DSP逆變式懸掛直流點焊機(jī)的原理及其應(yīng)用

韓玉琦，陳志偉，戴建明，李家波

(深圳市鴻栢科技實業(yè)有限公司，廣東 深圳 518051)

DSP逆變式懸掛直流點焊機(jī)的原理及其應(yīng)用

韓玉琦，陳志偉，戴建明，李家波

(深圳市鴻栢科技實業(yè)有限公司，廣東 深圳 518051)

DSP逆變式懸掛直流點焊機(jī)使用了先進(jìn)的IGBT逆變、全橋軟起動和DSP數(shù)字控制技術(shù)，頻率達(dá)10 kHz，大大減小了變壓器體積，使焊鉗和變壓器實現(xiàn)一體化成為可能；減少了連接變壓器和焊鉗的二次通水電纜，既省電，又節(jié)約費用。與中頻焊機(jī)相比，性能更優(yōu)越、更節(jié)能，價格較低，具有良好的應(yīng)用前景。

高頻；懸掛直流點焊機(jī)；一體化焊鉗

0 前言

每一輛汽車的車身都是由許多塊沖壓成型的鋼板經(jīng)過點焊連接而成，點焊機(jī)是汽車生產(chǎn)企業(yè)必備的生產(chǎn)設(shè)備。

目前，國內(nèi)汽車制造廠大部分用的是交流分體式點焊機(jī)。該焊機(jī)普遍存在熱量不集中、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、能耗高、使用成本高的問題。20世紀(jì)80年代，國外出現(xiàn)了中頻逆變直流一體化點焊機(jī)。該焊機(jī)的供電由交流分體式點焊機(jī)的單相供電轉(zhuǎn)變?yōu)槿喙╇姡儔浩鞯墓ぷ黝l率由50 Hz提升到1 000 Hz。中頻點焊機(jī)的焊接效率比交流點焊機(jī)有明顯提高，且功率因數(shù)高，更節(jié)能。但是，這類中頻直流點焊機(jī)因部件是進(jìn)口的，造成成本高，推廣起來比較困難。

近幾年來，高頻逆變和數(shù)字控制技術(shù)在國內(nèi)外弧焊機(jī)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，但點焊機(jī)由于其需要的功率大(幾十到幾百千伏安)、電流大(上萬安)、電壓低(只有幾伏)，尤其是在高頻、大功率的情況下，要將交流變?yōu)橹绷鳎湔鞯碾y度就更大。這也是為什么國內(nèi)沒有將高頻逆變技術(shù)運用于點焊機(jī)的原因之一。DSP逆變式懸掛直流點焊機(jī)成功地攻克了在頻率高、功率大的情況下將交流變?yōu)橹绷鞯募夹g(shù)難關(guān)，并且掌握了很小的高頻變壓器就能輸出很大的電流的技術(shù)，同時很好地將DSP控制技術(shù)運用到逆變控制領(lǐng)域，使得DSP逆變式懸掛直流點焊機(jī)的各項功能得以很好地實現(xiàn)。

1 工作原理

DSP逆變式懸掛直流點焊機(jī)的工作原理如圖1所示。

整機(jī)由電磁兼容電路、三相整流電路、軟起動電路、電容濾波電路、逆變電路、次高頻變壓器、次高頻整流濾波電路、DSP控制器和顯示器等部分組成。三相交流電經(jīng)整流濾波、逆變變壓隔離和次高頻整流的轉(zhuǎn)換，在DSP控制器的控制下完成三相交流電到低壓脈動直流電的轉(zhuǎn)換，其中有輸出電流、電壓反饋電路和變壓器初級電流反饋三個環(huán)路，DSP控制器在這三個PID反饋環(huán)的作用下對逆變器IGBT輸出脈寬進(jìn)行實時控制，從而達(dá)到對整機(jī)的恒電流、恒電壓和恒功率控制的目的。該機(jī)器控制電路簡單、動態(tài)性能好、響應(yīng)速度快、控制精度高、焊接質(zhì)量好。

圖1 DSP逆變式懸掛直流點焊機(jī)工作原理

該產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新在于：將目前世界上先進(jìn)的高頻逆變、全橋軟起動技術(shù)和DSP數(shù)字控制技術(shù)運用在點焊機(jī)領(lǐng)域，并成功地解決了變壓器的大功率、大電流整流和整機(jī)的散熱問題。由于采用了高頻逆變技術(shù)，大大減小了變壓器的體積，使得焊鉗和變壓器實現(xiàn)一體化成為可能，很好地解決了原有的工頻點焊機(jī)由于變壓器體積大、質(zhì)量重，不得不將變壓器和焊鉗分離的難題。實現(xiàn)變壓器和焊鉗一體化后，減少了連接變壓器和焊鉗的二次通水電纜。消除了大電流在二次通水電纜上的能量消耗，節(jié)約了二次通水電纜的購置和維護(hù)費用。

2 技術(shù)指標(biāo)

目前深圳市鴻栢科技實業(yè)有限公司DSP逆變式懸掛直流點焊機(jī)的具體技術(shù)指標(biāo)范圍為：(1)電源3×380 V±10%／50 Hz；(2)全橋逆變器頻率10 kHz，占空比10%～85%，輸出采用全波整流方式；(3)額定輸出電流DC 2 000～10 000 A，短路電流12 000 A；(4)空載輸出電壓DC 6～10 V；(5)負(fù)載持續(xù)率20%～50%；(6)整機(jī)質(zhì)量小于等于80 kg(最小約40 kg)；(7)具有單、多脈沖點焊功能；(8)采用LCD人機(jī)界面，利用DSP進(jìn)行管理和控制。

3 技術(shù)優(yōu)勢

該產(chǎn)品與現(xiàn)有市場上銷售的工頻分體懸掛點焊機(jī)技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢：

(1)頻率從50 Hz提升到10 kHz；變壓器質(zhì)量減少90%以上，變壓器體積也僅為原來的十幾分之一，可節(jié)約大量銅材。

(2)實現(xiàn)了焊鉗與變壓器一體化，并采用了高頻逆變技術(shù)，可節(jié)約電能70%以上；同時減少了二次通水電纜，降低了點焊機(jī)的使用成本。

(3)變單相輸入為三相輸入，大大提高了電能的功率因數(shù)，減少了對電網(wǎng)的沖擊。由于引入了電磁兼容、軟起動和電容濾波等相關(guān)電路，減少了對機(jī)器自身的干擾和電網(wǎng)的污染。

(4)對變壓器采取了電磁屏蔽措施，減少了電磁波對操作者的傷害。

(5)變交流焊接為直流焊接，提高了焊接質(zhì)量，擴(kuò)大了焊接范圍，實現(xiàn)了對銅、鋁以及多種合金材料的焊接，尤其解決了轎車車身高強(qiáng)度鋼板的焊接問題。

(6)簡化了硬件控制電路，減少了調(diào)試和維護(hù)程序，降低了運行成本。

(7)變晶閘管控制為IGBT控制，由原來的電源控制芯片改為DSP控制，由模擬電源改為數(shù)字電源。應(yīng)用數(shù)字化控制技術(shù)從而提高了點焊機(jī)的動態(tài)特性和控制精度，使之工作更加穩(wěn)定、方便可靠。

(8)中／英文菜單，觸摸屏操作，人機(jī)界面更加人性化，操作更簡單方便。

(9)提高了焊接性能，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。

與目前主要依靠進(jìn)口的中頻點焊機(jī)相比，其優(yōu)勢在于：

(1)頻率提高10倍，變壓器體積變得更小，節(jié)能更顯著。

(2)減輕了整機(jī)的質(zhì)量，節(jié)約了原材料，降低了生產(chǎn)成本。

(3)采用DSP全數(shù)字控制，提高了焊接精度。

4 應(yīng)用前景

節(jié)能、節(jié)材、減小對人體的電磁輻射、節(jié)約成本是建立節(jié)約型社會、環(huán)保型社會和實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展過程中不可缺少的重要因素。采用直流焊接，焊接飛濺大大減少，焊接成形更好，焊接質(zhì)量更高。變壓器體積小、質(zhì)量輕，成為推廣變壓器和焊鉗一體化的強(qiáng)勁動力。在奇瑞汽車廠某機(jī)器人焊接工位，同樣工位的機(jī)器人焊鉗，某國外品牌的工頻一體化機(jī)器人焊鉗的質(zhì)量104 kg，DSP逆變式直流一體化焊鉗的質(zhì)量只有42 kg。相同的工位和焊接同樣的工件，DSP逆變式直流點焊機(jī)不僅焊接飛濺小，而且焊接成形要好得多。

DSP高頻逆變式懸掛直流點焊機(jī)的研制成功，將改變汽車焊裝車間耗能高、電磁輻射強(qiáng)、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的狀況，大大減少了車間配電設(shè)施的費用，減少用電成本，除去二次通水電纜的費用，同時為將來汽車改用鋁合金車身提供了焊接保障。隨著DSP高頻逆變懸掛直流點焊機(jī)的推廣運用，傳統(tǒng)的工頻分體式點焊機(jī)將退出市場。節(jié)能、節(jié)材、低輻射、高質(zhì)量、高效能、低運行成本的點焊機(jī)的廣泛應(yīng)用，無疑是汽車制造裝備的一次飛躍。

The principle and application of DSP inverter DC spot welder

HAN Yu-qi，CHEN Zhi-wei，DAI Jian-ming，LI Jia-bo
(Shenzhen Hongbai Technology Industrial Co.，Ltd.，Shenzhen 518051，China)

This paper intruduces DSP inverter DC spot welder，at the frequency of less than 10 kHz，including IGBT inverter，full bridge soft start，and DSP digital control technology，which reduces the volume of transformer,and makes integrating spot welding head and transformer，reduces the secondary water-cooled cable between spot welding head and transformer.In comparison with intermediate frequency spot welder，this spot welding has superior performance，and good application.

high frequency；DC spot welder；integration spot welding head

TG438

B

1001-2303(2011)05-0054-03

2011-04-13

韓玉琦(19755—)，男，安徽定遠(yuǎn)人，副教授，學(xué)士，主要從事焊接設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)管理工作。