DSP逆變式懸掛直流點焊機的原理及其應用

韓玉琦，陳志偉，戴建明，李家波

(深圳市鴻栢科技實業有限公司，廣東 深圳 518051)

DSP逆變式懸掛直流點焊機的原理及其應用

韓玉琦，陳志偉，戴建明，李家波

(深圳市鴻栢科技實業有限公司，廣東 深圳 518051)

DSP逆變式懸掛直流點焊機使用了先進的IGBT逆變、全橋軟起動和DSP數字控制技術，頻率達10 kHz，大大減小了變壓器體積，使焊鉗和變壓器實現一體化成為可能；減少了連接變壓器和焊鉗的二次通水電纜，既省電，又節約費用。與中頻焊機相比，性能更優越、更節能，價格較低，具有良好的應用前景。

高頻；懸掛直流點焊機；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過點焊連接而成，點焊機是汽車生產企業必備的生產設備。

目前，國內汽車制造廠大部分用的是交流分體式點焊機。該焊機普遍存在熱量不集中、焊接質量不穩定、能耗高、使用成本高的問題。20世紀80年代，國外出現了中頻逆變直流一體化點焊機。該焊機的供電由交流分體式點焊機的單相供電轉變為三相供電，變壓器的工作頻率由50 Hz提升到1 000 Hz。中頻點焊機的焊接效率比交流點焊機有明顯提高，且功率因數高，更節能。但是，這類中頻直流點焊機因部件是進口的，造成成本高，推廣起來比較困難。

近幾年來，高頻逆變和數字控制技術在國內外弧焊機領域已得到廣泛應用，但點焊機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，要將交流變為直流，其整流的難度就更大。這也是為什么國內沒有將高頻逆變技術運用于點焊機的原因之一。DSP逆變式懸掛直流點焊機成功地攻克了在頻率高、功率大的情況下將交流變為直流的技術難關，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，同時很好地將DSP控制技術運用到逆變控制領域，使得DSP逆變式懸掛直流點焊機的各項功能得以很好地實現。

1 工作原理

DSP逆變式懸掛直流點焊機的工作原理如圖1所示。

整機由電磁兼容電路、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。三相交流電經整流濾波、逆變變壓隔離和次高頻整流的轉換，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路，DSP控制器在這三個PID反饋環的作用下對逆變器IGBT輸出脈寬進行實時控制，從而達到對整機的恒電流、恒電壓和恒功率控制的目的。該機器控制電路簡單、動態性能好、響應速度快、控制精度高、焊接質量好。

圖1 DSP逆變式懸掛直流點焊機工作原理

該產品的技術創新在于：將目前世界上先進的高頻逆變、全橋軟起動技術和DSP數字控制技術運用在點焊機領域，并成功地解決了變壓器的大功率、大電流整流和整機的散熱問題。由于采用了高頻逆變技術，大大減小了變壓器的體積，使得焊鉗和變壓器實現一體化成為可能，很好地解決了原有的工頻點焊機由于變壓器體積大、質量重，不得不將變壓器和焊鉗分離的難題。實現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，節約了二次通水電纜的購置和維護費用。

2 技術指標

目前深圳市鴻栢科技實業有限公司DSP逆變式懸掛直流點焊機的具體技術指標范圍為：(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)負載持續率20%～50%；(6)整機質量小于等于80 kg(最小約40 kg)；(7)具有單、多脈沖點焊功能；(8)采用LCD人機界面，利用DSP進行管理和控制。

3 技術優勢

該產品與現有市場上銷售的工頻分體懸掛點焊機技術相比，具有以下優勢：

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

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

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

(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，提高了焊接質量，擴大了焊接范圍，實現了對銅、鋁以及多種合金材料的焊接，尤其解決了轎車車身高強度鋼板的焊接問題。

(6)簡化了硬件控制電路，減少了調試和維護程序，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，由模擬電源改為數字電源。應用數字化控制技術從而提高了點焊機的動態特性和控制精度，使之工作更加穩定、方便可靠。

(8)中／英文菜單，觸摸屏操作，人機界面更加人性化，操作更簡單方便。

(9)提高了焊接性能，拓寬了應用領域。

與目前主要依靠進口的中頻點焊機相比，其優勢在于：

(1)頻率提高10倍，變壓器體積變得更小，節能更顯著。

(2)減輕了整機的質量，節約了原材料，降低了生產成本。

(3)采用DSP全數字控制，提高了焊接精度。

4 應用前景

節能、節材、減小對人體的電磁輻射、節約成本是建立節約型社會、環保型社會和實現社會可持續發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，焊接質量更高。變壓器體積小、質量輕，成為推廣變壓器和焊鉗一體化的強勁動力。在奇瑞汽車廠某機器人焊接工位，同樣工位的機器人焊鉗，某國外品牌的工頻一體化機器人焊鉗的質量104 kg，DSP逆變式直流一體化焊鉗的質量只有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的研制成功，將改變汽車焊裝車間耗能高、電磁輻射強、焊接質量不穩定的狀況，大大減少了車間配電設施的費用，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的推廣運用，傳統的工頻分體式點焊機將退出市場。節能、節材、低輻射、高質量、高效能、低運行成本的點焊機的廣泛應用，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，安徽定遠人，副教授，學士，主要從事焊接設備的研發與生產管理工作。