埋弧焊逆变电源特性简介

埋弧焊逆变器为埋弧焊过程提供电能，其基本原理与普通弧焊逆变器相同，但电气特性和结构方面有一些特殊要求，这是因为埋弧焊逆变器的供电对象不同，必须满足埋弧焊工艺要求：

1）容易起弧。

2）电弧能稳定地燃烧并能保证焊接参数的稳定。

3）有足够宽的焊接参数调节范围。

因此对埋弧焊逆变器提出了如空载电压、外特性、动特性、焊接电流、电压调节范围等要求。

埋弧焊逆变器特性主要包括外特性和动特性两个方面，外特性反映了埋弧焊逆变器在稳态下的输出特性，而动特性则反映了埋弧焊逆变器在干扰情况下的动态响应特性，这两方面将直接影响到埋弧焊逆变器工作质量的好坏，而不同应用场合对埋弧焊逆变器特性又有其特殊要求，因此按照应用需求设计合适的埋弧焊逆变器特性至关重要。

1.埋弧焊逆变器外特性的选择

外特性是弧焊电源的重要特性之一，根据埋弧焊电源控制电路和送丝控制方式及工艺要求的不同，外特性有陡降、缓降、水平及复合等几种，如图2-15所示。

图2-15 埋弧焊逆变器的各种外特性

在埋弧焊方法中，弧焊电源外特性工作选择不仅要根据其电弧静特性的形状，而且还要考虑送丝的方式来选择合适的形状。根据送丝方式不同，埋弧自动焊可分为等速送丝和变速送丝两种控制系统，考虑到埋弧焊中焊丝电流密度较小，自身调节作用不强，不足以在弧长变化时维持焊接参数稳定，所以也就不宜采用等速送丝控制系统，而应采用变速送丝控制系统。变速送丝控制是利用电弧电压作为反馈量来调节送丝速度：当弧长增长、电弧电压增大时，迫使送丝加快，使弧长得以恢复，这种强制调节作用的强弱，与弧焊电源外特性形状无关。此外，在埋弧焊中，一般当电流增加时熔深随着增大，则要求增大弧压以使熔宽相应增加，从而保持合适的焊缝几何尺寸，当弧压增大时，则要求电源空载电压相应提高，以使电弧稳定。因此宜采用图2-15a所示的调节外特性方式，选择较陡的下降外特性，在弧长变化时引起的电流偏差较小，有利于焊接参数的稳定。

2.埋弧焊逆变器动特性的要求

在双电弧埋弧焊过程中，对电源的动特性提出较高要求，动特性要求在整个焊接过程中都得到体现。

埋弧焊一般采用焊丝回抽和划擦引弧两种方法，焊丝与工件接触，由接触电阻产生的热量，使焊丝端部熔化，产生电弧。由于埋弧焊用的焊丝直径一般大于3mm，在引弧过程中需要足够大的电流产生电阻热使得焊丝迅速熔化形成稳定电弧，这样引弧电流和电流的上升率大，所以埋弧焊比其他焊接方法引弧要困难些。目前，双电弧埋弧焊一般也是采用回抽和划擦引弧两种方法。双电弧埋弧焊两根焊丝同时分别引弧，引弧成功与否在焊接过程中显得更加重要，因为只要有一个电弧没引燃如短路和粘丝，就可能造成另一个电弧不稳定，最终导致整个引弧过程的失败。总之，引弧电流和电流的上升率是埋弧焊电源动特性设计时必须考虑的问题。

在正常焊接过程中的方波变换极性阶段，交流方波电流的上升时间和下降时间，将随着动特性的变差而变长，这样就会导致方波波形失真（特别是在方波频率较高的情况下），波形变极性阶段能量的不足，直接影响到熔滴的正常过渡，甚至失去波形控制的效果，所以说波形切换阶段要求较快的动态响应。

以上分析说明，在双丝埋弧焊过程的不同阶段对电源的动特性都有不同的要求，因此交流方波逆变电源的动特性要求就比较高，不应是单一的，而应该随着电弧状态的变化而变化，只有这样才能得到最佳的工艺效果和焊缝质量。

3.埋弧焊逆变电源特性测试与分析(www.xing528.com)

每台埋弧焊电源设计与产品检验都需要进行外特性测试，由于交流方波埋弧焊逆变器是由直流弧焊电源经过二次逆变输出，所以不管是直流还是交流弧焊电源，其外特性测试是针对直流弧焊电源进行的。其测试方法为：将三相交流电输入电压设定为380V，对逆变电源在电流给定值为一定的情况下，通过弧焊电源测试平台改变大功率模拟负载值，从而获得不同负载端的电压值和电流值。图2-16所示为一埋弧焊电源，在给定输出电流分别为54A、320A、540A、800A和1000A的条件下实际测量的电压值和电流值。

图2-16 实测的恒流外特性曲线

由图2-16可知，所测试的埋弧焊逆变器的空载电压为80V，可以满足起弧需要；在不同的输出电流下，均具有良好的恒流特性。

4.埋弧焊逆变器动特性测试

所谓弧焊电源动特性，是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应过程，它说明弧焊电源对负载瞬变的适应能力，是衡量电源性能的重要指标之一^[33，34]。目前对动态特性的测试大致有两种方法：一种是潘际銮、Rehfeldt、齐柏金等学者利用电子技术的方法来模拟电弧，制造电弧模拟器，使其电气性能与真的电弧一样，将这种电弧模拟器接入焊接回路，直接测量回路参数，即可获得焊接动态过程的模拟情况；另一种方法是直接测量真实弧焊过程中的电源、电压等动态参数，采用大量记录、统计分析的方法，获取焊接动态过程的规律^[35]。

常用的埋弧焊逆变器动态特性按以下两种情况进行测试：一是给定信号突变情况下的电流、电压响应；二是负载突变情况下的电流、电压响应。

图2-17所示为空载-负载时输出电流和电压的响应曲线，图2-18所示为埋弧焊逆变器恒流特性下负载电阻发生突变时的电流、电压响应曲线，负载电阻从0.11Ω突变到0.19Ω，电流在瞬间略有下降后，迅速恢复到原来的设定值。

图2-17 空载-负载时的电流、电压响应曲线

注：div表示每一方格。

图2-18 负载突变时电流、电压响应曲线

图2-19所示为交流方波埋弧焊电流、电压波形图。从图2-19可以看出该交流方波弧焊逆变器输出的焊接电流及电压波形变极性切换时即过零点速度快，波形稳定。模拟负载情况下的焊接电流、电压波形和实际焊接过程的情况是存在较大差别的，实际焊接过程中电弧负载是在不断变化的。

图2-19 交流方波埋弧焊电流、电压波形