电子控制式弧焊电源优化方案

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：电子控制式弧焊电源又称为电子弧焊电源。1）移相式弧焊电源采用大功率晶闸管作为整流器件，采用晶闸管的移相控制。2）模拟式弧焊电源是在二极管整流的基础上，采用了功率晶体管作为电源输出电流或电压的调节器件，功率晶体管工作在模拟状态，相当于可变电阻。数字控制技术目前主要用于逆变式弧焊电源或者整流式弧焊电源，而更多的是用于逆变式弧焊电源。

电子控制式弧焊电源又称为电子弧焊电源。其特点是借助电子线路来实现弧焊电源各种特性的控制，还可以通过电子线路对焊接电流波形等进行控制。

该类电源具有以下特点：

1）可以对弧焊电源的外特性进行任意控制，从而满足各种焊接方法、焊接工艺的要求。

2）可以输出直流、脉冲甚至交流电流，可调参数多。

3）具有良好的动特性，系统控制的响应速度快。

4）可控性好，便于进行编程和计算机控制。

5）电路比较复杂。

该类电源大多采用了变流技术，根据采用的关键变流技术可以分为整流式弧焊电源和逆变式弧焊电源。由于数字控制技术的飞速发展，将数字控制技术应用于弧焊电源又产生出数字式弧焊电源。因此，本书将电子控制型弧焊电源分为整流式、逆变式和数字式三种。

1.整流式弧焊电源

整流式弧焊电源是把交流电经降压整流后获得直流电的。该类弧焊电源有采用可控整流器件的，也有采用一般二极管整流后再利用功率半导体器件调整输出电流或电压的。根据弧焊电源中核心半导体器件的工作原理不同，整流式弧焊电源又可以分为移相式、模拟式和开关式三种电源。

1）移相式弧焊电源采用大功率晶闸管作为整流器件，采用晶闸管的移相控制。此类弧焊电源包括晶闸管式弧焊整流器（包括晶闸管式脉冲弧焊电源）、晶闸管电抗器式矩形波交流弧焊电源等。

2）模拟式弧焊电源是在二极管整流的基础上，采用了功率晶体管作为电源输出电流或电压的调节器件，功率晶体管工作在模拟状态，相当于可变电阻。

3）开关式弧焊电源是在二极管整流的基础上，采用了功率晶体管作为电源输出电流或电压的调节器件，功率晶体管工作在开关状态，相当于电子开关。

与电磁控制型弧焊电源比较，整流式电子控制式弧焊电源具有制造方便、耗材少、节约电能、电磁惯性小、电源动特性好、可控性强、噪声小等优点，可作为各种电弧焊的电源。

2.逆变式弧焊电源

采用了逆变变流技术的弧焊电源称为逆变式弧焊电源。根据逆变器中采用的功率开关半导体器件不同，又可细分为晶闸管式逆变弧焊电源、晶体管式逆变弧焊电源、场效应晶体管式逆变弧焊电源、IGBT式逆变弧焊电源等。另外，还包括采用双逆变技术的交流逆变弧焊电源、变极性弧焊电源。

随着新型功率开关半导体器件的发展及其在逆变弧焊电源中的应用，各种新型逆变电源也会不断出现。

逆变弧焊电源是把单相（或三相）交流电经整流得到直流电，该直流电由逆变器转变为几百至几万赫兹的中频交流电，再经中频变压器降压、整流后输出直流电，或者再次逆变后输出交流电进行电弧焊接。逆变弧焊电源具有高效节能、体积小、重量轻、功率因数高、可控性能好、动态响应快、利于焊接电流波形控制等优点，可作为各种电弧焊的电源。目前逆变弧焊电源已经在焊接制造中得到了广泛的应用。

3.数字式弧焊电源

采用数字控制技术的弧焊电源又可以称为数字化弧焊电源。数字控制技术目前主要用于逆变式弧焊电源或者整流式弧焊电源，而更多的是用于逆变式弧焊电源。

在弧焊电源数字控制中，把电压、电流等模拟变量变成数字变量，模拟电路控制系统变为数字信号处理系统。根据目前采用的数字处理系统，可以分为单片机控制式数字化弧焊电源、DSP控制式数字化弧焊电源、单片机和DSP控制的数字化弧焊电源、双DSP控制的数字化弧焊电源等。

随着数字化技术的发展，将会出现各种新的数字化处理器，相应的新型数字化弧焊电源也将得到发展。

采用数字控制的弧焊电源具有下述特点：

1）柔性化控制和多功能的集成。系统的各种控制是通过软件的方式加以实现的（以软件代硬件），系统的控制是柔性的，而且通过软件可以实现焊机的多种功能，即多功能集成。

2）控制精度高。数字系统的控制精度与系统的位数有关，同样条件下，系统的位数越高，系统的控制精度越高。

3）稳定性好。数字控制系统受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高。

4）产品的一致性好。模拟系统的性能受元器件参数性能变化的影响比较大，而数字系统基本不受影响，因此数字系统便于测试和调试，易于大规模生产。

5）弧焊电源的功能升级方便。随着数字控制技术的发展，各种电弧控制技术得到了迅速的发展，例如各种脉冲波形、脉冲波形的组合等，使得各种新的弧焊工艺在工程中应用越来越多。这些新的工艺参数、新的控制功能通过修改软件可使焊机功能得到升级。

6）网络功能越来越强大。随着数字控制技术的发展，数字化弧焊电源的网络功能得到了越来越多的应用：软件升级网络化，弧焊电源监控网络化，故障诊断网络化等。

可见，数字控制弧焊电源性能更高，适用能力更强，可以用于各种电弧焊方法，但是目前高性能数字化焊机价格偏贵，大多高性能控制软件需要额外付费，因此，高性能数字化焊机目前主要用于焊接质量要求较高的工程结构焊接。