[发明专利]熔化电极电弧焊接电源系统的控制方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及熔化电极电弧焊接，尤其涉及一种熔化电极电弧焊接电源系统的控制方法。

[背景技术]

传统熔化电极电弧焊接装置的结构和原理如图1所示。焊接电源WPS的输出特性为恒压特性，为焊丝1、电弧2以及母材3提供能量，用以熔化焊丝1、维持电弧2以及加热母材3。焊丝1通过送丝装置4以恒速方式送进，焊丝1的送进速度应与焊丝熔化速度保持一致以保证焊接过程稳定。

如图2所示，为减小焊接飞溅，提高焊接速度，改善焊接成型，焊接电流波形被设计成脉冲形状。为保证脉冲特性明显，脉冲焊接电流峰值需要保持在相对大的幅值，其作用是熔化焊丝，并促进熔滴过渡。脉冲焊接电流基值则需保持在相对低的幅值，其作用是预热焊丝，并维持电弧发生。焊接电流在基值与峰值之间反复快速切换。如果脉冲参数选择恰当，焊接过程将保持稳定，熔滴将呈现滴状过渡特征，焊接飞溅减小，焊接质量提高。

如图3所示。传统熔化电极电弧焊接装置通过在逆变电源输出端串联恒值电感L，维持电弧稳定，抑制焊接电流变化。通过采样电感电流作为反馈值，改变逆变电源的电流给定值，使输出电感上的电流跟踪电流给定值，得到与给定电流波形基本一致的输出波形。

如图4所示，传统熔化电极电弧焊接装置在实现脉冲焊接电流波形时，为了保证一定的电流上升斜率和电流下降斜率，往往在输出端串联感量较小的电感，但电感量太小首先会造成电流的纹波较大，其次容易受到外界干扰影响。在焊接脉冲基值电流较小时，以上两种情况都会导致电弧熄灭的概率增大。为了避免这个问题，在保持输出电感不变的前提下，需要提高逆变电源的开关频率，提高焊接系统的动态响应性能，减小输出电流的纹波。逆变电源的开关频率增加会导致整体损耗急剧增加，造成逆变焊接系统可靠性下降。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种焊接稳定性好、焊接系统可靠性高的熔化电极电弧焊接电源系统的控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种熔化电极电弧焊接电源系统的控制方法，熔化电极电弧焊接装置逆变电源的输出端串联可变电感，采样电感流过的电流作为反馈值，改变逆变电源的电流给定值，使逆变电源的输出电流值跟踪电流给定值，得到与给定电流波形基本一致的输出波形；可变电感的电感值与流过的电流值负相关。

以上所述的控制方法，可变电感包括电感线圈和磁芯，可变电感磁芯材料的磁导率与流过可变电感的电流负相关，即电感线圈流过的电流达到峰值时，磁芯材料的磁感应强度在饱和区间，电感线圈流过的电流在基值时，磁芯材料的磁感应强度在非饱和区间。

以上所述的控制方法，可变电感磁芯的材料为铁硅或铁硅铝。

本发明可变电感的电感量随输出电流幅值变化，焊接电源系统呈现快速响应特征；在焊接电流下降到基值阶段时，输出电感增大，使得开关频率电流纹波减小到很小的幅值，即使基值电流平均值很小，也可以表现出较好的维弧特性，提高了焊接系统的可靠性。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术熔化电极电弧焊接装置的结构示意图。

图2是现有技术焊接电流波形示意图。

图3是现有技术熔化电极电弧焊接电源的控制电路示意图。

图4是现有技术焊接电流波纹示意图。

图5是本发明实施例熔化电极电弧焊接电源的控制电路示意图。

图6是本发明焊接电流波纹示意图。

图7是本发明可变电感磁芯磁导率会随电感中电流变化的示意图。

[具体实施方式]

本发明熔化电极电弧焊接电源系统的控制方法采用的电路如图5所示，熔化电极电弧焊接装置逆变电源的输出端串联可变电感，可变电感的电感值与流过的电流值负相关。通过电流采样电路采样电感流过的电流作为反馈值输入逆变电源的控制器，控制器依据电流作反馈值改变逆变电源的电流给定值，使逆变电源的输出电流值跟踪电流给定值，得到与给定电流波形基本一致的输出波形。

逆变电源采用PWM(调脉宽)控制。当输出电流跟踪给定脉冲电流上升或下降时，逆变电源占空比随之放大或减小，每个开关周期的电流变化值与占空比和输出电感量相关：

ΔI＝ΔU*Duty*Tf/L

其中ΔI表示电流变化率，ΔU表示输出电感两端电压差值，Duty表示开关电源占空比，Tf表示开关电源频率，L表示输出电感的电感量。