模拟弧长反馈新技术探索

1引言
随着现代逆变技术的高速发展，功率器件的不断改进，逆变CO2保护焊技术也日趋完善，可靠性大大增强。在此情况下，稳定走丝速度，提高焊缝成形质量，就成为逆变保护焊机生产厂商的焦点问题。为此，诸厂商绞尽脑汁，想方设法解决这个问题，其中弧长反馈技术是解决这个问题的关键技术之一。我公司在弧长反馈技术方面也进行了很多的探索，为了能够和传统保护焊机的输出接口兼容，创新地采用了模拟弧长反馈技术，取得了良好的效果。

2弧长反馈的原理
所谓弧长反馈就是利用弧长和加在电弧上的电压成正比的关系，对弧长电压进行采样，将采样信号反馈至送丝控制电路，对送丝速度进行调节，从而稳定送丝速度，进而稳定弧长和焊接电流。
弧长反馈的原理见图1。当送丝机送丝速度变快、焊接电流上升、弧长变短、弧长电压变低时，此采样信号反馈到送丝机控制电路，和前级PID的误差信号相加，一起去调节脉宽信号，使可控硅输出电压变低，送丝机速度变慢。反之，则使可控硅输出电压变高，送丝机速度变快，以此调节送丝速度，达到稳定弧长和焊接电流的目的。

3模拟弧长反馈新技术
在送丝电路中引入弧长反馈，确实能够起到稳定弧长和焊接电流的作用，但也带来了一个问题，即需要增加一根从焊枪到焊机的反馈线，这将和传统的送丝机电缆接口有所区别，导致传统保护焊机的送丝系统不能在新的逆变保护焊机上使用。为此我们创新的采用了模拟弧长反馈技术，解决了这一难题，图2是模拟弧长反馈技术的原理设计框图。

通过图2和图1的对比发现，图2没有在焊枪处对弧长进行采样，而是直接对逆变CO2焊机的输出电压和电流进行采样，加权后进行减法计算，用其差值模拟弧长的变化，以此来调节脉宽和可控硅的输出，从而达到和弧长反馈一样的效果。

4遇到的问题和采取的措施
模拟弧长反馈在原理上是可行的，但在实践中也存在不少问题，比如在焊机开始焊接前，焊机处于空载状态，这时输出电压较大，而输出电流为零。因此，电压和电流的差值很大，以此去控制送丝速度必然会使送丝电机飞速旋转。在焊接开始的一刹那，负载处于短路状态，输出电压为零，而输出电流迅速增加至几百安，二者的差值是一个较大的负值，将使送丝机处于停止状态。如果不采取措施，焊机将无法使用。
为此，我们经过摸索，在电路中采取了如下措施：①先对正差值信号的幅度进行限制，然后再去和送丝速度的设定值进行叠加，这样就可以有效解决焊机空载时送丝电机的快速旋转问题；②将负差值信号滤掉，以防它对起弧时的送丝速度造成影响；③对差值信号进行积分，以使它能够平滑地对送丝速度进行调节。
为了验证以上措施的可行性，通过电路仿真软件对电路进行了多次仿真和修改，最终取得了满意的结果。
5试验改进
为了对模拟弧长反馈理论的实用性进行验证，在原理设计和仿真的基础上，设计了新的送丝机控制电路，并制作了新的控制板安装在保护焊机上。开始试验时，存在起弧困难和电流大范围变化现象，通过对PID电路参数的反复调整和对控制电路的改进，以上问题得到彻底解决，经过反复焊接试验，采用模拟弧长反馈的新焊机起弧平稳、焊接电流稳定、焊缝成形好、飞溅小，非常具有实用价值。
在原理样机的基础上，我们批量制作了20台这种新的逆变CO2保护焊机，在公司试用一年多，取得了令人满意的效果。

6结论
本设计创新的采用了模拟弧长反馈技术，不仅成功解决了焊接电流的稳定问题，还提高了焊缝的成形质量，同时也解决了逆变保护焊机和传统保护焊机送丝机兼容难题，无论是起弧过程还是焊接过程，电流都十分平稳，能够很好的满足使用要求。

参考文献
[1]张力斌,《弧焊质量自动控制基础》,初版.黑龙江.哈尔滨工程大学出版社,2007.10.224页.
[2]黄石生,《弧焊电源及其数字化控制》,初版.北京.机械工业出版社.2007.1.287页.
[3]胡绳荪,《现代弧焊电源及其控制》,初版.北京.机械工业出版社.2007.2.259页.■