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一种新型ig焊接保护电路的设计 0 浮动式tig焊的滤波系统 焊接焊接弧信息丰富而重要，因此我们的试验和分析非常重要。检测弧压的方法有很多,如光电式、机械传感式和电磁式,直接采用电弧作为传感器比其他传感方式更具有实时性。 在TIG焊接中,高频高压的存在会对整个采集系统产生严重的干扰,导致采集系统损坏。采集电弧电压信号的方法是将电压传感器直接并接到焊枪与工件之间,再滤波进入数据采集卡和经滤波器直接进入采集系统。当焊机高频高压引弧时,或者焊接不稳定存在引弧,输出的电压高达2 000 V,此时如果直接将电弧电压与传感器连接,接入工控机采集系统,容易烧毁传感器和采集电路。为了防止高频高压对控制电路带来的电磁冲击,需要进行有效的滤波处理。龚海等人介绍了摆动式TIG焊两级滤波电路的设计。此外为了防止高频高压干扰,应采取有效的隔离、屏蔽和自动防护措施。 本研究通过分析TIG焊特点,设计了系统保护电路,消除了焊接引弧时产生的高频高压,实现对采集电路的保护。此外,对瞬态高压信号进行滤除,提高了电弧电压与电流的信号采集品质。 1 系统设计 1.1 测点线路设计 在TIG焊中,为了提高引弧成功率,通常采用非接触式高频高压引弧。引弧的振荡频率250 k Hz,功率150 W。在TIG焊机引弧或者刚要断弧时,电弧不稳定,输出的电弧瞬间会产生高频电压。此时如果将焊枪与工件之间的电弧电压直接连入采集电路,显然会损坏采集设备和工控机。通过接入霍尔电流传感器、信号放大电路和电磁继电器,组成了系统保护电路,对信号采集系统进行保护,如图1所示。 在焊机输出的导线上套接霍尔电流传感器,信号驱动电路主要由MC1413组成,MC1413是高耐压大电流达林顿反相驱动器,工作电压高,电流大,灌电流可达500 m A,输出可以在高负载电流并行运行。因为焊机引弧、断弧反应时间非常短,所组成的系统必须有很高的灵敏性,继电器要选用高灵敏固态继电器。 系统工作的原理是:霍尔电流传感器检测焊机是否引弧,焊机是否处于稳定的工作状态,从而判断电弧电压输出是否有高频高压。当焊机开始引弧时,焊枪与工件没有形成闭合电路,此时整个回路没有电流,霍尔电流传感器没有信号输出,继电器K处于断开状态,常开触片K1、K2断开。虽然此时TIG焊在焊枪与工件之间会产生高频电压,但是因为继电器K1、K2断开,所以并不能输入到数据采集设备中,对后续设备起到断路防护作用。当焊机正常工作时,焊枪、焊机、工件形成闭合电路,整个回路中形成电流,霍尔电流传感器产生感应电压,经过信号放大进入电磁继电器。通过驱动电磁继电器,K1、K2闭合,电弧电压信号有效输出,进入到采集系统。当系统不稳定断弧后,虽然焊枪与工件之间会形成高压,但是因为没有感应电流,继电器K断开,焊枪与工件之间高压并不能进入到采集设备,保护采集系统免受高压的损害。 1.2 低通滤波电路 经过自动防护电路输出的电弧电压虽然能够避免引弧时高频高压的干扰,但电弧电压中还会产生瞬间高频高压,对采集系统带来很大影响。通过设计滤波稳压隔离电路,能够实现对电弧电压滤波、稳压和隔离,达到保护采集系统的目的,其原理如图2所示。 选用逆变交直流方波脉冲氩弧焊机,脉冲频率0.5~500 Hz,引弧频率150~260 k Hz。选用LC低通滤波电路滤除引弧时的高频噪声。π型低通滤波电路由C1、C2、L1组成。C1=0.01μF,C2=0.1μF,L1=300 m H,C3为152瓷片电容,可以达到进一步滤除高频高压的目的。 稳压管VS选用瞬变电压抑制二极管(TVS),它是在稳压二极管基础上发展的工艺产品,其电路符号、外形与普通稳压二极管相同。当TVS管两端经受高能量冲击时,它能以极高的速度(10-2s)使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。 TVS管的特性曲线如图3所示,TVS与R1一起使用能够起到稳压保护电路的作用。TLP521为光耦,实现对电信号的隔离;C4为152瓷片电容,主要作用为过滤高频高压;R4为负载电阻,两端电压U为输出电弧电压。 1.3 屏蔽保护电缆线 在焊接过程中始终存在高频高压干扰、传导干扰和辐射干扰,并且在干扰吸收体上相互转化。因此既要对计算机进行屏蔽、接地保护,又要对高频电源、电缆线进行屏蔽。电弧电流采集选用和电弧电压类似,经过滤波、稳压、隔离进入工控机。工控机选用研华PCL-818系列、PCLD-8115板卡,能有效采集-5~5 V的电压。 2 实际焊接测试 实验选用逆变式交直流方波脉冲氩弧焊机,通过工控机PCLD-8115板卡采集电弧电压和电流。端口1、2分别为采集的电弧电压和电流,设计采集到的数据为实际值的1/10。该采集系统实时采集到电弧电参数如图4所示。 采集电弧