逆变电焊机的基本工作原理-solarbe文库

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逆变电焊机的基本工作原理逆变电焊机主要是逆变器产生的逆变式弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型的焊接电源。是将工频 50Hz 交流电，先经整流器整流和滤波变成直流，再通过大功率开关电子元件晶闸管 SCR、晶体管 GTR、场效应管 MOSFET或 IGBT，逆变成几 kHz几十 kHz 的中频交流电，同时经变压器降至适合于焊接的几十 V电压，再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。其变换顺序可简单地表示为工频交流经整流滤波 →直流经逆变 →中频交流降压、整流、滤波 →直流。即为 AC→ DC→ AC→ DC因为逆变降压后的交流电，由于其频率高，则感抗大，在焊接回路中有功功率就会大大降低。所以需再次进行整流。这就是目前所常用的逆变电焊机的机制。逆变电源的特点弧焊逆变器的基本特点是工作频率高，由此而带来很多优点。因为变压器无论是原绕组还是副绕组，其电势 E 与电流的频率 f 、磁通密度B、铁芯截面积 S 及绕组的匝数 W有如下关系 E4.44fBSW 而绕组的端电压 U近似地等于 E，即U≈ E4.44fBSW当 U、 B确定后，若提高 f ，则 S 减小， W减少，因此，变压器的重量和体积就可以大大减小。就能使整机的重量和体积显著减小。还有频率的提高及其他因素而带来了许多优点，与传统弧焊电源比较，其主要特点如下1. 体积小、重量轻，节省材料，携带、移动方便。2. 高效节能，效率可达到 8090，比传统焊机节电 1/3 以上。3. 动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。4. 适合于与机器人结合，组成自动焊接生产系统。5. 可一机多用，完成多种焊接和切割过程。电焊机之 IGBT系列焊机工作原理一、功率开关管的比较常用的功率开关有晶闸管、 IGBT、场效应管等。其中，晶闸管可控硅的开关频率最低约 1000 次 / 秒左右，一般不适用于高频工作的开关电路。1、效应管的特点场效应管的突出优点在于其极高的开关频率，其每秒钟可开关 50 万次以上，耐压一般在 500V以上，耐温 150℃ 管芯，而且导通电阻，管子损耗低，是理想的开关器件，尤其适合在高频电路中作开关器件使用。但是场效应管的工作电流较小，高的约 20A低的一般在 9A左右，限制了电路中的最大电流，而且由于场效应管的封装形式，使得其引脚的爬电距离导电体到另一导电体间的表面距离较小，在环境高压下容易被击穿，使得引脚间导电而损坏机器或危害人身安全。2、 IGBT的特点IGBT即双极型绝缘效应管，符号及等效电路图见图 11.1 ，其开关频率在20KHZ30KHZ之间。但它可以通过大电流 100A 以上，而且由于外封装引脚间距大，爬电距离大，能抵御环境高压的影响，安全可靠。由于场效应管的突出优点，用场效应管作逆变器的开关器件时，可以把开关频率设计得很高，以提高转换效率和节省成本使用高频率变压器以减小焊机的体积，使焊机向小型化，微型化方便使用。高频变压器与低频变压器的比较见第三章逆变弧焊电源整机方框图。但无论弧焊机还是切割机，它们的工作电流都很大。使用一个场效应管满足不了焊机对电流的需求，一般采用多只并联的形式来提高焊机电源的输出电流。这样既增加了成本，又降低了电路的稳定性和可靠性。二、 IGBT 焊机的特点IGBT焊机指的是使用 IGBT作为逆变器开关器件的弧焊机。由于 IGBT的开关频率较低，电流大，焊机使用的主变压器、滤波、储能电容、电抗器等电子器件都较场效应管焊机有很大不同，不但体积增大，各类技术参数也改变了。三、 IGBT 焊机工作原理半桥逆变电路工作原理如图 11.2 工作原理① tl 时间开关 K1导通， K2截止，电流方向如图中①，电源给主变 T 供电，并给电容 C2充电。② t2 时间开关 K1、 K2都截止，负截无电流通过死区。③ t3 时间开关 K1截止， K2 导通，电容 C2向负载放电。④ t4 时间开关 K1、 K2 均截止，又形成死区。如此反复在负载上就得到了如图 11.3 的电流，实现了逆变的目的。2、 IGBT焊机的工作原理① 电源供给和场效应管作逆变开关的焊机一样，焊机电源由市电供给，经整流、滤波后供给逆变器。② 逆变由于 IGBT的工作电流大，可采用半桥逆变的形式，以 IGBT作为开关，其开通与关闭由驱动信号控制。③ 驱动信号的产生驱动信号仍然采用处理脉宽调制器输出信号的形式。使得两路驱动信号的相位错开有死区，以防止两个开关管同时导通而产生过大电流损坏开关管。驱动信号的中点同样下沉一定幅度，以防干扰使开关管误导通。④ 保护电路IGBT焊机也设置了过流、过压、过热保护等，有些机型也有截流，以保证焊机及人身安全，其工作原理与场效应管焊机相似。逆变与整流是两个相反的概念，整流是把交流电变换为直流电的过程，而逆变则使把直流电改变为交流电的过程，采用逆变技术的弧焊电源称为逆变焊机。逆变过程需要大功率电子开关器件，采用绝缘栅双极晶体管 IGBT作为开关器件的逆变焊机成为 IGBT逆变焊机。逆变焊机的工作过程如下将三相或单相工频交流电整流，经滤波后得到一个较平滑的直流电，由 IGBT组成的逆变电路将该直流电变为几十 KHZ的交流电，经主变压器降压后，再经整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流。逆变电焊机优点由于逆变工作频率很高，所以主变压器的铁心截面积和线圈匝数大大减少，因此，逆变焊机可以在很大程度上节省金属材料，减少外形尺寸及重量，大大减少电能损耗，更重要的是，逆变焊机能够在微妙级的时间内对输出电流进行调整，所以就能实现焊接过程所要求的理想控制过程，获得满意的焊接效果。