模擬弧長(zhǎng)反饋新技術(shù)探索

1引言
隨著現(xiàn)代逆變技術(shù)的高速發(fā)展，功率器件的不斷改進(jìn)，逆變CO2保護(hù)焊技術(shù)也日趨完善，可靠性大大增強(qiáng)。在此情況下，穩(wěn)定走絲速度，提高焊縫成形質(zhì)量，就成為逆變保護(hù)焊機(jī)生產(chǎn)廠商的焦點(diǎn)問(wèn)題。為此，諸廠商絞盡腦汁，想方設(shè)法解決這個(gè)問(wèn)題，其中弧長(zhǎng)反饋技術(shù)是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)之一。我公司在弧長(zhǎng)反饋技術(shù)方面也進(jìn)行了很多的探索，為了能夠和傳統(tǒng)保護(hù)焊機(jī)的輸出接口兼容，創(chuàng)新地采用了模擬弧長(zhǎng)反饋技術(shù)，取得了良好的效果。

2弧長(zhǎng)反饋的原理
所謂弧長(zhǎng)反饋就是利用弧長(zhǎng)和加在電弧上的電壓成正比的關(guān)系，對(duì)弧長(zhǎng)電壓進(jìn)行采樣，將采樣信號(hào)反饋至送絲控制電路，對(duì)送絲速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而穩(wěn)定送絲速度，進(jìn)而穩(wěn)定弧長(zhǎng)和焊接電流。
弧長(zhǎng)反饋的原理見(jiàn)圖1。當(dāng)送絲機(jī)送絲速度變快、焊接電流上升、弧長(zhǎng)變短、弧長(zhǎng)電壓變低時(shí)，此采樣信號(hào)反饋到送絲機(jī)控制電路，和前級(jí)PID的誤差信號(hào)相加，一起去調(diào)節(jié)脈寬信號(hào)，使可控硅輸出電壓變低，送絲機(jī)速度變慢。反之，則使可控硅輸出電壓變高，送絲機(jī)速度變快，以此調(diào)節(jié)送絲速度，達(dá)到穩(wěn)定弧長(zhǎng)和焊接電流的目的。

3模擬弧長(zhǎng)反饋新技術(shù)
在送絲電路中引入弧長(zhǎng)反饋，確實(shí)能夠起到穩(wěn)定弧長(zhǎng)和焊接電流的作用，但也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，即需要增加一根從焊槍到焊機(jī)的反饋線，這將和傳統(tǒng)的送絲機(jī)電纜接口有所區(qū)別，導(dǎo)致傳統(tǒng)保護(hù)焊機(jī)的送絲系統(tǒng)不能在新的逆變保護(hù)焊機(jī)上使用。為此我們創(chuàng)新的采用了模擬弧長(zhǎng)反饋技術(shù)，解決了這一難題，圖2是模擬弧長(zhǎng)反饋技術(shù)的原理設(shè)計(jì)框圖。

通過(guò)圖2和圖1的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，圖2沒(méi)有在焊槍處對(duì)弧長(zhǎng)進(jìn)行采樣，而是直接對(duì)逆變CO2焊機(jī)的輸出電壓和電流進(jìn)行采樣，加權(quán)后進(jìn)行減法計(jì)算，用其差值模擬弧長(zhǎng)的變化，以此來(lái)調(diào)節(jié)脈寬和可控硅的輸出，從而達(dá)到和弧長(zhǎng)反饋一樣的效果。

4遇到的問(wèn)題和采取的措施
模擬弧長(zhǎng)反饋在原理上是可行的，但在實(shí)踐中也存在不少問(wèn)題，比如在焊機(jī)開(kāi)始焊接前，焊機(jī)處于空載狀態(tài)，這時(shí)輸出電壓較大，而輸出電流為零。因此，電壓和電流的差值很大，以此去控制送絲速度必然會(huì)使送絲電機(jī)飛速旋轉(zhuǎn)。在焊接開(kāi)始的一剎那，負(fù)載處于短路狀態(tài)，輸出電壓為零，而輸出電流迅速增加至幾百安，二者的差值是一個(gè)較大的負(fù)值，將使送絲機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。如果不采取措施，焊機(jī)將無(wú)法使用。
為此，我們經(jīng)過(guò)摸索，在電路中采取了如下措施：①先對(duì)正差值信號(hào)的幅度進(jìn)行限制，然后再去和送絲速度的設(shè)定值進(jìn)行疊加，這樣就可以有效解決焊機(jī)空載時(shí)送絲電機(jī)的快速旋轉(zhuǎn)問(wèn)題；②將負(fù)差值信號(hào)濾掉，以防它對(duì)起弧時(shí)的送絲速度造成影響；③對(duì)差值信號(hào)進(jìn)行積分，以使它能夠平滑地對(duì)送絲速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
為了驗(yàn)證以上措施的可行性，通過(guò)電路仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行了多次仿真和修改，最終取得了滿意的結(jié)果。
5試驗(yàn)改進(jìn)
為了對(duì)模擬弧長(zhǎng)反饋理論的實(shí)用性進(jìn)行驗(yàn)證，在原理設(shè)計(jì)和仿真的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了新的送絲機(jī)控制電路，并制作了新的控制板安裝在保護(hù)焊機(jī)上。開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)，存在起弧困難和電流大范圍變化現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)PID電路參數(shù)的反復(fù)調(diào)整和對(duì)控制電路的改進(jìn)，以上問(wèn)題得到徹底解決，經(jīng)過(guò)反復(fù)焊接試驗(yàn)，采用模擬弧長(zhǎng)反饋的新焊機(jī)起弧平穩(wěn)、焊接電流穩(wěn)定、焊縫成形好、飛濺小，非常具有實(shí)用價(jià)值。
在原理樣機(jī)的基礎(chǔ)上，我們批量制作了20臺(tái)這種新的逆變CO2保護(hù)焊機(jī)，在公司試用一年多，取得了令人滿意的效果。

6結(jié)論
本設(shè)計(jì)創(chuàng)新的采用了模擬弧長(zhǎng)反饋技術(shù)，不僅成功解決了焊接電流的穩(wěn)定問(wèn)題，還提高了焊縫的成形質(zhì)量，同時(shí)也解決了逆變保護(hù)焊機(jī)和傳統(tǒng)保護(hù)焊機(jī)送絲機(jī)兼容難題，無(wú)論是起弧過(guò)程還是焊接過(guò)程，電流都十分平穩(wěn)，能夠很好的滿足使用要求。

參考文獻(xiàn)
[1]張力斌,《弧焊質(zhì)量自動(dòng)控制基礎(chǔ)》,初版.黑龍江.哈爾濱工程大學(xué)出版社,2007.10.224頁(yè).
[2]黃石生,《弧焊電源及其數(shù)字化控制》,初版.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007.1.287頁(yè).
[3]胡繩蓀,《現(xiàn)代弧焊電源及其控制》,初版.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007.2.259頁(yè).■