双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统及其控制方法

	双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统及其控制方法
	王则灵; 薛家祥; 丰斌; 祝国胜; 甘焕春; 姚屏
	2013-03-27
专利权人	中国能源建设集团广东火电工程有限公司 ; 华南理工大学
公开日期	2013-03-27
授权国家	中国
专利类型	授权发明
摘要	本发明公开一种一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统及其控制方法，其系统包括机箱和内置电路，内置电路包括主电路单元和主控制单元，主电路单元为有限双极性软开关全桥逆变主电路，主控制单元中采用ARM9S3C2440控制器；其控制方法是通过控制器选择相应的焊接方式，通过主控制单元对焊接过程进行监控，通过主电路单元对三相工频交流电进行转换，得到所需的大电流低电压的平滑直流电。本发明能在一台焊机上提供埋弧焊和气保焊这两种不同的焊接工艺，且实现了全范围的软开关，大大减少了功率管的开关损耗和电应力，在增效节能的同时，可以有效地降低逆变焊机的电磁干扰，提高了逆变焊机的电磁兼容性和可靠性。
申请日期	2010-06-11
优先权日	2010-06-11
预估到期日	2030-06-11
专利状态	未缴年费;一案双申
申请号	CN201010200042.1
公开（公告）号	CN101862881B
IPC 分类号	B23K9/095 ; B23K9/10 ; H02M5/458
专利代理人	李卫东 \| 黄磊
代理机构	广州市华学知识产权代理有限公司
CPC分类号	Y02B70/1491 ; Y02B70/10
权利要求	1.一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，包括机箱和内置电路，所述内置电路包括主电路单元和主控制单元，主电路单元为有限双极性软开关全桥逆变主电路； (1)主电路单元包括依次连接的以下各模块：一次整流滤波模块，用于将来自工频交流电源的交流电转换为直流电；开关逆变模块，通过控制其内部IGBT的开关周期，将整流滤波模块输出的直流电转换，提供25～30KHz的高频高压电；功率变压模块，用于将开关逆变模块提供的高频高压电转换成符合焊接工艺要求的大电流低电压高频交流电；二次整流模块，用于将大电流低电压高频交流电转换为平滑的直流电，并输出送至电弧负载；一次整流滤波模块的输入端与三相工频交流电源连接，二次整流模块的输出端外接电弧负载； (2)主控制单元包括以下模块：温度检测模块，用于检测开关逆变模块的温度，保证主电路单元正常工作；开关管驱动模块，用于接收控制器的控制信号，驱动开关逆变模块中IGBT的导通或关闭；过流检测模块，用于实时检测功率变压模块输入端的电流值，保证主电路单元正常工作；电流电压采样检测反馈模块，用于检测主电路单元向电弧负载输出的电流电压值，并反馈给控制器，实现闭环控制；过压欠压保护检测模块，用于检测主电路输入端的电压值，使电压值保持在电网电压的波动范围内，保证主电路单元正常工作；控制器，用于处理各模块的检测信号或反馈信号，控制电源系统使用过程中主电路单元的工作流程；其中，温度检测模块的输入端与开关逆变模块连接，温度检测模块的输出端与控制器连接；开关管驱动模块的输入端与控制器连接，开关管驱动模块的输出端与开关逆变模块连接，过流检测模块的输入端与功率变压模块的电流输入端连接，过流检测模块的输出端与控制器连接；电流电压采样检测反馈模块的输入端与二次整流模块的输出端连接，电流电压采样检测反馈模块的输出端与控制器连接；过压欠压保护检测模块的输入端与一次整流滤波模块的输入端连接，过压欠压保护检测模块的输出端与控制器连接。 2.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述控制器还外接有方便操作控制的人机交互单元。 3.根据权利要求2所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述人机交互单元采用ARM+CPLD的控制方式，以ARM芯片LM3S818作为控制核心，以CPLD芯片EPM240T100作为扩展I/O接口用的辅助模块。 4.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述控制器为ARM9S3C2440控制器，内设有气保埋弧焊软件控制子模块和以太网通讯子模块，气保埋弧焊软件控制子模块通过以太网通讯子模块分别与过压欠压保护检测模块、温度检测模块、开关管驱动模块、过流检测模块、电流电压采样检测反馈模块和人机交互单元连接；控制器的A/D端口与电流电压采样检测反馈模块连接，PWM端口与开关管驱动模块连接，GPIO端口分别与温度检测模块、过压欠压保护检测模块和过流检测模块连接，I/O端口通过MAX3232芯片与人机交互单元连接，开关信号端口分别与电源按钮和焊接开关连接，D/A端口外接送丝小车驱动机构。 5.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述温度检测模块包括依次连接的温度传感器、信号比较电路、光耦隔离电路，温度传感器设于开关逆变模块的散热器上，光耦隔离电路的输出端与控制器连接；所述过压欠压保护检测模块包括相连接的第一运放子模块和第一光耦隔离子模块，第一运放子模块的输入端与一次整流滤波模块的输入端连接，第一光耦隔离子模块的输出端与控制器连接。 6.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述开关逆变模块为有限双极性软开关全桥逆变式结构，包括LC谐振电路和两个并联设置的IGBT管组，各IGBT管组分别包括两个IGBT，各IGBT管组的输出端与LC谐振电路连接，LC谐振电路的输出端与功率变压模块连接。 7.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述开关管驱动模块内内设有用于对驱动电路的驱动信号进行隔离放大的光耦TLP250。 8.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述电流电压采样检测反馈模块包括相连接的电流采样检测反馈电路和电压采样检测反馈电路；其中电流采用检测反馈电路包括依次连接的霍尔传感器、分压子模块、第一滤波子模块和第一限压子模块，霍尔传感器设于二次整流模块的输出端，第一限压子模块的输出端与控制器的一个A/D端口连接；电压采样检测反馈电路包括依次连接的电阻、第二滤波子模块、第二运放子模块、第二光耦隔离子模块和第二限压子模块，电阻与电弧负载并联设置，第二限压子模块的输出端与控制器的另一个A/D端口连接。 9.通过权利要求1～8任一项所述电源系统实现一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源控制方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)在人机交互单元的控制面板上选择焊接方式并设定相关的焊接参数，启动电源系统； (2)控制器的软件控制子模块选择与焊接方式相应的控制程序，对焊接过程进行监控； (3)三相工频交流电源输出三相工频交流电，一次整流滤波模块对三相工频交流电进行转换，向开关逆变模块输出平滑直流电； (4)电流电压采样检测反馈模块将实时检测到的电弧负载的电流信号和电压信号与设定的参数进行比较，然后送至控制器，控制器进行PI运算，产生的PWM信号经过滤波、隔离和放大后送至开关管驱动模块，开关管驱动模块控制开关逆变模块中各IGBT在零电压下开通或关断，实现软开关； (5)直流电经过开关逆变模块后转换为25～30KHz的高频高压电，功率变压模块对高频高压电进行转换，输出大电流低电压的交流脉冲电，二次整流模块对交流脉冲电进行转换，向电弧负载输出大电流低电压的平滑直流电； (6)在主电路单元对三相工频交流电进行转换输出的同时，过压欠压保护检测模块实时检测三相工频交流电源的电压，若出现过压或欠压的现象，则控制器发出中断信号，关闭开关逆变模块；温度检测模块实时检测开关逆变模块的散热器温度，若出现IGBT过热，则控制器发出中断信号，关闭开关逆变模块；过流检测模块实时检测功率变压模块输入端的电流，若出现过流现象，则控制器发出中断信号，关闭开关逆变模块。 10.根据权利要求9所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源控制方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体过程如下： (2-1)控制器的软件控制子模块接收来自人机交互单元的焊接方式选择信息及相关的焊接方式，若焊接方式为脉冲气保焊，则进入步骤(2-2)，若焊接方式为埋弧焊，则进入(2-3)； (2-2)软件控制子模块选择脉冲气保焊相应的程序，调用起弧脉冲波形函数；然后判断是否成功起弧，若否，则重新调用起弧脉冲波形函数，若是，则程序控制电源系统开始正常送丝并进入焊接状态；焊接过程中，软件控制子模块不断检测焊枪是否闭合，若否，则调用收弧函数，发出焊接结束信号，结束焊接，若是，则进行电弧参数的瞬时能量控制，并返回检测焊枪是否闭合； (2-3)软件控制子模块选择埋弧焊相应的程序，调用起弧控制子程序；然后判断是否成功起弧，若否，则重新调用起弧控制子程序，若是，则程序控制电源系统开始正常送丝，焊接小车行走，进入焊接状态；焊接过程中，软件控制子模块不断检测停止按钮是否启动，若否，则继续执行正常送丝，焊接小车行走，保持焊接状态，若是，则调用收弧函数，发出焊接结束信号，结束焊接。
被引用专利数量	0
简单法律状态	失效
文献类型	专利
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/109917
专题	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	王则灵,薛家祥,丰斌,等. 双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统及其控制方法[P]. 2013-03-27.

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CN101862881B.PDF（975KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览下载