一种双环控制的恒压大电流弧焊逆变电源

・ 29 ・
态误差小的优点。但应在此基础上进一步采取措施， 控制短路时电路上升速度， 以减小飞溅现象。 （2） 采用变压器初级电流反馈作为内环， 等效为 实际工作电流， 能够改善系统的稳定性和瞬态特性， 有效的防止出现电流过大的现象， 同时降低了传感器 的成本。 （3） 所设计和采用的偏磁抑制措施、 过压和欠压 保护、 过流保护、 过热保护、 软启动、 死区时间调节等 环节， 使得弧焊逆变电源工作十分可靠。 参考文献：
电路作为主电路， 分别以电压反馈和变压器原边电流反馈作为外环、 内环双环控制的恒压大电流弧焊逆 变电源装置， 阐明了它的工作原理， 分析了这种基于 关键词： 电弧焊； 逆变电源； 变压器； 控制系统 中图分类号： 文献标识码： 统。实验证明， 该逆变电源装置具有快速性和稳定性好、 可靠性高和功率较大的优点。
信号分别送至电压给定电路， 通过三个给定电压调节焊接过程。 保护环节有过压和欠压保护、 作用。过压和欠压的检测信号及 电路， 由它发出封锁信号关断 大输入电流限制及软启动环节， 不干涉 的过流保护和过热保护。控制电路的电流环同时起过流保护的 过流保护信号分别通过 送至由 锁存器 组成封锁 信号。 组成的窗口比 控制器和送至继电器关断整个电路。过热保护的开关信号送至最 信号或限制最大输入电流为零来封锁 送至由两个
， 它具有频率高、 低导通损耗、 功率密度大和价格适
全桥逆变电路具有磁芯利用率高、 滤波电感小、 输出功率大等优点。但因桥臂上电流导通不对称， 易在变压器上形成偏磁， 造成磁芯深度饱和。本装置的电流环可以随时检测变压器初级电流， 通过改变 桥臂的导通时间， 有效的抑制变压器的偏磁。此外， 采用 桥臂直通现象。 驱动电路由专用于 的驱动集成电路 等组成， 内装用于高隔离电压的光耦合器， 起到 信号间电源的隔离和抗干扰作用； 内装过流保护电路， 同时输出过流信号作用于封锁电路； 驱动信号延
［ ］ 调节器 ， 其调节结果
的外部最大输入峰值电流。软启动电路用于避免或限制启动过程中浪涌电流及输 的输出脉冲宽度由零开始缓慢的增加到额定宽度， 采用电容器充电特性
出电压的过冲现象， 可使
调节的， 分别以电压和电流反馈作为外环、 内环双环控制的恒压大电流弧焊
输出脉冲的占空比和电抗器的续流作用， 使得焊接电 和 通过 构成比例调节环节， 调节结果 或 输出， 调节输出 调节
上升， 进入空载状态， 变为给定空载电压， 由它和 空载—负载： 引弧后， 反馈电流 的输入端比较结果为 比较结果仍为
当 ! ， 高， 如此循环， 从而调节了脉冲的宽度， 保持了平均电压的稳定。 度由比例调节环节决定。该过程与上面分析类似。
工作电流减小， 电压下降， 反馈电流 减小， ! ， 或 输出关断， 小于 时， ， 或 输出导通， 工作电流增加， 电压升
， 变压器的变比为 ， 为工作电压， 和
采用相平面法， 根据图 列出系统的下列方程组： （ ） （ （ ） ! ）
・
・
洛
阳
工 " （ ） 当给定输入信号为 ，
{
系统结构图
（ ）
（ ） " （ ） " ! （ ） ［ ］
[
时， 设
] （ ）
[
]
相平面内， 求得 的运
为运动的初始值， 在
［ ］ 迟小于 ! ； 采用改进的检测 管压降电路 ， 可大范围的调整过流保护动作电压。 调节部分由电压环和电流环组成的双环控制电路、 控制器和最大输入电流限制及软启动环节
控制器能调整死区时间， 防止出现上、 下
组成。由线性电流霍尔传感器检测中频变压器初级电流， 经过运算即是焊接电流。焊接电压一路由线 性电压霍尔传感器检测到后送至 个运算放大器 调节器， 另一路通过光耦元件 送至焊接状态判别电路， 由两 ， 分别判别空载、 负载和短路状态， 将 组成的正向、 方向滞回比较器和或非门
［1］ 蔡宣三 . 高频功率电子学— — —直流—交流变换部分 ［M］ 科学出版社， . 北京： 1993 . ［2］ 谭建成 . 电机控制专用集成电路 ［M］ 机械工业出版社， . 北京： 1997 . ［3］ 朱锦洪， 丁
［5］ 丁 吉 吉， 梁文林 . IGBT 驱动电路的应用与改进技术 ［ J］ （1） ： . 洛阳工学院学报， 1999， 20 10 - 13 . ［4］ Texas Instruments 公司 . DATA SHEETS ［ Z］ . 美国： Texas Instruments 公司， 1999 . 吉 吉， 刘兆魁， 朱锦洪 . 弧焊逆变电源电流闭环的设计计算方法 ［ J］ （2） ： . 洛阳工学院学报， 1999， 20 22 - 26 .
负载—短路： 当进入短路状态时， 为零， 变为给定短路电压， 此时， 焊接电流上升， 它的上升速 短路—空载： 随着焊接电流的增加， 当将负载吹断后， 立即进入空载状态。 其中， 焊接电流处于不断的变化中， 在发生偏磁现象前， 检测出变压器某一方向上初级电流过大， 这 时 大于 ， 小于 内部设定的最小电压值， 立即关闭当前方向的 脉冲输出， 使 变压器在该方向上的磁芯磁通和初级电流不再增大， 变压器另一方向上的导通时间延长， 这样就调节了 两路输出的脉宽差， 使变压器初级电流控制在一定范围内， 抑制了偏磁现象。 !"# 调节控制模型 双环控制系统结构如图 所示， 它是具有开关环节的非线性系统。 在图 中， 调节器的传递函数为 〔 为 ， 电压反馈系数为 ， 电流反馈系数为 〕 ， 控制器等效为开关环节， 斩波环节的传递函数 同上。
过压和欠压判别电路直接从主电路取得电压信号，通过 较器， 通过调节内部给定电压来设定额定工作电压范围。
控制机理
原理及调节 本装置采用 公司的电流型 控制器
［ ］
， 它具有固定频率、 固定输出电压 。
电流型控制电路所必须的全部功能。电流型控制环路容易设计和补偿， 瞬态电压调整率好， 能提供逐个 脉冲限制、 用于推挽式变换器的自动对称效准和最大 间、 带隙基准等。 图 为 原理及调节图。其中， 由 、 电阻器和电容器等构成了外部调节部分； ! 为给 双图腾柱输出， 最大工作频率为 保护电路由欠压锁定、 软启动和关闭电路组成。其它功能有全部锁定运行、 双重脉冲抑制、 调节死区时
[ （
）
］
从上式可以看出， 它与初始值、 焊接电阻和逆变器内部的参数有关， 与外部的调节环节无关。运动 的轨迹与初始值和逆变器内部的参数有关。 （ ） 当在开关线的上方时， 即表明该时刻的电压值大于给定值， ! 运动轨迹为： 从上式可以看出， 它与焊接电阻和逆变器内部的参数 （不包括斩波环节） 有关， 与初始值和外部的调 节环节无关。运动的轨迹与初始值和逆变器内部的参数有关。 （ ） 具体在某一段运动轨迹的的变化时间， 可以由下式求得： # ， 电压处于增加状态。此时它的
动变化规律。由上面的方程组， 分别求出以下的表达式， 具体分析如下。 （ ） 开关线的表达式为：
[
] [（
）
"
]
， 电压处于增加状态。此时它的
开关线的作用是改变运动的轨迹。从上式可以看出， 运动的轨迹与初始值和外部的调节环节有关， 与焊接电阻和逆变器内部的参数无关， 外部的调节环节只起到改变电压变化轨迹的作用。 当在开关线的下方时， 即表明该时刻的电压值小于给定值， （ ） ! 运动轨迹为：
第
卷 第 期 年 月
洛
阳
工
学
院
学
报
文章编号：
（
）
一种双环控制的恒压大电流弧焊逆变电源
屈克庆 ， 刘兆魁 ， 朱锦洪
（ 洛阳工学院 电气工程系， 河南 洛阳 摘要： 针对传统 ； 洛阳工学院 材料科学与工程系， 河南 洛阳 ）
焊接电源的单环控制、 动态特性不好、 工作不可靠等缺点， 介绍了一种采用全桥逆变 调节的、 以 控制器 为核心的控制系
图4
相平面图
OU Ke-Oing1 ，LIU Zhao-Kui1 ，ZHU Jin-Hong2
（1 . Dep . of Electr . Eng . ，Luoyang Inst . of Technol . ，Luoyang 471039， China；2 . Dep . of Mater . Sci . & Eng . ， ， ， ） Luoyang Inst . of Technol . Luoyang 471039 China ：Aiming at the shortcoming of traditional CO2 welding power supply such as one loop control， had dynamic characteristics and non-reliability， a constant voltage and large current arc welding inverter power source machine with double loop control is introduced in the present work . Main circuit using full bridge invert circuit was designed， using voltage feedback as outer loop， and current feedback of transformer primary side as inside loop . The working principle was illustrated， analysing a new control system being based on PI regulation and using PWM controller UC3846 as key IC. The experiment shows that the inverter power supply possesses guick response， best stability， high reliability and larger power . ：Electric arc welding； Inverters； Transformers； Control system