1、1、中頻焊接控制器基本原理中頻點焊焊接控制器的主要作用就是把工頻三相電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的中頻單相電源，電壓從380V（線電壓380V，相電壓220V，線電壓=倍的相電壓）提高到514V（三相橋式整流，不包含濾波，輸出電壓為1.35倍的線電壓，即380*1.35=514V），頻率從50Hz提高到1000Hz以上，再通過焊接變壓器轉(zhuǎn)換和整流，變成需要的直流電流供點焊焊接使用。上述原理稱為中頻逆變直流，其電路原理圖如下圖所示：圖1 中頻逆變直流電路原理圖（使用Protel DXP制圖）圖1的電路中實現(xiàn)逆變的關(guān)鍵元件是IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極

2、型晶體管），這種器件利用制作集成電路的方法，由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面優(yōu)點。它可以承受高達(dá)數(shù)千伏的電壓，并且可以控制高達(dá)數(shù)千安培的電流。2、三相橋式整流基本原理圖2 三相橋式整流電路 首先分析整流電路，整流電路把三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，就是由六個整流管組成的全波整流電路，三相全波整流電路如圖2所示。一般三相全波橋式整流電路已經(jīng)做成了集成化電路，成為一個固定電壓、固定電流的三相全波整流塊。它的輸入端接上50Hz、380V線電壓的三相交流電，它的輸出端就會有整流后的直流輸出。為

3、了分析整流電路的工作原理在圖3中畫出了三相的相電壓的圖（只體現(xiàn)三相電源各相之間的相角關(guān)系，未體現(xiàn)三相電頻率）。作用在6個整流二極管上的電壓是線電壓，也就是，。這里線電壓的波形相當(dāng)于任意一瞬間兩個相電壓相減。圖3 三相電壓輸入波形（使用Matlab制圖）將波形圖提取出來，如圖4所示。圖中所標(biāo)注的點劃線為時刻示意。分析16號整流二極管導(dǎo)通的情況：對于1、2、3號二極管，有一端接在一起（E+端口），當(dāng)三相交流電作用在管子的另一端時，哪個二極管能導(dǎo)通取決于1、2、3三個整流管所接的電壓哪個電位最高。如圖4所示，在時刻，a相最高，a相導(dǎo)通后（即整流管1通）就把電壓加到2和3整流管，這兩個整流管受到了反向

4、電壓，就是E+點電壓高于b相，和c相電壓，所以2與3整流管都截止。對于E-端，4、5、6整流管接在了一起，哪一個管子導(dǎo)通，取決于a，b，c三相哪一相電位最低。由圖4可見，在瞬間c相的電壓最負(fù)，則這一瞬間c相連接的6號二極管導(dǎo)通，一旦6導(dǎo)通就使E-的電位變?yōu)樽钬?fù)（二極管管壓降忽略不計），整流管4與整流管5都截止。在這一時刻由于為負(fù)值，所以（E+）（E-）之間的電壓就是，其他時刻類似。圖4 三相交流電的電壓圖圖4中，由A點向B點的過程中，a相作用于E+對2、3號二極管的截止作用逐漸減弱，并在經(jīng)過B點之后由b相代替；在B點到C點的過程中，c相作用于E-對4、5號二極管的截止作用逐漸減弱，并在經(jīng)過C點

5、后由a相代替。如此周而復(fù)始的導(dǎo)通，在E+和E-之間形成了一個直流電壓，這個電壓就是三相整流后的電壓，需要用積分的方式求取平均值。圖5 三相交流電平均整流電壓分析（圖片使用Photoshop處理）如圖5所示，以閉區(qū)間為例，對于a相的1號二極管，一個周期中只在此范圍內(nèi)導(dǎo)通，即計算a相整流電壓只需要在此區(qū)間進(jìn)行積分。電路的負(fù)向回路分別由b相和c相導(dǎo)通。根據(jù)單一時刻可知，只需求取b相或c相在此區(qū)間內(nèi)有效導(dǎo)通的時段的積分或，并與相加即可（積分可認(rèn)為是波形在區(qū)間內(nèi)與X軸圍成的面積，為正，固不再多考慮絕對值）。積分結(jié)果如下： （1）式（1）中為a相整流電壓，為三相交流電電壓峰值，為有效值，且滿足關(guān)系。而或的

6、積分結(jié)果如下：（2） （3）式（2）中為b相整流電壓，式（3）中為三相整流后的電壓，約為。經(jīng)過三相橋式整流以及濾波，將電源從三相正弦波形轉(zhuǎn)換為單向直流波形，再通過IGBT的開關(guān)電路，將電源從直流波形轉(zhuǎn)換為方波，且將頻率提升到1000Hz以上，輸出給焊鉗上攜帶的焊接變壓器，實現(xiàn)逆變。3、中頻焊接的優(yōu)點分析3.1電流效率高交流焊接有過零轉(zhuǎn)換，其間會損失一定的能量，而直流電源持續(xù)加熱，能快速得到所需要的熱量，電流效率提高20%左右。3.2焊接核心大直流焊接獲得的焊核比交流大和寬，特別適合多層不等厚板焊接。3.3焊接一致性高數(shù)據(jù)表明：交流的波動范圍達(dá)到35%左右，而直流的波動在3%左右。直流焊接的一致

7、性提高了10倍。3.4中頻焊接的其他優(yōu)點三相供電平衡：對網(wǎng)絡(luò)的沖擊??；功率因素高：幾乎達(dá)到100%；焊接電流精確：控制精度提高了20倍；節(jié)能：能節(jié)約20%的能量；工作范圍寬：20%-95%范圍都能工作，比交流的50%-85%的范圍提高了1倍以上；此外還可以忽略交流回路的感抗問題；3.5工頻和中頻比較表對比項目/焊機(jī)類型工頻、整流焊機(jī)50Hz中頻焊機(jī)（600-2000Hz）焊接規(guī)范響應(yīng)速度為20ms，電流達(dá)到設(shè)定值所需的時間長；單相工頻焊機(jī)兩相輸入，參數(shù)不穩(wěn)定；三相工頻焊機(jī)很難實現(xiàn)恒流輸出。響應(yīng)速度為1ms，電流能夠更快地達(dá)到設(shè)定值，能更多、更準(zhǔn)確的分析參數(shù)；三相均衡輸入，參數(shù)穩(wěn)定；恒流控制效果

8、很穩(wěn)定。焊接質(zhì)量焊接飛濺大，表面質(zhì)量控制較中頻焊機(jī)困難。由于頻率高達(dá)1000Hz，次級電流輸出能力強(qiáng)，且波形平直，溶核尺寸穩(wěn)定的范圍擴(kuò)大。幾乎不產(chǎn)生飛濺，且焊接初級階段電流呈自然遞增，焊點表面質(zhì)量好。適應(yīng)性適應(yīng)材料范圍小，鋁合金以及鋁等導(dǎo)熱快、焊接性差的材料無法進(jìn)行很好的焊接。適用多種材料的焊接，如鋁合金以及鋁等導(dǎo)熱快、焊接性差的材料也可焊接。另外，對于鍍鋅板和普通多層板的焊接，其焊接質(zhì)量也遠(yuǎn)高于工頻焊機(jī)的焊接質(zhì)量。變壓器變壓器尺寸大，輸入功率高。變壓器尺寸小，輸入功率低。能源利用率兩相輸入，工作時很難保證相電壓之間的均衡，功率因數(shù)低，約為0.60.7。三相負(fù)荷均衡，功率因數(shù)高達(dá)0.9以上；節(jié)

9、能(根據(jù)美國通用汽車公司的報告，中頻點焊比工頻點焊每焊接一點節(jié)省4美分)。輔助材料利用率電極使用壽命短，消耗量大；用氣用水量大。沒有明顯的峰值電流和飛濺，縮短了焊接時間，電極使用壽命長；效率比AC提高,尤其在一些高速縫焊中應(yīng)用。4、硬件構(gòu)成中頻焊接控制器的硬件及軟件組成部分列如下簡表：中頻焊接控制器(MF Timer)機(jī)器人用 手工懸點用主要器件備注組成部分備注主基板單元主基板單元整流單元整流單元IGBT逆變單元IGBT逆變單元漏電保護(hù)單元漏電保護(hù)單元焊鉗壓縮空氣單元焊鉗冷卻水單元附屬器件附屬器件冷卻單元冷卻單元箱體箱體網(wǎng)絡(luò)接口單元網(wǎng)絡(luò)接口單元其它部分其它部分編程器(復(fù)位器)編程器(復(fù)位器)編

10、程軟件編程軟件自適應(yīng)單元自適應(yīng)單元5、關(guān)鍵性能指標(biāo)性能指標(biāo)解釋恒定電流控制該功能有利于提高焊接電流控制精度。恒功率控制該功能有利于提高焊接參數(shù)控制精度，動態(tài)補(bǔ)償焊接電流和焊接時間，提高焊接質(zhì)量。輸出電流頻率此參數(shù)表示可以匹配的焊接變壓器的頻率范圍。輸出電流值該值反映了焊接控制器對焊鉗輸出控制電流的能力?？刂破骼鋮s方式水冷或空冷。編程器(復(fù)位盒)故障復(fù)位方式。6、安裝工程安裝工程通常需要做以下這些工作。1) 首先請安裝焊接控制器 (焊接電源(400V)、焊接變壓器(焊槍側(cè))的排線及冷卻水、輸入輸出信號的配線等)。2) 電極間電壓輸出線配線。3) 使用分布式輸入輸出信號時，須進(jìn)行步增復(fù)位輸入信號線的配線。注) 即使不使用步增功能，為了清除學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，此信號線也是必須的。7、目前主流品牌及價格分析國別歐系日系美系品牌價格相比，歐美系的價格比較高，日系的價格相對較低。決定價格的因素主要在于以下幾個方面：1、產(chǎn)品的設(shè)計理念和技術(shù)含量；2、產(chǎn)品的制造成本和管理成本；3、產(chǎn)品的國產(chǎn)化率。8、主要技術(shù)參數(shù)、評價指標(biāo)及其檢測方法（1）焊接變壓器：容量、匝數(shù)比、重量；（2）輸入電源：交流3相380V、50Hz，主空開100A；（3）可設(shè)置的焊接規(guī)范條數(shù)：不少于255條；（4）電流步進(jìn)：步進(jìn)序列不小