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   采用手工焊和TIG焊時(shí)，電源的輸出特性為垂直特性，在控制系統(tǒng)中，只有電流單環(huán)起作用，而CO2 MAG焊和脈沖MIG焊時(shí)，電源輸出外特性為平特性，不僅電流環(huán)起作用，而且電壓環(huán)也起作用。圖1為手工、氬弧焊時(shí)的控制原理圖，其中只有一個(gè)電流單環(huán)，L為濾波電感，為等效電弧電阻，R1為等效電路的內(nèi)阻，包括電纜，電感，接觸電阻，電源輸出內(nèi)阻。
      

   圖2 為 CO2氣保焊的控制原理，本質(zhì)上為一恒壓源特性，電壓外環(huán)計(jì)算的結(jié)果作為電流內(nèi)環(huán)的給定，分別控制短路，燃弧的波形，實(shí)現(xiàn)熔滴的正常過(guò)渡。

傳感器的調(diào)理電路如圖3所示，其中電阻 為測(cè)量電阻，輸出電流的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)以后，為了消除共模噪聲的影響，采用差分放大電路進(jìn)行處理。其中
                           

 

   實(shí)際傳感器在焊接電源中的位置如圖4所示，電流傳感器接在整流二極管的陽(yáng)極輸出端，其測(cè)試的電流為焊接電流，傳感器的供電為開(kāi)關(guān)電源。
                

   采用上述傳感器做對(duì)輸出電流進(jìn)行采樣，編制相應(yīng)的閉環(huán)控制軟件，不同的焊接工藝對(duì)于輸出電流的變換規(guī)律是不一樣的，短路過(guò)渡中，電弧負(fù)載為短路和燃弧狀態(tài)的周期性切換。在短路狀態(tài)，輸出電流要按照一定的斜率向上升，斜率太大，引起焊絲的硬爆斷，斜率太小，短路時(shí)間變長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生頂絲現(xiàn)象。在然弧段，希望燃弧初期，電流快速下降，而燃弧后期，電流要維持一個(gè)平臺(tái)，以保證足夠的熔深。而脈沖MIG焊，可以在很小的電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)射滴過(guò)渡，在脈沖峰值期間，熔滴噴射出去，而在脈沖基值期間，維持電弧狀態(tài)并加熱熔池。輸出電流需要周期性地快速變化，并且變化的幅值很大。例如采用1.2mm炭鋼焊絲120A焊接時(shí)，基值電流約為35A，而峰值電流約為420A�？梢�(jiàn)，無(wú)論是CO2MAG焊，還是脈沖MIG焊，輸出電要都要周期性地快速變化。圖5為120A/18.5V CO2 MAG焊接時(shí)，給定地電流波形和反饋電流波形。而圖6為120A/20V 脈沖MIG焊時(shí)電流的給定和輸出電流地信號(hào)，可見(jiàn)整個(gè)電流環(huán)具有快速的跟蹤性能，并且基本上可以做到任意波形的無(wú)差跟蹤。

 

  在400A全數(shù)字化多功能焊接電源中，采用LEM公司的LT508-S6 做為輸出電流的采樣傳感器，已經(jīng)完成了相關(guān)的軟件編制和硬件平臺(tái)的制作，并已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了某些焊接工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該型傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：噪聲小，穩(wěn)定性好，測(cè)量線性度優(yōu)良，且響應(yīng)時(shí)間短。該傳感器能夠完全滿足氣體保護(hù)焊接場(chǎng)合對(duì)于電流采樣的需求。

[1] BY S.K. CHOI, C.D.YOO. “Dynamic simulation of metal transfer in GMAW”.Welding Research Supplement January 1998. 38-44.

[2]Y.M.Chae,G.H.Choe.et al. A new instantaneous output current control method for inverter arc welding machine. IEEE PESC’99 p.521.1999

作者簡(jiǎn)介：沙德尚  男，1977年生，江蘇宿遷人，博士后，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮痈哳l變換，全數(shù)字化焊接電源，電機(jī)及其控制和新能源發(fā)電系統(tǒng)，已發(fā)表文章20余篇。