相应的Uy=f曲线称为电源的外特性曲线。弧焊电源外特性的实质是电源的静态输出特性，又称为电源的静特性。而且r0越大，电源的外特性下倾程度越大。图2-20 弧焊电源的外特性曲线图2-21 一般直流电源的外特性对于日常经常使用的电灯、电炉、电机等负载，要求其电源的内阻r0越小越好，即外特性尽可能接近于平特性，这样当负载变化时，其端电压变化小，并联运行的其他负载端电压变化也小，因此不会影响各种电器的正常运行。......
2023-06-30
外特性控制的基本原理详解
【摘要】：图4-8为电子控制型弧焊电源外特性控制的基本原理图。图4-8 电子控制型弧焊电源外特性控制基本原理根据图4-2，可以得到控制信号Uk的数学表达式：Uk=K3[K1+K2] （4-7）式中 K1、K2、K3——系统中各个放大环节的放大倍数。此种外特性控制可以用于熔化极气体保护焊的恒压外特性控制中，对电源输出的最大电流进行限制。这种控制常用于焊条电弧焊恒流外拖特性的控制中。表4-1列出了常用弧焊电源外特性形状与选用的负反馈控制之间的关系。
电子控制型弧焊电源是根据电流、电压负反馈控制原理，利用电子电路对电子功率系统（整流器或逆变器）进行闭环控制，来获得不同的外特性曲线形状。图4-8为电子控制型弧焊电源外特性控制的基本原理图。
图4-8中的Uf、If是弧焊电源输出的电压和电流，mUf、nIf（m＜1，n＜1）是通过传感器及信号处理电路获得的电压、电流反馈信号。将输出电压、电流的反馈信号mUf、nIf送到电子控制系统，与给定电压、电流信号Ugu、Ugi进行比较，获得相应的偏差信号，然后通过放大等信号处理得到控制信号Uk。Uk即是功率半导体器件的控制信号，用来控制晶闸管整流弧焊电源中晶闸管触发脉冲相位，或逆变弧焊电源中半导体电子开关器件的导通时间等。
图4-8 电子控制型弧焊电源外特性控制基本原理
根据图4-2，可以得到控制信号Uk的数学表达式：
Uk=K3[K1（Ugu-mUf）+K2（Ugi-nIf）] （4-7）
式中 K1、K2、K3——系统中各个放大环节的放大倍数。
由于控制信号Uk一般只有零点几伏至几伏，而放大倍数K3相对很大，所以有
K1（Ugu-mUf）+K2（Ugi-nIf）≈0 （4-8）
1.只取电压负反馈
如果弧焊电源控制中只取电压负反馈，而且只有给定电压信号Ugu时，即式（4-8）中的Ugi=0，nIf=0时，则有
Ugu-mUf≈0
即
式中 m——电压的分压比。电路系统确定后，m为常数。
由此可见，电源的输出电压Uf取决于给定电压信号Ugu。即当Ugu调定在某恒定数值时，弧焊电源输出电压Uf恒定在与之相对应的数值。也就是说，只取输出电压负反馈，弧焊电源的输出特性为图4-9所示的恒压外特性。
图4-9 恒压外特性
2.只取电流负反馈
如果弧焊电源控制中只取电流负反馈，而且只有给定电流信号Ugi时，即Ugu=0，mUf=0时，根据式（4-8）可得
Ugi-nIf≈0
即
式中 n——电流分流比；电路系统确定后，n为常数。
由此可见，电源的输出电流If取决于给定电流信号Ugi。当Ugi调定在某恒定数值时，弧焊电源输出电流If恒定在与之相对应的数值。换言之，只取电流负反馈，弧焊电源的输出特性应为恒流外特性。
但是，实际电路中，放大倍数K2如果取得太大，系统易产生振荡。所以K2一般不超过20～30，因而只能得到较为陡降的外特性，如图4-10所示，K2取值越大，外特性陡度越高。
3.电流截止负反馈
电流截止负反馈是指，当电源的输出电流小于阈值Ith时，既不采用电流反馈，也不采用电压反馈，弧焊电源输出的特性为弧焊电源中变压器的特性（变压器的自然特性），也就是平缓特性；当电流大于阈值Ith时，采用强电流负反馈，从而可获得恒流或者陡降（见图4-11）的外特性。
图4-10 陡降外特性
图4-11 恒流外特性
4.复合负反馈
复合反馈是指在弧焊电源外特性控制中既采用电压负反馈，又采用电流负反馈。采用复合反馈可分为若干种情况：
（1）同时采用电压、电流负反馈 在弧焊电源外特性控制中，同时采用电压和电流负反馈。当弧焊电源给定信号Ugu、Ugi一定时，根据式（4-8），可得
式（4-11）表明，弧焊电源的外特性为一斜率为负的直线。
因为，If=0时，Uf为空载电压U0，所以外特性方程为
相应的弧焊电源外特性形状如图4-12所示，改变n/m或K2/K1值，可改变外特性下降的斜率。
（2）分段采用恒压与电流截止负反馈 在弧焊电源外特性控制中，可以分段采用不同的反馈控制，而获得所需要的外特性形状。例如，以一定的电流值作为阈值Ith，当弧焊电源输出电流小于阈值Ith时，采用电压负反馈，弧焊电源输出特性为恒压特性；当电源输出电流大于阈值Ith时，采用电流负反馈，弧焊电源输出特性为恒流特性，则弧焊电源外特性形状如图4-13所示。
此种外特性控制可以用于熔化极气体保护焊的恒压外特性控制中，对电源输出的最大电流进行限制。将允许的最大焊接电流作为阈值电流Ith，正常电流输出情况下，弧焊电源的外特性是恒压特性，当焊接电流达到弧焊电源最大允许输出电流Ith时，转入恒流外特性段，使焊接电流不再增大。
图4-12 斜外特性
图4-13 平特性与恒流外特性的组合
（3）分段组合反馈 可以分段采用电流截止负反馈和电流与电压的复合负反馈。这种控制常用于焊条电弧焊恒流外拖特性的控制中。例如，在焊条电弧焊时，当弧焊电源输出电压较低时，可以认为是进入短路状态，此时需要较大的焊接电流，因此，可以设定某个输出电压（一般为8～15V）为阈值Uth，当弧焊电源的输出电压大于阈值Uth时，采用电流截止负反馈，弧焊电源的外特性为恒流特性；而电压小于阈值Uth时，同时采用电流负反馈和电压负反馈，弧焊电源的外特性为斜特性；弧焊电源外特性的形状如图4-14a所示。
也可以在电压小于阈值Uth时，采用电压负反馈，电源的输出特性为恒压特性；当电流大于事先确定的阈值电流Ith时，采用强的电流负反馈，获得恒流特性；该阈值电流Ith就是所要控制的最大短路电流值Iwd，其外特性曲线形状如图4-14b所示。
复合反馈控制可以任意进行组合，从而获得所需要的各种形状的外特性曲线，例如，熔化极脉冲电弧焊中常用的恒压特性与恒压特性、恒流特性与恒压特性、恒流特性与恒流特性以及恒压特性与恒流特性的组合等。
综上所述，在电子控制型弧焊电源中，外特性的形状是依靠电压、电流负反馈及其组合形式来控制的。表4-1列出了常用弧焊电源外特性形状与选用的负反馈控制之间的关系。
图4-14 恒流带外拖外特性
a）带斜外拖外特性 b）带恒流外拖外特性
表4-1 常用弧焊电源外特性形状与负反馈控制
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2023-06-30
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