【原創干貨】等離子弧焊電源知識

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導語：等離子焊機電源發生器采用原裝進口核心部件，國際行業等離子焊接電源制造標準，等離子焊機首選多木，行業領軍品牌?；≈?/span>20mm依然不發散、挺直有力。拒絕使用氬弧電源拼接，以次從好，維護行業標準，從你我開始。

工作原理：

等離子弧焊與氬弧焊的區別及焊接電源的選擇

等離子弧焊與氬弧焊的相同點是都利用氬氣進行保護，并將氬氣電離形成電弧進行焊接，但他們又有很大的不同，最大的不同就是電弧的形態不同和電弧的能量密度，如下圖：

由圖可見：氬弧是利用鎢針與工件直接起弧進行焊接，這樣的電弧呈現三角形，電弧較短，如果人為的拉長，會導致電弧的分散或者斷弧，所以焊接時，鎢針離工件較近，電壓較低，操作不好熔池容易粘鎢針。

氬弧焊的計算公式：

伏安特性公式：U=10+0.04*I

電弧功率P=U*I

等離子弧是先在鎢針和噴嘴之間引燃一個維持電弧，簡稱維弧，并將這個電弧通過噴嘴噴出，在電弧高溫下產生的等離子體通過噴嘴，噴出一段距離，焊接時在鎢針與工件之間，加一個主弧電流，由于噴出的氣體已經處于等離子化的導電狀態，這時只要施加一個合適的電壓（無需高頻引?。┚蜁阪u針與工件之間形成一個電弧，而這個電弧也會被噴嘴壓縮（電弧壓縮包括：機械壓縮、電磁壓縮、水冷壁壓縮），根據噴嘴的不同形成一個不同粗細的細長的弧柱，這個弧柱的電流特性和氬弧有明顯的不同，計算公式如下：

伏安特性公式：U=25+0.04*I

主電弧功率P=U*I

維弧功率Pw=Uw*Iw

根據以上的原理，在相同的焊接電流下，等離子弧焊與氬弧焊形成了不同的特點：

1. 首先電弧形態： 氬弧電弧較短，等離子弧較細長。

2. 電弧溫度：氬弧較低，等離子弧由于被壓縮，導致電弧溫度升高。

3. 焊接功耗：等離子弧高弧壓焊接時，功耗顯著高于氬弧焊。

4. 焊接速度：由于等離子電弧溫度高，焊接速度明顯快于氬弧焊。

5. 焊接熔深：等離子弧明顯加深，所以在厚板時采用大功率等離子弧焊接更有優勢。

6. 薄板焊接：由于等離子弧指向性好，電弧集中，沒有引弧沖擊，在焊接薄板時也很優秀，可以進行微電流的焊接。

與常規的氬弧焊以及手弧焊相比等離子對焊接電源電壓要求較高。

根據上面的公式：（以200A的焊接電流為例）

等離子主弧的電壓U=25+0.04I=25+0.04*200=33V

氬弧的電弧電壓U=10+0.04*I =10+0.04*200=18V

焊接電弧功率：

等離子主電弧功率P=U*I=33*200=6600W

氬弧的電弧功率：P=U*I=18*200=3600W

如果此時的電源效率為85%那么等離子主電弧電源的輸入功率：Pr=P/85%=6600/85%=7765W

氬弧的輸入功率:Pr=P/85%=3600/85%=4235W

由上述的理論計算可以看出，等離子的弧壓遠高于氬弧焊的弧壓，200A焊接電流時等離子弧壓為33V,而氬焊只有18V，而弧壓的數值直接關系到電弧可拉長距離的大小和電弧的擴散角，弧壓低時拉長電弧就會出現電弧維持不住斷弧的現象，等離子焊接的工作特點是適合長距離工作，因此必須有高的弧壓支持，同時等離子對電弧的擴散角要求很高，擴散角小電弧的弧柱集中，電弧挺度高，焊道窄，決定電弧擴散角的決定因素就是電弧的弧壓和焊槍的壓縮，優秀的等離子電源當電弧拉長到4cm時，電弧的擴散角不大于5度。

由等離子和氬焊的電源輸入功率可以看出，同等焊接電流的等離子的電源輸入功率要明顯高于氬弧焊，這是因為，只有足夠的功率輸入才能保證在標準的焊接電壓下（焊接電流200A電弧電壓33V時，即電弧拉長約3cm-4cm時）等離子仍能維持穩定的200A電流輸出。

如電源的輸入功率不夠，未達到等離子的焊接電壓時，焊接電流就會出現急劇衰減或者斷弧的現象。

因此從電源功率上講，不能用普通的氬弧電源替代專業的等離子電源，如果一定要使用，也要降低功率使用，也就是說采用更大的氬弧電源來替代，比如一臺400A的氬弧電源，用到等離子上，如果連續使用，只能使用到250A，這還要保證電網穩定，如果電網電源電壓稍低將導致焊接電流的不穩。

等離子特點標準：

1、高度集成：集主弧電源、維弧電源、送粉控制系統、大功率制冷系統幾大板塊于一體。

2、數字處理器控制：采用DSP處理器，高速處理，精準輸出。

3、程序化控制，工作協調性高：程序化管理確保復雜多樣的焊接程序一機實現，滿足不同產品不同的焊接工藝要求，如電流升降、時間的延遲，送粉的提前與滯后 ，各部的聯動等。

4、大功率制冷：本機配備2P的制冷系統，可滿足高溫環境下的連續長時間工裝，2013上海夏季的連續高溫為本機提供了理想的考驗環境。

5、大功率輸出：本機最高可連續輸出300A電流，可滿足大多數的焊接要求，（很多機型標稱300A/400A等但實際輸出嚴重不足，也不能連續工作，同時焊槍也承受不了大電流的連續工作）。

6、抗高頻干擾能力強。

7、存儲功能，可隨機存儲多達90組的焊接數據，存儲方便，調用靈活

多木艱辛、漫長的研發歷程：

從項目的設立到產品推向市場，經歷的歷程可謂艱辛坎坷，期間經歷的困難、坎坷從研發人員慶功時流下的淚水中，有著深深的詮釋?？茖W的道路沒有坦途，任何微小的成就都是用辛勤與汗水澆灌出來的。從一開始的產品定型就遇到了很大的壓力，當時公司的產品主要是小功率的產品，而市場的需求主要以大功率為主流，銷售一線要求急于推出產品的壓力很大，在這種情況下是快速推出大眾型的普通產品滿足銷售的需求，滿足公司業績的需求，還是堅持走有公司特色，研發有更高品質的，更高性能的產品，再推向市場。成為公司各方爭論的焦點，最終公司還是選擇了放棄一部分眼前利益，著眼長遠，著眼于科技的決定?，F在回首公司的決定是正確的。

具體的研發途中，擺在研發人員面前的困難更是一個接一個：

首先：是焊機的持續負載能力問題，本機要求在高溫下連續工作，盡管市場上的電源比較成熟，但我們采購了市場上的400、500甚至600A的逆變焊機來作為電源，但這些焊機的負載能力嚴重不足，基本達不到標稱的電流，而且在高溫下，500A的焊機連300A的連續輸出都達不到，焊機部件溫升超標，嚴重影響使用壽命，為此我們只能獨立開發自己的電源，我們最初也試用了其他廠家的PWM設計，也試用了傳統的移相軟開關電路，但效果不理想，我們很快放棄了最初的設計轉而尋求更優的方案，經過多次的實驗與失敗我們終于形成了現在的技術：前置脈寬調制（PWM）移相跟隨控制技術，解決了電源的損耗問題，并使他的指標超過了經典的移相技術，并且細化了電力電子變換的理論。

其次，焊機的調節范圍問題，現在的普通焊機產品的標稱電流在10%--100%間變化如：300A的焊機在20--300A，但這滿足不了我們的要求，而且電流一般都不達標,。在30A以下就會變的不穩定，最大電流也達不到300A有的甚至還不到200A，我們力爭做到在各種環境下都能達到我們標定的電流范圍，但這并不容易，好在我們擁有了前置脈寬調制（PWM）移相跟隨控制技術，這為我們解決這一技術問題提供了可能。通過對這一技術的挖潛，改造，我們達到了我們的預期。

第三，產品的控制問題，雖然一體化的產品在抗干擾上具有天然的優勢，但產品的優化設計卻非常復雜，在產品的控制采樣過程中，尤其是電源起弧時的干擾非常強烈，在如何使它更穩定的工作是一個難題，為此，我們采用了很多技術手段，三位裝配，數字建模，反復推演干擾的線路，來源。如何有效的屏蔽等等，這些不但要程序硬件間的磨合，還要公司各方面技術人員的密切配合，雖然付出了巨大的代價，投入數以百萬計的資金和數不清的加班。但我們形成了自己的產品。

現如今，產品已正式推向市場，并且我們確信我們的產品是非常優秀的設計，經部分客戶使用，效果也相當理想，今后我們多木人還會在這條科技的道路上堅定的走下去，讓我們的產品走向世界，讓世界感受這具有中國特色、中國實力的產品。進步不會停止，我們還在努力！

前置脈寬調制移相跟隨控制技術說明

脈沖寬度調制技術簡稱PWM，是一種模擬控制方式，其根據相應載荷的變化來調制晶體管基極或MOS管柵極的脈沖占空比，來實現晶體管或MOS管導通時間的改變，從而實現開關穩壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。

PWM控制技術以其控制簡單，靈活和動態響應好的優點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。由于當今科學技術的發展已經沒有了學科之間的界限，結合現代控制理論思想或實現無諧振波開關技術將會成為PWM控制技術發展的主要方向之一。

但是 因為模擬焊機的PWM最小脈寬是一定的，再小就不穩定了，導致在精密焊接時，小電流根本下不來。我們只好對原來的設計進行提升，經過多次的實驗甚至是多次的絕望，尋找著技術縫隙中的一絲可能。幸運的是我們最終找到了解決辦法，擁有了屬于我們的自主技術，我們把他叫做前置脈寬調制（PWM）移相跟隨控制技術，技術極其復雜,分四個控制階段控制逆變電路的脈寬：

第一階段，PWM前置：與硬開關相比在脈寬最大時移動臂上的QYS，QYX控制波形就進行預前移動5%，固定臂不變

第二階段，PWM準移相工作：移動臂脈寬單臂變化，在脈寬調節時，A變小在 0--40%就可以達到預期范圍。

第三階段，小電流轉入諧振跟隨控制： 移動臂脈寬A小到20%以下時，固定臂脈寬跟隨減小

第四階段，更小電流轉入諧振半橋控制：在空載，或小電流電壓輸出時移動臂上的QYS，QYX控制波形脈寬A=0固定臂的脈寬開始進行PWM調節.

這是一種絕對的創新，甚至我們的工程師認為這就是電力電子變換技術的頂峰，使用這種技術可以把一臺巨大的焊機（如500A）的最小電流調節到1-2A進行焊接，并保持相當的穩定性，你可以使用V03進行精密補焊接，而且它是軟開關的