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1、兰州理工大学 硕士学位论文 波形控制CO逆变焊机系统设计 姓名：田坤 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：李鹤岐 20040516 兰! ! 矍三奎兰篁圭兰堡篓塞臻蔓 一翌2 摘要 本文蓄先夯缓了C O ：焊接霞焊接领域豹应蠲、发震掰受、现状及发蕊前景。 接着阐述了C O z 焊接的特点、目前国内外的研究现状。 介绍了波形控制C 0 2 逆变焊机控制系统的研制，详细阐述了总体方案的制 定、硬传研袁l 及软l 牛的编写与调试。在短路过渡鸵C O ：焊接过程中其飞溅大、 簿缝袋彩差戆绞瘴瓣褥7 它静捺广痤嗣。秀了满是C O ：海黪瑟求，酝弱了一套 I G B T 邋变式的波形控制C
2、0 2 焊系统。选取I G B T 为主控开关功率转换器件，采 用输出功率较大的念桥式逆变结构，配以高频变压器和输出电抗器组成了本系统 的主电路系统，讨论_ 高频变压器的设计要点。控制电路以1 6 位高性能弟片机 8 0 C 1 9 6 K C 为孩心，怼整令趣源逡蠢实畦媾确瓣螺控裁，文中慕焉了嚣蘩魄较零 用的脉宽调制方法采控制海祝静输出特性，攀片祝输出的控制量经D A 转换后， 通过脉宽调制芯片S G 3 5 2 5 调制出两路互不重警的触发脉冲，再经I G B T 膏用驱 动模块进行功率放大后触发I G B T ，以实现功率的输出。系统实时对输出电流进 行采榉，劳将采样缝采送入单片橇避褥A
3、 D 转按，在单片枧凑部实现离散P l 冀 法届，输出稳应豹羧潮蠢来调苇赫宽潺割芯片麓徐窭赫宽，避蔼调整输爨魄流， 以此采遮到控制焊机外特性的目的。利用波形控制逆变电源控制参数多，可控性 好的特点，解决了C 0 2 焊过程1 溅大、焊缝成形差的缺点。本文还详细阐述了 单片枫的资源分配，外围电路的功能、作用等。保护电路主骚涉及至4 过流保护、 过热璨护、过压戮袋欠匿簇护等。 通道对C O z 弹的电流波形控制方法探讨，提出了适合予C 0 2 焊接过獠的短 路阶段和燃弧阶段的控制策略。对波形控制参数：短路前期小电流时间、嫩路电 流上升宰d i d t 、短路电流最大值、燃弧大电流、燃弧小电流对焊接
4、飞溅、髀缝成 形及魄鼹毫匿农焊接瞎藏的影噫艇簿送行实验磷究。 彀溽撬鞠主毫鼯帮弪翻电路都努都逶孬了可靠往与藐予撬浚诗。系统努季厅了 可能影响焊机正常工作的各种干扰及其产生原因，并在原理图设计及程序编制的 过程中采取了相应的软硬件抗干扰措施。所采取的硬件措施主鼹包括：屏黢技术、 光耦技术、滤波技术、冁离接地技术等；采取的软件措施主要霄：看门狗、冗余 指令、数字遮波等。 最厢，对所设计的电路进行了实验分析，结果表明，控涮电路及软 牛设计合 理，运行可靠。 关键调：逆变C 0 2 焊波形控制8 0 C 1 9 6 K C 兰矧遵王大学硬士学整论文 A b s t r a c t T h ea p p
5、 l i c a t i o n ，h i s t o r y , a c t u a l i t ya n df o r e g r o u n do fc a r b o nd i o x i d ew e l d i n g ( C 0 2w e l d i n g ) i nw e l d i n gf i e l da r ef i r a l yi n t r o d u c e di nt h ei n t r o d u c t i o np a r to ft h i s p a p e r T h ei m p o r t a n ts p e c i a l t i e
6、so fC 0 2w e l d i n gm a c h i n ea n di t ss t u d ye v o l u t i o na r e f o l l o ws e tf o r t h I nt h i sp a p e r ，r e s e a r c h i n ga n d p r o d u c i n g O nc u r r e n tw a v e f o r mc o n t r o ls y s t e mo f i n v e r t e rc a r b o nd i o x i d ew e l d i n gm a c h i n ei sg i
7、v e nT h eo v e r a l lp l a n , t h ed e s i g no f h a r d w a r es t r u c t u r ea n ds o f t w a r ei sd e s c r i b e di nd e t a i lT h ed e f e c t so fb i gw e l d i n g s p a t t e r a n d m a k i n gb a dw e l d i n gs e a mf o r mo b s t r u c tt h ep o p u l a r i z a t i o n o fC 0 2 w
8、 e l d i n gs h o r tc i r c u i tt r a n s i t i o n ，I no r d e r t oa c h i e v et h ea i mo f C 0 2w e l d i n g , as u i to f I G 8 蕈i n v e r t e rC 0 2 s y s t e m i sd e v e l o p e d 曩l em a i nc i r c u i ti sm a d e u po f r e c t i f i e r , f i l t e r , h i g h - f r e n q u e n c yt r
9、 a n s f o r m e r , o u t p u tr e a c t o r , a n df u l l _ b 矗d g ei n v e n e gw h e r e4I G B T a r ea d o p t e d T h ek e y p o i n t si nd e s i g n i n gh i g h f r e q u e n c yt r a n s f o r m e ra r ed i s c u s s e d A t t h es a m et i m e i no r d e rt oo b t m na c c u r a t ea n d
10、r e a l - t i m ec o n t r o l ，h i g hp e r f o r m a n c e 1 6 - b i tm i c r o p r o c e s s o r8 0 C 1 9 6 K Ci S a d o p t e df o rc o n t r o lk e r n e l + T h ed i g i t a is i g n a l f r o m m i c r o p r o c e s s o r a r e f i r s t l y c o n v e r t e di n t o a n a l o g ys i g n a l ，
11、w h i c h i st h e n m o d u l a t e db yp u l s ew i d t hm o d u l a t e 佃W M ) c h i pS G 3 5 2 5i n t o t w op u l s e sn o t o = v e r l a p p e de a c ho t h e r A tl a s t t h ep u l s e sa r eu s e dt os p r i n gI G B Ta f t e rt h e ya r e m a g n i f i e d + I nt h i st h e s i s , c o n
12、t r o l l i n gw a v e f o r mC 0 2s y s t e m ，w h i c ht a k ea d v a n t a g eo f t h ew a v e f o r mc o n t r o li n v e r t e rp o w e rs o u r c ec h a r a c t e r i s t i ct h a tm o r e p a r a m e t e r c a nb e c o n t r o l l e da n dc o n t r o l l a b i l i t yi Sb e t t e r , p u tf o
13、 r w a r dt os e t t l et h ea b o v ed e f e c t s I n a d d i t i o n ，t h er e s o u r c ed i s t r i b u t i o no fm i c r o p r o c e s s o ra n dt h ef u n c t i o n so fp e r i p h e r a l c i r c u i ta r eg i v e n T h es a f e g u a r dc i r c u i tm a i n l yc o n s i s t so fo v e r - c
14、u r r e n t ，o v e r * h e a t ， o v e r - v o l t a g e a n d l o w - v o l t a g e c i r c u i t s 。 T h r o u g hp r o b i n gi n t ot h ec u r r e n tw a v e f o r m c o n t r o lo fC 0 2 w e l d i n g , o n em e t h o d o fs h o r tt r a n s i t i o ni Sp u tf o r w a r d B a s e do nc o n f i
15、r m i n gt h em e t h o do fw a v e f o r m c o n t r o la n de x p e r i m e n t i n g t h er u l et h a tw a v e f o r mc o n t r o l p a r a m e t e r e f f e c to n w e l d i n gs p a t t e r , s e a m f o r m ，a f cv o l t a g ea n dw e l d i n gc u r r e n ti Ss t u d i e d + T h u s p a r a m
16、 e t e r si n c l u d et h et i m eo f s m a l lc u r r e n ti ns h o r tc i r c u i tp r o p o s e 。r i s i n gr a t i oo f s h o r tc i r c u i t ，m a x i m a lv a l u eo fs h o r tc i r c u i t ，b i gi g n i t i o na r cc u r r e n ta n ds m a l l i g n i t i o na r cc u r r e n t R e l i a b i l i t ya n dn o i s er e s i s t a n c ed e s i g n s a r ea l s oc o v e r e d v a “O H Sn o i s e sp r o b a b l y a p p e a rl nt h ew h
