DSP次高频悬挂直流点焊机的原理及其运用

一、导论

每一辆汽车的车身，都是有许多块冲压成型的钢板经过点焊机焊接而成的,点焊机是汽车生产企业必备的生产工具。

目前，国内汽车制造厂 95%以上用的都是交流分体式点焊机。该种焊机普遍存在热量不集中和焊接质量不稳定的问题和能耗高、使用成本高的问题。上个世纪八九十年代，国外出现了中频逆变直流一体化点焊机。该焊机的供电由交流分体式点焊机的单相供电转变为三相供电，变压器的工作频率由50HZ提升到1000HZ左右。中频点焊机的焊接效率比交流点焊机有明显的提高，而且可节电70%左右。但是，中频直流点焊机成本高， 许多企业买不起，推广起来非常困难。

近几年来，高频逆变和数字控制技术在国内外的弧焊机领域，已经得到广泛的运用，但点焊机由于其需要的功率大（几十到几百千伏安），电流大（上万安培），电压低（只有几伏）；尤其是在频率高、功率大的情况下，要将电流由交流变为直流，其整流的难度就更大。这也是为什么国内外都没有将高频逆变技术运用于点焊机的原因之一。DSP次高频逆变悬挂直流点焊机成功地攻克了在频率高、 功率大的情况下，将交流变为直流的技术难关，并且掌握了很小的高频变压器就能出很大的电流的技术，同时很好地将DSP 控制技术运用到逆变控制领域，才使得DSP次高频逆变悬挂直流点焊机的各项功能得以很好地实现。

二、DSP次高频逆变悬挂直流点焊机的工作原理

DSP次高频逆变悬挂直流点焊机的工作原理如框图所示：

整机由电磁兼容电路、三相整流电路、软启动电路、电容滤波电路、逆变电路、次高频变压器、次高频整流滤波电路、DSP 控制器和显示器等部分组成。三相交流电经整流滤波、逆变变压隔离和次高频整流的转换，在 DSP控制器的控制下完成三相交流电到低压脉动直流电的转换，其中有输出电流、电压反馈电路和变压器初级电流反馈三个环路， DSP控制器在这三个PID反馈环的作用下对逆变器IGBT输出脉宽进行实时控制，从而达到对整机的恒流、恒压和恒功率控制的目的。该机器控制电路较为简单，动态性能好、响应速度快、控制精度高、焊接质量更好。

该产品的技术创新点在于：将目前世界上最先进的高频逆变、全桥软启动技术和DSP数字控制技术运用在点焊机领域，并成功地解决了变压器的大功率、大电流整流及整机的散热问题。由于采用了高频逆变技术，大大减小了变压器的体积，使得焊钳和变压器实现一体化成为可能，很好地解决了原有的工频点焊机由于变压器体积大、分量重，不得不将变压器和焊钳分离的难题。实现变压器和焊钳一体化后，减少了连接变压器和焊钳的二次通水电缆。这一减少，不但消除了大电流在二次通水电缆上的能量消耗，还节约了二次通水电缆的购置和维护费用。

三、DSP次高频逆变悬挂直流点焊机的技术指标

DSP次高频逆变悬挂直流点焊机的具体技术指标如下：

1、电源：3*380V±10% 50HZ ；2、全桥逆变器频率：10KHZ，

占空比10-85%输出采用全波整流方式；3、额定输出电流：DC2000 -10000A，短路电流 12000A；4、空载输出电压：DC6-10V；5、 暂载率为：20-50%；6、整机重量：≤80Kg(最小在40kg左右)，7、具有单、多脉冲点焊功能；8、采用 LCD 人机界面，利用 DSP 进行管理和控制。

四、DSP次高频逆变悬挂直流点焊机的技术优势

该产品与现有市场上销售的工频分体悬挂点焊机产品的技术相比，具有以下技术优势：

1. 频率从五十赫兹提升到一万赫兹；使变压器重量减少90%以上；变压器体积也仅为原来的十几分之一；可节约大量铜材。

2.实现了焊钳与变压器一体化，并采用了高频逆变技术，可节约电能70%以上；同时减少了二次通水电缆，大大节约了点焊机的使用成本。

3. 变两相380V输入为三相380V输入；大大提高了电能的功率因数；减少了对电网的冲击；由于引入了电磁兼容，软启动和电容滤波等相关电路，减少了对机器自身的干扰和电网的污染。

4.对变压器采取了电磁屏蔽措施，减少了电磁波对操作人员的伤害。

5.变交流焊接为直流焊接，提高了焊接质量，扩大了焊接范围，实现了对铜、铝及多种合金材料的焊接；尤其很好地解决了轿车车身高强度钢板的焊接问题。

6.简化了硬件控制电路，减少了调试和维护程序，降低了运行成本。

7. 变可控硅控制为IGBT 控制，由原来的电源控制芯片改为DSP控制，由模拟电源改为数字电源。由于应用了数字化控制技术从而提高了点焊机的动态特性和控制精度，使之工作更加稳定方便可靠。

8.中/英文菜单，触摸屏操作，人机界面更加人性化，操作更简单方便。

9.提高了焊接性能，拓宽了应用领域。

与目前主要依靠进口的中频点焊机相比：其优势在于：

1）频率从一千升到一万；使变压器体积变得更小，电能节约更多；

2）减轻了整机的重量，节约了原材料，大大降低了生产成本； 使更多的厂家能买得起，用得上。

3）采用了DSP 全数字控制，大大提高了焊接精度。

五、DSP次高频逆变悬挂直流点焊机的运用前景

一节能、二节材、三减小对人体的电磁辐射、四节约使用成本。以上四点是建立节约型社会、环保型社会和实现社会可持续发展过程中不可缺少的重要因素；直流焊接，使焊接时的飞溅大大减少，焊接成型更好，焊接质量更高；变压器体积小、分量轻，成为推广变压器和焊钳一体化的强劲动力。在奇瑞汽车厂某机器人焊接工位，同样工位的机器人焊钳，某国外品牌的工频一体化机器人焊钳的重量是一百零四公斤，DSP次高频直流一体化焊钳的重量只有四十二公斤。相同的工位和焊接同样的工件，DSP次高频直流点焊机的不仅焊接飞溅小，而且焊接成型要好的多。我们试想一下，一个可以抓举一百零四公斤的机器人和一个只抓举四十二公斤的机器人，他们的售价会相差多少。

DSP高频逆变悬挂直流点焊机的研制成功，将彻底改变汽车焊装车间高耗能、高电磁辐射、焊接质量不稳定的状况，大大减少了车间配电设施的费用，减少了用电成本，除去了二次通水电缆的费用，同时为将来汽车改用铝合金车身提供了焊接保障。随着 DSP 高频逆变悬挂直流点焊机的推广运用，传统的工频分体式点焊机将推出市场。节能、节材、低辐射、高质量、高效能、低运 行成本的点焊机的广泛运用，无疑是汽车制造装备的一次飞跃。

作者:韩玉琦 陈志伟 戴建明 李家波

（深圳市鸿柏科技实业有限公司，广东 深圳 518051）