摘要：可控硅整流电源是一种用于控制弧焊的电子电源，其性能主要受主电路和触发控制电路影响较大。其中，主电路又受到电抗器各参数影响，触发控制电路参数则是由同步移相信号和电路的有效反馈等情况决定。因此，本文将针对频域分析法在可控硅整流电源中的应用进行有效分析，认识反馈控制电路的样式和电源性能的联系，并对此进行相应的研究。
关键词：频域分析；可控硅整流电；应用
引言
频域分析法是研究控制系统中的一种典型、重要的方式，主要是在频域区域中利用图解分析法进一步评价系统性能的工程方式。在频域内研究当数字域频域Ω从0到∞（无穷大）时，其输入输出波幅之比和相角差的图形变化[1]。频域分析法在一定程度上比较容易对系统中的特征方程次数在相对高的情况下系统性能指标变化完成确定，然后根据相应的变化开展系统参数以及结构变化对系统效能影响进行合理研究、分析。在进行弧焊电源具体特征的实际描述中，实际上就是对电源的输出电压还有电流间的关系进行有效研究，若将电源的输出电压作为输入信号，而电流作为输出信号，那么就可以利用传递函数的理论，应用频域分析法对电源输出电压还有电流间的关系进行有效研究。
一、传递函数
在可控硅式弧焊整流电源的基本工作原理中，主要是应用短路过渡为主的焊接技艺，在此条件下，其电源的负载为根据电源的输入信号频率而产生变化，使电源的输出不断跟随负载实际变化状况产生相应的变化。在对短路进行熔滴过程中，其整体系统的负载变小，电流也就随机变大，其中系统中的电压平衡方程式为：“Ud=L×di/dt+Ri”，其中，“Ud”为电源的输出电压，而“L”为直流电抗器的电源量，“R”为短路时系统的等效电阻“di/dt”则为电感上的电流变化量。对“Ud=L×di/dt+Ri”实施拉式变换，并将电压作为输入量，将电流作为输出量，就可以获得传递函数：“I(s)/Ud(s)=(1/R)/(L/R×S+1)=KL/TLs+1”，在此公式中，其TL为时间常数，其主要是通过直流电抗器的电感以及系统等效电阻进行定夺的。根据相关的资料可了解到，在发生短路时，电弧等效地电阻大约是10-2Ω数量级，在部分资料中可了解到，在有效实现输出电流不断的条件下，要尽可能地利用小的电感，这主要是进一步降低电源的体积还有重量，与此同时，有效地减小原材料的损耗，使电源的动性能得到有效保障[2]。一般情况下，根据特定电流是400安培的电源，那么直流电抗器的电感量大约为0.5豪亨，而直流电抗器的时间常事一般约是25毫秒。
实施短路熔滴过程中，其系统的电流加大，通过相应的反馈保证直流控制电压产生相应的变化：“UK(S)=[Ug（S)-mI(S)]G(S)”,其中，UK(S)表示直流控制电压的拉氏变换式，Ug（S)为给定信号的拉氏变换式，而I(S)则为电流的拉氏变换式，G(S)为调节器的传递函数，m则是电流的取样数[3]。在经过UK的变化后，有可能会引起可控硅的接触发脉冲相位产生相应的变化，使得可控硅整流器的输出也随之产生一定的变化。在锯齿波信号作为同步移向电压信号过程中，移向控制角度α和UK间就是其中的线性关系。其中α受相关的整流数电路的影响，所以其工作的区域为0-90°，就利用其相近性将输出还有输入通过线性的关系进行相应的处理，其中Ud当做是输出量，UK则为输入量，其公式为：“Ud（S)/UK(S)=Kc/Tcs+l”，其中，“Tc”为可控硅整流器的时间数，大概为3.3毫秒，“Kc”则是U0和r等相关的常数。
根据“I(s)/Ud(s)=(1/R)/(L/R×S+1)=KL/TLs+1”和“Ud（S)/UK(S)=Kc/Tcs+l”可得出系统的传递函数，如图1所示，
图1 系统方块图
根据系统方块图可得出系统开环传递函数为“Gk(s)=mkcKLG(s)/(Tcs+1)×(TLs+1)”。
二、性能分析
比例调节器
根据“Gk(s)=mkcKLG(s)/(Tcs+1)×(TLs+1)”可了解到其类型和调节器G(s)相关，当其为调节器时，那么G(s)=KP，就可得出公式：“GK(s)=Gk(s)=mKcKLKP/(Tcs+1)×(TLs+1)”,为进行有效分析，将G(s)=Kp=1,并代入其中可得：“GK(s)=5.25/（0.0033s+1)×(0.025s+1)”,通过特性分析可形成“比例环节G1(s)=5.25”、“惯性环节G2(s)=1/0.003s+1”、“惯性环节G3(s)=1/0.025s+1”。
根据开环对数幅相频率如图2所示，可知道在系统中2个转折的频率为w1405w2是303.03，其中穿越的频率wc为150.18左右，因为Kp=1，因此整个系统的开环增益K会相对较小，其特性通过-20db斜率透过0db线，依据相关的裕量可以评定其系统相对稳定。不过由于系统中的放大倍数相对较大，其电源的电流调节区域以及外特性等都与相应的标准不相符。在经过研究后，可了解到在系统中加大开环放大倍数K就能有效实现，K加大时，幅频特性会向右上角平移。幅频特性曲线由-40db的斜率行过0db线，让系统的稳定性有所改变，所以，应用简单的比例调节能有效地实现电源的最佳效能。
图2 P调节时的对数频率特性
结语
总而言之，频域分析法在可控硅整流电源系统中，应用开环传递函数能有效地实现电源性能的稳定提升，更为合理地依据设计思路控制电路的形式和参数。
参考文献
[1]陈思明.40T混合磁体外超导磁体电源柔性无功补偿的研究与设计[D].中国科学技术大学,2017.
[2]杨浩.双反星可控硅整流电路在电解电源中的应用[J].一重技术,2016(02):66-70.
[3]赵祎.基于频域控制方法的同步发电机励磁系统设计[D].华北电力大学(北京),2017.
[4]余石明.肇庆500kV玉城变电站GIS局部放电在线监测系统的应用研究[D].华南理工大学,2016.
论文作者:丁文峰1,刘伟超2,金文聪3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：电源论文; 系统论文; 可控硅论文; 电流论文; 电压论文; 开环论文; 函数论文; 《电力设备》2019年第16期论文;