[发明专利]自适应性变极性等离子弧焊电源

说明书

技术领域

本发明是一种能够适应直流正接（DCEN）和直流反接（DCEP）电弧不同电压需求的变极性等离子弧焊电源，属于材料加工领域。

背景技术

变极性等离子弧焊(Variable polarity plasma arc welding,简称VPPAW)即不对称方波交流等离子弧焊,是一种针对铝及其合金开发的新型高效焊接工艺方法。它综合了变极性TIG焊和等离子焊的优点特征参数可根据工艺要求灵活、独立调节有效利用等离子束流所具有的高能量密度、高射流速度、强电弧力的特性,实现铝合金中厚板单面一次焊双面自由成形；由于焊接变形小,生产率高,与其它高能束流焊接工艺(电子束焊和激光焊)相比,设备简单,成本低且气孔、夹渣等缺陷少,在国外被称为”零缺陷”焊接方法,已成功应用于航天飞机外储箱等产品的焊接生产上,同时被看作在21世纪有着广泛应用前景的焊接方法。

目前，变极性等离子焊接技术与工艺日趋成熟，但是仍存在着很多不足。如：变极性等离子焊接电源在变极性（交流）焊接时，焊接工艺对直流正接（DCEN）工作时的要求电压较低，焊接工艺对直流反接（DCEP）工作时的要求电压较高，若采用传统的单电源供电的方法，电源二次逆变在直流反接（DCEP）和直流正接（DCEN）状态间进行切换时，前级电源的触发脉冲的占空比需要很大的调整，这就要求前级电源有较大的电压调整率，然而，一般在电源设计的时候，对直流正接（DCEN）和直流反接（DCEP）的工作电压要求往往不能兼顾，如果按直流正接（DCEN）工作时的要求电压设计，在直流反接（DCEP）工作时电源电压会太小而不满足要求，如果按直流反接（DCEP）工作时的要求电压设计，在直流正接（DCEN）工作时前级电源的触发脉冲会很窄，可能导致电源性能不稳定。

若要解决上述问题，最为传统的方法是采用两台不同性能的直流恒流电源，分别作为直流正接（DCEN）和直流反接（DCEP）的供电电源，电路简图如图1所示，这种设计虽让能解决上述问题，但是前级需要两台不同性能的直流恒流电源，二次逆变又采用的是全桥逆变电路，成本较高。

针对上述技术问题，本发明又提出了一种能够适应直流正接（DCEN）和直流反接（DCEP）电弧不同电压需求的变极性等离子弧焊电源。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提出了一种能够适应直流正接（DCEN）和直流反接（DCEP）电弧不同电压需求的变极性等离子弧焊电源主电路拓扑结构和电流控制方法，可以根据电源工作在变极性模式下正负半周焊接工艺对电源焊接时直流正接（DCEN）和直流反接（DCEP）工作电压需求的不同要求进行自适应性调整，从而达到更好的焊接质量，是电源有着更为优化的电压调整率，而且在直流正接（DCEN）和直流反接（DCEP）切换时，触发脉冲的脉宽变化范围不大，使电源的控制系统更接近于小信号系统，电源性能更加的稳定，避免了触发脉冲的脉宽频繁地大范围变化而引起的系统性能不稳定的问题。本发明为了适应直流正接（DCEN）和直流反接（DCEP）电弧不同电压需求，是通过变压器的切换改变的二次逆变的输入，而不是大幅度的修改占空比，易于控制电路设计，而且避免因为控制电路动态性能不足而造成的过零速度过慢的问题。本发明可以实现恒流焊接，可以在直流反接（DCEP）工作时，控制形成一定频率的高频脉冲，以用来提高电弧挺度，通过控制单元的控制，本发明可以工作在直流模式、变极性（交流）模式、和加入高频的变极性（交流）模式下。

本发明只要是通过以下技术措施来实现的：

自适应性变极性等离子弧焊电源是一种新型的变极性等离子焊接电源，包括控制单元、双输出的直流恒流电源部分、电流互感器、耦合电感、二次逆变单元、二次驱动电路。三相交流电输入至双输出的直流恒流电源部分，在双输出的直流恒流电源部分的输出端穿过用来采集电流信号的电流互感器，电流互感器经过采样处理后的输出端接至控制单元，控制单元输出控制信号至双输出的直流恒流电源部分，双输出的直流恒流电源部分的输出端经过耦合电感接至二次逆变单元，二次逆变单元中的电压、电流及温度采集电路的输出经过信号处理后的输出端接至控制单元，控制单元输出控制信号，经过二次逆变控制电路的调制输送至二次逆变单元中的半导体开关的触发端。