前言
隨著我國鋼產量的不斷增加,用率的氣保焊接取代低效率的手工焊應該說是種必然趨勢。目前上數字化多功能焊接電源的主要為:Frounius的TPS系列,Kemmpi Pro系列,ESAB的Aristol系列。Fronius的TPS系列于1998年推出,主為1片 Simenses的C167加AD的DSP,送絲機的為款Simenses的單片機,工藝和外設包括PWM波形都是數字實現的,而非采用的PWM IC,Fronius本身組成了個局域網,接口豐富,主要缺點是送絲機上面參數調節不方便,并且有的送絲機沒有顯示,面板的設計上沒有充分考慮到焊接材料擴充的需求。Kemmpi Pro主要采用兩片80C196KC分別送絲機和電源,面板通過共地信號線與送絲機的板相連接,調節比較方便,但是不適合遙控,限于其使用功能的進步拓展,接口沒有Fronius豐富。而目前,除了時代公司具有款單片機的多功能數字化焊接電源,其它生產廠家未見報道。但是焊接場合,多的是多種工藝并存的現狀,如三峽壓力鋼管的焊接中,環縫的搭接采用手工焊,而縱縫的打底采用短路過渡的CO2焊接,為了適應自動焊的需要,填充和蓋面均采用脈沖焊。般情況下,需要多種不同的類型的焊接電源才能需求,投資很大。如果采用多功能焊接電源,臺設備就可以完成的功能。這樣節省了投資,并且提了工作效率。隨著嵌入式微處理器的處理速度不斷提,使得對于頻逆變式焊接電源的實時成為可能,相對于傳統的模擬,數字化有以下優點:①在同臺機器上實現多種焊接工藝成為可能;②參數致好,減少了可調電位器的數量,消除了運放溫漂對整個系統能的影響,③系統升,如加入新的焊接材料和焊接工藝;④接口豐富,多的應用場合,如具有機器人的接口,可以組成自動焊系統,具有遙控口,可以遠距離遙控,方便工人的操作。⑤使得復雜的算法在焊接電源中的應用成為可能,如模糊,自適應在等熔深和恒弧長方面的應用,可以進步提弧焊電源的工藝能。⑥數字化平臺上可以很方便地移植焊接數據庫,用焊接的經驗來調整焊接工藝,簡化了對于焊機的操作,使得普通沒有經過培訓的焊工也能成為“焊接”。
二 數字化焊機對電流傳感器的要求
本文所提到的數字多功能焊接電源平臺集中了五種焊接工藝,即手工焊、氬弧焊、CO2 MAG焊、脈沖MIG焊和雙脈沖MIG焊,其中前二種焊接工藝為恒流特,而CO2 MAG焊為恒壓特,而脈沖焊為準恒流特。不論那種焊接工藝,都需要對焊接電流進行的,要達到1A等。 在TIG焊中,由于是接觸引弧,希望引弧的電流越小越好,以防止鎢燒損,引弧的電流能夠在以下。而在 CO2 MAG焊中,為了對引弧和短路的過程進行判斷,而對于輸出電流的是系統穩定運行的關鍵因素。在脈沖MIG焊中,在小電流焊接的時候,碳鋼1.2mm焊絲,其基值電流只有20A,而該電流對應的電壓信號不到100mv,如果不,則無法焊接的熱輸入量,可能導致未熔合或者燒穿。在氣體保護焊中不要求對于焊接電流的穩態要求,而且對于動態能要求很,在負載突變的過程中,電流要求具有的跟蹤能力,對于電流傳感器的響應速度要求很。在脈沖焊接的過程中,輸出電流的給定不斷地在峰值電流和基值電流之間切換,例如碳鋼1.2mm焊絲,其峰值電流在400A左右,而基值可能只有幾十安培,峰值電流和基值電流相差大,此時要求電流傳感器能夠敏感到輸出電流的變換,并跟蹤上給定電流的突變。這就要求電流傳感器的通頻帶要寬并且對于di/dt的響應能力強。
在數字焊接電源中,給定為數字編碼器而非電位器,傳統的電位器給定只能是個變換的趨勢,而數字編碼器直接給定了個數字量,該數字量作為系統中的數字給定,雖然方便了使用者,但是對于傳感器的線度提出了的要求。同時隨著嵌入式微處理器的處理速度的提,為了降低功耗,必須降低供電電壓,對于板的供電、A/D轉換的提出了新的挑戰。比如TI的240x和28x系列都是3.3V供電,以個400A的氣保焊電源為例,考慮到其短路時或大電流引弧時電流峰值可以達到700A,如Fronius特殊鋁焊四部的操作中,引弧電流達到了750A,如果認為750A對應數字轉化的zui大值,則10位AD轉換器中,750A對應的數字量為1024,電流傳感器輸出的模擬電壓為3.3V,則20A的輸出對應的模擬電壓為88mV,該信號很弱,所以對于電流傳感器的信噪比也有很的要求。
縱上所述,在數字化的焊接電源中,電流傳感器做為個關鍵的測試設備主要要以下幾個方面的要求:① 寬的輸入電流范圍;② 好的線度;③ 的動態響應能力;④ 的信噪比。
根據以上需求,在400A的數字化多功能焊機中,輸出電流傳感器采用的型號為:LT508-S6 其參數指標如下:
原邊額定值電流: 500A; 轉換率: 1:5000;
總: <±0.4%; 線度: <0.1%;
零點失調電流:<±0.13mA; 帶寬: >100KHz
di/dt跟隨:>100A/us ; 響應時間:<1us
從以上指標分析可知,該型電流傳感器具有的動、靜態能,且具有很的信噪比。
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