模擬弧長反饋新技術探索

1引言
隨著現代逆變技術的高速發展，功率器件的不斷改進，逆變CO2保護焊技術也日趨完善，可靠性大大增強。在此情況下，穩定走絲速度，提高焊縫成形質量，就成為逆變保護焊機生產廠商的焦點問題。為此，諸廠商絞盡腦汁，想方設法解決這個問題，其中弧長反饋技術是解決這個問題的關鍵技術之一。我公司在弧長反饋技術方面也進行了很多的探索，為了能夠和傳統保護焊機的輸出接口兼容，創新地采用了模擬弧長反饋技術，取得了良好的效果。

2弧長反饋的原理
所謂弧長反饋就是利用弧長和加在電弧上的電壓成正比的關系，對弧長電壓進行采樣，將采樣信號反饋至送絲控制電路，對送絲速度進行調節，從而穩定送絲速度，進而穩定弧長和焊接電流。
弧長反饋的原理見圖1。當送絲機送絲速度變快、焊接電流上升、弧長變短、弧長電壓變低時，此采樣信號反饋到送絲機控制電路，和前級PID的誤差信號相加，一起去調節脈寬信號，使可控硅輸出電壓變低，送絲機速度變慢。反之，則使可控硅輸出電壓變高，送絲機速度變快，以此調節送絲速度，達到穩定弧長和焊接電流的目的。

3模擬弧長反饋新技術
在送絲電路中引入弧長反饋，確實能夠起到穩定弧長和焊接電流的作用，但也帶來了一個問題，即需要增加一根從焊槍到焊機的反饋線，這將和傳統的送絲機電纜接口有所區別，導致傳統保護焊機的送絲系統不能在新的逆變保護焊機上使用。為此我們創新的采用了模擬弧長反饋技術，解決了這一難題，圖2是模擬弧長反饋技術的原理設計框圖。

通過圖2和圖1的對比發現，圖2沒有在焊槍處對弧長進行采樣，而是直接對逆變CO2焊機的輸出電壓和電流進行采樣，加權后進行減法計算，用其差值模擬弧長的變化，以此來調節脈寬和可控硅的輸出，從而達到和弧長反饋一樣的效果。

4遇到的問題和采取的措施
模擬弧長反饋在原理上是可行的，但在實踐中也存在不少問題，比如在焊機開始焊接前，焊機處于空載狀態，這時輸出電壓較大，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使送絲電機飛速旋轉。在焊接開始的一剎那，負載處于短路狀態，輸出電壓為零，而輸出電流迅速增加至幾百安，二者的差值是一個較大的負值，將使送絲機處于停止狀態。如果不采取措施，焊機將無法使用。
為此，我們經過摸索，在電路中采取了如下措施：①先對正差值信號的幅度進行限制，然后再去和送絲速度的設定值進行疊加，這樣就可以有效解決焊機空載時送絲電機的快速旋轉問題；②將負差值信號濾掉，以防它對起弧時的送絲速度造成影響；③對差值信號進行積分，以使它能夠平滑地對送絲速度進行調節。
為了驗證以上措施的可行性，通過電路仿真軟件對電路進行了多次仿真和修改，最終取得了滿意的結果。
5試驗改進
為了對模擬弧長反饋理論的實用性進行驗證，在原理設計和仿真的基礎上，設計了新的送絲機控制電路，并制作了新的控制板安裝在保護焊機上。開始試驗時，存在起弧困難和電流大范圍變化現象，通過對PID電路參數的反復調整和對控制電路的改進，以上問題得到徹底解決，經過反復焊接試驗，采用模擬弧長反饋的新焊機起弧平穩、焊接電流穩定、焊縫成形好、飛濺小，非常具有實用價值。
在原理樣機的基礎上，我們批量制作了20臺這種新的逆變CO2保護焊機，在公司試用一年多，取得了令人滿意的效果。

6結論
本設計創新的采用了模擬弧長反饋技術，不僅成功解決了焊接電流的穩定問題，還提高了焊縫的成形質量，同時也解決了逆變保護焊機和傳統保護焊機送絲機兼容難題，無論是起弧過程還是焊接過程，電流都十分平穩，能夠很好的滿足使用要求。

參考文獻
[1]張力斌,《弧焊質量自動控制基礎》,初版.黑龍江.哈爾濱工程大學出版社,2007.10.224頁.
[2]黃石生,《弧焊電源及其數字化控制》,初版.北京.機械工業出版社.2007.1.287頁.
[3]胡繩蓀,《現代弧焊電源及其控制》,初版.北京.機械工業出版社.2007.2.259頁.■