高频双极性微束等离子弧焊电源研制

来源:用户上传      作者: 祝全超

　　[摘 要]本文设计了高频双极性微束等离子弧焊电源，电路部分包括直流电源电路、控制电路和脉冲电路，经试验表明，该电源具有电源空载电压250V，陡降特性，电流输出范围0.1-30A，恒流闭环控制，高频双极性输出。很适合于铝合金等材料的薄板焊接。
　　[关键词]焊接电源微束等离子薄板焊接
　　中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0001-01
　　随着电子、电力、航空等工业的发展，薄件的焊接量增多，而薄件的焊接主要问题是电弧能量不集中，因此造成成型不佳及起弧、收弧不稳定造成的危害。因此就需要焊机能提供稳定性较强、能量密度较大以及相应的引弧、熄弧方法，因为高频电弧有较好的电弧稳定性及较强的自收缩作用，因此本文研制了高频双极性微束等离子弧焊电源。
　　一、电路的设计
　　本文设计的弧焊电源由直流电源电路、控制电路、脉冲电路等部分组成。
　　1.直流电源电路
　　本文所用到的高频高压脉冲偏压电源的前端直流部分的最高供电电压50V，最大功率6 kW。电源采用恒流闭环控制，以此来保证在不同负载的条件下，输出脉冲电流的恒定。具体参数指标如下：
　　（1）输入：单相220V；
　　（2）输出功率：0-6 kw；
　　（3）输出电压：DC0-50 V；
　　（4）输出电流：DC0-30 A；
　　（5）电压纹波小于1V。
　　1.1 直流电源总体设计方案
　　电源总体的设计方案如下：电源电路的结构包括两部分：主电路部分和控制电路部分，如（图1）所示。主电路包括：工频整理滤波、高频逆变、变压器和高频整流滤波等组成；控制电路包括：逆变器驱动电路、电流的测量电路和反馈控制电路等。
　　1.2 直流电源主电路设计
　　主电路部分采用交流220 V输入，经整流滤波以后，经逆变电路将直流转变交流（逆变器半导体的开关为IGBT），再由变压器将其升压，最后经高频整流滤波输出给负载。
　　2.控制电路设计
　　控制电路主要由逆变桥驱动电路、过流过载保护电路、电流检测电路组成。驱动电路的控制芯片采用了美国通用半导体公司（Silicon General）推出的SG3525芯片。
　　2.1 恒流控制
　　恒流是指在工作过程中维持电流的幅值不变，电压在低于最大电压范围内随着负载的变化而变化，恒流则需要通过闭环反馈电路来进行控制。
　　恒流部分主要由5个环节所构成：电流给定环节、PI调节器、整流滞后环节、LC滤波环节、电流采样环节。
　　2.2 过流保护电路
　　保护电路利用磁环采集逆变变压器的原端电路，当电流超过所给定值时，比较器动作触发脉冲，脉冲经过了延迟隔离以后封锁SG3525的脉冲。以此来实现过流保护的功能。
　　3.脉冲部分电路设计
　　本课题所研制的电源目标要获得双极性输出，因此设计电路时选择使用对称的两组电路，通过控制开关的通断来实现双极性输出及占空比的控制，以此来达到双极性脉冲的目的。
　　二、性能测试
　　2.1 技术参数
　　高频双极性微束等离子弧焊电源的主要技术参数如下：
　　输入：单相220V；输出功率：0-6 kw；空载电压：250 V；输出电流：DC0-30 A；工作电压0-50V；陡降特性；恒流闭环控制，高频双极性输出。
　　2.2 电源输出特性测试
　　启动电源进行焊接后，利用示波器测试各个工作区域，得到的数据利用Origin软件画出波形图如（图2）所示：
　　由以上所绘制的波形图可知，电源输出具有陡降特性，电流电压波形稳定，能很好的满足高频双极性微束等离子弧焊对电源特性的要求。
　　三、结论
　　本文研制的电源，输入：单相220V；输出功率：0-6 kw；空载电压：250 V；输出电流：DC0-30 A；工作电压0-50V；陡降特性；恒流闭环控制，高频双极性输出。电源输出为高频脉冲电流，波形稳定，能提高微束等离子弧的稳定性。采用电流反馈控制方式，能够减少温升对晶体管的输出电流的影响，保证其实现恒流输出。可以采用高频引弧等措施，来降低对操作者要求，有利于进一步提高焊接质量以及工作效率。实践证明，由此方案设计的高频双极性微束等离子弧焊电源性能可靠，使用简单方便，焊接良好。
　　参考文献
　　[1] 周玉生，新型微束等离子弧焊接电源的研制，材料科学与工艺，1999
　　[2] 刘会杰，高频脉冲微束等离子弧焊电源的研制，焊接，1993.
　　[3] 陈焕明，熊振宇，江淑园，微束等离子弧焊变极性电源，焊接设备与原料，2000.
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