数字化弧焊电源
弧焊电源及其数字化控制
弧焊电源的发展趋势（ 20世纪末～21世纪）
• IGBT式弧焊逆变器出现 经历了晶闸管式→晶体管式→场效 从单片机控制→PLC/PLD控制 可减少飞溅，提高焊接过 应管式→IGBT式等结构、品种的变化和发展过程 • 数字化的控制技术向纵深发展 →ARM控制→DSP控制 • 出现短路熔滴过渡电流波形控制 程的稳定性；完善一元化的调节技术；开发了双脉冲 MIG弧焊 电源，高精度控制脉冲MIG焊的多参数及其优化匹配，扩大稳 定的工作调节范围，大幅度改善焊缝的成形与质量 • 多个弧焊电源的组合工作与协同控制 可实现双丝、三丝高 速高效MIG/MAG/脉冲焊/埋弧焊等新的焊接工艺
和焊接过程的顺利进行
弧焊电源的分类
• 按输出电流类型分类
（1）交流弧焊电源 （2）直流弧焊电源 （3）脉冲弧焊电源
• 按电源的控制技术分类
（1）机械式控制 （2）电磁式控制 （3）电子式控制 （4）数字式控制
各种弧焊电源的特点和应用
• 弧焊变压器 它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电， 由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成 （SMAW、SAW、TIG） • 矩形波交流弧焊电源 它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流， 其电弧稳定性好，可调参数多，功率因数高（TIG、 SMAW） • 直流弧焊发电机 一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装 置等组成（适用于各种焊接方法）
弧焊电源的发展趋势
（20世纪70～80年代）
多种形式的弧焊整流器相继出现和完善 它们正在愈来愈多地取代直 流弧焊发电机。有些工业发达国家，除在野外作业采用柴功多种型式的脉冲弧焊电源 为进一步提高焊接质量和适应全 位置焊接自动化提供了性能优良的弧焊电源 先后研制成功高效节能、小巧、性能好的晶闸管、晶体管和场效应管 式弧焊逆变器 它具有更新换代的意义，并正在逐步推广使用 半导体控制的矩形波交流弧焊电源陆续出现，逐步代替传统式弧焊变 压器 它进一步提高了交流电弧的稳定性，扩大了交流弧焊电源的 应用范围 开发成功与机器人配套使用的弧焊系统
现代数字化弧焊电源的发展
设 备 间可 以方 便地 实现 大量 的信 息交换 ； 至可 以 甚 利用 数字 化焊 接 电源 的数 字化 接 口， 实现 焊接 电源 系统 与互 联 网的通信 ， 样一方 面可在 网上控 制和 这 监 控 焊接 过程 ， 保证 焊 接质 量 ； 一方 面焊 机可 通 另
拟 信号过 渡 到 由 ０１编码 组成 的数 字信 号 。 ／ 数字 化
焊机 由于原 理 的先 进性 ， 有模 拟式焊 机无 法企 及 拥 的优 势 。 （） 过数 字控制 器 中的软件 ， １ 通 数字 化 弧焊 电源
实 现 了 柔 性 化 控 制 和 多 功 能 集 成 电源 系 统 的 控 制 ，
得模 拟控 制的控 制精 度降低 、 可靠性 下 降。 因此 ， 长
期 以 来 人 们 一 直 在 寻求 解 决 这 些 问题 的办 法 ， 即 以数字 信号代 替模 拟信 号 ， 实现 弧焊 逆变 电源 的控
制 ［ ４ １ 。
另外 ， 由于 数字 化 焊 机采 用 单 片机 、 Ｓ （ Ｄ Ｐ 数字
替代 了模拟 式 的硬件 电路 ， 于 系统控 制策 略 的优 利 化 和多种焊接 工艺 集成在 同一 电源系 统 。 （） ２控制精确 ， 稳定 好。 电源处 于高频微处理器 的
减少 ， 使得 焊 接 电源 的效 率 达到 ９ ％以上 ； 是 随 ０ 二 着 工 作频 率 的 提高 ， 回路 输 出 电流 的纹 波更 小 ， 响 应 速度 更 快 ， 因此 焊 机 获 得 了 更 好 的 动态 响应 特
专 综 惫述
露 出来 了。
雹焊榱
第４卷 ０
（ 数 字 化 电源 可 以大 幅度 节 省原 材 料 （ 、 ４ ） 铜 硅
弧焊电源及其数字化控制
弧焊电源的发展趋势
世纪70～ 年代 年代） （20世纪 ～80年代） 世纪
多种形式的弧焊整流器相继出现和完善 它们正在愈来愈多地取代直
流弧焊发电机。有些工业发达国家，除在野外作业采用柴( 流弧焊发电机。有些工业发达国家，除在野外作业采用柴(汽)油弧焊 发电机之外， 发电机之外，基本上都用弧焊整流器
式 单 式 弧 焊 逆 变 器 控 制 式 数 字 化 弧 焊 电 源 片 机 控 制 式 数 字 化 弧 焊 电 源
场 效 应 管 式 弧 焊 逆 变 器
本课程的性质、任务和要求
1. 课程性质 本课程是理论性和实践性较强的专业课
掌握各种常用弧焊电源及其控制技术的基本理论、 2. 课程任务 掌握各种常用弧焊电源及其控制技术的基本理论、基本知识和 实验技能，并能根据不同弧焊工艺方法正确地选择、 实验技能，并能根据不同弧焊工艺方法正确地选择、使用和维修弧焊电源
和焊接过程的顺利进行
弧焊电源的分类
• 按输出电流类型分类
（1）交流弧焊电源 ） （2）直流弧焊电源 ） （3）脉冲弧焊电源 ）
• 按电源的控制技术分类
（1）机械式控制 ） （2）电磁式控制 ） （3）电子式控制 ） （4）数字式控制 ）
各种弧焊电源的特点和应用
• 弧焊变压器 它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电， 它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电， 由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成 （SMAW、SAW、TIG） 、 、 ） • 矩形波交流弧焊电源 它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流， 它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流， 其电弧稳定性好，可调参数多， 其电弧稳定性好，可调参数多，功率因数高（TIG、 SMAW） 、 ） • 直流弧焊发电机 一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装 适用于各种焊接方法 各种焊接方法） 置等组成（适用于各种焊接方法） • 弧焊整流器 它是把交流电经降压整流后获得直流电的，它由主变压 它是把交流电经降压整流后获得直流电的， 各焊接） 器、半导体整流元件以及获得所需外特性的调节装置等组成（各焊接） • 弧焊逆变器 它把单相(或三相)交流电经整流后，由逆变器转变为几 它把单相(或三相)交流电经整流后， 百至几万赫兹的中频交流电， 百至几万赫兹的中频交流电，经降压后输出交流或直流电 • 脉冲弧焊电源 焊接电流以低频调制脉冲方式馈送，一般是由普通的 焊接电流以低频调制脉冲方式馈送， 弧焊电源与脉冲发生电路组成， 弧焊电源与脉冲发生电路组成，也是由一个弧焊电源产生脉冲波形
绪论第一二三章 弧焊电源与数字化控制
射，重粒子碰撞发射和强电场作用下的自发射等。
27
第一章
焊接电弧及其电特性
1.1 焊接电弧的物理本质和引燃
• 焊接电弧的引燃
图1-1 引弧过程电压、电流变化曲线图
a) 接触引弧
b) 非接触引弧
28
U0- 空载电压 Uf- 电弧电压 if- 电弧电流
应用：它可作各种弧焊的电源
ZX7-160 375×155×24 0 8kg
ZX7-400 300×530×560 36kg
芬兰肯比逆变焊机
13
绪 论 － 弧 焊 电 源 的 分 类
（三）脉冲弧焊电源
原理：焊接电流以低频调制脉冲方式输出 优点：具有效率高，输入线能量较小，可在较宽范围内控制线
能量等优点 应用：它主要用作气体保护焊和等离子弧焊以及手工弧焊的电 源，适用于热敏感性大的高合金材料、薄板和全位置焊接等场合
一个数字：西方工业国家，钢产量的50~60%需要焊接
中国2001年，钢产量1.3亿吨，4000万吨需要焊接
焊 电 源
2.电弧焊是第一大类焊接方法,占70%-90%
熔化焊接、固相焊接和钎焊
3.弧焊电源是弧焊设备的主体
电源、控制箱、焊接小车、送丝机、焊枪、气路水路
5
焊接的基本原理
焊接的物理化学过程
采用施加外部能量的方法，促使分 离材料的原子接近、形成原子键结合， 同时去除一切阻碍原子键结合的一切表 面膜和吸附层，以形成一个优质的焊接 接头。
柴(汽)油机驱动直流弧焊发电机
AX1-500型直流弧焊发电机 11
绪 论 － 弧 焊 电 源 的 分 类
2.弧焊整流器(目前主流产品) 原理：交流电经整流装置获得直流电的弧焊电源。一般由初、
弧焊电源及其数字化控制第5章 晶闸管弧焊整流器
图5-2 三相半波纯电阻电路
α=60°时整流电压波形
a) 整流电压波形 b) 触发脉冲
5
晶闸管式弧焊整流器的波形脉动问题的解决措施：
1. 并联高压引弧电源 其基本电路如图5-3所示，其中变压器T、三相半控桥式整 流器组VD2、电抗器L、电阻R2构成晶闸管弧焊整流器的基本电源；变压器T、不可 控桥式整流器组VD1、电阻R1构成高压引弧电源，与基本电源并联。基本电源与并 联引弧电源的外特性如图5-4所示。
图5-5 小电流维弧电路
8
3. 采用直流电抗器 尽管导通角很小时晶闸管式弧焊整流器输出波形不连续， 但经过适的整流电路 不同的整流电路其输出波形的脉动程度不同，如三 相半控桥式整流电路波形脉动程度比三相全桥整流电路大。选择合适的整流电路可 以减小脉动程度。
3. 调节特性好 晶闸管式弧焊整流器通过不同的反馈方式，实现对弧焊电源 外特性形状的任意控制，焊接电流、电压可在较宽的范围内进行调节，并易于实 现网压补偿。
4.节能、省材 与弧焊发电机和磁放大器式硅弧焊整流器相比，可以节省材 料、减轻质量、节约能源。
4
5.1.3 晶闸管整流波形的脉动问题
晶闸管式弧焊整流器的输出电流和电压是通过调节晶闸管的导通角来实现的，因 此它的电流电压波形脉动问题比硅弧焊整流器要大。尤其是当小规范焊接时，导通 角较小，整流波形的脉动加剧，甚至会出现波形不连续，引起电弧不稳定。如图5-2 所示，三相半波整流电路控制角60°，电阻负载时整流电流电压波形，图中波形出 现不连续。
ωt3、ωt5，触发三只晶闸管，使其轮流导通。而二极管则在自然换向点ωt2、ωt4 、ωt6处自然换向。
图5-7 α＝0°三相桥式半控整流电路电阻负载波形
a) 相电压 b) 负载电压 c)触发电压 d) 管子导通顺序
数字化的逆变弧焊电源 - 材料科学与工程学院
摘要：逆变弧焊电源以其稳定的电气性能和良好的焊接效果，成为电焊机重要的发展方向。而数字化的
逆变焊机具有模拟焊机不可比拟的优势：可靠性高、控制精度高、易于大规模集成、方便升级等，因此
在工业加工、船舶制造、核工业等领域应用越来越广泛，取代模拟焊机成为大势所趋。从主电路、控制电
路以及人机交互方面描述了弧焊电源的发展历程，对各个阶段的弧焊电源组成结构和性能进行了比较，
(1)系统的控制策略通过软件方式实现，方便修 改。
(2)数字控制以数字信号处理为基础，基本不受 外界环境影响。
(3)模拟控制精度由元件参数值的误差决定，而 数字化控制精度取决于系统位数，精度高。
(4)数字系统性能不受元器件参数的影响，可以 大规模的进行测试、调试和量产，产品一致性好。
(5)数字控制系统采用 MCU、DSP、FPGA 等数 字芯片，方便与其他设备进行通信[1]。
专
图 4 串联饱和电感和谐振电容的相移主电路
题
由于谐振电容上的电压可将环流期的电流进行
图 7 空载情况下的工作波形
讨
衰减，降低通态损耗，串入的饱和电感将产生固定
论
的换流能量以及固定的占空比，占空比丢失不会随
︱ ︱
负载电流的增加而增加。
逆
2．2．3 全范围软开关技术
变
空载时变压器一次电流很小，超前臂换相失败，
Ltd．，Shandong 250101，China)
逆
变
Abstract：For its stable performance and excellent electrical property and welding effection，inverter welding power source has became an
松下 YD-350 500RK 数字 IGBT 控制 MIG MAG 弧焊电源 使用说明书
使用说明书数字IGBT控制MIG/MAG弧焊电源型号：YD-350/500RKPanasonic产品。
●请仔细阅读使用说明书以确保正确安全的使用。
●使用前请务必阅读“安全注意事项”或者“安全手册”。
●请确认保修卡的“购买日期、验收日期及销售代理店名称”等信息无误后，和说明书一起妥善保管。
●产品序列号：YD-350RK1HGE、YD-500RK1HGEWTDXM00041AA关于保修及售后服务的说明●自购买之日起焊接电源保修1年1、保修卡(另附)●在销售店索取保修卡后请务必确认购买日期、销售店店名等●认真阅读保修卡内容后请妥善保管●在保修期间内委托服务时请您出示保修卡2、委托修理时●按照"异常和处理"章节内容进行确认后,无法解决时,首先切断电源开关,再和销售店联系●联络时请提供并注明以下内容·地址·姓名·电话号码·焊接电源主铭牌中记载的产品序列号、制造时间和制造编号·故障或异常的详细内容3、关于焊接电源部品的提供期限『焊接电源部品的最低提供年限为该产品的生产日期后7年。
但我公司产品上使用的其他公司电子部品等发生不能供给的情况不受此限』注:部品中包含维修部品、消耗部品、服务部品、IC半导体等电子部品◆免责声明：符合下述任何一种情况时，本公司及本产品的销售商将不承担责任：1、未实施正常的保养、维修以及定期检查而造成的损坏；2、自然灾害或其他不可抗力造成的损坏；3、本公司产品以外的产品、部件不良引发的本公司产品不良，或者将本公司产品和本公司以外的产品、部件、电路、软件等组合使用而引发的问题；4、误操作、异常运转、其他非本公司责任引发的不良；5、由于使用本产品（包含使用本产品制造出的产品为对象的纷争）而引发的知识产权问题（工艺、方法等专利问题）；6、由于本产品的原因而造成的利益损失、工时损失等损害或者其他间接损害、派生损害等。
◆松下智能焊接设备功能声明：1、松下智能焊接设备已安装物联网SIM卡，已与唐山松下产业机器有限公司的智能焊接云管理系统（iWeld云平台）实现连接。
弧焊电源及数字化控制复习资料
1.焊接电弧的结构及压降分布：电弧沿其长度方向分为三个区域：阳极区、阴极区、弧柱区，沿着电弧长度方向的电位分布不均匀，阴极区和阳极区电位分布曲线斜率很大，而弧柱区电位分布曲线则较平缓。
这三个区的电压降分别称为阴极压降Ui，阳极区Uy压降UZ。
它们组成总的电弧电压Uf，即：Uf=Ui+Uy+UZ，由于阳极压降基本不变，而阴极压降在一定条件下也为固定值，弧柱压降则在一定气体介质下与弧柱长度成正比，因此弧长不同，电弧电压不同。
2.“电源-电弧”系统的稳定性包括两方面含义：（1）系统在无外界因素干扰时，能在给定电弧电压和电流下维持长时间的连续电弧放电，保持静态平衡；（2）当系统一旦受到瞬时的外界干扰，破坏了原来的静态平衡，造成了焊接参数的变化，但当干扰消失之后，系统能够自动地恢复稳定平衡，使得焊接规范重新恢复。
3.关于焊条电弧焊采用缓降特性的原因：在焊条电弧焊中，一般是工作于电弧静特性的水平段上，采用下降外特性的焊接电源，便可以满足系统稳定性的要求，在弧长变化时，弧焊电源外特性下降的陡度越大，系统的稳定系数越大，电流偏差越小，这样一方面可使焊接参数稳定，另一方面吧还可增加电弧弹性。
使用垂直下降特性的弧焊电源时，焊接参数最稳定，电弧参数也最好，但其短路电流过小，这将造成引弧困难，电弧推力弱，溶深浅，而且造成熔滴过度困难，当弧焊电源外特性过于平缓时，短路电流又将过大，使飞溅增大，电弧不够稳定，电弧的弹性也较差，因此，焊条电弧焊时采用缓降外特性的弧焊电源，并要求其稳态短路电流与焊接电流之比不小于2。
4.接触引弧的机理：由于电极与工件表面都不是绝对平整的，在短路接触时只是在少数突出点上接触，通过这些接触点的短路电流比平常的焊接电流要大很多，而且接触点的面积又小，因而电流密度大，这就可能产生大量的电阻热，使电极金属表面发热、熔化，甚至产生气化，引起热发射和热电离，随后在拉开电极的瞬间，电极间隙极小，只有10-6左右，使其电场强度达到很大的数值，这样既使室温下都有可能产生明显的自发射，在强电场的作用下，又使已产生的带电质点被加速，相互碰撞，引起撞击电离，随着温度的增加，光电离和热电离也进一步加强，使带电质点的数量猛增，从而能维持电弧的稳定燃烧。
一种数字化逆变弧焊电源的研制
ｃ ｎｒｌｙ ｔｍ ｔｅ ｒ ｃ ｅ ＺＶ ｎ ｆｗ ｒ ｏ ｈ ｒ ｏ ｅｃ ｎｒ ｌｙ ｔｍ ｉｐ ｅｅ ｔｄｉ ｄ ｔｉ Ｔ ｅ ｏ ｔｏ ｓｅ ，ｈ ｉ ｌ ｓ ｐ ｎ ｆ ｏ Ｓａ ｄｓ ｔ ａ ｅ ｗ ｃ ａ ｔ ｔ ｏ ｔ ｓｅ ｒｓｎｅ ｅａｌ ｈ ｏ ｌ ｆ ｈ ｆ ｏｓ ｓ ｎ ．
速 发展 ，数 字 化 控 制 技 术 得 到 了广 泛 的 应 用 Ｊ 。 与传 统 的模 拟控 制 技 术 相 比，数 字 控 制 技 术 在 控 制 方 法 的 多样 性 ，控 制 精 度 ，可 靠 性 的方 面有 着
显著优势。
全 数 字 化 焊机 同 时 具有 数 字 化 管 理 、数 字 化 控 制和 数 字 化 功 率 调 节 功 能 ，其 电气 性 能和 焊 接
采 用 数 字 信 号 处 理 器 实 现 控 制 系 统 的 数 字 化 ，对 系 统 的 零 电 压 开 关 工 作 原 理 以 及 软 件 流 程 进 行 了 详 细 说 明 ； 给 出 了一 台 １ Ｗ 逆 变 弧 焊 电 源 样 机 的 实 验 波 形 ，实 验 结 果 证 明 了 设 计 原 则 的 正 确 性 与 可 行 性 。 ０ｋ 关键 词 ： 逆 变 电 源 弧焊 数 字 控 制 数 字 信 号 处 理 器 文献标 示码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ０ —８ ２（０ １ ０ —０ ２０ ０ ３４ ６ ２ １） ５０ ２ —４
化 、信 息 化 的 要求 ｊ 。 本研究 以 Ｔ Ｉ公 司 的 Ｔ ３ ０ Ｆ ４ ７芯 片 作 ＭＳ ２ Ｌ ２ ０ 为 控 制 系 统 的核 心 ，选 择 移 相 全 桥 电路 拓 扑 ，采 用 Ｉ Ｔ 作 为逆 变 环 节 的开 关 元 件 ，设 计 了一 台 ＧＢ １ Ｗ 的逆 变 式 弧 焊 电源 ，并 进 行 了实验 。 ０ｋ
弧焊电源及其数字化控制 第2版
弧焊电源及其数字化控制第2版随着科技的不断发展，弧焊技术也在不断进步。
弧焊电源是弧焊设备中的核心部件，它的性能和质量直接影响到焊接的质量和效率。
为了满足焊接工艺对于精确控制和自动化的需求，数字化控制技术在弧焊电源中得到了广泛应用。
数字化控制技术的应用使得弧焊电源的性能得到了显著提升。
首先，数字化控制技术可以实现对电流、电压和焊接时间等参数的精确控制。
传统的弧焊电源使用的是模拟控制技术，控制精度较低，而数字化控制技术可以实现微小电流和电压的调节，从而使得焊接过程更加精确和稳定。
其次，数字化控制技术可以实现自动化控制，减少人工操作的误差。
通过预设焊接参数，数字化控制技术可以自动调节电流和电压，根据不同的焊接需求进行自动切换，提高了焊接的效率和一致性。
数字化控制技术的应用还使得弧焊电源具有了更多的功能和特点。
首先，数字化控制技术可以实现对焊接过程的实时监控和数据记录。
传统的弧焊电源无法实时监测焊接参数和焊接过程，而数字化控制技术可以通过传感器和数据采集系统实时监测电流、电压、温度等参数，并将数据记录下来，方便后续的分析和评估。
其次，数字化控制技术可以实现故障诊断和报警功能。
传统的弧焊电源无法检测和诊断故障，而数字化控制技术可以通过内置的故障检测和诊断系统及时发现并报警，提高了设备的可靠性和安全性。
数字化控制技术的应用还带来了弧焊电源的节能和环保效益。
数字化控制技术可以实现对电能的精确控制和优化利用，减少了能量的浪费。
此外，数字化控制技术还可以实现对焊接过程的精确控制，避免了烟尘和有害气体的产生，减少了对环境的污染。
弧焊电源及其数字化控制技术的应用为焊接工艺带来了巨大的改进和进步。
数字化控制技术提高了弧焊电源的性能和质量，实现了精确控制和自动化控制，扩展了弧焊电源的功能和特点。
数字化控制技术还带来了节能和环保效益，促进了焊接工艺的可持续发展。
在未来，随着数字化控制技术的不断创新和应用，弧焊电源将继续发挥重要作用，并为焊接行业的发展做出更大的贡献。
弧焊电源及其数字化控制第5章 晶闸管弧焊整流器
5.1.1 晶闸管弧焊整流器的主要组成
晶闸管式弧焊整流器基本原理框图 一般晶闸管式弧焊整流器的组 成，如图5-1所示。主电路由三相主变压器T、晶闸管整流器V和输出 直流电感L组成。二极管组VD和限流电阻R构成维弧电路。控制电路 由给定电路、检测电路、比较电路和触发电路组成。
图5-1 晶闸管式弧焊整流器基本原理图
5.1.2 主要特点
控制性能好 晶闸管可以用较小功率的触发信号，实现 对大功率整流器的输出控制。
动特性好，反映速度快 它与弧焊发电机和磁放大器式弧焊整 流器相比，内部电感要小得多，系统时间常数可达十几个毫秒 （一般磁放大器式的时间常数为150～200ms），具有电磁惯性小、 响应速度快的特点。其动态特性可以采用电子电抗器加以控制和 调节。
当晶闸管控制角 0 时 波形分析如图5-7所示。分别 在自然换向点ωt1、ωt3、ωt5，触发三只晶闸管，使其轮 流导通。而二极管则在自然换向点ωt2、ωt4、ωt6处自然 换向。
图5-7 α＝0°三 相桥式半控整流 电路电阻负载波
形 a) 相电压 b) 负载电压 c)触发电压 d) 管子导通顺序
5.1 概述
晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又被称为可控硅整流器 （Silicon Controlled Rectified——SCR），以前简称可控硅。在电 力二极管开始应用后不久，1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管， 1957年美国通用电气公司开发出世界上第一只晶闸管，从此揭开 了电力电子技术发展和应用的序幕。由于晶闸管容量大、耐压高、 功耗小，具有良好的可控性，很适合制作弧焊电源，因此在20世 纪60年代初期，便出现了以晶闸管为整流元件的弧焊电源——晶 闸管式弧焊整流器。它采用小功率信号改变晶闸管的导通角来实 现对弧焊电源外特性的控制以及焊接参数的调节。目前在各种弧 焊电源中，晶闸管式弧焊整流器的应用最为广泛。但是由于它存 在功率因数低、耗电耗材多、冲击电流大等问题，有愈来愈多被 后起之秀的弧焊逆变器所代替的趋向。
PMIG弧焊电源数字化控制策略的研究与实现的开题报告
PMIG弧焊电源数字化控制策略的研究与实现的开题报告一、选题背景随着工业发展的不断推进，电力设备已成为工业生产中最为重要的设备之一。
而焊接作为一种重要的连接工艺，在工业生产中也占有着重要的地位。
传统的焊接方式存在一些问题，例如电弧稳定性差、焊缝质量不稳定等。
为了解决这些问题，人们引入了数字化控制技术来优化焊接过程，提高焊接质量。
本论文选题的即是对数字化控制技术应用于PMIG焊接的研究，旨在通过建立数字化控制模型，针对焊接中存在的问题进行优化，从而改善焊接质量。
二、研究目的本研究旨在通过数字化控制技术应用于PMIG焊接中，探究数字化控制技术对焊接质量的影响，并通过构建数字化控制模型，优化焊接过程中存在的问题，提高焊接质量。
三、研究内容本研究主要包括以下内容：1. 对PMIG焊接的现状分析，明确存在的问题；2. 研究数字化控制技术在焊接中的应用及其优势；3. 构建数字化控制模型，对焊接过程进行数字化控制；4. 通过对比实验，对数字化控制模型进行验证和分析，提高焊接质量。
四、研究方法本研究采用文献分析、理论分析和实验分析相结合的方法，分析数字化控制技术在PMIG焊接中的应用及其优势，构建数字化控制模型，通过对比实验，对数字化控制模型进行验证和分析。
五、预期成果本研究预期达到以下成果：1. 深入了解PMIG焊接的现状，明确存在的问题；2. 探究数字化控制技术在焊接中的应用及其优势，为优化焊接过程提供理论依据；3. 构建数字化控制模型，提高焊接质量。
六、总结本研究旨在对数字化控制技术应用于PMIG焊接的研究，通过构建数字化控制模型，优化焊接过程中存在的问题，提高焊接质量。
通过文献分析、理论分析和实验分析相结合的方法，可以得到实验结果，验证数字化控制模型的可行性。
研究结果可以为工业生产中焊接工艺优化提供参考意见。
弧焊电源的发展现状
弧焊电源的发展现状弧焊电源可以说是现代焊接技术中最常见的一种焊接设备，目前其发展的现状主要有以下几个方面：一、特点传统的直流手持弧焊机，特点是重量大、尺寸大、使用不方便，而新一代数字智能弧焊机特点是高性能、小巧、智能。
数字智能弧焊机升级版弧焊电源，功能比传统电源更多，现场焊接情况更可靠稳定，操作更方便。
数字焊机是通过调节电源和电流进行焊接，焊接强度和焊缝的质量都能得到保障。
而且，在焊接过程中可以通过监测和调节电流流量来保证焊接的效率和质量。
除此之外，数字弧焊机还具备可以储存焊接数据的功能，在复杂的焊接作业中，可直接获取焊接数据以及通过蓝牙传输到个人电脑中进行后续数据处理。
二、技术不断升级的数字化弧焊电源技术，已经在一定程度上解决了传统焊接技术的痛点，以及操作过程中出现的安全隐患。
现在，弧焊电源采用中心加压式电子开关技术，其关断性能更加优异；引进双调制接口技术，使其抗干扰能力更强。
在具体操作中，数字弧焊机在焊接开始时，通过电子初始放电技术实时检测工件情况，从而调整最佳焊接状态，确保焊接的质量。
在焊接结束时也有智能提示，避免因疏忽或者记忆不足而可控制不佳的情况。
三、市场弧焊电源市场是一个庞大的市场，市场竞争激烈。
随着时代发展，环保技术、无人化、恒流技术的成功应用，数字弧焊机先进的性能使其脱颖而出，得到各界的青睐。
据国际数据机构统计，世界范围内近年来弧焊电源的需求在不断增长，数字弧焊机重量轻、精度高、保证了安全性和工作效率，已经成为市场上不可或缺的一部分。
根据工业和信息化部的数据，国内数字弧焊机市场的年增长率很高，当前已经达到20%以上，预计到2022年将从2017年的133.76亿元增加到230亿元以上。
总之，数字弧焊机今后的发展前途看好，有望取代传统的直流手持弧焊机，成为主流产品。
弧焊电源及数字化控制复习资料
弧焊电源及数字化控制复习资料名词解释：弧焊电源的外特性：在电源参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值Uy与输出的电流稳定值Iy之间的关系Uy=f(Iy)。
焊接电弧的静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf 与电弧电流If之间的关系。
电子发射：在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出电子的现象称为电子发射。
焊接电弧的动特性：是指在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系：Uf=f(if)。
热电离：在高温下，具有高动能的气体原子（或分子）互相碰撞而引起的电离。
热发射：物质的固体或液体表面受热后，其中某些电子具有大于逸出功的能量而逸出到表面的空间中去的现象。
焊接电源的额定负载持续率：指设备能够在额定电压，额定电流或额定功率的情况下负荷工作时间的比率。
P37逆变：通过一定的电路方式将一定规格的直流电源变为所需要的交流电源。
简答题1焊接电弧的静特性和动特性？焊接电弧的静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf 与电弧电流If之间的关系。
电子发射：在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出电子的现象称为电子发射。
焊接电弧的动特性：是指在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系：Uf=f(if)。
2影响交流电弧稳定燃烧的因数有哪些？答：1、空载电压Uo Uo愈高，在同等大小的引弧电压下，熄弧时间愈短，电弧就越稳定。
2、引燃电压Uyh Uyh 愈高，引燃电弧愈难，电弧愈不稳定。
3、电路参数当ωL/R这一比值不大时，增大L或减小R，即使ωL/R比值增大，均可使电弧趋向稳定连续燃烧。
电弧电流电弧电流愈大，电弧的稳定性会提高。
5、电源频率f f提高，会提高电弧的稳定性。
6、电极的物理性能和尺寸第二章3弧焊电源的外特性是指什么？弧焊电源的外特性可分为哪几种基本形状？如何定量划分？答：（1）弧焊电源的外特性是指在电流参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值Uy与输出电流稳定值Iy之间的关系Uy=f（Iy）。
弧焊电源现状及发展趋势
.弧焊电源及数字化控制作业学院：材料科学与工程学院专业班级：焊接1301班姓名：徐昀华学号：130200308任课教师：常云龙完成日期：...弧焊电源的现状与开展摘要：阐述了目前国内外弧焊电源开展历程、现状及开展的趋势，并对近年来出现的新技术在弧焊电源生产中的应用前景进行了论述。
关键词：弧焊电源；现状；开展弧焊技术是现代焊接技术的重要组成局部，其应用范围几乎涵盖了所有的焊接生产领域。
电弧焊作为一种根本的金属处理方法，被广泛地运用于国民经济的各部门，为电弧焊提供能量的弧焊电源从诞生起已取得了很大的进展。
各种焊接方法的问世使弧焊电源从诞生起已取得了很大的进展。
弧焊电源性能的优劣,很大程度上决定了焊接过程的稳定性。
没有先进的弧焊电源,要实现先进的焊接工艺和焊接过程自动化是难以办到的。
弧焊电源的分类按输出电流种类，弧焊电源分为：交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源、逆变式弧焊电源。
交流弧焊电源交流弧焊电源包括弧焊变压器和矩形波交流弧焊电源。
交流弧焊电源具有结构简单、易造易修、本钱低、效率高等优点,一般应用于焊条电弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊等方法。
矩形波交流弧焊电源是利用半导体控制技术来获得矩形波交流电流的。
由于输出电流过零点时间短,电弧稳定性好,正负半波通电时间和电流比值可以自由调节,因此特别适合于铝及铝合金钨极氩弧焊。
直流弧焊电源直流弧焊电源包括直流弧焊发电机和弧焊整流器。
直流弧焊发电机现已根本不生产。
弧焊整流器是由主变压器、半导体整流元件以及获得所需外特性的调节装置等组成。
与直流弧焊发电机比拟,它具有制造方便、价格低、空载损耗小、噪声小等优点,而且大多数可以远距离调节,能自动补偿电网电压波动对输出电压、电流的影响,可作为各种弧焊方法的电源。
脉冲弧焊电源焊接电流以低频调制脉冲方式馈送,一般是由普通的弧焊电源与脉冲发生电路组成。
它具有效率高、热输入较小、可在较宽范围内控制热输入等优点。
...这种弧焊电源主要用于气体保护电弧焊和等离子弧焊,对热输入比拟敏感的高合金材料薄板和全位置焊接,具有独特的优点。
弧焊电源控制及焊接质量在线监测数字化基础研究的开题报告
弧焊电源控制及焊接质量在线监测数字化基础研究的开题报告一、研究背景及意义弧焊是现代工业中广泛应用的一种焊接技术。
在弧焊过程中，电源控制是决定焊接质量的重要因素之一。
因此，研究弧焊电源控制对焊接质量的影响，对于提高弧焊工艺的稳定性、精度和效率具有重要意义。
另外，随着工业自动化和数字化技术的发展，现在很多焊接机器已经实现数字化控制，具有远程监控和故障诊断功能。
因此，研究如何将数字化技术应用于弧焊电源的控制和焊接质量的在线监测，对于提高焊接自动化水平和质量控制效果具有重要意义。
二、研究内容和方法1. 弧焊电源控制的基础研究：研究弧焊电源控制系统的工作原理、结构和控制算法，并对传统弧焊装置和数字化弧焊装置进行比较分析。
2. 焊接质量在线监测技术的研究：探究实现焊接质量在线监测的关键技术，包括焊接参数采集、信号处理、故障诊断和数据分析。
3. 数字化控制与在线监测系统的设计：基于前期研究结果，设计一种弧焊电源数字化控制与焊接质量在线监测系统。
该系统应具有实时监测和远程控制功能，并能够自动调节焊接参数以确保焊缝质量。
4. 实验验证和效果评估：针对不同材料和焊接工艺条件，进行一系列实验验证，评估所设计的数字化控制与在线监测系统对焊接质量的影响和改善效果。
三、预期成果和意义1. 研究弧焊电源控制及焊接质量在线监测数字化技术的基础理论和关键技术，推动数字化弧焊技术的发展。
2. 设计一种弧焊电源数字化控制与焊接质量在线监测系统，为焊接工艺自动化和数字化控制提供新思路。
3. 实验验证所设计的数字化控制与在线监测系统的可行性和实用性，为工业应用提供技术支持和理论指导。
4. 推广数字化弧焊技术，提高焊接工艺的自动化水平和质量控制效果，为现代制造业的发展做出贡献。
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液晶显示
电流传 感器
电压传 感器
信号处 理电路
信号处 理电路
A/D
A/D 电压反馈
驱动电路
送丝电机 电路系统
DSP控制 数字化弧焊电源结构图
第七章 数字化弧焊电源
AC 三相整 流电路
微机
单片机系统
键盘输入 液晶显示
输入面板
逆变 电路
整流滤 波电路
驱动电路
光电隔离 PWM
DSP系统
PWM
电流传 感器
键盘输入
单
液晶显示
片
机
LED显示
数字I/O
复位 电路
电源
时钟 电路
外部存储器
PC 通信接口
PC
DSP 通信接口
DSP
第七章 数字化弧焊电源
弧焊电源数字控制软件结构
数字化弧焊电源控制系统，其软件结构包括主程序、触发中断服 务子程序、定时器中断服务子程序、外部中断服务子程序以及信号处理、 控制算法子程序等各个功能子程序，以及故障自诊断与显示报警程序等。
DSP芯片一般需要+5V或+3.3V直流电源供电。多数DSP芯片为+3.3V 直流电源供电，如TMS320LF2407A。由于DSP芯片的外围电路往往需要 +5V直流电源，因此DSP控制系统一般需要+5V和+3.3V直流电源 。
第七章 数字化弧焊电源
TMS320LF2407A型DSP
第七章 数字化弧焊电源
第七章 数字化弧焊电源
单片机和DSP的通信
❖ 单片机和DSP双控制系统与单一DSP控制系统相比，其综合处理能力更 强，存储的焊接参数和焊接控制程序更多，功能更强，控制速度更快， 但系统比较复杂。
协同控制（熔滴过渡、弧长控制等）
焊后
—— 焊接工艺参数记录
（智能化）
第七章 数字化弧焊电源
常用的数字信号处理系统：
信号处理器（DSP） 通用微处理器（MPU） 微控制器（MCU）
交流
直流
直流
~50Hz 输入整流
滤波
数字化弧焊 电源的基本 结构
电子开关电路（逆变电路）
变压器
输出整流 直流 输出滤波
电
周期值用于产生PWM脉冲波形的周期（频率），比较值用于PWM脉冲的脉宽 值（脉冲占空比）。
将定时器GP的计数初值设置为0，设定的比较值小于周期值，当GP的计数值等 于比较值时，在TxPWM引脚上出现正跳变，产生脉冲；此时计数器继续计数；当计 数值等于周期值时，在TxPWM引脚上出现负跳变，脉冲消失，同时GP复位为0，完 成一个脉冲周期。循环往复，产生PWM脉冲波形。
系统初始化程序：DSP系统初始子程序、A/D初始化子程序、 D/A初始化子程序、定时器初始化子程序、 I/O口初始化子程序、PWM初始化子程序等；
系统控制主程序 外特性控制程序 动特性控制程序 波形控制程序 电流、电压参数检测程序
……
第七章 数字化弧焊电源
举例：PWM信号控制
DSP有两种产生PWM脉冲波形的方法：一种是使用定时器比较寄存 器；另一种是使用比较单元。后者产生的PWM脉冲波形可以加死区。
DSP工作原理及最小硬件系统
复位电路 时钟电路
电源
DSP
外部存储器 数字I/O 通信接口 JTAG
DSP控制系统一般还具有外围接口电路，如数字I/O端口、模数转换 （ADC）接口、仿真（JTAG）接口、以及与其它处理器之间的各种通信 接口等。
第七章 数字化弧焊电源
单片机系统:
单片机系统是整个控制系统的主控制系统，负责弧焊电源系统的总体管 理。除此之外，它还负责焊接参数的预置和显示，通过I/O口对外部设备 （如主电路中的主接触器、电磁气阀、送丝机电路的电源接触器等）进行 程序控制以及对弧焊电源系统的保护等。
数字化焊接电源的特点：
❖ 柔性化控制和多功能集成
❖ 具有更强的稳定性和一致性 ❖ 控制精度高 ❖ 接口兼容性好，并可以实现网络监控 ❖ 操作性好
❖ 通用性强，便于升级
弧焊电源调节 —— 人机对话系统
焊接工艺参数数据库（柔性化）
一元化调节
弧焊电源控制 —— 精确控制（引弧、收弧）（精确化）
动态电弧控制（波形控制等）
开始
中断标志位赋予ACC
ACC与1进行异或
Y
ACC=1?
N
将脉冲值送入ACC
将脉冲值送入ACC
ACC的值赋予CMPR5
将大于T3PR的值赋予 CMPR4
ACC的值赋予CMPR4
将大于T3PR的值赋予 CMPR5
同步时钟到否
N
Y T3CNT计数
计数值≥比较值 N
Y 输出高电平
计数值≥周期值 N
Y 结束
数字控制技术：采用数字电路、数值计算对数字信号进行处理，对被 控对象进行控制的技术；相应的系统称为数字控制系统。
数字化焊接电源: 采用数字控制技术进行控制的焊接电源。 数字信号处理系统: 数字化焊接电源中，把模拟信号变成数字信号的
系统
数字化弧焊电源：将计算机控制技术引入到弧焊电源 实现了软硬结合
第七章 数字化弧焊电源
使用定时器比较寄存器产生PWM脉冲
利用DSP中的GP定时器、定时器周期寄存器TxPR和比较寄存器 TxCMPR，可以在DSP的PWM输出引脚TxPWM上得到一个“对称”的 或“非对称”的PWM脉冲波形。
第七章 数字化弧焊电源
将周期值寄存在定时器周期寄存器TxPR中，将比较值存放在定时器比较寄存器 TxCMPR中。
高压中频电
低压中频电
弧
负
载 主电路
驱动电路
PWM信号
控制面板
DSP
Hale Waihona Puke 电流、电 压传感器送丝机 数字化控制系统
单片机
RS232
网络管理与控 制程序升级
微机
第七章 数字化弧焊电源
7.2 数字化弧焊电源的基本工作原理
AC 三相整 流电路
逆变 电路
整流滤 波电路
驱动电路
光电隔离
微机系统
PWM
DSP
PWM
键盘输入
弧焊电源及控制
弧焊电源及控制
第七章 数字化弧焊电源（简介）
❖7.1 数字化弧焊电源的概念和特点 ❖7.2 数字化弧焊电源的基本工作原理 ❖7.3 弧焊电源中的数字化控制
本章的重点难点： 重点掌握数字化弧焊电源的概念及控制原理。
第七章 数字化弧焊电源
7.1 数字化弧焊电源的概念和特点
数字化：按照一定的规则，把连续变量（信号），变成数字序列形式 表示的离散变量（信号），也就是数字变量（信号）。
电压传 感器
信号处 理电路
A/D
信号处 理电路
A/D 电压反馈
光电隔离 驱动电路
送丝机及其 电路系统
DSP+单片机双处理器式数字化弧焊电源
第七章 数字化弧焊电源
DSP的基本结构与性能
DSP是一种具有特殊结构的微处理器，可以认为是一种特殊的单 片机。
与普通的单片机类似，DSP将中央处理器、控制单元以及外围设 备集成到一个芯片上；不同于普通单片机的是，DSP采用了多组总线 技术，实行并行运行机制，从而极大地提高了运行速度。