一種變極性焊接電源的換向控制方法及換向控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于焊接電源控制應用領域，涉及一種變極性焊接電源的換向控制方法及換向控制系統。
【背景技術】
[0002]變極性電弧在鎢極氬弧焊與等離子焊接方法中是鋁及鋁合金焊接常用的電弧類型，可以在保證鋁及鋁合金焊接要求的陰極霧化作用的前提下盡量減少鎢極燒損，獲得較好的工作效果。目前，對于電弧的動態特性的研究通常都是以交流電弧作為研究對象，測量隨時間變化時的電流電壓波形曲線(如圖1a所示)，或測量電流-電壓關系曲線(如圖1b所示)。由于電弧的熱慣性作用導致電流/電壓的上升曲線與下降曲線不重合，正負半周基本對稱。針對這種特征有人認為電弧是一種非線性電阻性負載，即電流與電壓相位相同，呈非線性關系。
[0003]這種情況下的電弧在換向過程中，由于其熱慣性的作用，需要一定的換向時間，所以，在換向過程中，電弧往往會出現不穩定甚至熄滅的現象，并伴隨有嚴重的鎢極燒損。為保證電弧穩定燃燒，盡量避免熄弧現象，通常采取以下幾種措施:1、提高空載電壓；2、在焊接電源回路中串聯一定的電感；3、改善電弧電流的波形，盡可能的提高換向速度。通常情況下，串聯電感不僅會降低焊接電源的工作效率，同時也會影響電源對負載的動態響應能力，進而影響焊接效果；而提高空載電壓會加大焊接操作人員的危險性。
[0004]公開號為CN101352776的中國專利公開了一種變極性焊接電源二次逆變電路及其控制方法(申請號為200810222503.8)，其核心在于，當切換前電流過小時，在切換前增大電流，當切換前電流過大時，在切換器減小電流，而且在EP-EN換向和EN-EP換向策略相同，參見其圖6，但是這種控制方法并沒有從換向的實質和理論模型出發，且該專利中也沒有給出試驗波形，因此，實際的試驗效果存疑。
[0005]因此，有必要設計一種新型的變極性焊接電源的換向控制方法及換向控制系統。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種變極性焊接電源的換向控制方法及換向控制系統，該變極性焊接電源的換向控制方法及換向控制系統易于實施，能顯著抑制換向過程中的電流沖擊，并避免換向過程中的熄弧現象。
[0007]發明的技術解決方案如下:
[0008]一種變極性焊接電源的換向控制方法，所述的換向包括EN-EP換向和EP-EN換向；其中EN表示電極接負，而EP表示電極接正；其特征在于:
[0009](I)在EN-EP轉換時，控制轉換速度盡可能快，以防止熄弧；
[0010](2)在EP-EN轉換時，降低轉換速度以降低電流沖擊。
[0011]在EP-EN轉換時的降低轉換速度是指在EP-EN轉換的前幾個控制周期內將電弧電流降到預設下限值Imin以下；Imin為平均電弧電流的I?5%。
[0012]在EN-EP轉換時的控制轉換速度盡可能快是指在EN-EP轉換前的幾個控制周期內保障電弧電流值高于預設上限值Imax ;通常這個外加的換向電流就是短暫的脈沖，提前幾個控制周期外加，持續時間通常就是這幾個控制周期；預設上限值Imax為100-150A。
[0013]若電極接負電弧電流IEN < Imax,則在換向前增加一個接負電弧脈沖，該電流脈沖的幅值大于或等于Imax ;脈沖的寬度為幾個控制周期。若IEN彡Imax，則對換向電流不增加特別控制。
[0014]幾個控制周期是指I?5個控制周期。
[0015]控制周期為50us。
[0016]一種變極性焊接電源的換向控制系統，包括主電路模塊、控制電路模塊以及驅動電路模塊；
[0017]主電路部分采用雙逆變器的結構，即一次逆變器采用PWM控制模式調節輸出電流的大小，而二次逆變器用來輸出電流頻率和正負半波電流幅值、時間比可以分別調節的變極性電流；
[0018]控制電路模塊通過驅動電路模塊驅動一次逆變器和二次逆變器；以上主電路模塊、控制電路模塊以及驅動電路模塊均為現有成熟技術；
[0019]控制電路模塊中具有微處理器，微處理器基于前述的變極性焊接電源的換向控制方法控制一次逆變器和二次逆變器。
[0020]驅動電路模塊采用M57962L驅動模塊，微處理器采用DSP。
[0021]鋁合金變極性焊接工藝中，選擇變極性電流的幅值和時間值時，除了考慮鋁合金表面氧化膜清理和降低鎢極燒損之外，變極性電弧穩定性是必須考慮的問題。由于電荷慣性電池的作用，在不使用換向策略的情況下，IEN(電極接負電流)為50A，Iep(電極接正電流)為100A，頻率為50Hz的變極性電源焊接過程如圖4所示，其中A為電流曲線，B為電壓曲線。從圖中我們可以看出，在焊接過程中，當從DCEN向DCEP轉換的時候，會經常出現斷弧現象。而從DCEP向DCEN轉換的時候，沒有出現熄弧問題，但換向時會產生很大的電流沖擊。因此應該采取一定的措施來解決這兩個問題。
[0022]本發明的目的是基于變極性TIG【即鎢極氬弧焊】焊電源在使用過程中焊接電弧呈現出的特殊狀態，提出適用于TIG焊變極性電弧的換向策略，在維持電弧穩定的同時還能保證焊接電源對變化的電弧負載有快速響應能力，從而獲得更好的焊接效果。
[0023]當焊接參數為IEN (電極接負電流)為50A ; IEP (電極接正電流)為100A ;頻率為50Hz。測得動特性如圖3所示。從對變極性電弧換向動態過程的特性研究發現以下問題:非電阻性，兩向異性，受電流大小的影響。
[0024]基于以上幾種焊接電弧在換向過程中發現的特殊問題，引入一種全新的電荷換向動態過程模型，將其稱之為電荷慣性電池作用模型。
[0025]本發明的技術路線說明:變極性電弧存在從EN-EP和EP_EN(其中EN表示電極接負、而EP表示電極接正)兩個轉換過程，從EN-EP轉換時電弧容易熄弧，提高轉換速度(改善電弧電流波形，盡量采用變極性矩形波進行焊接)可以有效防止熄弧；在EP-EN轉換時，不容易熄弧，同時過快的轉換速度容易形成過大的電流沖擊。因此，在EN-EP轉換時要控制轉換速度盡可能快，而在EP-EN轉換時，適當降低轉換速度以降低電流沖擊。
[0026]有益效果:
[0027]本發明針對變極性不同換向方向所發生的不同的現象所做的研究，發現在一定的電流范圍內，正向負轉換容易發生熄弧，負向正轉換容易過流出現沖擊，于是提出了一整套的針對這種現象的換向控制方式，實驗證明本發明方法的有效性。
[0028]本發明的變極性焊接電源的換向控制方法及換向控制系統，在EN-EP轉換時，控制轉換速度盡可能快，以防止熄弧，在EP-EN轉換時，降低轉換速度以降低電流沖擊，因此，
(I)、能夠有效的維持變極性電弧穩定燃燒，不熄滅；(2)、能夠有效避免電源換向過程中動態電弧的等效阻尼發生變化引起電流沖擊對電源及焊接效果的不利影響。
【附圖說明】
[0029]圖1是交流電弧動特性示意圖；
[0030]圖2(a)是變極性電源系統框圖；
[0031]圖2(b)是正負電極加載在工件上的示意圖；
[0032]圖2 (C)是接正電流和接