提升电源-电弧系统稳定性的措施

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：如图1-1-15a所示，在电弧焊中，弧焊电源是供电者，焊接电弧是用电者，两者构成“电源-电弧”系统。该系统的稳定性包含如下两方面的含义。这两个交点确定了系统的静态稳定状态。在干扰消失之后，系统能够自动地达到新的稳定平衡，使焊接参数重新恢复。系统自动恢复速度与弧焊电源Uy和电弧Uf之差及回路L有关，Kw越大，电感越小，恢复越快，稳定性越好。

在内部参数一定的条件下，改变负载时，弧焊电源输出稳定的电压U_y和电流I_y之间的关系称为弧焊电源的外特性。对于直流、交流弧焊电源的U_y和I_y，分别为平均值、有效值。它的供电对象不是电灯、电炉这类线性电阻负载，而是特殊的非线性负载——焊接电弧。它要有怎样的外特性才能确保电弧、焊接参数稳定还有待深入讨论。

如图1-1-15a所示，在电弧焊中，弧焊电源是供电者，焊接电弧是用电者，两者构成“电源-电弧”系统。该系统的稳定性包含如下两方面的含义。

1.系统无外界干扰能保持稳定燃烧

系统无外界干扰时，在给定电弧电压和电流下，能维持长时间的连续电弧放电，保持静态平衡，应有如下关系：

U_f=U_y；I_f=I_y （1-1-9）

式中 U_f、I_y——分别为电弧电压和电弧电流的稳定值。

为满足式（1-1-9），弧焊电源外特性U_y=f（I_y）与电弧静特性U_f=f（I_f）必须能够相交，如图1-1-15b所示，弧焊电源外特性1与电弧静特性2相交于A₀和A₁点。这两个交点确定了系统的静态稳定状态。但因实际操作的不稳定、工件表面不平和网路电压突然变化等外界干扰，都会破坏这种静态平衡。

2.系统外界瞬时干扰能自动平衡

当系统一旦受到瞬时的外界干扰，破坏了原来的静态平衡，造成了焊接参数变化。在干扰消失之后，系统能够自动地达到新的稳定平衡，使焊接参数重新恢复。为了满足上述系统稳定性要求，暂不考虑熔化极的电弧自身调节作用，只考虑焊接电路电感的影响，分析系统的动平衡方程式如下：

图1-1-15 “电源-电弧”系统电路示意图及其工作状态图

a）“电源-电弧”系统电路示意图 b）“电源-电弧”系统工作状态图

借助式（1-1-10）和图1-1-15b进行分析、推导求解，建立“电源-电弧”系统的稳定条件方程式如下：

这就是说，电弧静特性曲线在工作点的斜率必须大于弧焊电源外特性曲线在工作点的斜率。当电弧静特性曲线形状一定时，K_w值取决于弧焊电源外特性曲线的形状，只有在A₀点才符合K_W＞0的条件，它是稳定工作点。当某种干扰使A₀点的电弧电流I_f向减小方向偏移ΔI_f时，电源、电弧工作点分别移至B₁、B₂，此时弧焊电源电压为：U_y=U_f+ΔU_y。U_y＞U_f，供大于求，使I_f增加而减少偏移量ΔI_f，直至恢复到原平衡点A₀；反之亦然。而在A₁点K_w＜0，不是稳定工作点，原因请读者参照上述方法自行分析。系统自动恢复速度与弧焊电源U_y和电弧U_f之差及回路L有关，K_w越大，电感越小，恢复越快，稳定性越好。尽管该结论从直流电弧与电源系统得出，但该稳定条件（K_w＞0）也适合交流电弧与电源系统。

提升电源-电弧系统稳定性的措施

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