新一代固態高頻焊機的技術特點

1. 固態高頻焊機工作原理

? ? ? ? 串聯型固態高頻焊機主電路結構如圖1所示,它是一種典型的AC-DC-AC變頻結構。整流器采用三相橋式晶閘管相控整流電路,直流側采用電感、電容構成LC濾波器以滿足電壓型逆變器的工作要求。電壓型逆變器采用模塊化并聯結構以拓展電源功率,每個逆變模塊為單相MOSFET橋式電路,各個逆變器模塊通過高頻匹配變壓器和串聯諧振槽路相連。匹配變壓器一方面實現功率的合成和阻抗匹配,另一方面實現負載和電源的電氣隔離。整個高頻焊機結構緊湊、體積小、維修方便、故障率低。為對電壓型逆變器過流故障進行有效、快速保護,本公司采用了獨特的、穩定可靠的過流保護電路,保證了逆變器的安全可靠運行。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1 固態高頻焊機電路結構

2.?新一代固態高頻焊機的控制技術特點

2.1顯示儀表數字化

? ? ? ??整流柜與操作臺面板安裝多功能數字表,具有三相進線電壓、三相進線電流、功率因數、無功功率、有功功率、電能、直流電壓、直流電流等參數顯示,并通過通訊遠傳至上位機實現控制、顯示和記錄。

2.2全數字整流控制板

? ? ? ? 1)采用現場可編程邏輯門陣列(FPGA)主控芯片,主頻高達100M;16位A/D轉換芯片(原控制板采用8位A/D轉換芯片)數據分辨精度高。

? ? ? ? 2)取消了板卡上的所有調節電位器(原控制板中有12個調節電位器),彩色觸摸屏控制和參數設定,調試、操作簡單直觀。

? ? ? ? 3)整流板中的所有參數可以通過通訊遠傳至上位機顯示和記錄。

? ? ? ? 4)FPGA特有的并行工作方式可保證程序各單元模塊相互高速獨立運行,并且由于FPGA芯片內部為硬線邏輯,不存在程序跑飛的問題,增強了控制系統的穩定性。

? ? ? ? ?5)全數字整流板采用雙閉環PI調節器,內環為電流調節環,外環可設為恒功率或恒壓兩種工作模式(觸屏可選),具有控制精度高、調節速度快、靈活性強、接口擴展性好等特點,可實現真正的一鍵控制。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2?開關整流柜面板

2.3全數字逆變控制板

? ? ? ? 融合了國際上同類產品先進的控制理念,通過智能可編程器件FPGA實現了固態高頻焊機的定角鎖相控制、上/下限頻率失鎖保護等先進控制保護技術,使設備運行更加穩定、效率更高,對焊管生產中的感應器短路及開路故障保護更加準確有效。同時具有頻率顯示及輸出功能(原逆變控制板不具備此功能),可遠傳運行參數至PLC顯示并記錄。由于采用了高速數字邏輯芯片和磁隔離技術,驅動脈沖的誤差精度由過去的25ns提高到了4ns,即控制精度提高了6倍,這使得高頻焊機的驅動誤差可忽略,極大提高了設備的穩定性和可靠性。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖3?全數字整流板

2.4速度功率閉環

? ? ? ? 1)焊機可采用速度—功率閉環控制,保證焊速和焊機輸出功率自動匹配,便于整線自動控制、提高了鋼管的成品率、減輕了操作人員的勞動強度。

? ? ? ? 2)新控制系統具根據需方的生產規格和壁厚以及車速,合理測算高頻焊機的功率大小功能。只需在新控制系統的操作臺觸摸屏中輸入相應的規格和壁厚,系統自動計算并顯示出不同分段速度對應高頻焊機的功率值,并對焊機功率進行實時控制。

? ? ? ? 3)主操作臺采用單獨的西門子S7-1200 PLC對每臺直流調速柜進行單獨的邏輯控制和單獨的速度給定,并能自動調節或報警處理。考慮差值調節。觸摸屏中可以人工調節。解決二聯動及以上等多聯動時達到機組電機運行的勻速、同步狀態。

2.5脈沖屏蔽技術

? ? ? ? 基于最新研發的FPGA全數字逆變控制電路,高頻焊機的阻抗匹配調節采用了脈沖屏蔽技術,徹底解決了原高頻焊機的負載匹配難題,提高了焊機對不同管型和不同焊接方式的適應能力,具有以下優異的性能:

? ? ? ? 1)焊機在30%~100%功率輸出時可一直保證直流電壓處于額定最大值,而輸出電流連續可調,焊機在該功率范圍內具有最高的功率因數和最小的諧波電流。

? ? ? ? 2)焊接不同規格管型的鋼管,不需客戶對焊機做任何電氣或機械調整,焊機都可保證額定功率輸出。

? ? ? ? 3)接觸焊和感應焊雙用途焊接時,不需客戶改變焊機任何參數,焊機可自動適應兩種焊機方式的切換,并保證額定功率輸出。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖4?參數設定界面

2.6以太網組網技術

? ? ? ? 開關整流柜與操作臺采用以太網通訊組建成分布式控制生產線。相比原電氣硬線控制方式,具有現場布線簡單方便、降低客戶成本和維修成本等優勢。相比MODBUS通訊和DP通訊方式,具有速度更快、抗干擾能力更強等特點。同時,該分布式控制系統還可以進行焊機和生產線參數的數據采集和記錄。

2.7云端控制技術(可選項)

? ? ? ? 選配云端服務模塊,所有數據可以無線方式接入客戶端電腦或管理人員手機,能夠遠程實時監視生產線運行狀態,并能遠程控制生產線的啟停。極大方便了客戶對生產線進行數據分析、產品質量控制、生產安排和更高要求的自動化控制。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖5?以太網組網分布式控制系統

3.?新一代固態高頻焊機的結構工藝改進

3.1逆變橋板新工藝設計

? ? ? ? 新工藝逆變橋板由全數控機床生產的嵌銅管表面鍍錫工藝,水冷板表面更平整、冷卻效果更好,功率元件溫度在同等環境下比原逆變橋板(采用5mm厚紫銅板表面鍍錫工藝+表面焊接銅管冷卻方式)冷卻方式低3~5攝氏度,提高了功率器件的安全性。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖6?新逆變橋板

3.2橋板高頻電容采用PCB板安裝工藝

? ? ? ? 逆變橋板的高頻吸收電容數量為原橋板的3倍,布局更加合理,組裝維護更加便捷,吸收效果更好,保證了功率器件的安全運行。

3.3全新磁隔離MOS驅動板

? ? ? ? 新驅動板采用高速磁隔離芯片替代了原磁罐變壓器,徹底解決了脈沖延時時間長、延時不確定、脈沖雜波等固有缺陷。此外,新驅動板還增加了MOS負壓檢測功能、MOS管脈沖檢測功能、控制電源檢測功能。不僅檢測更加準確,而且可有效防止設備帶病工作、減小維修不徹底帶來的二次損壞。

3.4匹配變壓器和槽路電容的溫度保護

? ? ? ? 匹配變壓器和槽路電容加裝溫度開關,防止水管管路堵塞造成的器件過熱損壞。

3.5逆變橋輸出極板優化

? ? ? ? 逆變橋輸出極板更改為水冷設計,防止輸出極板過熱造成功率器件損壞和連接銅排過熱,有效降低了逆變柜溫度。

3.6焊機結構優化

? ? ? ? 開關新一代固態高頻焊機整體結構進行了優化,結構更加合理,更加便于維護維修,整體美觀度得到了提高。

4.?中央操作臺

  • 采用不銹鋼臺面,外形美觀,便于清理。
  • 操作臺采用數字表計、西門子PLC系統、10寸彩色觸摸屏,顯示準確直觀。
  • 操作臺和高頻焊機采用以太網通訊組建成分布式控制,相比原電氣硬線控制方式,具有現場布線簡單方便、降低客戶成本和維修成本等優勢。相比MODBUS通訊和DP通訊方式,具有速度更快、抗干擾能力更強等特點。
  • 實現固態高頻焊機的遠方操作、功率調節、狀態監測及故障診斷功能。可以實現焊機和生產線參數的數據采集和記錄。
  • 可根據用戶的實際需求增擴功能。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖7?開關整流柜、逆變輸出柜、操作臺

 


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