 弧焊机是在控制系统的有效监视和有序控制下使功率系统100将电网高压正旋 交流电(固定频率)转换成低压方波交流电(可变频率)并最终通过焊接回路 完成电能到热能的转换。功率系统100通常包括一次整流滤波、一次逆变、主变 压器、二次整流滤波、二次逆变、输出回路等六个部分。控制系统200通常包括 辅助电源、网压检测、原边电流反馈、焊接电流反馈、电弧电压反馈、功率单 元的温度反馈、焊矩开关状态检测、冷却单元控制及驱动、保护气体通断控制 及驱动、引弧稳弧电路、一次逆变驱动、二次逆变驱动、定时器、时序控制逻 辑、波形发生、给定信号调理、反馈信号调理、误差计算、比例积分运算、PWM 调节、人机交互界面220(包括键盘、开关、调节旋钮、电位器等及LED指示灯、 指针式表头、数字表头、LED数码管、LED表头、LCD显示器及其它类似部件)等 二十一个部分。

逆变式方波交流氩弧焊机控制系统200的核心功能单元210包括给定信号调 理、反馈信号调理、误差计算、定时器、时序控制逻辑、波形发生、比例积分 运算、PWM调节等八个部分。根据控制系统200的核心功能单元210的控制机理和 实现方法的不同，可将目前已知的逆变式方波交流氩弧焊机分为A、B两类。

A类焊机可称为模拟式或不可编程式，如图2所示，核心功能单元210的核心 控制功能主要由不可编程的小规模的时序控制逻辑、定时器、波形发生、PWM调 节等电路来实现。这类焊机的主要问题是：可靠性、一致性、稳定性比较差、 精度低、输出特性单调、功能单一无法拓展、方波交流频率及正负比不可调、 调试烦琐、维修不便。

B类焊机可称为半数字式或有限可编程式，如图3所示，核心功能单元210的 核心控制功能主要由微控制器230和PWM调节电路来实现。微控制器230取代了A 类焊机的时序控制逻辑电路、定时器电路、波形发生电路等三部分，使控制电 路得以简化，但由于微控制器230处理能力的限制及另外的五部分功能仍由其它 电路来实现，所以存在如下主要问题：一致性、可靠性、稳定性比较差、输出 特性单调、功能较少较难拓展、性能改善有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种全数字逆变式方波交流氩弧焊机，该焊机可以解 决上述A类和B类逆变式方波交流氩弧焊机的问题，能够大量减少电子元器件用 量而提高可靠性，最大限度地减少模拟电路的使用，而提高一致性和稳定性， 采用数字技术而大幅度改善系统控制的精度，以满足高端或特殊用户的使用要 求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种全数字逆变式方波交流 氩弧焊机，包括：

功率系统，具有一次整流滤波、一次逆变、主变压器、二次整流滤波、二 次逆变、输出回路，响应于一个控制信号，将电网高压正旋交流电转换成低压 方波交流电，通过焊接回路完成电能到热能的转换；和

控制系统，具有辅助电源、网压检测、原边电流反馈、焊接电流反馈、电 弧电压反馈、功率单元的温度反馈、焊矩开关状态检测、冷却单元控制及驱动、 保护气体通断控制及驱动、引弧稳弧电路、一次逆变驱动、二次逆变驱动以及 包含给定信号调理、反馈信号调理、误差计算、定时器、时序控制逻辑、波形 发生、比例积分运算、PWM调节的核心功能单元，人机交互界面；

其特征在于，所述控制系统的核心功能单元是数字信号控制器(DSC)或者 数字信号处理器(DSP)。

作为优选，所述的数字信号控制器(DSC)的型号为TMS320F28x，该 TMS320F28x包括：

C28×32位CPU(DSC)，用于数据的存取、运算、管理和输入/输出的控制；

外设总线，CPU通过外部总线连接且管理外部设备；

中断管理单元，对外设总线所挂接的外部设备产生的瞬变事件作出高速响 应处理；

存储器总线，其连接CPU及闪烁存储器(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、 只读存储器(ROM)。

作为优选，所述C28×32位CPU(DSC)包括：