CN2139492Y

CN2139492Y - 一种弧焊逆变电源的外特性控制电路

Info

Publication number: CN2139492Y
Application number: CN 92234081
Authority: CN
Inventors: 齐铂金; 毛三可; 杜中义
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University; Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1993-08-04
Anticipated expiration: 2002-09-30

Abstract

一种弧焊逆变电源的外特性控制电路，采用了独特的阶梯形外特性，即a段恒流特性，其值可均匀调节，通过电流负反馈闭环控制来实现。b段为恒压特性，通过控制3525的9号腿最低电平来实现，c段为短路特性，是采用门限控制电路来实现。本实用新型结构精巧简单，工作可靠，电流可调，使用方便，具有良好的动态响应和静态性能，电弧稳定，飞溅小，工艺性能优良。可在手工弧焊和气体保护焊逆变式电源中应用。

Description

本实用新型属于焊机电源控制电路

传统的手工弧焊电源均采用下降外拖特性来满足焊接工艺的要求，但使用这种电源时，弧长发生变化时，焊接电流也随之产生波动，致使焊接规范的稳定性差，电弧弹性也差，为解决下降外特性电源的缺点，提高焊接规范的稳定性，增强电弧弹性，有人采用恒流外特性电源，但这种恒流外特性的短路电流太小，造成引弧困难，电弧推力弱，熔深浅，熔滴过渡困难，综合上述两种外特性的优点，理论分析表明，恒流带外拖的外特性对于手工弧焊是一种最佳的选择。北京东升电焊机厂生产的ZX5系列可控硅式弧焊电源采用了恒流带外拖特性。它即可体现恒流特性使焊接规范稳定，又通过外拖增大短路电流，提高引弧性能和电弧熔透能力，该电路是通过常规的电流，电压负反馈闭环控制电路来实现的，控制电路较为复杂，并且该电路是针对可控硅式弧焊电源来设计的。在目前最先进的新一代逆变式弧焊电源中，由于其独特性，无论从原理，结构都与可控硅式弧焊电源截然不同，因而上述电路不适应控制逆变式弧焊电源。在逆变式弧焊电源中，常采用PWM（脉宽调制）电路来控制功率开关管，由于受到功率开关管的开关特性的限制，为保证功率开关管的正常工作和良好的控制特性，一般应设置最小脉宽限制电路，同时为保证焊机的安全使用，还应在电路中设置过流保护电路，

综合考虑到上述要求，本实用新型设计了一种独特新颖的弧焊逆变电源的外特性控制电路。

在目前常规的用于手工焊的弧焊逆变电源中，外特性一般采用下降特性，是通过电流负反馈闭环控制来实现的。而本实用新型设计的这种弧焊逆变电源的外特性控制电路是一种先进的新颖独特的闭环与门限综合控制电源外特性电路，其结构精巧简单，工作可靠，焊接电流与推力电流分别可调，使用方便，具有良好的动态响应与静态性能，可对焊接电弧进行精确控制，电弧稳定，飞贱小，工艺性能优良。

图1是逆变式弧焊电源的原理图，它采用了独特的阶梯外特性，这种阶梯外特性表示在图2中，该图分三段，a段是电弧工作特性，为恒流特性，其值可均匀调节，它的获得是通过电流负反馈闭环控制来实现的，其原理是：通过电流取样电阻R₁获得的电流信号与给定信号一起输入识差放大器IC₁，由IC₁的输出接到PWM电路3525的2号腿，调节脉宽，从而实现恒流特性的控制；b段为恒压特性，为工作特性和短路特性的过渡段，其值一般设置在正常焊接电弧电压以下，保证焊接过程中，处于正常工作状态下的焊接电弧不会进入C段短路特性而造成电弧电流的波动，影响电弧的稳定性。其b段的获取原理是，在控制电路中设置最小脉宽限制电路，即预先设定某一个脉宽T_min，当电弧负载变小时，PWM电路将减小脉宽，脉宽减小到T_min时，即使电弧负载进一步减小，脉宽也不再减小，恒定在T_min。由于逆变电源的输出电压可由下式计算：U＝U₀×2T_on／T

其中：U－输出电压

U_o－输出空载电压

T－逆变周期

T_on－脉宽（T_on＜T／2）

从上式可以看出，最小脉宽限制电路起作用后，电源输出电压将恒定不变，自然形成了b段平特性。b段的电路实现是通过控制3525的9号腿最低电平来实现的。电路由二极管D₁和电位器W₁（调节电平用）组成。调节该电平可以调节最小脉宽的数值，令该电平值为V_T，由3525的特性可知，当9号腿的电平高于（V_T－0.7）时，也即相当于脉宽较宽时，由于二极管D₁的存在，最小脉宽限制电路不影响其正常工作，当9号腿的电平降低到（V_T－0.7）V时，最小脉宽限制电路起作用，D₁导通，使号腿电平维持在（V_T－0.7）V处不再变化，此时对应的3525输出脉宽即为最小脉宽。C段短路特性是采用门限控制电路来实现的，工作原理是，在电路预先设置某个电流门限值I_C（见图1），当负载进入b段特性或短路时，电流增加，由R₁获取的电流信号输入比较器IC₂与I_C比较，电流超过I_C，IC₂翻转，其输出接至3525的10号腿，关闭PWM电路的输出。脉宽关闭后，输出电流将随之开始下降，当降至小于I_C以后，IC₂复位，自动恢复PWM电路的输出，如此反复，即实现了C段短路特性的控制。

这种逆变电源的外特性控制电路，保证了电流均匀调节，电弧十分稳定，控制了电源外特性，并且由于采用门限控制系统，其短路特性还能起到可靠的瞬时过流保护作用，保证使用焊机安全可靠。

附图说明：

图1、外特性控制电路原理图

虚线框中的部份为本实用新型的保护部分。

图2、电源外特性曲线示意图。

本实用新型除应用在手工弧焊逆变电源外，对其它逆变式弧焊电源如气体保护焊电源的设计同样具有参考价值。

Claims

1、一种弧焊逆变电源的外特性控制电路，其特征在于该外特性控制电路分为三段，即a段为恒流特性电路，b段为恒压特性电路，c段为短路特性电路。

2、根据权利要求1所说的外特性控制电路，其特征在于a段特性是通过电流负反馈闭环控制实现的，即通过电流取样电阻R₁获得的电流信号与给定信号一起输入识差放大器IC₁，由IC₁的输出接到PWM电路3525的2号腿，调节脉宽，从而实现恒流特性的控制。

3、根据权利要求1所说的外特性控制电路，其特征在于b段特性是通过控制3525的9号腿最低电平来实现的，由二极管D₁和电位器W₁（调节电平用）组成电路。

4、根据权利要求1所说的外特性控制电路，其特征在于c段特性是采用门限控制电路来实现，即在电路预先设置某个电流门限值IC，当负载进入b段特性或短路时，电流增加，由R₁获取的电流信号输入比较器IC₂与IC比较，电流超过IC，IC₂翻转，其输出接至3525的10号腿，关闭PWM电路的输出；脉宽关闭后，输出电流将随之开始下降，当降至小于IC以后，IC₂复位，自动恢复PWM电路的输出，如此反复。