一种变极性焊接电源的换向控制方法及换向控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接电源控制应用领域，涉及一种变极性焊接电源的换向控制方法及换向控制系统。
【背景技术】
[0002]变极性电弧在钨极氩弧焊与等离子焊接方法中是铝及铝合金焊接常用的电弧类型，可以在保证铝及铝合金焊接要求的阴极雾化作用的前提下尽量减少钨极烧损，获得较好的工作效果。目前，对于电弧的动态特性的研究通常都是以交流电弧作为研究对象，测量随时间变化时的电流电压波形曲线(如图1a所示)，或测量电流-电压关系曲线(如图1b所示)。由于电弧的热惯性作用导致电流/电压的上升曲线与下降曲线不重合，正负半周基本对称。针对这种特征有人认为电弧是一种非线性电阻性负载，即电流与电压相位相同，呈非线性关系。
[0003]这种情况下的电弧在换向过程中，由于其热惯性的作用，需要一定的换向时间，所以，在换向过程中，电弧往往会出现不稳定甚至熄灭的现象，并伴随有严重的钨极烧损。为保证电弧稳定燃烧，尽量避免熄弧现象，通常采取以下几种措施:1、提高空载电压；2、在焊接电源回路中串联一定的电感；3、改善电弧电流的波形，尽可能的提高换向速度。通常情况下，串联电感不仅会降低焊接电源的工作效率，同时也会影响电源对负载的动态响应能力，进而影响焊接效果；而提高空载电压会加大焊接操作人员的危险性。
[0004]公开号为CN101352776的中国专利公开了一种变极性焊接电源二次逆变电路及其控制方法(申请号为200810222503.8)，其核心在于，当切换前电流过小时，在切换前增大电流，当切换前电流过大时，在切换器减小电流，而且在EP-EN换向和EN-EP换向策略相同，参见其图6，但是这种控制方法并没有从换向的实质和理论模型出发，且该专利中也没有给出试验波形，因此，实际的试验效果存疑。
[0005]因此，有必要设计一种新型的变极性焊接电源的换向控制方法及换向控制系统。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种变极性焊接电源的换向控制方法及换向控制系统，该变极性焊接电源的换向控制方法及换向控制系统易于实施，能显著抑制换向过程中的电流冲击，并避免换向过程中的熄弧现象。
[0007]发明的技术解决方案如下:
[0008]一种变极性焊接电源的换向控制方法，所述的换向包括EN-EP换向和EP-EN换向；其中EN表示电极接负，而EP表示电极接正；其特征在于:
[0009](I)在EN-EP转换时，控制转换速度尽可能快，以防止熄弧；
[0010](2)在EP-EN转换时，降低转换速度以降低电流冲击。
[0011]在EP-EN转换时的降低转换速度是指在EP-EN转换的前几个控制周期内将电弧电流降到预设下限值Imin以下；Imin为平均电弧电流的I?5%。
[0012]在EN-EP转换时的控制转换速度尽可能快是指在EN-EP转换前的几个控制周期内保障电弧电流值高于预设上限值Imax ;通常这个外加的换向电流就是短暂的脉冲，提前几个控制周期外加，持续时间通常就是这几个控制周期；预设上限值Imax为100-150A。
[0013]若电极接负电弧电流IEN < Imax,则在换向前增加一个接负电弧脉冲，该电流脉冲的幅值大于或等于Imax ;脉冲的宽度为几个控制周期。若IEN彡Imax，则对换向电流不增加特别控制。
[0014]几个控制周期是指I?5个控制周期。
[0015]控制周期为50us。
[0016]一种变极性焊接电源的换向控制系统，包括主电路模块、控制电路模块以及驱动电路模块；
[0017]主电路部分采用双逆变器的结构，即一次逆变器采用PWM控制模式调节输出电流的大小，而二次逆变器用来输出电流频率和正负半波电流幅值、时间比可以分别调节的变极性电流；
[0018]控制电路模块通过驱动电路模块驱动一次逆变器和二次逆变器；以上主电路模块、控制电路模块以及驱动电路模块均为现有成熟技术；
[0019]控制电路模块中具有微处理器，微处理器基于前述的变极性焊接电源的换向控制方法控制一次逆变器和二次逆变器。
[0020]驱动电路模块采用M57962L驱动模块，微处理器采用DSP。
[0021]铝合金变极性焊接工艺中，选择变极性电流的幅值和时间值时，除了考虑铝合金表面氧化膜清理和降低钨极烧损之外，变极性电弧稳定性是必须考虑的问题。由于电荷惯性电池的作用，在不使用换向策略的情况下，IEN(电极接负电流)为50A，Iep(电极接正电流)为100A，频率为50Hz的变极性电源焊接过程如图4所示，其中A为电流曲线，B为电压曲线。从图中我们可以看出，在焊接过程中，当从DCEN向DCEP转换的时候，会经常出现断弧现象。而从DCEP向DCEN转换的时候，没有出现熄弧问题，但换向时会产生很大的电流冲击。因此应该采取一定的措施来解决这两个问题。
[0022]本发明的目的是基于变极性TIG【即钨极氩弧焊】焊电源在使用过程中焊接电弧呈现出的特殊状态，提出适用于TIG焊变极性电弧的换向策略，在维持电弧稳定的同时还能保证焊接电源对变化的电弧负载有快速响应能力，从而获得更好的焊接效果。
[0023]当焊接参数为IEN (电极接负电流)为50A ; IEP (电极接正电流)为100A ;频率为50Hz。测得动特性如图3所示。从对变极性电弧换向动态过程的特性研究发现以下问题:非电阻性，两向异性，受电流大小的影响。
[0024]基于以上几种焊接电弧在换向过程中发现的特殊问题，引入一种全新的电荷换向动态过程模型，将其称之为电荷惯性电池作用模型。
[0025]本发明的技术路线说明:变极性电弧存在从EN-EP和EP_EN(其中EN表示电极接负、而EP表示电极接正)两个转换过程，从EN-EP转换时电弧容易熄弧，提高转换速度(改善电弧电流波形，尽量采用变极性矩形波进行焊接)可以有效防止熄弧；在EP-EN转换时，不容易熄弧，同时过快的转换速度容易形成过大的电流冲击。因此，在EN-EP转换时要控制转换速度尽可能快，而在EP-EN转换时，适当降低转换速度以降低电流冲击。
[0026]有益效果:
[0027]本发明针对变极性不同换向方向所发生的不同的现象所做的研究，发现在一定的电流范围内，正向负转换容易发生熄弧，负向正转换容易过流出现冲击，于是提出了一整套的针对这种现象的换向控制方式，实验证明本发明方法的有效性。
[0028]本发明的变极性焊接电源的换向控制方法及换向控制系统，在EN-EP转换时，控制转换速度尽可能快，以防止熄弧，在EP-EN转换时，降低转换速度以降低电流冲击，因此，
(I)、能够有效的维持变极性电弧稳定燃烧，不熄灭；(2)、能够有效避免电源换向过程中动态电弧的等效阻尼发生变化引起电流冲击对电源及焊接效果的不利影响。
【附图说明】
[0029]图1是交流电弧动特性示意图；
[0030]图2(a)是变极性电源系统框图；
[0031]图2(b)是正负电极加载在工件上的示意图；
[0032]图2 (C)是接正电流和接