本文討論的焊接電源是電弧焊機中的核心部分，是用來對焊接電弧提供電源的一種專用設備。現有的焊接電源存在引弧困難
、電流控製精度低
、電網電壓波動大等問題。

硬件設計

係統體係結構

圖1：焊接電源係統的結構框圖

圖1中的引弧電源和焊接電源都是由主電源經過變壓、整流、濾波後產生的直流電源。圖中晶體管組由多個晶體管並聯而成，並帶有驅動電路。

焊接設備的各組成部分作用如下：引弧電源部分在焊接引弧時提供高壓，方便了順利地引弧，串聯限流電阻R防止引弧電源在焊接回路中產生大電流，此外，二極管D防止引弧時電流反向流經焊接電流;焊接電源為焊接回路提供大電流;晶體管組部分用於控製焊接電流;繼電器電路部分輸出開關信號，如高頻發生器的通短等;焊接電流采樣電路部分對焊接電流進行采樣


，輸出到反饋電路，進行電流控製。

焊接電壓采樣電路對電弧電壓進行采樣，然後將采樣值直接輸入到計算機進行數據處理。圖1中zhong的de焊han接jie電dian流liu取qu樣yang元yuan件jian與yu焊han接jie電dian壓ya取qu樣yang元yuan件jian均jun采cai用yong霍huo爾er器qi件jian。這zhe種zhong器qi件jian采cai用yong霍huo爾er原yuan理li進jin行xing工gong作zuo
，所suo檢jian測ce的de對dui象xiang與yu得de到dao的de信xin號hao完wan全quan隔ge離li。這zhe樣yang
，可ke以yi避bi免mian焊han接jie電dian路lu中zhong的de強qiang幹gan擾rao信xin號hao傳chuan遞di到dao控kong製zhi係xi統tong。

圖1中的控製電路是一個帶有反饋的閉環控製係統。這個反饋係統的輸入值由計算機的數據處理板的D/A給出。輸入值與焊接電流取樣值相減後放大
，然後通過電阻電容組成的滯後網絡，再行隔離、放fang大da後hou輸shu出chu給gei晶jing體ti管guan的de基ji極ji，利li用yong深shen度du負fu反fan饋kui原yuan理li得de到dao穩wen定ding的de焊han接jie電dian流liu。由you自zi動dong控kong製zhi原yuan理li可ke知zhi，當dang係xi統tong的de開kai環huan放fang大da倍bei數shu足zu夠gou大da時shi，係xi統tong的de輸shu入ru與yu輸shu出chu相xiang等deng
，故gu，焊han接jie電dian流liu能neng以yi足zu夠gou的de精jing度du跟gen蹤zong計ji算suan機ji給gei出chu的de焊han接jie電dian流liu給gei定ding值zhi。

圖1中的繼電器電路用於控製繼電器開關動作、反饋電路、工業控製計算機
，由於與本文無關
，故免述。

高頻引弧電源的實現

國內外在解決自動焊接設備的引弧問題上已經做過很多有益的工作
，有以下四種方法較為典型：

第(di)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)是(shi)采(cai)用(yong)高(gao)頻(pin)引(yin)弧(hu)。引(yin)弧(hu)時(shi)，讓(rang)鎢(wu)極(ji)末(mo)端(duan)與(yu)焊(han)接(jie)表(biao)麵(mian)之(zhi)間(jian)保(bao)持(chi)一(yi)定(ding)的(de)小(xiao)間(jian)隙(xi)，然(ran)後(hou)，接(jie)通(tong)高(gao)頻(pin)振(zhen)蕩(dang)器(qi)脈(mai)衝(chong)引(yin)弧(hu)電(dian)路(lu)，使(shi)間(jian)隙(xi)擊(ji)穿(chuan)放(fang)電(dian)而(er)引(yin)燃(ran)電(dian)弧(hu)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)比(bi)較(jiao)可(ke)靠(kao)
，且(qie)可(ke)防(fang)止(zhi)焊(han)縫(feng)產(chan)生(sheng)夾(jia)鎢(wu)缺(que)陷(xian)

，隻(zhi)是(shi)必(bi)須(xu)對(dui)這(zhe)一(yi)強(qiang)幹(gan)擾(rao)源(yuan)進(jin)行(xing)隔(ge)離(li)或(huo)屏(ping)蔽(bi)，以(yi)防(fang)止(zhi)高(gao)頻(pin)放(fang)電(dian)對(dui)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)或(huo)計(ji)算(suan)機(ji)係(xi)統(tong)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)和(he)破(po)壞(huai)。

第di二er種zhong方fang法fa不bu用yong高gao頻pin，但dan仍reng采cai取qu非fei接jie觸chu引yin弧hu的de方fang法fa。具ju體ti的de做zuo法fa是shi，在zai引yin弧hu開kai始shi時shi，利li用yong輔fu助zhu熱re源yuan先xian對dui鎢wu極ji進jin行xing加jia熱re
，提ti高gao鎢wu極ji的de熱re電dian子zi發fa射she能neng力li，這zhe樣yang，鎢wu極ji在zai較jiao低di的de空kong載zai電dian壓ya下xia能neng引yin弧hu成cheng功gong。這zhe種zhong引yin弧hu方fang法fa需xu要yao一yi套tao較jiao為wei複fu雜za的de輔fu助zhu機ji構gou，使shi焊han槍qiang的de結jie構gou複fu雜za，也ye使shi焊han接jie設she備bei複fu雜za程cheng度du有you所suo增zeng加jia。

第三種方法為間接接觸引弧方法
，即，在工件與鎢極之間插入一個輔助電極，使其間接接觸短路，以達到接觸引弧的目的。

第四種方法是高壓脈衝引弧，在鎢極與工件之間加一高壓脈衝
，使兩極間氣體介質電離而引弧。

本文選用一種新型的高頻引弧器，不僅起弧容易，而且對外界幹擾小。高頻引弧電路原理圖見圖2。

圖2 ：高頻引弧電路原理圖

圖2中，T1稱為中頻升壓變壓器，L2與T2組成火花放電器，T2為高頻耦合變壓器。為了說明這種新型高頻引弧器的工作原理，可將其分為兩部分，以T1為界，其左半部為中頻脈衝發生器，右半部分為高頻脈衝發生器。

中頻脈衝發生器的主要功能是將工頻正弦電壓變換成中頻脈衝電壓。整流橋輸出的整流電壓經過R1對電容C充電，當充電電壓達到穩壓管的擊穿電壓時
，晶閘管Vt迅速導通
，於是，已被充電的電容C將與中頻生壓變壓器T1的原邊電感L1發生電磁振蕩。當流過Vt的正向振蕩電流小於它的維持電流時，Vt關斷。於是

，在L1上形成一個完整的脈衝電壓。這時，由於Vt關斷，整流橋輸出的整流電壓再次通過R1對C充電，當充電電壓再次達到穩壓管的擊穿電壓時，Vt再次導通，於是，已再充電的C將再次與L1發生電磁振蕩。同樣，當流過Vt的正向振蕩電流再次小於它的維持電流時
，Vt再次關斷。於是，在L1上又形成一個完整的脈衝電壓。依此類推，這樣的過程將不斷地進行下去，於是

，在L1上便得到了幅值為穩壓管的擊穿電壓的中頻脈衝電壓，其頻率和脈寬主要由穩壓管的擊穿電壓、L1、C、R1等決定。

高頻脈衝發生器的主要功能是在中頻脈衝的作用下輸出高頻電壓。由中頻發生器產生的中頻脈衝電壓經中頻升壓變壓器T1的升壓
，將通過高頻耦合變壓器T2的原邊電感L2對電容Ck快速充電(因時間常數L2×C3很小)，當充電電壓達到火花放電器的放電電壓(由火花放電器的電極材料和空氣隙大小而定)時，便發生火花放電。火花放電器的空氣隙接近電性短路狀態。於是，已充電的Ck將通過火花間隙和L2發生能量交換
，而在回路裏形成高頻的電磁振蕩。再經T2耦合，即可輸出高頻高壓，其頻率主要由L2和Ck決定。

這種高頻振蕩器具有以下優點：中頻升壓器取代工頻升壓變壓器，使其體積
、重量

、銅損、鐵損均可顯著下降
，從而提高效率;電網電壓波動對其影響小，引弧速度快
，引弧可靠性高。

焊接電源的實現

由(you)於(yu)弧(hu)焊(han)電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)氣(qi)特(te)性(xing)和(he)結(jie)構(gou)不(bu)同(tong)於(yu)一(yi)般(ban)的(de)電(dian)力(li)電(dian)源(yuan)
，它(ta)的(de)負(fu)載(zai)是(shi)電(dian)弧(hu)

，弧(hu)焊(han)電(dian)源(yuan)必(bi)須(xu)適(shi)應(ying)電(dian)弧(hu)負(fu)載(zai)的(de)特(te)性(xing)，因(yin)此(ci)

，弧(hu)焊(han)電(dian)源(yuan)需(xu)具(ju)備(bei)工(gong)藝(yi)適(shi)應(ying)性(xing)，應(ying)滿(man)足(zu)下(xia)列(lie)弧(hu)焊(han)工(gong)藝(yi)對(dui)電(dian)源(yuan)的(de)要(yao)求(qiu)：保證焊接規範;保證電弧穩定;具有足夠寬的焊接規範調節範圍。

本文采用模擬式晶體管脈衝弧焊電源。晶體管焊接電源是一種性能好、控製精度高
、靈活性大的新型弧焊電源。在矽整流器的直流回路中串入大功率晶體管組，以便對電壓
、電流進行無級調節。

晶體管弧焊電源依靠大功率晶體管組、電子控製電路以及不同的閉環控製，可以獲得需要的外特性、輸出電壓波形、輸出電流波形。模擬式晶體管脈衝弧焊電源的電路原理圖如圖3所示。

圖3：模擬式晶體管脈衝弧焊電源的電路原理圖

模擬式晶體管脈衝弧焊電源主要由降壓變壓器T、整流器Z、晶體管組Trs、電容組C和電子控製電路等組成。單相或三相電壓經降壓和整流濾波後
，借助大功率晶體管組Trs獲得所需的外特性和電壓、電流的無級調節，從而對電弧供電。電容組C除了濾波，更主要的作用是在脈衝電弧焊時保證三相電源負載均衡。

抗幹擾及其可靠性的設計

在焊接操作過程中，會出現各種不同的嚴重幹擾。為此，采用以下措施來提高本焊接電源係統的抗幹擾性和可靠性：

(1)為了防止引弧電源的高頻串入焊接電源損害其它電器和電子器件，接入高頻旁路電容，可防止高頻經箱體
、地線擊穿電子器件。另外，采用隔離變壓器對高頻振蕩器供電

，是防止幹擾經電源串入控製電路的有效措施。

(2)采用屏蔽
，對高頻振蕩器和電子器件加以屏蔽;同時，盡可能把高頻火花放電間隙調節得小一些，以限製高頻空間幹擾強度。高頻引弧器與焊接電路采用了並聯的連接方法。

(3)由(you)於(yu)焊(han)接(jie)電(dian)流(liu)為(wei)一(yi)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，是(shi)一(yi)個(ge)離(li)散(san)係(xi)統(tong)，係(xi)統(tong)中(zhong)既(ji)有(you)開(kai)關(guan)量(liang)又(you)有(you)模(mo)擬(ni)量(liang)存(cun)在(zai)
，在(zai)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)的(de)前(qian)後(hou)沿(yan)的(de)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)具(ju)有(you)較(jiao)寬(kuan)的(de)頻(pin)譜(pu)及(ji)射(she)頻(pin)幹(gan)擾(rao)，再(zai)加(jia)上(shang)引(yin)弧(hu)時(shi)高(gao)頻(pin)發(fa)生(sheng)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)頻(pin)高(gao)壓(ya)信(xin)號(hao)，對(dui)整(zheng)個(ge)閉(bi)環(huan)係(xi)統(tong)無(wu)疑(yi)是(shi)一(yi)個(ge)強(qiang)大(da)的(de)幹(gan)擾(rao)。同(tong)時(shi)
，因(yin)控(kong)製(zhi)板(ban)上(shang)的(de)IC基本上采用CMOS片
，故

，在線路中對高頻的防護十分重要。采取的措施：在可能串入高頻處

，加抗幹擾元件，如阻容吸收
、光電隔離;控製線遠離電抗器等漏磁較大的部件
，而且不能與電流較大的電力線捆紮在一起;分流器的反饋信號線路等弱信號需絞和以減少差模幹擾。

焊接試驗及生產應用

焊(han)接(jie)試(shi)驗(yan)時(shi)，電(dian)弧(hu)的(de)啟(qi)動(dong)性(xing)能(neng)好(hao)，所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)電(dian)弧(hu)可(ke)靠(kao)燃(ran)燒(shao)，在(zai)引(yin)弧(hu)處(chu)具(ju)有(you)滿(man)意(yi)的(de)焊(han)縫(feng)成(cheng)形(xing)和(he)冶(ye)金(jin)質(zhi)量(liang)，收(shou)弧(hu)時(shi)，電(dian)流(liu)按(an)衰(shuai)減(jian)方(fang)式(shi)下(xia)降(jiang)
，並(bing)在(zai)起(qi)弧(hu)和(he)收(shou)弧(hu)處(chu)有(you)一(yi)定(ding)的(de)搭(da)接(jie)。從(cong)而(er)，在(zai)收(shou)弧(hu)處(chu)不(bu)易(yi)形(xing)成(cheng)凹(ao)坑(keng)或(huo)縮(suo)孔(kong)，焊(han)接(jie)的(de)電(dian)流(liu)穩(wen)定(ding)
，在(zai)焊(han)接(jie)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)會(hui)發(fa)生(sheng)抖(dou)動(dong)現(xian)象(xiang)，因(yin)此(ci)，焊(han)縫(feng)表(biao)麵(mian)光(guang)滑(hua)
，成(cheng)形(xing)均(jun)勻(yun)。

本(ben)焊(han)機(ji)經(jing)過(guo)大(da)量(liang)的(de)焊(han)接(jie)試(shi)驗(yan)和(he)用(yong)戶(hu)單(dan)位(wei)的(de)驗(yan)收(shou)，證(zheng)明(ming)其(qi)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)均(jun)符(fu)合(he)用(yong)戶(hu)的(de)要(yao)求(qiu)。目(mu)前(qian)

，該(gai)焊(han)機(ji)已(yi)投(tou)入(ru)生(sheng)產(chan)應(ying)用(yong)
，取(qu)得(de)了(le)良(liang)好(hao)的(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)。

本焊機的控製電路具有設計合理，結構簡單，工作穩定可靠，成本低，抗幹擾性能強等特點。

焊機在1A～100A穩定可靠地運行。在20Mpa氬氣條件下，鎢極與工件表麵距離2mm時，引弧成功率極高;在1Mpa氬氣條件下鎢極與工件表麵距離7mm時，引弧成功率也極高。實踐證明：本設備可以滿足焊接的嚴格要求
，能焊接出質量合格
，外觀良好的焊件。