ＰＩ调节器的反馈电阻对晶闸管弧焊电源动态品质的影响西北工业大学（７１００７２）白钢，杨思 乾，杨金孝［摘要］本文分析了反馈电阻对ＰＩ调节器的输出波形及传递函数的影响。关键词：晶 闸管弧焊电源，ＰＩ调节器，反馈电阻，动态品质ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆＦｅｅｄｂａｃｋｒ ｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＰＩＲｅｇｕｌａｔｏｒｏｎＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｏｒｉｓｔ ｉｃｏｆＳＣＲＡｒｃＷｅｌｄｉｎｇＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌ ｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＢａｉＧａｎｇｅｔａｔ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈ ｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｗ ａｖｅｆｏｒｍａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＰＩｒｅｇｕｌａｔｏｒａｒｅａ ｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＳＣＲａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｐｏ ｗｅｒｓｏｕｒｃｅＰｌｒｅｇｕｌａｔｏｒｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｄｙｎａｍ ｉｃｃｈａｒａｃｔｏｒｉｓｔｉｃ序言在晶闸管式弧焊电源的控制电路中，常用ＰＩ调节器以获 得不同的电源静、动外特性曲线。但是，由于弧焊过程常伴随强的干扰信号，以及ＰＩ调节器在静 态高的放大倍数，常会产生电位漂移的不稳定现象，从而影响电源的稳定工作。解决这一问题的方 法之一，就是在ＰＩ调节器的反馈网络中并联反馈电阻（如图１中的Ｐ＿２）。反馈电阻的并入， 可明显提高ＰＩ调节电路的稳定性，但同时却对其动态品质产生了较大的影响，进而影响了弧焊电 源的动特性。因此，研究反馈电阻对ＰＩ调节器的动态品质及传递函数的影响，对于进一步分析晶 闸管弧焊电源的电气特性是有必要的。本文以图１所示的全控桥式整流晶闸管弧焊电源的控制电路 为例，来分析和探讨反馈电阻Ｐ＿２的影响。从图可见，焊接电流信号及电弧电压信号经取样电路 加在ＰＩ调节器的反相端，直流控制电压也加于ＰＩ调节器的反相端。由Ａ＿１、Ｃ＿１、Ｒ＿３ 、Ｒ＿４、Ｃ＿４等元件组成的ＰＩ调节器，共有三条反馈回路，一路为Ｃ＿３及Ｒ＿３，一路为 Ｒ＿２，另一路为Ｃ＿４及Ｒ＿４。Ｃ＿４及Ｒ＿４的接入受电子开关Ｋ的控制。当焊接电流最大 时，即电源处于短路状态时，电子开关在焊接电流取样电路的控制下，Ｋ打到２点位置，Ｒ＿４、 Ｃ＿４并入ＰＩ调节器的反馈网络；当焊接电流为零时，即弧焊电源处在空载状态时，Ｋ打到１点 位置，Ｒ＿４、Ｃ＿４接地。由ＰＩ调节器输出的控制电压Ｕ＿ｋ，再经过Ａ＿２组成的反相器反 相后，同时送入触发脉冲发生电路，以控制晶闸管的导通相位。因此，Ｕ＿ｋ及一Ｕ＿ｋ的动态变 化过程，表征了弧焊电源的动态品质。１反馈电阻对ｐＩ调节器动态品质的影响在由空载到短路及 从短路到空载两种状态下，测试Ｒ＿２的阻值对一Ｕ＿ｋ波形的影响。模拟短路状态时的电流为４ ５０Ａ，模拟空载状态下的电压为４８Ｖ。按照一般晶闸管弧焊电源控制线路的参数设定￣［１］ ，选取Ｃ＿３＝１μｆ，Ｒ＿３＝４．７ｋΩ，Ｒ＿４＝４７０Ω，Ｃ＿４＝４．７μｆ。图２为 从短路到空载及从空载到短路两种过渡状态下，不同反馈电阻值所对应的Ｕ＿ｋ变化波形。从图可 见，并入反馈电阻Ｒ＿２之后，ＰＩ调节器的输出波形已不再呈线性，而变成了近似按指数曲线上 升和下降的非线性曲线。当电路从短路状态变到空载状态后，Ｕ＿ｋ从稳定的１３．７Ｖ变到空载 时的稳态电压Ｕ＿Ｋ＇的时间ｔ＿１随Ｒ＿２阻值的增大而明显减小。空载稳态下的Ｕ＿ｋ＇电压 值，随Ｒ＿２阻值的增大而增大。当电路从空载状态变到短路状态时，Ｕ＿ｋ从稳定的Ｕ＿ｋ＇变 化到稳定的１３．７Ｖ的时间ｔ－２，同样随Ｒ＿２的增大而明显减小。在同一Ｒ＿２阻值的情况 下，ｔ＿２明显大于ｔ＿１。是因为在短路时，由于电子开关Ｋ闭合到２位置，ＰＩ调节器的反馈 回路多接入了Ｃ＿４、Ｐ＿４支路，使电路的时间常数发生了变化所致。这表明，由短路到空载时 的电压恢复速率比较快，而由空载到短路时的电流增长速率相对较慢，这有利于提高焊接过程的稳 定性。综上所述，反馈电阻Ｒ＿２的接入，已明显改变了ＰＩ调节器的输出特性，其阻值大小对输 出波形有很大的影响，从而显著改变了ＰＩ调节器的动态品质及电源的动特性曲线。从图２还可看 出，反馈电阻阻值的变化，还使ＰＩ调节器的静态工作电压发生了相应的变化。反馈电阻愈大，Ｐ Ｉ调节器在空载状态下输出的电压愈高。２反馈电阻对ＰＩ调节器传递函数的影响当电子开关Ｋ打 到１点时，Ｃ＿４、Ｒ＿４支路与地相接，ＰＩ调节器的等效电路如图３所示。计算图３电路的传 递函数如下：反馈阻抗开关Ｋ打到２点时，Ｃ＿４、Ｒ＿４支路并入反馈网络，ＰＩ调节器的等效 电路如图４所示。计算图４电路的传递函数如下：从式（５）及（２２）可以看出，反馈电阻Ｒ＿ ２对Ｐｌ调节器的传递函数有很大影响，它使ＰＩ调节器在阶跃信号的作用下，输出不再呈线性变 化，而呈现出复杂的曲线变化。当输入信号发生跳变时，Ｒ＿２越大，ＰＩ调节器的输出从一种状 态过渡到另一种状态所需的时间越短。３结论（１）反馈电阻使ＰＩ调节器在阶跃信号的作用下， 输出呈现非线性变化。（２）反馈电阻越大，ＰＩ调节器从一种状态过渡到另一种状态的时间愈短 。（３）反馈电阻使ＰＩ调节器的传递函数发生了明显的复杂变化。参考文献｜｜１Ｓａｆｅｔｙ ＲｕｌｅｓｆｏｒＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＡｒｃＷｅｌｄｉｎｇＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅ．Ｏｗ ｎｅｒ′ｓＭａｎｕａｌ．ＭｉｌｌｅｒＥｌｅｃｔｒｉｃＭｆｇＣＯ．１９９０２郑宜庭，黄石 生编．
弧焊电源．北京：机械工业出版社，１９８８３刘元干编．电路理论基础．北京：人民邮电 出版社，１９８２，１２PI调节器的反馈电阻对晶闸管弧焊电源动态品质的影响@白钢，杨思乾 ，杨金孝$西北工业大学晶闸管弧焊电源，ＰＩ调节器，反馈电阻，动态品质本文分析了反馈电阻 对ＰＩ调节器的输出波形及传递函数的影响。１ＳａｆｅｔｙＲｕｌｅｓｆｏｒＯｐｅｒａｔｉｏ ｎｏｆＡｒｃＷｅｌｄｉｎｇＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅ．Ｏｗｎｅｒ′ｓＭａｎｕａｌ．Ｍｉｌｌ ｅｒＥｌｅｃｔｒｉｃＭｆｇＣＯ．１９９０２郑宜庭，黄石生编．弧焊电源．北京：机械工业出 版社，１９８８３刘元干编．电路理论基础．北京：人民邮电出版社，１９８２，１２跳变时，Ｒ ＿２越大，ＰＩ调节器的输出从一种状态过渡到另一种状态所需的时间越短。３结论（１）反馈电 阻使ＰＩ调节器在阶跃信号的作用下，输出呈现非线性变化。（２）反馈电阻越大，ＰＩ调节器从 一种状态过渡到另一种状态的时间愈短。（３）反馈电阻使ＰＩ调节器的传递函数发生了明显的复 杂变化。参考文献｜｜１ＳａｆｅｔｙＲｕｌｅｓｆｏｒＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＡｒｃＷｅｌｄ ｉｎｇＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅ．Ｏｗｎｅｒ′ｓＭａｎｕａｌ．ＭｉｌｌｅｒＥｌｅｃｔｒｉｃ ＭｆｇＣＯ．１９９０２郑宜庭，黄石生编．弧焊电源．北京：机械工业出版社，１９８８３刘元 干编．电路理论基础．北京：人民邮电出版社，１９８２，１２PI调节器的反馈电阻对晶闸管弧 焊电源动态品质的影响@白钢，杨思乾，杨金孝$西北工业大学晶闸管弧焊电源，ＰＩ调节器，反 馈电阻，动态品质本文分析了反馈电阻对ＰＩ调节器的输出波形及传递函数的影响。１Ｓａｆｅｔ ｙＲｕｌｅｓｆｏｒＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＡｒｃＷｅｌｄｉｎｇＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅ．Ｏｗｎｅｒ′ｓＭａｎｕａｌ．ＭｉｌｌｅｒＥｌｅｃｔｒｉｃＭｆｇＣＯ．１９９０２郑宜庭，黄石生编．弧焊电源．北京：机械工业出版社，１９８８３刘元干编．电路理论基础．北京：人民邮电出版社，１９８２，１２
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