基于80C196KC的軟開關(guān)型脈沖MIG焊機的研究

摘要：根據(jù)脈沖MIG(Metal Inert Gas)焊工藝特點，設(shè)計了基于80C196KC控制的軟開關(guān)型脈沖MIG焊機。采用單片機80C196KC作為控制系統(tǒng)的核心，主電路采用軟開關(guān)式全橋逆變結(jié)構(gòu)，功率開關(guān)器件為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，逆變頻率為20kHz。采用PI算法實現(xiàn)恒流外特性，脈沖MIG焊接電源獲得了電流頻率、電流幅值、峰值基值導通比均可以獨立調(diào)節(jié)的波形。試驗表明脈沖MIG焊接電源控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。
關(guān)鍵詞：焊機；軟開關(guān)；逆變；比例積分控制

1 引言
脈沖MIG焊以其在較大電流調(diào)節(jié)范圍內(nèi)均能夠?qū)崿F(xiàn)射滴過渡、軸向性好，適用于全位置焊接、熱輸入量方便可調(diào)以及焊接質(zhì)量好等優(yōu)點，受到國內(nèi)外廣大焊接工作者的關(guān)注。軟開關(guān)技術(shù)采用諧振變流技術(shù)，其特點是功率器件在零電壓和零電流條件下自然開通和關(guān)斷。它從本質(zhì)上克服了硬開關(guān)型弧焊電源的缺點，在較大程度上解決了功率開關(guān)損耗過大的問題。根據(jù)脈沖MIG工藝要求，設(shè)計了基于80C196KC控制的軟開關(guān)型脈沖MIG焊機，峰值、基值電流調(diào)節(jié)范圍為20～500 A，輸出空載電壓70 V，熔滴過渡方式為射滴過渡，焊接參數(shù)獨立可調(diào)。

2 總體設(shè)計
軟開關(guān)型脈沖MIG焊接電源系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由主電路、控制電路、驅(qū)動電路3個主要部分組成。系統(tǒng)采用目前較為常用的AC／ DC／AC／DC的逆變模式，脈沖開關(guān)信號來自單片機給出的控制指令，經(jīng)驅(qū)動和放大后，為功率開關(guān)管提供固定頻率為20 kHz的高頻脈沖開關(guān)信號。在峰值電流期間，采樣實際輸出的峰值電流，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機與給定的峰值電流進行比較，單片機根據(jù)兩者間偏差進行離散PI運算，得到1個控制參量，利用該控制參量實時調(diào)整20 kHz高頻控制脈沖的寬度，使輸出峰值電流與給定峰值電流相等；在基值電流期間，采用同樣的方法，使輸出基值電流與給定基值電流相等。