專利名稱：一種弧焊逆變電源的外特性控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于焊機電源控制電路傳統(tǒng)的手工弧焊電源均采用下降外拖特性來滿足焊接工藝的要求，但使用這種電源時，弧長發(fā)生變化時，焊接電流也隨之產(chǎn)生波動，致使焊接規(guī)范的穩(wěn)定性差，電弧彈性也差，為解決下降外特性電源的缺點，提高焊接規(guī)范的穩(wěn)定性，增強電弧彈性，有人采用恒流外特性電源，但這種恒流外特性的短路電流太小，造成引弧困難，電弧推力弱，熔深淺，熔滴過渡困難，綜合上述兩種外特性的優(yōu)點，理論分析表明，恒流帶外拖的外特性對于手工弧焊是一種最佳的選擇。北京東升電焊機廠生產(chǎn)的ZX5系列可控硅式弧焊電源采用了恒流帶外拖特性。它即可體現(xiàn)恒流特性使焊接規(guī)范穩(wěn)定，又通過外拖增大短路電流，提高引弧性能和電弧熔透能力，該電路是通過常規(guī)的電流，電壓負反饋閉環(huán)控制電路來實現(xiàn)的，控制電路較為復(fù)雜，并且該電路是針對可控硅式弧焊電源來設(shè)計的。在目前最先進的新一代逆變式弧焊電源中，由于其獨特性，無論從原理，結(jié)構(gòu)都與可控硅式弧焊電源截然不同，因而上述電路不適應(yīng)控制逆變式弧焊電源。在逆變式弧焊電源中，常采用PWM(脈寬調(diào)制)電路來控制功率開關(guān)管，由于受到功率開關(guān)管的開關(guān)特性的限制，為保證功率開關(guān)管的正常工作和良好的控制特性，一般應(yīng)設(shè)置最小脈寬限制電路，同時為保證焊機的安全使用，還應(yīng)在電路中設(shè)置過流保護電路，綜合考慮到上述要求，本實用新型設(shè)計了一種獨特新穎的弧焊逆變電源的外特性控制電路。
在目前常規(guī)的用于手工焊的弧焊逆變電源中，外特性一般采用下降特性，是通過電流負反饋閉環(huán)控制來實現(xiàn)的。而本實用新型設(shè)計的這種弧焊逆變電源的外特性控制電路是一種先進的新穎獨特的閉環(huán)與門限綜合控制電源外特性電路，其結(jié)構(gòu)精巧簡單，工作可靠，焊接電流與推力電流分別可調(diào)，使用方便，具有良好的動態(tài)響應(yīng)與靜態(tài)性能，可對焊接電弧進行精確控制，電弧穩(wěn)定，飛賤小，工藝性能優(yōu)良。
圖1是逆變式弧焊電源的原理圖，它采用了獨特的階梯外特性，這種階梯外特性表示在圖2中，該圖分三段，a段是電弧工作特性，為恒流特性，其值可均勻調(diào)節(jié)，它的獲得是通過電流負反饋閉環(huán)控制來實現(xiàn)的，其原理是通過電流取樣電阻R1獲得的電流信號與給定信號一起輸入識差放大器IC1，由IC1的輸出接到PWM電路3525的2號腿，調(diào)節(jié)脈寬，從而實現(xiàn)恒流特性的控制；b段為恒壓特性，為工作特性和短路特性的過渡段，其值一般設(shè)置在正常焊接電弧電壓以下，保證焊接過程中，處于正常工作狀態(tài)下的焊接電弧不會進入C段短路特性而造成電弧電流的波動，影響電弧的穩(wěn)定性。其b段的獲取原理是，在控制電路中設(shè)置最小脈寬限制電路，即預(yù)先設(shè)定某一個脈寬Tmin，當(dāng)電弧負載變小時，PWM電路將減小脈寬，脈寬減小到Tmin時，即使電弧負載進一步減小，脈寬也不再減小，恒定在Tmin。由于逆變電源的輸出電壓可由下式計算U＝U0×2Ton／T其中U－輸出電壓Uo－輸出空載電壓T－逆變周期Ton－脈寬(Ton＜T／2)從上式可以看出，最小脈寬限制電路起作用后，電源輸出電壓將恒定不變，自然形成了b段平特性。b段的電路實現(xiàn)是通過控制3525的9號腿最低電平來實現(xiàn)的。電路由二極管D1和電位器W1(調(diào)節(jié)電平用)組成。調(diào)節(jié)該電平可以調(diào)節(jié)最小脈寬的數(shù)值，令該電平值為VT，由3525的特性可知，當(dāng)9號腿的電平高于(VT－0.7)時，也即相當(dāng)于脈寬較寬時，由于二極管D1的存在，最小脈寬限制電路不影響其正常工作，當(dāng)9號腿的電平降低到(VT－0.7)V時，最小脈寬限制電路起作用，D1導(dǎo)通，使號腿電平維持在(VT－0.7)V處不再變化，此時對應(yīng)的3525輸出脈寬即為最小脈寬。C段短路特性是采用門限控制電路來實現(xiàn)的，工作原理是，在電路預(yù)先設(shè)置某個電流門限值IC(見圖1)，當(dāng)負載進入b段特性或短路時，電流增加，由R1獲取的電流信號輸入比較器IC2與IC比較，電流超過IC，IC2翻轉(zhuǎn)，其輸出接至3525的10號腿，關(guān)閉PWM電路的輸出。脈寬關(guān)閉后，輸出電流將隨之開始下降，當(dāng)降至小于IC以后，IC2復(fù)位，自動恢復(fù)PWM電路的輸出，如此反復(fù)，即實現(xiàn)了C段短路特性的控制。
這種逆變電源的外特性控制電路，保證了電流均勻調(diào)節(jié)，電弧十分穩(wěn)定，控制了電源外特性，并且由于采用門限控制系統(tǒng)，其短路特性還能起到可靠的瞬時過流保護作用，保證使用焊機安全可靠。


圖1、外特性控制電路原理圖虛線框中的部份為本實用新型的保護部分。
圖2、電源外特性曲線示意圖。
本實用新型除應(yīng)用在手工弧焊逆變電源外，對其它逆變式弧焊電源如氣體保護焊電源的設(shè)計同樣具有參考價值。
權(quán)利要求1.一種弧焊逆變電源的外特性控制電路，其特征在于該外特性控制電路分為三段，即a段為恒流特性電路，b段為恒壓特性電路，c段為短路特性電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的外特性控制電路，其特征在于a段特性是通過電流負反饋閉環(huán)控制實現(xiàn)的，即通過電流取樣電阻R1獲得的電流信號與給定信號一起輸入識差放大器IC1，由IC1的輸出接到PWM電路3525的2號腿，調(diào)節(jié)脈寬，從而實現(xiàn)恒流特性的控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的外特性控制電路，其特征在于b段特性是通過控制3525的9號腿最低電平來實現(xiàn)的，由二極管D1和電位器W1(調(diào)節(jié)電平用)組成電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的外特性控制電路，其特征在于c段特性是采用門限控制電路來實現(xiàn)，即在電路預(yù)先設(shè)置某個電流門限值IC，當(dāng)負載進入b段特性或短路時，電流增加，由R1獲取的電流信號輸入比較器IC2與IC比較，電流超過IC，IC2翻轉(zhuǎn)，其輸出接至3525的10號腿，關(guān)閉PWM電路的輸出；脈寬關(guān)閉后，輸出電流將隨之開始下降，當(dāng)降至小于IC以后，IC2復(fù)位，自動恢復(fù)PWM電路的輸出，如此反復(fù)。
專利摘要一種弧焊逆變電源的外特性控制電路，采用了獨特的階梯形外特性，即a段恒流特性，其值可均勻調(diào)節(jié)，通過電流負反饋閉環(huán)控制來實現(xiàn)。b段為恒壓特性，通過控制3525的9號腿最低電平來實現(xiàn)，c段為短路特性，是采用門限控制電路來實現(xiàn)。本實用新型結(jié)構(gòu)精巧簡單，工作可靠，電流可調(diào)，使用方便，具有良好的動態(tài)響應(yīng)和靜態(tài)性能，電弧穩(wěn)定，飛濺小，工藝性能優(yōu)良?？稍谑止せ『负蜌怏w保護焊逆變式電源中應(yīng)用。
文檔編號B23K9/10GK2139492SQ9223408
公開日1993年8月4日 申請日期1992年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月30日
發(fā)明者齊鉑金, 毛三可, 杜中義 申請人:北京航空航天大學(xué)