逆变式弧焊电源动态特性控制方法及原理

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：在逆变式弧焊电源可以采用积分、微分和比较放大等电子控制电路，进行电源动特性控制和波形控制以及其他方式的控制。图6-35所示是某逆变式CO2焊接电源特性控制电路原理图。不同特性的切换是在CO2焊接过程中自动完成的，其切换过程的控制就是动特性控制。此时电压反馈信号Ufu为最大值，平特性控制电路输出最小值，VD2承受反压而截止。单独采用PI环节来实现电弧恒压控制，焊接过程稳定性仍然不能令人满意。

现代焊接技术的发展越来越注重对弧焊电源动特性的要求。也就是说，要求弧焊电源对外部变化能够快速做出响应。逆变式弧焊电源工作频率高，很小的输出电抗器电感就可以达到滤波的要求，因而逆变式弧焊电源回路的时间常数小，电磁惯性小，动态响应快，使得利用电子线路可以比较容易地控制逆变器的di/dt等动特性参数。在逆变式弧焊电源可以采用积分、微分和比较放大等电子控制电路，进行电源动特性控制和波形控制以及其他方式的控制。

图6-35所示是某逆变式CO₂焊接电源特性控制电路原理图。该逆变弧焊电源不是采取简单的平特性控制（一般的CO₂焊接电源外特性为平特性）。根据对CO₂焊接工艺过程与质量控制的研究成果表明，单纯的平特性不能满足高质量CO₂焊接的要求，图6-36所示的外特性曲线形状更适合高质量CO₂焊接的要求，即在引弧阶段采用下降特性，在燃弧阶段采用平特性，而在熔滴短路过渡阶段采用恒流特性。不同特性的切换是在CO₂焊接过程中自动完成的，其切换过程的控制就是动特性控制。

图6-35 某逆变式CO₂焊接电源特性控制电路原理图

如图6-35所示，运放N₁及其周围的电阻、电容构成了引弧控制电路，运放N₂及其周围的电阻、电容构成了平特性控制电路，运放N₃及其周围的电阻、电容构成了限流控制电路。在图6-35中，U_fi为电流反馈信号，U_g1为引弧给定信号，U_fu为电压反馈信号，U_g2为平特性给定信号。引弧过程中采用电流反馈。引弧前，电流反馈信号U_fi为零，引弧电路输出只受到引弧给定信号U_g1的控制，输出最大值，并施加到SG3525的2脚，驱动电路输出最大脉宽，弧焊电源输出空载电压（约60V）。此时电压反馈信号U_fu为最大值，平特性控制电路输出最小值，VD₂承受反压而截止。一旦引弧成功，建立了焊接电流，由于较强的电流负反馈和较高的响应速度，引弧电路输出信号迅速减小；与此同时，电弧电压、电压反馈信号也减小，平特性控制电路输出信号增大，VD₂导通、VD₁截止，完成下降特性与平特性的切换。(https://www.chuimin.cn)

在平特性控制电路和引弧电路中均采用了PI电路作为电子电抗器，用来调节短路电流的增长速率di/dt，以获得所需要的动特性。单独采用PI环节来实现电弧恒压控制，焊接过程稳定性仍然不能令人满意。如果积分器的时间常数过大，动态调节能力变差，极易造成短路熄弧及大颗粒飞溅；如果积分器的时间常数过小，又会使di/dt及电流峰值电流过大，将引起密集的小颗粒飞溅或焊丝爆断。为解决上述问题，引入了限流控制电路，限流控制电路采用了PD控制环节。

图6-36 外特性形式

逆变式弧焊电源动态特性控制方法及原理

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