前言
隨著我國鋼產量的不斷增加，用率的氣保焊接取代低效率的手工焊應該說是種必然趨勢。目前上數(shù)字化多功能焊接電源的主要為：Frounius的TPS系列，Kemmpi Pro系列，ESAB的Aristol系列。Fronius的TPS系列于1998年推出，主為1片 Simenses的C167加AD的DSP，送絲機的為款Simenses的單片機，工藝和外設包括PWM波形都是數(shù)字實現(xiàn)的，而非采用的PWM IC，F(xiàn)ronius本身組成了個局域網(wǎng)，接口豐富，主要缺點是送絲機上面參數(shù)調節(jié)不方便，并且有的送絲機沒有顯示，面板的設計上沒有充分考慮到焊接材料擴充的需求。Kemmpi Pro主要采用兩片80C196KC分別送絲機和電源，面板通過共地信號線與送絲機的板相連接，調節(jié)比較方便，但是不適合遙控，限于其使用功能的進步拓展，接口沒有Fronius豐富。而目前，除了時代公司具有款單片機的多功能數(shù)字化焊接電源，其它生產廠家未見報道。但是焊接場合，多的是多種工藝并存的現(xiàn)狀，如三峽壓力鋼管的焊接中，環(huán)縫的搭接采用手工焊，而縱縫的打底采用短路過渡的CO2焊接，為了適應自動焊的需要，填充和蓋面均采用脈沖焊。般情況下，需要多種不同的類型的焊接電源才能需求，投資很大。如果采用多功能焊接電源，臺設備就可以完成的功能。這樣節(jié)省了投資，并且提了工作效率。隨著嵌入式微處理器的處理速度不斷提，使得對于頻逆變式焊接電源的實時成為可能，相對于傳統(tǒng)的模擬，數(shù)字化有以下優(yōu)點：①在同臺機器上實現(xiàn)多種焊接工藝成為可能；②參數(shù)致好，減少了可調電位器的數(shù)量，消除了運放溫漂對整個系統(tǒng)能的影響，③系統(tǒng)升，如加入新的焊接材料和焊接工藝；④接口豐富，多的應用場合，如具有機器人的接口，可以組成自動焊系統(tǒng)，具有遙控口，可以遠距離遙控，方便工人的操作。⑤使得復雜的算法在焊接電源中的應用成為可能，如模糊，自適應在等熔深和恒弧長方面的應用，可以進步提弧焊電源的工藝能。⑥數(shù)字化平臺上可以很方便地移植焊接數(shù)據(jù)庫，用焊接的經(jīng)驗來調整焊接工藝，簡化了對于焊機的操作，使得普通沒有經(jīng)過培訓的焊工也能成為“焊接”。
二 數(shù)字化焊機對電流傳感器的要求
本文所提到的數(shù)字多功能焊接電源平臺集中了五種焊接工藝，即手工焊、氬弧焊、CO2 MAG焊、脈沖MIG焊和雙脈沖MIG焊，其中前二種焊接工藝為恒流特，而CO2 MAG焊為恒壓特，而脈沖焊為準恒流特。不論那種焊接工藝，都需要對焊接電流進行的，要達到1A等。 在TIG焊中，由于是接觸引弧，希望引弧的電流越小越好，以防止鎢燒損，引弧的電流能夠在以下。而在 CO2 MAG焊中，為了對引弧和短路的過程進行判斷，而對于輸出電流的是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵因素。在脈沖MIG焊中，在小電流焊接的時候，碳鋼1.2mm焊絲，其基值電流只有20A，而該電流對應的電壓信號不到100mv，如果不，則無法焊接的熱輸入量，可能導致未熔合或者燒穿。在氣體保護焊中不要求對于焊接電流的穩(wěn)態(tài)要求，而且對于動態(tài)能要求很，在負載突變的過程中，電流要求具有的跟蹤能力，對于電流傳感器的響應速度要求很。在脈沖焊接的過程中，輸出電流的給定不斷地在峰值電流和基值電流之間切換，例如碳鋼1.2mm焊絲，其峰值電流在400A左右，而基值可能只有幾十安培，峰值電流和基值電流相差大，此時要求電流傳感器能夠敏感到輸出電流的變換，并跟蹤上給定電流的突變。這就要求電流傳感器的通頻帶要寬并且對于di/dt的響應能力強。
在數(shù)字焊接電源中，給定為數(shù)字編碼器而非電位器，傳統(tǒng)的電位器給定只能是個變換的趨勢，而數(shù)字編碼器直接給定了個數(shù)字量，該數(shù)字量作為系統(tǒng)中的數(shù)字給定，雖然方便了使用者，但是對于傳感器的線度提出了的要求。同時隨著嵌入式微處理器的處理速度的提，為了降低功耗，必須降低供電電壓，對于板的供電、A/D轉換的提出了新的挑戰(zhàn)。比如TI的240x和28x系列都是3.3V供電，以個400A的氣保焊電源為例，考慮到其短路時或大電流引弧時電流峰值可以達到700A，如Fronius特殊鋁焊四部的操作中，引弧電流達到了750A，如果認為750A對應數(shù)字轉化的zui大值，則10位AD轉換器中，750A對應的數(shù)字量為1024，電流傳感器輸出的模擬電壓為3.3V，則20A的輸出對應的模擬電壓為88mV，該信號很弱，所以對于電流傳感器的信噪比也有很的要求。
縱上所述，在數(shù)字化的焊接電源中，電流傳感器做為個關鍵的測試設備主要要以下幾個方面的要求：① 寬的輸入電流范圍；② 好的線度；③ 的動態(tài)響應能力；④ 的信噪比。
根據(jù)以上需求，在400A的數(shù)字化多功能焊機中，輸出電流傳感器采用的型號為：LT508-S6 其參數(shù)指標如下：
原邊額定值電流: 500A； 轉換率： 1:5000；
總： <±0.4%； 線度： <0.1%；
零點失調電流：<±0.13mA； 帶寬： >100KHz
di/dt跟隨：>100A/us ； 響應時間：<1us
從以上指標分析可知，該型電流傳感器具有的動、靜態(tài)能，且具有很的信噪比。
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