[實用新型]一種逆變弧焊電源控制系統

無效

• 申請號: 200720169921.6
• 申請日: 2007-07-27
• 公開（公告）號: CN201076965Y
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 黃鵬飛;盧振洋;閆璋
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K9/095
• 分類號: B23K9/095;B23K9/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張慧

技術領域

本實用新型涉及一種逆變弧焊電源控制系統，屬于焊接設備及自動化領域。

背景技術

目前，在焊接逆變電源的領域中應用的控制思想按控制方式分，主要有單環控制方式(如圖1所示)和雙環控制方式(如圖2所示)；按反饋類型分，主要有電壓型PWM和電流型PWM控制。單環控制方式和雙環控制方式都屬于電壓型PWM，它能夠對由于負載發生擾動或電網發生擾動出現的誤差進行調解。電壓型反饋控制中，電壓誤差信號被線形的調制成占空比信號；當輸入電壓或負載變化時，輸出電壓、電壓誤差信號、占空比均發生變化，經動態調節后，輸出電壓恢復到穩定值。這一動態調節持續的時間由環路增益帶寬決定，通常為多個開關周期時間，所以電壓型PWM控制，無論采用單環或雙環控制，都無法即時對擾動做出補償。電流型反饋控制則是利用了變換器的脈沖和非線性特點，其占空比由包含了一些非線性狀態反饋的關系式所決定；當輸入電壓增大時，電流斜率立即增大，占空比減小。這一動態調節具有很好的快速響應能力，但是系統存在靜態誤差，精度無法滿足要求。如果采用其他的補償方式，則速度又會受到影響。

單周期控制技術是將非線性開關變為線性開關，是一種非線性控制技術。對于輸入電壓(電網電壓)的擾動，單周期控制技術可以在一個開關周期內瞬時地控制輸出信號，其動態性能將比電壓型、電流型控制技術優越，故它在動態性能要求高的功率變換場合具有重要應用價值。如果將單周期控制技術應用于焊接電源控制系統中，可以充分發揮單周期控制技術的優點。

實用新型專利內容

本實用新型把單周期控制技術應用到焊接電源領域中，并針對焊接過程的特點，對焊接過程中燃弧、斷路各階段分別進行波形控制，提出了一種全新的焊接電源控制方式，能夠在很短時間內對電網電壓的擾動進行調整，主電路采用雙管單端正激拓撲結構，每個周期內對變壓器進行磁通復位，保證變壓器不會出現磁飽和現象；同時，對燃弧和短路狀態分別進行控制，達到更好的焊接效果。

為了實現上述目的，本實用新型采取了如下技術方案。本系統主要包括有主電路部分A、參數信號給定部分B、驅動電路D。主電路部分A主要包括有整流A1、濾波A2、DC-AC逆變電路A3、變壓器A4、副邊整流A6、副邊電感A7。參考信號給定部分B主要包括有電壓采樣B1、狀態判斷B2、開關選擇B3，電壓采樣B1將信號傳給狀態判斷電路B2，判斷此刻是短路還是燃弧，根據不同狀態，置位模擬開關B3，給出燃弧或短路的參考電壓波形。驅動電路D與DC-AC逆變電路A3連接；其特征在于：單周期控制部分C主要包括有運算放大器C1、比較器C2、控制器C3、PWM脈寬調制器C4、非門C5、與門C6、光耦隔離C7、Mosfet管C8、充放電電容C9。其中，運算放大器C1與充放電電容C9組成積分電路，Mosfet管C8與充放電電容C9并聯；變壓器A4的副邊采樣電壓A5送入運算放大器C1輸入端，運算放大器C1的輸出端與比較器C2的同相輸入端連接，比較器C2的反相輸入通過開關B3接燃弧或短路狀態時的參考電壓。比較器C2的輸出端與控制器C3的復位端相連，控制器C3的置位端接PWM脈寬調制器C4晶振輸出信號，PWM脈寬調制器C4在每個周期內對控制器C3進行觸發，控制器C3通過非門C5、與門C6和光耦隔離C7控制Mosfet管C8，使電容C9在單個周期內充、放電，從而通過驅動電路D對DC-AC逆變電路A3進行開通、關斷控制；通過判斷電弧狀態，對燃弧和短路兩個階段進行分別控制。

本實用新型專利的工作原理及過程：

副邊采樣電壓信號通過A5傳送給運放C1，設PWM的輸出周期為fs，運算放大器反相端輸入信號為x(t)，可得C1的輸出電壓為：

V_ref＝(1/C9)∫₀^Tonx(t)d_t

當運算放大器C1輸出電壓值等于參考電壓時，比較器C2輸出高電平，復位控制器C3，由于C3的復位，所以立即關斷PWM輸出信號，從而通過驅動電路D關斷DC-AC逆變電路A3；同時，由于C3的復位，所以通過隔離光偶C7立即導通Mosfet管C8，此刻電容C9開始快速放電；控制器C3的置位端接PWM同步晶振輸出信號，在到達每個周期的死區時間那一刻置位控制器，當下一個周期到來時刻，PWM脈寬調制器輸出引腳為高電平，同時，通過隔離光偶C7迅速關斷Mosfet管C8，為下一個周期的PWM輸出和運放的積分運算做準備。