基于XC164CS数字化MIG焊机研制

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随着电力电子技术和现代控制技术的高速发展,多功能数字化焊接电源已成为焊接电源发展的主流趋势。但数字化焊机的数据处理能力以及高速响应能力很大程度上取决于核心控制器的选择。现在常用的单片机在控制精度上往往不能满足精确控制的要求。而且现有的数字化焊机常常存在功率因数较低、参数调节繁琐等问题。因此本文设计了一款以英飞凌XC164CS单片机为控制核心的多功能数字化焊机,该款单片机较常用的单片机具有更高的指令处理能力,响应时间更短,内部资源丰富等优势,提高了电源控制精度。并且在设计中加入了功率因数调节电路,一元化焊接等功能。使所设计的电源有效的改善了焊机功率因数较低、操作繁琐的问题。  首先对数字化MIG焊机的主电路进行了设计,主电路主要是由以下组成:π型滤波电路、输入整流滤波电路、功率因数校正电路(PFC)、IGBT逆变电路、中频变压器、二次整流电路。根据电源的技术指标确定了逆变电路采用双管钳位单端正激的结构。并且为了提高焊机的功率因数在主电路中加入了PFC电路。并且对主电路的主要器件进行了计算选型。  其次本文设计焊接电源的控制系统,控制系统主要包括以XC164CS为核心控制系统硬件电路和软件程序。所设计的人机交互系统便于用户设置焊接参数,用户通过编码器设置参数,并可以直观的以数字式显示焊接过程参数。并且设计了通过最小二乘拟合曲线的方法实现一元化焊接的新方法,解决了焊接参数调节繁琐的问题。焊机通过UC3845实现对PWM信号的数字化控制。MIG焊模式下设计了送丝系统控制方式以及制动和控制电路。软件部分设计了主程序流程,根据焊接方式标志位进入不同的焊接控制子程序。控制系统采用PI控制。根据不同的焊接方式,采用不同的运算处理实现不同的外特性输出。编写MMA模式下热起弧子程序、A/D转换子程序、参数设置、显示子程序。针对硬件及软件常出现的干扰因素设计了相对应的抗干扰措施。  最后对焊机进行了调试。在焊条电弧焊方式下,用变阻箱作为静负载测得了焊机的外特性曲线,并对MMA模式下的热起弧功能进行了测试。在MIG焊接方式下对设计的一元化参数进行了测试。实验结果表明所设计的焊接电源主电路工作稳定,焊机的功率因数提高到了0.99,负载持续率达到规定要求,控制电路工作正常,实现了对 PWM信号的数字控制,所编写的程序运行良好,设计的新型一元化参数调节方式工作稳定。焊机达到了预期设计指标。
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