闪光焊机交流调压系统设计的总体方案

2. 1方案选择

闪光焊机是煤炭企业圆环链焊接的主要设备，闪光焊机的输入交流电压稳定是保证焊接质量的关键。目前市场所提供的交流电压是随着负载的变化而变化的，电压一旦波动，闪光焊机的焊接质量就会大受影响，从而不能达到预期的焊接效果。目前国内所拥有的闪光焊机稳压系统的发展尚不成熟，因此研制开发能满足工业使用要求的闪光焊机稳压系统具有积极的意义。

考虑到要保持闪光焊机电压稳定，要求焊机必须在电压波动时不能受到干扰、实时响应、焊接效率高和质量可靠及性价比高等特点，为此本设计的方案选择了研制交流闪光焊机单片机控制的闭环调压稳压方案。

2.2 调压系统设计要求和主要的技术指标

2.2.1 设计要求

本课题要求将交流相控调压技术和单片机技术的结合设计出闪光焊机稳压装置，解决了市电波动对闪光焊机的影响，保证了产品质量。论文应包括应包括总体方案确定、硬件设计与选型（各环节方案确定及主要元件计算）和软件编程。交流调压电路谐波分析专题探讨。

2.2.2 主要的技术指标

已知数据：变压器

容 量 40KVA

频 率 50HZ

额定电压 380V/30V

技术指标：

功率因数0.85

效率0.83

允许电压波动1.5%

2.3主电路方案选择设计

2.3.1 单相交流调功电路

交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，只是控制的方式不同。交流调功电路不是在每个交流电源周期都对输出电压波形进行控制，而是将负载与交流电源接通几个整周波，在断开几个整周波，通过改变接通周波数和断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。这种电路常用于电炉的温度控制，因其直接调节对象是电路的平均输出功率，所以被称为交流调功电路。对于时间常数很大的控制对象，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制，只要以周波数为单位进行控制就足够了。通常控制晶闸管导通时刻都是在电源电压过零的时刻，这样，在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义上的谐波污染。其交流调功电路的典型波形如下所示。

2.3.2 单相交流调压电路

在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便的调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。由于本课题的电压波动是随机的，电压的控制因素是不确定，为了保证在任何时刻都能对交流电压的有效值进行控制，多以交流调压电路是比较理想的方案。

2.3.3 主电路的选择确定

主电路的交流调压部分采用两个反并联的晶闸管以及必要的保护电路，输入的交流电通过晶闸管流经闪光焊机负载，晶闸管一旦触发导通，输入的交流电就直接加在闪光焊机上，通过控制导通角的大小来控制输出电压。电压一出现波动，反馈回路就会把波动信号传递给单片机，单片机发出控制信号，导通角的触发时间就会改变，进而改变输出电压值。主电路和控制电路一起完成调压稳压。

晶闸管和熔断器的具体的参数计算将会在第三章介绍。

2.4 控制电路方案选择设计

2.4.1 自动控制开环系统

对于开环控制,系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响。开环系统的优点是无反馈环节,一般结构简单,系统稳定性好,成本比较低。但是当控制过程受到各种扰动因素影响时,将会直接影响输出量,而系统不能自动进行补偿.特别是当无法预计的扰动因素使输出量产生的偏差超过允许的限度时,开环控制系统便无法满足技术要求. 所以开环系统一般应用在输出量和输入量之间的关系固定,且内部参数或外部负载等扰动因素不大,或这些扰动因素产生的误差可以预先确定并能进行补偿的情况下,应尽量采用开环控制系统.

2.4.2 自动控制闭环系统

对于闭环控制,系统输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分,形成闭合回路. 闭环系统可以自动进行补偿,抗干扰能力强,精度高.但是闭环控制要增加检测,反馈比较,调节器等部件,会使系统复杂,成本提高.而且闭环控制会带来副作用,使系统的稳定性变差,甚至造成不稳定.所以闭环系统多用于输入量与输出量关系为未知,内外扰动对系统影响较并且控制精度要求较高的场合.

由于本课题的市电波动是一个外部未知的扰动因素，也就是说电压在任何时间都有可能出现波动，而闪光焊机对电压的要求又较高，所以采用闭环系统进行自动控制更合适。

2.4.3 闭环控制系统总体方案的确定

该稳压控制系统克服了以往电力稳压方法中所存在的缺点， 能动态跟踪电网电压变化， 主回路无触点， 无谐波污染， 安全可靠。

下图为调压稳压装置结构图， 由变压器组、驱动电路、控制模块、采样模块、检测模块、和人机接口等部分组成。

控制模块采用 8051微处理器作为系统的核心， 负责来自相邻模块输入信息的处理， 并输出相应指令， 控制系统其他部分的动作。

当电网电压 Ｕi 发生扰动时， 输出电压 Ｕo 相应发生变化， 反馈回路通过检测模块和 D/A 转换， 将信号送达控制模块， 采样值与给定值进行比较， 根据计算所得偏差信号向矩阵开关发出控制信号， 通过调整变压器组的运行方式， 使输出电压不断接近给定值。

控制板采取绝对电隔离策略和多地线技术，不同的电压系统设置了不同的地线， 相互之间只通过光耦进行信号交流， 将干扰信号限制在最小范围， 将其影响限制到最低点。

2.5 闪光焊机交流调压系统设计总框图

3 主电路