第1期 张光先,等:CO2气体保护焊表面张力的过渡 83 IGBT关断K4为零位,开通时K为1位;g为给 定电流,K在1位置,对应系统电流最大上升率, Additional circuit Kq在0位置,对应系统电流最大下降率。系统的响 应速度取决于L/R的值。根据式(1),焊接电源静 Q 特性应满足输出电流范围lo~l4或l1~l4;电源动 特性应满足输出电流快速上升和下降的要求。燃弧 时,由于R较大,L/R很小,很容易满足动特性要 图6输出斩波控制方式电路 求。短路时,R较小,较难满足液桥分断时对动特 Fig 6 Output control's circuit 性的要求 计一支路并联在Q上,用于控制表面张力过渡区的 电流。在燃弧状态,系统时间常数同逆变环节控制相 I/R+SL/R) 同,但在液桥分断时,Q断开,回路电阻很大,系统时 间常数L/R变得很小。所以电流下降很快,这种方式 Current controll 中滤波电感L可以选择较大值,以增加电弧稳定性。 采用输出侧斩波方式输出电流、电压波形如 图4系统等效控制框图 图7所示试验条件是中.2mm焊丝,焊接电流为 Fig 4 Equivalent control block of system 160A。 2.2逆变环节控制方式 液桥的能量是在分断前100~200μs时间内的 积累值1),因此系统的时间常数应小于100 200μs,液桥的短路电阻约为R=0.029,那么,要 保证液桥分断时的电流在分断前快速下降,L的值 应在2~4uH左右,仅利用逆变侧对输出电流进行 控制的方式是很难满足动特性要求 在实际中,L采用饱和电感,饱和电流值取 70A这种控制方式可以降低大部分飞溅。在液桥 图7输出斩波方式焊接电流电压波形 断开时,电流较大,仍存在一定量的飞溅,过渡波形 如图5所示,其中a点处是液桥分断时刻。试验条 waveform in output control mode 件是内.2mm焊丝,焊接电流为160A。 2.4几个问题的讨论 2.4.1 dIL 的判定 24 L的判定有软件判定法和硬件判定法。 4的判定允许时间是100s左右,硬件法的判定 速度快,但易受回路电流及电感的影响。软件法采 用高速的AD转换芯片计算多次山来判定缩径 68101214161820 状态,可防止回路电流及感抗引起的影响。 图5逆变环节控制时焊接电流电压波形 2.4.2表面张力过渡区补偿 Fig 5 Welding current and voltage waveform 图6中的附加支路用于表面张力过渡区的补 in invertloop control mode 偿,该电路可以补偿过渡区内的电流波形,以达到补 2.3输出斩波控制方式 偿送丝速度、干伸长变化引起的熔滴过渡变化的影 输出控制方式电路如图6所示。 响。由于是电流控制,燃弧电流是不变的。干伸长 图6中,A、B接图3中的A、B。采用大功率开变长可明显使熔化速度加快,熔滴变大;干伸长变 关管Q串接输出电路中,进行输出侧直接控制。设短,熔化速度变慢,熔滴变小,过渡困难。补偿后的 201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.netIGBT 关断 Kq 为零位 ,开通时 Kq 为 1 位 ; Ig 为给 定电流 , Kq 在 1 位置 ,对应系统电流最大上升率 , Kq 在 0 位置 ,对应系统电流最大下降率。系统的响 应速度取决于 L / R 的值。根据式 (1) ,焊接电源静 特性应满足输出电流范围 I0~ I4 或 I1~ I4 ;电源动 特性应满足输出电流快速上升和下降的要求。燃弧 时 ,由于 R 较大 , L / R 很小 ,很容易满足动特性要 求。短路时 , R 较小 ,较难满足液桥分断时对动特 性的要求。 图 4 系统等效控制框图 Fig. 4 Equivalent control block of system 2. 2 逆变环节控制方式 液桥的能量是在分断前 100~200μs 时间内的 积累值[2 ] , 因此系统的时间常数 应 小 于 100 ~ 200μs ,液桥的短路电阻约为 R = 0. 02 Ω,那么 ,要 保证液桥分断时的电流在分断前快速下降 , L 的值 应在 2~4μH 左右 ,仅利用逆变侧对输出电流进行 控制的方式是很难满足动特性要求。 在实际中 , L 采用饱和电感 ,饱和电流值取 70 A。这种控制方式可以降低大部分飞溅。在液桥 断开时 ,电流较大 ,仍存在一定量的飞溅 ,过渡波形 如图 5 所示 ,其中 a 点处是液桥分断时刻。试验条 件是 <1. 2 mm 焊丝 ,焊接电流为 160 A。 图 5 逆变环节控制时焊接电流电压波形 Fig. 5 Welding current and voltage waveform in invert2loop control mode 2. 3 输出斩波控制方式 输出控制方式电路如图 6 所示。 图 6 中 , A 、B 接图 3 中的 A 、B 。采用大功率开 关管Q串接输出电路中 ,进行输出侧直接控制 。设 图 6 输出斩波控制方式电路 Fig. 6 Output control’s circuit 计一支路并联在 Q 上 ,用于控制表面张力过渡区的 电流。在燃弧状态 ,系统时间常数同逆变环节控制相 同 ,但在液桥分断时 ,Q 断开 ,回路电阻很大 ,系统时 间常数 L/ R 变得很小。所以电流下降很快,这种方式 中滤波电感 L 可以选择较大值 ,以增加电弧稳定性。 采用输出侧斩波方式输出电流、电压波形如 图 7 所示。试验条件是 <1. 2 mm 焊丝 ,焊接电流为 160 A。 图 7 输出斩波方式焊接电流电压波形 Fig. 7 Welding current and voltage waveform in output control mode 2. 4 几个问题的讨论 2. 4. 1 d U d t 的判定 d U d t 的判定有 软 件 判 定 法 和 硬 件 判 定 法。 d U d t 的判定允许时间是 100μs 左右 ,硬件法的判定 速度快 ,但易受回路电流及电感的影响。软件法采 用高速的 A/ D 转换芯片 ,计算多次 d U d t 来判定缩径 状态 ,可防止回路电流及感抗引起的影响。 2. 4. 2 表面张力过渡区补偿 图 6 中的附加支路用于表面张力过渡区的补 偿 ,该电路可以补偿过渡区内的电流波形 ,以达到补 偿送丝速度、干伸长变化引起的熔滴过渡变化的影 响。由于是电流控制 ,燃弧电流是不变的。干伸长 变长可明显使熔化速度加快 ,熔滴变大 ;干伸长变 短 ,熔化速度变慢 ,熔滴变小 ,过渡困难。补偿后的 第 1 期 张光先 ,等 :CO2气体保护焊表面张力的过渡 83