采用手工焊和TIG焊時，電源的輸出特性為垂直特性，在控制系統中，只有電流單環起作用，而CO2 MAG焊和脈沖MIG焊時，電源輸出外特性為平特性，不僅電流環起作用，而且電壓環也起作用。圖1為手工、氬弧焊時的控制原理圖，其中只有一個電流單環，L為濾波電感，為等效電弧電阻，R1為等效電路的內阻，包括電纜，電感，接觸電阻，電源輸出內阻。
      

   圖2 為 CO2氣保焊的控制原理，本質上為一恒壓源特性，電壓外環計算的結果作為電流內環的給定，分別控制短路，燃弧的波形，實現熔滴的正常過渡。

傳感器的調理電路如圖3所示，其中電阻 為測量電阻，輸出電流的信號轉換為電壓信號以后，為了消除共模噪聲的影響，采用差分放大電路進行處理。其中
                           

 

   實際傳感器在焊接電源中的位置如圖4所示，電流傳感器接在整流二極管的陽極輸出端，其測試的電流為焊接電流，傳感器的供電為開關電源。
                

   采用上述傳感器做對輸出電流進行采樣，編制相應的閉環控制軟件，不同的焊接工藝對于輸出電流的變換規律是不一樣的，短路過渡中，電弧負載為短路和燃弧狀態的周期性切換。在短路狀態，輸出電流要按照一定的斜率向上升，斜率太大，引起焊絲的硬爆斷，斜率太小，短路時間變長，會發生頂絲現象。在然弧段，希望燃弧初期，電流快速下降，而燃弧后期，電流要維持一個平臺，以保證足夠的熔深。而脈沖MIG焊，可以在很小的電流范圍內實現射滴過渡，在脈沖峰值期間，熔滴噴射出去，而在脈沖基值期間，維持電弧狀態并加熱熔池。輸出電流需要周期性地快速變化，并且變化的幅值很大。例如采用1.2mm炭鋼焊絲120A焊接時，基值電流約為35A，而峰值電流約為420A。可見，無論是CO2MAG焊，還是脈沖MIG焊，輸出電要都要周期性地快速變化。圖5為120A/18.5V CO2 MAG焊接時，給定地電流波形和反饋電流波形。而圖6為120A/20V 脈沖MIG焊時電流的給定和輸出電流地信號，可見整個電流環具有快速的跟蹤性能，并且基本上可以做到任意波形的無差跟蹤。

 

  在400A全數字化多功能焊接電源中，采用LEM公司的LT508-S6 做為輸出電流的采樣傳感器，已經完成了相關的軟件編制和硬件平臺的制作，并已經成功地實現了某些焊接工藝。實驗結果表明：該型傳感器具有以下優點：噪聲小，穩定性好，測量線性度優良，且響應時間短。該傳感器能夠完全滿足氣體保護焊接場合對于電流采樣的需求。

[1] BY S.K. CHOI, C.D.YOO. “Dynamic simulation of metal transfer in GMAW”.Welding Research Supplement January 1998. 38-44.

[2]Y.M.Chae,G.H.Choe.et al. A new instantaneous output current control method for inverter arc welding machine. IEEE PESC’99 p.521.1999

作者簡介：沙德尚  男，1977年生，江蘇宿遷人，博士后，碩士生導師，研究方向為電力電子高頻變換，全數字化焊接電源，電機及其控制和新能源發電系統，已發表文章20余篇。