數字化控制下高頻引弧電路設計范文

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摘要:當前數字化控制技術日益發達，本文分析了一種數控高頻引弧電路的設計，通過技術創新，改革了以往高頻振蕩引弧器中的相應升壓裝置，更新為數字化控制單端正激升壓電路，克服了從前體積大、質量大、價格昂貴的缺點。并且通過大量實踐證明了這一設計運行安全可靠，具備強大的引弧能力。

關鍵詞:數字化；高頻引弧器;參數設計

隨著技術的革新，出現了小型與超小型高、中頻引弧器的引弧技術，其原理是以增強工頻升壓為技術為出發點，小型的振蕩引弧設備以數字集成設備為開關，通過自身激發的原理實現中頻振蕩，利用中頻升壓設備實現升壓，該設備具有體積較小的特征，超小型引弧器原理是以多級倍壓整流為基礎，由于不采用鐵磁設備，所以其具備尺寸小、質量輕的特征。然而這兩類引弧設備的引弧能力不強，特別在整流式自激原理的氬弧焊設備中更加明顯。

1高頻引弧電路現實中存在的具體問題

1.1從動特性上說，整流自身激發中頻弧焊能力較差

高頻引弧技術在焊接與切割操作中得到了大量使用，達到了不接觸即可引弧的目的。以往的引弧器的運行模式以高漏抗升壓模式為主，所用變壓器功率平均值在90W左右，其缺點在于質量小、尺寸大、功率低，同時因為生產工藝落后，所以極易產生故障。作者單位已通過購入多個品牌的高頻振蕩器進行實驗，由于運行不穩，常出現變壓器擊穿的現象，不利于系統的運行。在通過轉子調整電流的過程中，參照相關規范調節相關的激磁電流的強弱，在此過程中設備空載電壓會因調節激磁電流而產生相應變化，即設備空載電壓會隨著焊接工作電流的減小而降低，隨著焊接電流的升高而升高。同時，如果降低相應的焊接電流，空載電壓也隨之變小，其動特性的能力會隨之減弱。

1.2火花放電設備擊穿空氣的距離太近

從火花放電設備的擊穿間隙來看，其擊穿間隙最小只可控制在0.5mm，其原因在于引弧設備在為火化放電設備提供的高壓不足，致使工件表面與鎢極間的引弧所需要的最低電壓太小。不能有效引燃工作電弧。雖然可以為人為地把放電間隙放大，然而放大到0.8mm，雖然工件表面與鎢極間的引弧電壓會增大，然而因為放電間隙增大的緣故，相應的電容設備充電變慢，高頻振蕩的頻率也將不斷走低，獲得引弧成功的機率下降。同時存在調大間隙會引起鎢極受潮的可能，最終造成放電不能擊穿的情況，所以一定要以砂紙進行局部打磨至光亮，才可保證其正常運作，浪費了大量的人工、材料、時間。

1.3功率不能滿足要求

大部分的小型高頻引弧設備，在數字集成控制模塊與中等頻率變壓設備組成的自身激發中等頻率振蕩電路，并無設計相關磁性復原的回路，所以在電流通過數字控制集成電路時，雖然通過集成電路的電流較大，然而因為中等頻率變壓設備的磁芯被直流電所磁化，造成基耦合能力不足，不能給擊穿電路以足夠的電能，造成內部阻力超標，電容設備進行充電的過程緩慢。

2數控高頻引弧電路的原理與設計

為了有效提高引弧能力，解決整流自我激發中等頻率焊機的相關問題，本文引入了最新的高頻率引弧設備，以解決引弧失敗的難題，從而根治現存通用的引弧工作中的問題，提升了工作效率。

2.1電路的具體構成與運行原理

高頻升壓變壓器；輸出變壓器顯示裝置；數字化控制模塊；火花放電器；電容；高頻率耦合變壓器；振蕩設備等等。需要注意到其中的單端正激變換設備的組成包括升壓設備與振蕩器，高電壓來自行輸出變壓器，這種高電壓為形成電火花的電路給予相應的能源。作為一種制成品，行輸出變壓器并無繞磁，只應用電阻、電容、二極管構成的電路以防止形成單向磁飽合的弊端。除了在預防磁飽和以及電流超負荷造成MOS管毀壞，還需要確保相應的耦合系數，以輸出相關的能量。電阻的形成在于繞組本身的線圈匝數，所以雖然通過短路實現打火放電，但是也不會對初級回路中的電流產生升高的效應，所以也不用使用相應的降壓的措施，設計方式簡潔?？梢岳酶邏汗瓒堰M行直、交流之間的轉換，能通過對設備輸出的高頻率高壓進行整流，節省了高壓整流二極管。其中的振蕩設備能向屬于正向激變轉換設備的MOS管輸送的驅動信號。這種振蕩設備能夠將時基組件555作為組成成分，當受控端位于高電位時，能夠產出方波，當腳的電勢較低時，產生的電壓過低，從而實現高頻引弧系統的關閉。然而因為時基組分很可能在高頻率電流或高電壓的作用下損毀，比較優化的方式是應用分立元件設置成多諧振蕩器。

2.2相關設計參數的注意事項

高頻引弧電路的設計從應用出發，并不特別繁瑣，且數控技術相對成熟，下面就相關的重要參數進行論述。以為逆變器的高頻率進行降噪為目的，可以應用較低頻率，而行輸出的變壓器設備為成品，其相關的線圈匝數屬于固定數值，其中一、二級線圈匝數是已知的，同時因為一級線圈結構為抽頭的形式，所以需要認真選擇輸入電壓的占空比與抽頭所在的空間。在初級的選擇上盡量選用匝數較少的抽頭，以確保較高的升壓比，而不能用抽頭匝數為1-2的部分作為初級。在這種情況下，利用輸入電壓的變換，就能得知，利用輸入端電壓的變換，能夠知道，如果通過短路穿透1.5mm以上的間隙，占空比和電壓是兩個重要的參數，如果實際選用的占空比上升至50%附近時，電火花現象會過于激烈，放電的頻率會大幅提升，如果輸入的電流太大，需要采取相關措施進行控制，防止溫度過高。在實際中可以把耦合變壓設備當作振蕩電感在放電回路中使用，第二，要保證工件表面與鎢極之間進行有效的耦合，這一過程需要達到高頻、高壓的要求，以確保引弧的成功。這些參數都是特別重要的。通過試驗可知，可以使用圓形磁環作為鐵芯，其成份為鐵氧體；也可以選用方形的磁芯作為鐵芯，并注意其截面積的選擇，注意匝數的增減對于引弧能力的影響，引弧能力一般隨匝數減少而降低。因為焊接電流需要通過次級繞組才能工作，造成了所需要的直徑也在壯大。所以這樣會給磁芯面積的估計與繞制造成阻力。若采取雙磁芯共同繞制，也就是增大相應的鐵芯面積，其結果是設備的引弧性能大幅提升，但其帶來的負面效果是增大了高頻耦合變壓設備的質量與空間尺寸。所以在高頻耦合變壓設備的參數中，一定要準確選擇出相關的截面積、線圈匝數、以及具體的振蕩電容等等。經試驗證明振蕩電容的變化不會深刻的作用于設備的引弧能力，一般應控制在800～1200p之間即可。本文以實際應用中的自激中等頻率放大弧焊的發電裝置開展引弧活動，一定要注意電流的調整，注意工件表面的腐蝕程度，如有不合格應進行打磨，如果在較低溫度下引弧，是極易成功的；參數搭配的合理性高低，決定著實際運行中的具體效果。通過參數的合理搭配，可以彌補自激式中等頻率焊接發電機動特性差的問題，以提升高頻引弧的相應能力。在輸入小電流產生的熱量較少的條件下，不必再增加散熱設備對振蕩管進行降溫，并可逐步縮減其空間尺寸，現在這一技術已經長期在氬弧焊機的制作與生產中得以應用。

3相關結論

要注意在實驗與操作過程中輸出變壓設備形成的單端正向激發轉化設備是可以將以往的高漏抗工頻升壓變壓器進行取代的，作為這種已經是成品的設備，無論從其工藝來說，還是相關的組織活動，都對工作流程有著極高要求。而且高頻弧器在未來發展上會逐步形成體積小、質量小、運行穩定、成本較低的特征。參數的選擇對于設計的質量是十分重要的，除了能夠確保整流自激發中等頻率焊接發電機對高頻引弧水平的要求，同時這一規律在很大范圍上已經得到了事實的檢驗。相關部門應該組織批量生產或購入這種高頻引弧設備，并將其積極地用于生產當中，提升質量、提高效率。

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作者：陸冬妹 單位：廣西百色學院信息工程學院