|
尹海
（山東山大奧太電氣有限公司，山東 濟南 250101）
摘要：在逆變式弧焊電源中需對電壓電流信號進行采集，實現(xiàn)對輸出量的閉環(huán)控制并對電路進行保護�；魻栯娏麟妷簜鞲衅餍阅軆�(yōu)異，將會得到越來越多的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：霍爾元件；電壓電流傳感器；逆變式弧焊電源
Application of current and voltage transducers in inverter arc welding source
0 引言
在各種電力電子產(chǎn)品如變頻器、逆變電源、開關(guān)電源、逆變焊機中，常需要對各種電壓、電流信號進行采集，實現(xiàn)對輸出電量的閉環(huán)控制及對設(shè)備工作的可靠性保護。近年來，隨著新型大功率高速開關(guān)器件和單片機、PLC、DSP等數(shù)字化芯片在各種電力電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，人們對電壓電流信號的采集方法也提出了越來越高的要求。基于霍爾原理制成的電流電壓傳感器以其在各方面表現(xiàn)出來的優(yōu)點得到了大家的重視，本文僅就該類傳感器在逆變式弧焊電源中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景進行分析及闡述。
1 逆變式弧焊電源中電壓電流信號的作用及采集方式
圖1 逆變式弧焊電源系統(tǒng)框圖
市電經(jīng)整流濾波由交流電變?yōu)橐淮沃绷麟�，PWM逆變器將其變換為20KHZ的交流電，再經(jīng)整流濾波后得到二次直流電輸出為電弧提供能量。
在該系統(tǒng)一次直流電環(huán)節(jié)，電壓信號VDC用來實現(xiàn)對電網(wǎng)欠壓、過壓、缺相的保護；電流信號IDC用來實現(xiàn)對由于輸出過流、二次整流元件損壞、變壓器偏磁過流、一次開關(guān)器件橋臂直通等原因的過流保護。
電壓信號VDC對于焊機工作而言不是必需的，在國內(nèi)工業(yè)施工和使用環(huán)境電網(wǎng)質(zhì)量較差的情況下，焊機還易出現(xiàn)頻繁保護，用戶不滿意，因此國內(nèi)許多焊機產(chǎn)品不設(shè)該項保護。但據(jù)筆者多年的經(jīng)驗，供電問題往往是造成焊機故障的主要原因之一，對一次主電路器件如輸入濾波電容、IGBT等危害較大，應(yīng)予以保護。VDC可以用電阻降壓的方式取得，也可以采用霍爾電壓傳感器。
電流信號IDC對于焊機工作而言也不是必需的，但由于過流的情況易于出現(xiàn)，且短時即可造成IGBT的損壞，故各焊機廠家都是很重視的。用霍爾電流傳感器對一次直流母線電流進行檢測是最合理的保護方法，可以防止因為各種原因造成的過流。因為成本的原因，現(xiàn)在常常采取的替代辦法是在變壓器回路串入電流互感器采集信號，但這種方法不能對逆變器橋臂直通進行保護。各種IGBT驅(qū)動模塊一般內(nèi)含過流保護功能，是通過管壓降間接檢測電流，但其靈敏度較低。
在該系統(tǒng)二次直流電環(huán)節(jié)，電流信號I O用來實現(xiàn)對焊接電流進行閉環(huán)控制并顯示；電壓信號VO用來實現(xiàn)對電弧電壓的檢測，手工電弧焊機據(jù)此決定是否輸出熱引弧電流或推力電流，CO2氣體保護焊機據(jù)此完成平特性控制，并通過電子電抗器實現(xiàn)短路過渡狀態(tài)下電流波形的控制，如圖2所示。
電流信號I O和電壓信號VO在逆變式弧焊電源中往往是必需的。以前人們一般采取的方法是用分流器采集輸出電流信號，由于其信號很弱，須經(jīng)運算放大器放大后才能使用；電壓信號是把輸出電壓用電阻分壓后直接送入控制電路。這種方法的優(yōu)點是電路簡單，成本低。但由于逆變式弧焊電源的輸出開關(guān)噪聲和電弧噪聲都很強，這種直接取得的信號信噪比很低，不能得到較高的控制精度。另外，由于運算放大器存在溫漂，故對小電流的判定和準(zhǔn)確控制也很困難。高頻引弧的氬弧焊機在引弧時會產(chǎn)生強烈干擾，即便經(jīng)過精心設(shè)計，在這種情況下也很難避免干擾造成的影響，嚴(yán)重時還會損壞控制電路元器件。霍爾電壓電流傳感器由于與焊機輸出電路無電的直接聯(lián)系，因而有很強的抗干擾能力，用于焊機輸出反饋是很理想的。
2 電流電壓傳感器的基本分類及特點
常用的霍爾電流傳感器分為開環(huán)與閉環(huán)兩種。
開環(huán)電流傳感器的基本工作原理是：被檢測電流通過傳感器后，該電流產(chǎn)生的磁通集中在傳感器內(nèi)磁環(huán)的磁路中，用霍爾元件在磁環(huán)開口氣隙處進行檢測�；魻栐妮敵鼋�(jīng)過處理，在傳感器輸出端可得到精確反映原邊電流的電壓信號。其特點是體積小重量輕、低損耗、測量范圍寬、不影響被測電路工作、價格較便宜，但響應(yīng)速度稍慢。
|
