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逆变式弧焊电源动态特性控制方法及原理

【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。

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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,Ufi电流反馈信号,Ug1为引弧给定信号,Ufu为电压反馈信号,Ug2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Ufi为零,引弧电路输出只受到引弧给定信号Ug1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。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。

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。

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图6-36 外特性形式