高频晶体管式电阻点焊电源的研制

针对微型零件对焊接电源的特殊要求,设计了一种基于晶体管的高频开关式电阻点焊电源,提高了电阻点焊电源控制的精密性.文中主要介绍了电阻点焊电源的主电路结构、工作原理以及以dsPIC30F6010为核心的控制系统的设计.将电阻点焊电源的开关频率提高到100 kHz,从而提高了系统的控制精度和响应速度,获得了理想的焊接电流波形.通过与其它微型零件点焊电源的电流输出特性对比.结果表明,该电源具有精密零件焊接的独特优势,是一种理想的精密焊接电源.

Abstract：

According to the special requirements of micro-part resistance spot welding technics, a transistor-style high-frequency power supply was designed, which could improve the control precision of the power. The main circuit structure, the working principle, and the controlling core dsPIC30F6010 were introduced. The 100 kHz frequeney was applied for the first time in the resistance spot-welding power supply field, as a result, the control accuracy and response speed were greatly increased, and the welding current waveform were excellent. It is proved that this power supply has a unique advantage in precise welding and is more adaptive, compared with other micro-part welding powers supply.     

微型零件精密电阻点焊技术及其应用

介绍了精密电阻点焊电源的基本原理及特点,试验测试了晶体管式点焊电源和不同频率下的逆变点焊电源输出的电流波形;对比了传统加压系统和精密伺服加压系统的特点,试验测试了各种加压系统的压力波形图。所研制的精密点焊技术已成功应用于微型零件点焊生产,结果表明,该技术有其独特的工艺优势,有很好地推广应用价值。     

晶体管式精密电阻点焊电源的设计

为满足微型零件焊接对焊接能量精密性、快速性和稳定性的要求,设计了一种高频晶体管式电阻点焊电源。电源包含半桥逆变恒流充电部分和高频斩波输出部分,逆变频率为100 k Hz,通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)和增量式比例积分微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制技术,实现了电容组恒流快速充电;斩波频率为100 k Hz,大大提高了焊接输出能量调节响应速度和控制精度。试验结果表明,电容组最大充电电流为100 A,充电电压为30 V,充电时间小于100 ms;电源具有恒电流、恒电压和恒功率输出模式,焊接电流上升速度达到50 A/μs,放电脉冲可在1 ms内实现稳定输出,实际焊接效果良好,在精密焊接中具有明显优势。     

基于ARM的精密逆变电阻点焊电源

微型电子元器件的焊接要求焊接电源响应速度快、系统稳定性好以及控制精度高。为进一步提高微型电子元器件的焊接质量,设计了一种基于ARM的精密逆变电阻点焊电源,该电源以STM32F103RCT6型ARM芯片为控制核心,通过调节脉冲宽度(PWM)调制占空比并结合增量式PI控制方案,实现对焊接电流大小的精密控制。详细介绍电流采样电路、真有效值转换电路、IGBT驱动电路及保护电路。试验证明,该电源控制系统稳定可靠、控制精度高,在微电子器件的焊接方面有较好的效果。     

微型件精密点焊技术

为了确保微型件点焊质量,往往需要对点焊过程的加热速度、能量、电流波形、时间等参数进行精密控制.分析了微型件点焊的主要特点,阐述了各种微型件精密点焊机的基本工作原理、输出电流波形和性能特点.列举了典型的微型件精密点焊应用实例,展望了几种微型件点焊方法的发展前景.     

软开关逆变式点焊电源设计及工艺研究

软开关逆变式电阻点焊电源是电阻焊电源领域研究的重要方向之一,设计了FB-ZVZCS-PWM变换器的主电路,通过校正隔直电容,使滞后臂实现ZCS;在相同规范条件下与传统的交流点焊机焊点做对比试验,验证了软开关逆变式点焊电源具有很高的热效率,系统输出电流平稳连续,加热过程平缓稳定,焊接过程中产生飞溅小,焊点压痕尺寸小,接头表面成形优良,能够满足逆变式电阻点焊电源的精密控制要求.     

逆变电阻点焊动态参数测试系统的研究

焊接电流、电压的准确测量对于精密控制逆变电阻点焊电源和保证焊接质量有着重要的作用.采用霍尔元件及其外围电路,对逆变电阻点焊的焊接电流进行测量,并设计了电压测量电路;为了减少CPU的计算时间,设计了电压有效值处理电路.以0.4mm厚的低碳钢板作为焊接实验材料,改变焊 接试验条件,得到各种焊接焊接实验效果.利用MATLAB对电阻点焊的焊接电流和电压有效值进行计 算和分析,得出焊接过程中低碳钢的动态电阻.结果表明:动态电阻能有效地反映点焊熔核的生长过程, 并且与熔核的尺寸有一定的关系,直接影响着焊接实验效果.     

精密点焊电源任意波形控制系统

对所研制的由８０９８单片机控制的ＭＯＳＦＥＴ精密点焊电源的硬件及软件进行了介绍。该电源适用于桥带等金属箔,线件的精密点焊,通过对是电流瞬时值的精确控制。可输出任意特殊及复杂形状的波形,从而使不同尺寸,材料的工件都可实现最佳电流波形点焊。该系统还采用一台工业ＰＣ机对焊接过程及各种参数进行监控和管理,进一步提高了焊接质量及自动化水平。     

基于数字信号处理器的高频逆变电阻点焊电源设计与实验

研究了基于数字信号处理器(DSP)的高频逆变电阻点焊电源,重点介绍逆变电路的工作原理以及控制方法,并通过实验验证了点焊电源的稳定性和可靠性。结果表明,基于数字信号处理器的高频逆变电阻点焊电源采用全桥逆变输出、PI调节和三段焊输出电流,实现了电路软开关,提高了焊机逆变频率,保证了焊接过程的稳定性和焊件的点焊质量。     

晶体管式电阻点焊电源及其复合模式控制研究

为解决精密电阻焊过程中接触电阻变化范围大且难以预估,并由此产生焊接飞溅、虚焊等焊接质量不良的问题,设计了一种晶体管式电阻点焊电源及复合控制模式。主要介绍了晶体管式电源的主电路结构、工作原理、以dsPIC33FJ64GS610为核心的控制系统及复合控制方法。电源输出采用MOSFET开关100 kHz斩波控制,最大输出电流4 000 A,能够对电压、电流反馈快速响应。复合控制模式将恒压控制与恒流控制相结合,焊接初期采用电压反馈控制适应接触电阻的变化,在短时间内降低电阻焊过程中的不确定因素,后期利用恒流模式焊接,保证焊点发热。实验结果表明,针对初期接触电阻差异大的工件结构,复合控制模式能够有效提高其焊接稳定性。     

压焊设备

焊接电流、电压的准确测量对于精密控制逆变电阻点焊电源和保证焊接质量有着重要的作用。采用霍尔元件及其外围电路,对逆变电阻点焊的焊接电流进行测量,并设计了电压测量电路;为了减少CPU的计算时间,设计了电压有效值处理电路。     

压焊设备

焊接电流、电压的准确测量对于精密控制逆变电阻点焊电源和保证焊接质量有着重要的作用。采用霍尔元件及其外围电路，对逆变电阻点焊的焊接电流进行测量，并设计了电压测量电路；为了减少CPU的计算时间，设计了电压有效值处理电路。     

一种新型大功率中频逆变电阻点焊电源

为满足低阻值新型焊接材料的焊接要求,研究设计了一种最大输出电流达20kA的中频逆变电阻点焊电源.采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成全桥式逆变主电路;通过有限双极性控制,实现零电压零电流(ZVZCS)软开关;控制电路以数字信号处理器(DSP)为核心,通过对初级采样电流值进行有效处理,采用增量式PID控制方法,实现对脉宽调制电路的精准控制.结果表明,电源设计合理,控制电路稳定可靠,适于大功率焊接.     

基于电容快速充放电控制的变极性微电阻点焊电源的设计

针对传统晶体管式电阻点焊电源负载持续率低,电源输出模式单一和焊接接头一致性差等问题,设计了一种可实现电容快速充放电的变极性晶体管式微电阻点焊电源.分析了电源负载特性,设计了基于全桥逆变+H桥双相斩波电路的电源主电路拓扑,设计了基于高性能STM32双核控制器的数字化电源控制系统,提出了多阶段变脉宽式电容组快速充电方法,开展了电源输出特性测试和铜-镍薄片单面双点工艺试验.试验结果表明,设计的电源输出负载持续率可达5%以上,极性切换时间可低至0.1 ms以下,变极性输出模式可有效解决单极性模式下因极性效应现象造成的焊点尺寸不一的问题,电压控制模式焊接过程焊接接头性能优于电流控制模式和功率控制模式.     

精密逆变电阻点焊的应用

首先介绍了精密逆变电阻点焊机系统，包括系统的组成，特点，然后介绍几种典型工件的焊接工艺，结果表明，这种焊机在精密零件 的电阻点焊中有其独持的工艺优势，有很好的推广应用价值。     

压力电阻点焊技术在热元件焊接中的应用

热继电器的热元件一般由双金属片、电热丝或电热片、支架、插头等几个零件组成，它通过压力电阻点焊连接在一起，构成热元件。各种规格的热元件形状各异、尺寸不同，大部分零件外形复杂、尺寸小、定位困难根据产品技术要求，对焊后的热元件不仅对其相对尺寸有较严格的要求，而且对焊接强度沙,现质量等电要加以保证。因此，在热继电器的热元件焊接中要正确掌握有关压力电阻点焊技术和胎夹具、电极的设计技术。一、压力电阻点焊原理压力电阻点焊就是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热论讨焊接的方…     

电网中整流电源电阻点焊焊接电压控制技术

针对焊接过程中飞溅、焊接质量缺陷等问题,对电网中整流电源电阻点焊焊接电压控制技术进行研究。首先,对整流电源电阻点焊焊接电压影响加以分析,以由电压控制的电流百分数为电阻点焊焊接热量设置值;然后,提出变论域模糊PID控制法,将电压偏差和偏差率输入变论域,通过粒子群优化算法获取最优伸缩因子,进而得到最优量化因子和比例因子,最终输出控制电压,以实现电网中整流电源电阻点焊焊接电压控制;最后,利用试验证明所提方法的实用性。试验结果表明,所提方法耗时较短且能耗较低。     

变规则模糊控制及其在逆变式电阻点焊电源中的应用

研制了一种变规则模糊控制技术,并成功应用于逆变式电阻点焊焊接电流的闭环控制.通过比较常规模糊控制、变规则模糊控制、自适应模糊控制、PID模糊控制、模糊神经网络控制在控制算法复杂性、实现难易程度、运算与响应速度、适应性、控制精度等方面的优势与不足,考虑了电阻点焊焊接电流控制的实际需求.选定变规则模糊控制作为焊接电流调节的控制策略.根据焊接电流误差改变带修正因子模糊控制器中的修正因子,使模糊控制器的控制规则随焊接电流误差变化而变化,结合采取增量A-式输出控制信号,从而使焊接电流控制器的控制性能更符合实际需要.     

基于DSP的精密点焊电源的软开关实现

为了实现逆变电阻点焊电源的软开关性能,在以DSPIC30F6010为主控单元所构建的硬件控制系统的基础上,设计了多种适用全桥逆变主电路结构的控制方式.对双极性和传统移相控制方式下的开关管开关情况进行了详细分析,得出传统移相控制方式实现了开关管的零电压开通,更适合精密逆变点焊电源.     

波形控制智能型电阻点焊机

分析了小型及微型零件电阻点焊的工艺特点及其现有的焊接设备和工艺易出现的问题;明确提出了小型及微型零件电阻点焊的能量工艺参数除了峰值电流IM、峰值电流时间tM外,电流波形上升沿不同阶段的di/dt是影响焊点强度及其飞溅的第三个重要工艺参数;阐明了任意波形控制法和任意波形控制法点焊新工艺是解决焊点强度高又无飞溅这一对矛盾的有效途径。研制的波形控制智能型电阻电焊机在提高某航天火工品的焊接质量方面取得了良好的效果。