摘要：通過對(duì)電壓負(fù)反饋配合電流正反饋的送絲調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的比較，得出了這兩種調(diào)速系統(tǒng)的等效條件。設(shè)計(jì)了一種基于TL494芯片的電壓負(fù)反饋配合電流正反饋的CO2焊機(jī)送絲調(diào)速電路。該電路通過PWM脈寬調(diào)制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的均勻調(diào)節(jié)，并具有過電流截止保護(hù)功能。通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該調(diào)速電路的可靠性。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電源電壓由342V變到418V，負(fù)載從25N變到50N時(shí)，送絲速度的變化率小于5%，符合JB/T9533-1999專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　細(xì)絲CO2焊通常都采用等速送絲方式配合平特性電源，使得電弧有較強(qiáng)的自身調(diào)節(jié)功能，燃弧穩(wěn)定。設(shè)計(jì)合理，性能優(yōu)良的送絲裝置是實(shí)現(xiàn)高焊接質(zhì)量的前提。送絲電機(jī)一般采用慣性小、機(jī)械特性硬的印刷電機(jī)。為了確保電機(jī)能夠穩(wěn)定送絲，工程上多采用3種調(diào)節(jié)方式：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)，電樞電壓負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)和電樞電壓負(fù)反饋配合電樞電流正反饋調(diào)節(jié)。采用速度反饋方式，雖然控制精度高，但必須采用測速發(fā)電機(jī)，成本較高;電樞電壓負(fù)反饋只能實(shí)現(xiàn)電樞電壓的穩(wěn)定，不能補(bǔ)償負(fù)載力矩變化造成的轉(zhuǎn)速變化，因而控制精度較低;電壓負(fù)反饋配合電流正反饋不僅能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，而且電路設(shè)計(jì)簡單，成本低。本文所設(shè)計(jì)的等速送絲電路就是采用電壓負(fù)反饋與電流正反饋相結(jié)合的調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)均勻調(diào)速。在網(wǎng)壓±10%和負(fù)載在50%～100%變化時(shí)，送絲速度的變化率小于±5%.

　　1電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比較

　　為了使輸出的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，最直接的控制方式就是采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)［1］，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)

　　從圖1可以得出輸出轉(zhuǎn)速對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)：

　　式中：n———電機(jī)轉(zhuǎn)速;MFZ──負(fù)載轉(zhuǎn)矩;RD———電樞電阻;RY———電源內(nèi)阻及導(dǎo)線電阻;JG———電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;K———誤差放大倍數(shù);KV———速度反饋放大倍數(shù);CE，CM———電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù);Υ———電動(dòng)機(jī)磁通;S———拉氏變量。

　　電壓負(fù)反饋配合電流正反饋的調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅能使電樞電壓穩(wěn)定，而且可以使轉(zhuǎn)速恒定，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)

　　由圖2可以得出輸出轉(zhuǎn)速對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)：

　　式中：KI———電流反饋系數(shù);KU———電樞電壓反饋系數(shù)。

　　即反饋量正比于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。

　　需要說明的是，雖然電流正反饋配合電壓負(fù)反饋可以等效速度負(fù)反饋，但不能完全取代。例如它對(duì)溫度等的變化所引起的速度細(xì)微變化不具有補(bǔ)償作用。但是，對(duì)于送絲機(jī)來說，這個(gè)等效精度足夠了。

　　2電路原理

　　圖3是設(shè)計(jì)的電路原理圖。

　　圖3送絲調(diào)速電路原理

　　以整流橋D1與可調(diào)穩(wěn)壓芯片LM317為核心，直流穩(wěn)壓電路可以提供24V和15V直流電壓.24V電壓為印刷電機(jī)供電，再經(jīng)LM317產(chǎn)生15V恒定電壓，為TL494提供電源.TL494是PWM控制電路的核心。管腳1，2是TL494運(yùn)算放大器的誤差輸入端，系統(tǒng)的電壓給定和電壓負(fù)反饋由管腳1引入，電流正反饋和運(yùn)放的RC反饋網(wǎng)絡(luò)由管腳2引入，構(gòu)成輸入比較環(huán)節(jié)。電壓反饋取樣電路經(jīng)0.1μF的電容C10濾波后，消除了反饋信號(hào)中的脈動(dòng)成分。管腳9和10驅(qū)動(dòng)三極管Q1。為了增強(qiáng)輸出，保持振蕩器頻率，用8，11腳并聯(lián)接入15V電源，9，10腳并聯(lián)輸出，為輸出驅(qū)動(dòng)電路提供輸入信號(hào)。管腳15，16為TL494運(yùn)算放大器的誤差輸入端.16腳用于電流取樣信號(hào)輸入，15腳引入給定電流門限電壓。兩路輸入進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)生過電流時(shí)，比較器輸出高電平，TL494的COMP的電壓達(dá)到正向飽和電壓4.8V左右，輸出脈寬為0，關(guān)閉輸出。電流取樣電路中的電容C11的作用與C10相同，用于消除反饋信號(hào)的脈動(dòng)成分。

　　三極管Q1（S8050）與場效應(yīng)管Q2（IFR9530）是驅(qū)動(dòng)輸出電路的核心元件。其中，IFR9530是功率開關(guān)器件，在S8050驅(qū)動(dòng)下，對(duì)24V電源進(jìn)行斬波，為印刷電機(jī)提供電壓.J是直流繼電器，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電樞與J的常開觸點(diǎn)3閉合，電機(jī)工作。當(dāng)S斷開時(shí)，電樞經(jīng)J的常閉觸點(diǎn)2接地，與大功率電流反饋電阻R18構(gòu)成閉合回路，進(jìn)行能耗制動(dòng)。其中的偏置電阻R7，R8，R9的電阻值對(duì)功率放大電路輸出波形影響較大，不宜選得過大，R7取1～2kΨ，R8，R9取100～200Ψ為宜。

　　3試驗(yàn)

　　根據(jù)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T9533-1999，對(duì)該送絲裝置的要求：（a）直徑0.8～1.2mm的焊絲所需要的額定牽引力為50N。（b）供電電壓在額定值±10%波動(dòng)時(shí)，速度變化率在±5%以內(nèi)。（c）當(dāng)送絲牽引力由額定值的50%變化到100%時(shí)，速度變化率在±5%以內(nèi)。

　　送絲速度范圍偏差值

　　試驗(yàn)裝置由120SN01-C直流印刷電機(jī)（24V，5A，65W）、SK-404電子計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器（秒表）、砝碼等組成。電機(jī)在3m高處垂直拖動(dòng)砝碼運(yùn)行，用計(jì)數(shù)器記錄電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，計(jì)時(shí)器記錄時(shí)間，經(jīng)過多次測量，按式（4）（5）計(jì)算，得到數(shù)據(jù)見表1，2。

　　3.1電壓波動(dòng)試驗(yàn)

　　以380V額定電壓為參考電壓，在負(fù)載為50N時(shí)，可以看出，電壓波動(dòng)±10%，在高速12.90m/min時(shí)，速度誤差小于±5%，在低速2.54m/min時(shí)，速度誤差也小于±5%，試驗(yàn)分別采用0.8，1.2的焊絲。

　　3.2變負(fù)載試驗(yàn)

　　以50N額定負(fù)載為參考負(fù)載，電壓為380V，可以看出當(dāng)送絲速度為12.90m/min，電機(jī)負(fù)載在50%～100%的額定負(fù)載范圍內(nèi)變化時(shí)，誤差小于5%;當(dāng)送絲速度為2.54m/min時(shí)，誤差小于5%，轉(zhuǎn)速十分穩(wěn)定。試驗(yàn)分別采用0.8、01.2的焊絲。

　　綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，可以看出用電壓負(fù)反饋配合電流正反饋等速送絲效果令人滿意，系統(tǒng)符合機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T9533-1999。

　　4結(jié)論

　　a.用TL494設(shè)計(jì)的送絲調(diào)速電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠、成本低廉。

　　b.調(diào)速系統(tǒng)在抗網(wǎng)壓波動(dòng)和負(fù)載波動(dòng)上，送絲速度變化率小于5%，符合標(biāo)準(zhǔn)JB/T9533-1999的要求。

　　c.電樞電壓負(fù)反饋配合電樞電流正反饋可以等效速度負(fù)反饋，使送絲速度更穩(wěn)定，提高焊接質(zhì)量.