电弧焊自动控制基础知识概述.pptx
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1-1-3焊接自控
主电路原理
励磁电路：桥式整流 电枢电路：半波可控整流
控制电路原理 触发电路原理
abcdefa回路的电压 降代数和为0。
Uba UR5 Ude Ufe
UR5
－Uba＋UR5＋Ude－Ufe=0 = Uba ＋ Ufe －
给定信号
Ude
触发电压 阻容移相信号
反馈信号
控制电路原理 触发电路原理
abcdefa回路的电压 降代数和为0。
Uba UR5 Ude Ufe
UR5
－Uba＋UR5＋Ude－Ufe=0 = Uba ＋ Ufe －
给定信号
Ude
触发电压 阻容移相信号
反馈信号
给定信号Ufe
Ufe
阻容移相信号 Uba 反馈信号Ude
Uba Ude
自动控制原理
网压增加时， Uy↑→Ude↑，n↑ → (Ufe－Ude)↓→UR5↓ →SCR触发导通时间右移,导通角↓ →Ude↓，n↓回到稳态 负载增加时，I↑，n↓→
电枢电流正反馈要受限制
电枢电流正反馈只能跟电枢电压负 反馈同时采用，且反馈量（R5数值） 不能过大，否则极易引起振荡。 电机功率或电枢电流较大时，电枢 电流反馈讯号也可以用电流互感器、 霍尔元件等传感检测方法。
（三）电势负反馈
R R 5 4 ，式中R 为电动机电枢电阻，则： 若取 i Ri R3 R5 R4 Ri R5 R3 R4
Ud即电动机转速的调节范围将取决于给定 讯号 Ug的调节范围，但调节反馈深度也会 对Ud即转速的调节范围有影响。
主电路原理
电枢电压 电动势
励磁电路：桥式整流 电枢电路：桥式整流串联可控硅 Ude = E + IRa =CeΦn + IRa
焊接方法与设备-6电弧焊自动控制基础
44 （一）、模拟式晶体管驱动电路
电 压 负 反 馈 与 电 流 正 反 馈
2019/11/26
45
（二）、开关式晶体管驱动电路
2019/11/26
图1
46
§6-3 电弧焊的程序自动控制
一、控制对象和要求
（一）、对象
弧焊电源、送丝，引弧，小车，摆动机构，送气阀
Vw
2019/11/26
Vf
电 源
2.电弧电压反馈调节精度 弧长波动时的调节精度 电网电压波动时的系统误差
2019/11/26
27 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U 影响不大
O1’
l0
O0
l1
0
2019/11/26
I
焊枪高度变化
28 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U
陡降特性电源
静态误差小
O0
O1 O0’
O
2019/11/26
4 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
一、自动调节的必要性及基本要求
U
外
静
VF 介质
0
I
3.对调节系统的基本要求
工件
稳定性 是指系统受干扰或给定控制信号U阶跃 突变离开稳定平衡状态，而在干扰停止后能恢复
到新稳定状态的能力
静态误差小 新稳定工作点被调量稳定值与初始 2019/11/26稳定值之差
继电器程控-气阀
继电器程控-继电器
YV S K KT 1 2019/11/26
1
1
K2 K1KT2 S2
53
§6-3电弧焊的程序自动控制
2.无触点程控
利用分立元件，IC逻辑电路及晶体管、晶闸 管功率开关器件等构成的无触点程控取代上述 继电器系统 ，提高频度和使用寿命。—天焊厂 4万小时
第二章 电弧焊自动控制基础
19
第一节 熔化极电弧焊的自动调节系统
2、电弧电压反馈调节系统的静态特性
电弧电压调节 系统的静态特 性
该直线上所有点满足vf=vm，并与电源外特性相交确定系统 的稳定工作点；
k足够大，tanβ→0，系统静特性接近于平行电流坐标轴； Uc增加，系统静特性平行上移； 焊丝直径减小、焊丝伸出长度增大，ki增大， tanβ增大， 焊丝材料和保护条件的影响。
增大(减少)，从而迫使弧长回到原来长度，保证焊接 电弧焊自动控制基础
18
第一节 熔化极电弧焊的自动调节系统
调节器结构
发电机-电动机系统 vf≈k（Ua-Uc'）
晶闸管-电动机系统
vf≈k（Ua-Uc）
电弧电压调节器 的静态特性方程
2013-8-23
第二章 电弧焊自动控制基础
第一节 熔化极电弧焊的自动调节系统
2、 等速送丝自身调节的精度 调节精度指系统调节过程结束后 静态误差的大小。
弧长波动时的自身调节精度
电弧缩短时，系统的工作点O0→O1 ∵ vm0=kiIa0－kuUa0， vm1=kiIa1－kuUa1； Ia1>Ia0，Ua1<Ua0 ∴vm1>vm0=vf，于是工作点将在电源外特性曲线上从O1点向
使电弧静特性产生波动的外界干扰
送丝速度不均匀；
焊炬相对于焊缝表面距离的波动；
电弧静态工作点的波动
焊剂、保护气体、母材和电极材料成分不均匀或污染物等 引起的弧柱电场强度的变化。
使电源外特性发生变化的外界干扰 负载突变；弧焊电源内部元器件受热后发生的变化。
第二章 电弧焊自动控制基础 4
2013-8-23
第4章自动控制系统06-1
4.1.2 电弧焊程序控制的转换方式和方法
• 1．程序自动控制的转换方式 除了需人工操作指令(如启动、停止、急停)以 外，电弧焊的程序转换都应自动地实现。 转换方式有以下三种： (1)行程转换 即按预定的空间距离进行程序转换。 环缝焊焊接参数的分段转换、环缝焊到终点2)时间转换 即按预定的时间间隔进行程序转换。 保护气提前给送和滞后停止、焊丝返烧熄弧等可 以使用延时继电器或延时电路来实现。 (3)条件转换 即以系统达到某种特定状态(如电弧 引燃、熄灭、焊枪达到某个位置等)为条件所进行 的程序转换。
给 O
K Ku
g
（Ｋ＋Ｋu 是截距）
Ua Ki tg I a K Ku
• 1) 直线为截距 UO其斜率为tgβ的直线。 • 2) 当k足够大时.tgβ→β→o 平行于横坐标轴的直线。 • 3) 给定电压Ug增大，曲线平行上移,Ug减小曲线 平行下移。 • 4) D丝 减小L伸↑时，Ki↑，tgβ↑，曲线斜率↑。 （D丝 ↓）。 • 5) 焊丝材质不同， 其电阻率不同， 曲线斜率也不同。
Ｋｉ：Ｖ熔 随Ｉ变化的系数，取决于电阻率D丝， Ｌ伸及Ｉ大 小（ｃｍ/s.A) Ｋｕ：Ｖ熔 随Ｖ变化的系数,取决于电位梯度.Ｌ弧大小 （cm/s.v）。 • 当Ｖ送 一定时，弧长稳 定燃烧时： • Ｖ送 ＝Ｖ熔 ＝ＫｉＩ－ＫｕU • Ｉ＝Ｖ送 ／Ｋｉ＋Ｋｕ.U／Ｋｉ • 在一给定Ｖ送 条件下，Ｉ(H)和ＶH之间关系，通过公式 可做出曲线如图： 等熔化曲线或自动调节静特性曲线。 • 曲线上的各点，Ｖ送 ＝Ｖ熔 • 曲线上的左面，Ｖ送 〉Ｖ熔 • 曲线上的右面，V送 〈V熔 • 测定方法，一种V送 几种外特性曲线。 由图可知：
• 2.电弧自身调节作用： • 等速给送式：在弧长一定时，稳定工作点是外 特性，静特性，和等熔化曲线三者的交点。 • 如图：弧长变化自动调节过程： • 当Ｌ1→Ｌ2，O1→O2， • 此时Ｉ1 →Ｉ2， • 所以Ｉ1〈Ｉ2. U2>U1。 • 所以V熔2 <V熔1 ，所以V熔 ↑， 自动恢复到L1 这种由于V熔 随弧长变动而引起消除波动的自动调节作用称为： 电弧的自身调节作用。 • 等熔化曲线也称： 电弧自身调节特性曲线。
Z4-2第四章 电弧焊自动控制基础
4.2电弧焊的自动调节系统焊接参数是焊接时为保证焊接质量而选定的各项参数的总称。
其中最重要的参数是焊接电流、电弧电压和焊接速度。
这些参数在焊接过程中能否始终保持恒定，不仅影响到焊丝熔化和熔滴过渡、母材熔化和焊缝形成等过程，而且影响到焊缝的最终质量，包括焊缝成形、焊缝的组织和性能，以及有无缺陷等。
因此，保持电弧焊参数恒定也是电弧焊自动控制的重要内容。
4.2.1自动调节的必要性及原理1.自动调节的必要性在焊接过程中保持焊接速度不变相对比较容易，可以通过在直流电动机驱动电路中加入电枢电压负反馈、电枢电流正反馈等反馈环节来校正由于网路电压和驱动负载阻力矩波动而造成的转速变动。
而保持焊接电流和电弧电压始终不变则比较困难，这是因为在焊接过程中经常要受到外界各种因素的干扰而导致焊接电流和电弧电压偏离预定值。
因此，在这里主要讨论关于焊接电流和电弧电压的自动调节问题。
关于焊接速度自动调节问题，读者可参考有关电力拖动自动控制方面的书籍。
电弧稳定燃烧时的焊接电流和电弧电压是由焊接电源的外特性曲线和电弧静特性曲线的交点决定的。
如图4—11所示的0点所对应的电流和电压值即是稳定燃烧时的焊接电流和电弧电压，0点称为电弧稳定工作点。
但是在焊接过程中，一些外界干扰或者使电弧静特性曲线变化，或者使电源外特性曲线变化，这些都使电弧稳定工作点发生变化。
干扰因素可以分为两类：(1)使电弧静特性发生变化的外界干扰主要有：由于焊件表面起伏不平、坡口加工或装配不均匀、焊道上有定位焊缝、焊丝打滑等引起的电弧长度的变化；由于焊剂、保护气体、母材和电极材料成分不均匀，或有污染物等引起弧柱电场强度变化而使电弧静特性发生变化等。
电弧静特性变化必然使焊接电流和电弧电压发生变化，例如当电弧缩短时，电弧稳定工作点从0点移到01点，如图4-11所示。
图4-11 电弧静特性变化引起的焊接参数变化(2)使电源外特性发生变化的外界干扰主要有：大容量电气设备(如电阻焊机，大功率电动机等)突然起动或切断造成的电网电压波动；弧焊电源内部的电阻器件和电子元件受热后使其输出发生波动等。
Z4-1第四章 电弧焊自动控制基础
除了需接受必要的外部人工操作指令（如启动、停止、急停） 以外，电弧焊的程序转换都应自动地实现。其转换方式有以下三种： (1)行程转换 即按预定的空间距离进行程序转换。常用于全位置环 缝焊时的过程参数的分段转换、环缝焊到终点时自动停止、焊枪自 动返回等。常用行程开关来实现。 (2)时间转换 即按预定的时间间隔进行程序转换。例如，保护气提 前给送和滞后停止、焊丝返烧熄弧等即属此类。可以使用延时继电 器或延时电路来实现。 (3)条件转换 即以系统达到某种特定状态(如电弧引燃、熄灭、焊 枪达到某个位置等)为条件所进行的程序转换。可以使用电弧电压 继电器、电流继电器或磁电、光电半导体传感器等来实现。
图4-２继电器控制电路组合
ａ)“或”组合
ｂ)“与”组合
(2)无触点程序控制这是一种利用晶体管门电路和晶 闸管等功率开关等构成的程序控制系统，已在专用弧焊设 备中得到应用。
(3)数字程序控制这是一种应用单片微型计算机制成 的程序控制系统，它具有更大的机动灵活性，已经成为专 用焊接设备和弧焊机器人等主要的程序控制方式。
2.程序自动控制的转换方法 (1) 继电器程序控制其由按钮、开关、继电器、接触器和
电磁气阀等元件按一定逻辑条件组合而成，是电弧焊设备常用 的方法。基本逻辑组合有“或”、“与”、“非”三种，复杂一些的 程序控制系统可以由它们复合而成。其中，逻辑“或”组合实例 如图4－２ａ所示，只要气流预检开关S１、提前送气继电器K1 的触点和滞后停气时间继电器KT1的触点中有一个接通，电磁气 阀YV就可以接通。图4－２ｂ是逻辑“与”组合实例，不考虑空载 接通开关S2，只有当中间继电器K1的触点和时间继电器KT2的触 点都接通时，才能使继电器K2工作。
图4－８高频引弧控制电路 ａ）电压继电器控制 ｂ)电流继电器控制
图4-２继电器控制电路组合
ａ)“或”组合
ｂ)“与”组合
(2)无触点程序控制这是一种利用晶体管门电路和晶 闸管等功率开关等构成的程序控制系统，已在专用弧焊设 备中得到应用。
(3)数字程序控制这是一种应用单片微型计算机制成 的程序控制系统，它具有更大的机动灵活性，已经成为专 用焊接设备和弧焊机器人等主要的程序控制方式。
2.程序自动控制的转换方法 (1) 继电器程序控制其由按钮、开关、继电器、接触器和
电磁气阀等元件按一定逻辑条件组合而成，是电弧焊设备常用 的方法。基本逻辑组合有“或”、“与”、“非”三种，复杂一些的 程序控制系统可以由它们复合而成。其中，逻辑“或”组合实例 如图4－２ａ所示，只要气流预检开关S１、提前送气继电器K1 的触点和滞后停气时间继电器KT1的触点中有一个接通，电磁气 阀YV就可以接通。图4－２ｂ是逻辑“与”组合实例，不考虑空载 接通开关S2，只有当中间继电器K1的触点和时间继电器KT2的触 点都接通时，才能使继电器K2工作。
图4－８高频引弧控制电路 ａ）电压继电器控制 ｂ)电流继电器控制
焊接自控.ppt
2.无环流可逆晶闸管驱动电路图 采用零式反并联晶闸管可逆驱动电路
a)以光敏晶体管为检测元件，差动场效应晶体管放大电路和射极跟 随器为前置放大；
b)以光电池为检测元件、二级集成运放作前置放大
漏磁抑制式
电势抑制式
(四)接触式传感器
利用跟焊缝坡口相接触的探针和适 当杠杆机构做成的接触式传感器有多 种结构形式，其中有通过电位器、差 动变压器、发光二极管和光敏元件、 微动开关等来产生跟踪偏差讯号。这 类传感器结构比较简单，在一定条件 下使用还是比较可靠的，国外有些窄 坡口焊接的跟踪就采用这种传感方法。
• (1)钨极氩弧焊时，取两侧的电弧电压偏差。 • (2)等速送丝熔化极电弧焊，取两侧的电弧电流偏差。
考虑到高度和横向同时出现偏差的可能性，实际上常以中心位置的弧压 或或(电IL流+I作R)／为2参为考高点度，跟而踪以误[差(IL-。IC′)-(IR-IC″)]作为横向跟踪偏差，以(IC′+IC″)／2
(二)光电传感器
1.高度偏差的光电 检测传感器
(1)直接检测法 (2)间接检测法
2.横向跟踪的光 电检测传感器
(1)跟线或跟缝检测法 (2)跟踪坡口棱边的检 测法
(3)IC光电传感器 自扫描光电二极管
阵列器件(SSPD)、电 荷耦合器件(CCD)、 电荷注入器件(CID)
Байду номын сангаас
A.采用SSPD集成光敏器件的跟踪传感器
第一章 电弧焊自动控制技术
§1—3 电弧焊的自动跟踪控制
自动跟踪，即在电弧焊过程中使电弧自动对准焊接坡口中心 。
一、自动跟踪控制系统的结构 二、电弧跟踪偏差的检测传感方法
1.电弧传感器 2.光电传感器 3.电磁式传感器 4.接触式传感器
焊接方法与设备-6电弧焊自动控制基础
47
§6-3电弧焊的程序自动控制
一、控制对象和要求
（二）、基本要求
提前送气和滞后关气----气保护焊 可靠地一次引燃电弧 熄弧时保证填满弧坑
2019/11/14
48
§6-3电弧焊的程序自动控制
I
2019/11/14
49
§6-3电弧焊的程序自动控制
2019/11/14
图1
50
§6-3电弧焊的程序自动控制
二、程序自动控制类型和实现方法
（一）、程序自动控制基本类型
时间转换。按时序（程序设定）计时执行
行程转换。焊缝长度到熄弧（起弧）
条件转换。以电弧引燃或熄灭，执行I，U等转换 （二）、程序自动控制的实现方法
继电器程控 无触点程控 2019/11/14 可编程控制器程控
51 §6-3电弧焊的程序自动控制
2019/11/14
7 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2019/11/14
8 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
二、熔化极等速送丝电弧自身调节系统
u=KI+b
2019/11/14
9 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（一）等速送丝自身调节系统静特性
Vm Ki Ia KuUa
2019/11/14
I 网压波动
29 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2.电弧电压反馈调节精度
电弧电压反馈调节灵敏度
2019/11/14
Vf KUa
影
K
响 因
电源外特性
素
电弧气氛介质
30 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（四）电流与电压调节方法
U
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特点： 不可能实现送丝电机无触点换向和回抽引弧
2021/2/20
22 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2021/2/20
-+
+
23 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（二）电弧电压反馈变速送丝调节器的静特性
Vm Vf Vm Ki Ia KuUa
Ua
K
K Ku
U
c
K
Ki Ku
电弧电压反馈调节灵敏度
2021/2/20
Vf KUa
影
K
响 因
电源外特性
素
电弧气氛介质
30 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（四）电流与电压调节方法
U
粗丝情况
C
Ucmax
B A
0 2021/2/20
Ucmin
I
31 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
17 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U
vfmin
短弧时
2
vfmax
1
0 2021/2/20
I
18 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2.调节方法
双旋钮法 单旋钮法 调送丝速度（I），U按适 当比例给定
2021/2/20
19 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
三、电弧电压反馈变速送丝调节系统
焊丝直径和电流密度
电源外特性 电弧长度
焊丝成分和气体介质
15 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（四）等速送丝熔化极电弧焊的电流、电压调节方法
1.调节范围
2021/2/20
16 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U vfmin
长弧时 vfmax
Uomax Uomin
1 B
0
I
2021/2/20
5 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
3.基本要求
动态品质好 动态调节过程短。 P91图4-2，4-3。 Y(t)被调量y(t)-y0偏差量。
超调量:
衰减度:
2021/2/20
p
ymax y() y()
ymax y1 ymax
6
§6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2021/2/20
2021/2/20
4 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
一、自动调节的必要性及基本要求
U
外
静
VF 介质
0
I
3.对调节系统的基本要求
工件
稳定性 是指系统受干扰或给定控制信号U阶跃 突变离开稳定平衡状态，而在干扰停止后能恢复
到新稳定状态的能力
静态误差小 新稳定工作点被调量稳定值与初始 2021/2/20 稳定值之差
Ia
Vf
K (Ua
U
c
)
假定K，Ki，Ku为常数，则
dU a Ki tg
dIa K Ku
Ua
2021/2/20
Ua0
β Ia
24 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（三）电弧电压反馈变速送丝调节过程、精度和灵敏度
1.电弧电压反馈调节过程
Vm Ki I a1 KuU a1
Vf
K (U a
2021/2/20
11 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
见图4-4（b） 当焊枪与工件相对高度不变时，送丝速度变化， 弧长L能稳定，无静态误差。 缓降外特性电源，调节能力强。
2021/2/20
12 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2021/2/20
13 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统 （二）等速送丝自身调节系统的精度
（一）电弧电压反馈变速送丝调节的工作原理
1. G-M驱动方式
Vf
K (U a
U
c
)
优点：短路回抽引弧，无触点换向
2021/2/20
20 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2021/2/20
21 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2.弧压反馈晶闸管整流式驱动
Vf K(Ua Uc )
Vf 0
start
电弧焊
主讲教师：高 飞
2021/2/20
2 第六章 电弧焊自动控制基础
§6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统 一、自动调节的必要性及基本要求 1.自动调节系统的类型
Ui
2021/2/20
Ui 控制器 K执 行
Uo 控制 对象
检测
3
第六章 电弧焊自动控制基础
控制 系统
开环调节系统 闭环调节系统—反馈控制
2.网路电压波动时的自身调节误差
2021/2/20
14 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动 调节系统
（三）等速送丝自身调节的灵敏度
动态品质反映：敏感性
等速送丝的熔化极电弧焊过程中，弧长干扰能依 靠焊丝熔化速度变化所产生的自身调节作用得以补偿
U m KiI a Ku U a
影 响 因 素
2021/2/20
焊接自控调节特点：
开环控制方式一般是不稳定的，但对于一些特定情况， 在系统内反馈作用下也是一种稳定系统
2.自动调节的必要性
在焊接中反映焊接熔池形状的热源（Ia，Ua）、填充材 料速度Vf和焊接速度Vw，总是受到一些外界的干扰， 发生扰动，因此必须加以识别并调节，否则易使焊接过 程受阻，或焊接质量不能保证。
长弧条件下：
讨
论
短弧条件下：
： Vf↑→曲线右移 Lf↑→曲线左移
Ia
Vf Ki
Ia
Vf Ki
Ku Ki
Ua
2021/2/20
10 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（二）等速送丝自身调节系统的精度
1.弧长波动时的自身调节精度
Vm0 Ki I a0 KuU a0 V m1 Ki I a1 KuU a1 I a1 I a0 ;U a1 U a0 Vm1 Vm0 V f
7 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2021/2/20
8 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
二、熔化极等速送丝电弧自身调节系统
u=KI+b
2021/2/20
9 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（一）等速送丝自身调节系统静特性
Vm Ki I a KuU a
Vm V f
U
c
)
2021/2/20
25 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统 U
U0 U1
0
2021/2/20
O0
l0
O1 l1
I0 I1
I
26 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（三）电弧电压反馈变速送丝调节过程、精度和灵敏度
2.电弧电压反馈调节精度 弧长波动时的调节精度 电网电压波动时的系统误差
2021/2/20
27 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U 影响不大
O1’
l0
O0
l1
0
2021/2/20
I
焊枪高度变化
28 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U
陡降特性电源
静态误差小
O0
O1 O0’
O
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I 网压波动
29 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2.电弧电压反馈调节精度
2021/2/20
22 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2021/2/20
-+
+
23 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（二）电弧电压反馈变速送丝调节器的静特性
Vm Vf Vm Ki Ia KuUa
Ua
K
K Ku
U
c
K
Ki Ku
电弧电压反馈调节灵敏度
2021/2/20
Vf KUa
影
K
响 因
电源外特性
素
电弧气氛介质
30 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（四）电流与电压调节方法
U
粗丝情况
C
Ucmax
B A
0 2021/2/20
Ucmin
I
31 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
17 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U
vfmin
短弧时
2
vfmax
1
0 2021/2/20
I
18 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2.调节方法
双旋钮法 单旋钮法 调送丝速度（I），U按适 当比例给定
2021/2/20
19 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
三、电弧电压反馈变速送丝调节系统
焊丝直径和电流密度
电源外特性 电弧长度
焊丝成分和气体介质
15 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（四）等速送丝熔化极电弧焊的电流、电压调节方法
1.调节范围
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16 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U vfmin
长弧时 vfmax
Uomax Uomin
1 B
0
I
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5 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
3.基本要求
动态品质好 动态调节过程短。 P91图4-2，4-3。 Y(t)被调量y(t)-y0偏差量。
超调量:
衰减度:
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p
ymax y() y()
ymax y1 ymax
6
§6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
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4 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
一、自动调节的必要性及基本要求
U
外
静
VF 介质
0
I
3.对调节系统的基本要求
工件
稳定性 是指系统受干扰或给定控制信号U阶跃 突变离开稳定平衡状态，而在干扰停止后能恢复
到新稳定状态的能力
静态误差小 新稳定工作点被调量稳定值与初始 2021/2/20 稳定值之差
Ia
Vf
K (Ua
U
c
)
假定K，Ki，Ku为常数，则
dU a Ki tg
dIa K Ku
Ua
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Ua0
β Ia
24 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（三）电弧电压反馈变速送丝调节过程、精度和灵敏度
1.电弧电压反馈调节过程
Vm Ki I a1 KuU a1
Vf
K (U a
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11 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
见图4-4（b） 当焊枪与工件相对高度不变时，送丝速度变化， 弧长L能稳定，无静态误差。 缓降外特性电源，调节能力强。
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12 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
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13 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统 （二）等速送丝自身调节系统的精度
（一）电弧电压反馈变速送丝调节的工作原理
1. G-M驱动方式
Vf
K (U a
U
c
)
优点：短路回抽引弧，无触点换向
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20 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
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21 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2.弧压反馈晶闸管整流式驱动
Vf K(Ua Uc )
Vf 0
start
电弧焊
主讲教师：高 飞
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2 第六章 电弧焊自动控制基础
§6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统 一、自动调节的必要性及基本要求 1.自动调节系统的类型
Ui
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Ui 控制器 K执 行
Uo 控制 对象
检测
3
第六章 电弧焊自动控制基础
控制 系统
开环调节系统 闭环调节系统—反馈控制
2.网路电压波动时的自身调节误差
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14 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动 调节系统
（三）等速送丝自身调节的灵敏度
动态品质反映：敏感性
等速送丝的熔化极电弧焊过程中，弧长干扰能依 靠焊丝熔化速度变化所产生的自身调节作用得以补偿
U m KiI a Ku U a
影 响 因 素
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焊接自控调节特点：
开环控制方式一般是不稳定的，但对于一些特定情况， 在系统内反馈作用下也是一种稳定系统
2.自动调节的必要性
在焊接中反映焊接熔池形状的热源（Ia，Ua）、填充材 料速度Vf和焊接速度Vw，总是受到一些外界的干扰， 发生扰动，因此必须加以识别并调节，否则易使焊接过 程受阻，或焊接质量不能保证。
长弧条件下：
讨
论
短弧条件下：
： Vf↑→曲线右移 Lf↑→曲线左移
Ia
Vf Ki
Ia
Vf Ki
Ku Ki
Ua
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10 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（二）等速送丝自身调节系统的精度
1.弧长波动时的自身调节精度
Vm0 Ki I a0 KuU a0 V m1 Ki I a1 KuU a1 I a1 I a0 ;U a1 U a0 Vm1 Vm0 V f
7 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
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8 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
二、熔化极等速送丝电弧自身调节系统
u=KI+b
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9 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（一）等速送丝自身调节系统静特性
Vm Ki I a KuU a
Vm V f
U
c
)
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25 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统 U
U0 U1
0
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O0
l0
O1 l1
I0 I1
I
26 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
（三）电弧电压反馈变速送丝调节过程、精度和灵敏度
2.电弧电压反馈调节精度 弧长波动时的调节精度 电网电压波动时的系统误差
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27 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U 影响不大
O1’
l0
O0
l1
0
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I
焊枪高度变化
28 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
U
陡降特性电源
静态误差小
O0
O1 O0’
O
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I 网压波动
29 §6-1 熔化极自动电弧焊的自动调节系统
2.电弧电压反馈调节精度