逆變直流電焊機(jī)的工作原理

1、逆變電焊機(jī)的基本工作原理逆變電焊機(jī)主要是逆變器產(chǎn)生的逆變式弧焊電源，又稱弧焊逆變器，是一種新型的焊接電源。是將工頻（50Hz）交流電，先經(jīng)整流器整流和濾波變成直流，再通過大功率開關(guān)電子元件（晶閘管SCR、晶體管GTR、場效應(yīng)管MOSFET或IGBT），逆變成幾kHz幾十kHz的中頻交流電，同時(shí)經(jīng)變壓器降至適合于焊接的21-28V電壓，再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當(dāng)平穩(wěn)的直流焊接電流。其變換順序可簡單地表示為：工頻交流（經(jīng)整流濾波）直流（經(jīng)逆變）中頻交流（降壓、整流、濾波）直流。即為：ACDCACDC因?yàn)槟孀兘祲汉蟮慕涣麟?，由于其頻率高，則感抗大，在焊接回路中有功功率就會大大降低。所以需再次進(jìn)行整

2、流。這就是目前所常用的逆變電焊機(jī)的機(jī)制。逆變電源的特點(diǎn)：弧焊逆變器的基本特點(diǎn)是工作頻率高，由此而帶來很多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樽儔浩鳠o論是原繞組還是副繞組，其電勢E與電流的頻率f、磁通密度B、鐵芯截面積S及繞組的匝數(shù)W有如下關(guān)系：E=4.44fBSW而繞組的端電壓U近似地等于E，即：UE=4.44fBSW當(dāng)U、B確定后，若提高f，則S減小，W減少，因此，變壓器的重量和體積就可以大大減小。就能使整機(jī)的重量和體積顯著減小。還有，頻率的提高及其他因素而帶來了許多優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)弧焊電源比較，其主要特點(diǎn)如下：1.體積小、重量輕，節(jié)省材料，攜帶、移動方便。2.高效節(jié)能，效率可達(dá)到80%90%，比傳統(tǒng)焊機(jī)節(jié)電1/3以上。

3、3.動特性好，引弧容易，電弧穩(wěn)定，焊縫成形美觀，飛濺小。4.適合于與機(jī)器人結(jié)合，組成自動焊接生產(chǎn)系統(tǒng)。5.可一機(jī)多用，完成多種焊接和切割過程。電焊機(jī)之IGBT系列焊機(jī)工作原理一、 功率開關(guān)管的比較常用的功率開關(guān)有晶閘管、IGBT、場效應(yīng)管等。其中，晶閘管（可控硅）的開關(guān)頻率最低約1000次/秒左右，一般不適用于高頻工作的開關(guān)電路。1、效應(yīng)管的特點(diǎn)：場效應(yīng)管的突出優(yōu)點(diǎn)在于其極高的開關(guān)頻率，其每秒鐘可開關(guān)50萬次以上，耐壓一般在500V以上，耐溫150（管芯），而且導(dǎo)通電阻，管子損耗低，是理想的開關(guān)器件，尤其適合在高頻電路中作開關(guān)器件使用。但是場效應(yīng)管的工作電流較小，高的約20A，低的一般在9A左

4、右，限制了電路中的最大電流，而且由于場效應(yīng)管的封裝形式，使得其引腳的爬電距離（導(dǎo)電體到另一導(dǎo)電體間的表面距離）較小，在環(huán)境高壓下容易被擊穿，使得引腳間導(dǎo)電而損壞機(jī)器或危害人身安全。2、IGBT的特點(diǎn)： IGBT即雙極型絕緣效應(yīng)管，符號及等效電路圖見圖11.1，其開關(guān)頻率在20K Hz 30K Hz之間。但它可以通過大電流（100A以上），而且由于外封裝引腳間距大，爬電距離大，能抵御環(huán)境高壓的影響，安全可靠。一、場效應(yīng)管逆變焊機(jī)的特點(diǎn)由于場效應(yīng)管的突出優(yōu)點(diǎn)，用場效應(yīng)管作逆變器的開關(guān)器件時(shí)，可以把開關(guān)頻率設(shè)計(jì)得很高，以提高轉(zhuǎn)換效率和節(jié)省成本（使用高頻率變壓器以減小焊機(jī)的體積，使焊機(jī)向小型化，微型化

5、方便使用。（高頻變壓器與低頻變壓器的比較見第三章逆變弧焊電源整機(jī)方框圖。但無論弧焊機(jī)還是切割機(jī)，它們的工作電流都很大。使用一個(gè)場效應(yīng)管滿足不了焊機(jī)對電流的需求，一般采用多只并聯(lián)的形式來提高焊機(jī)電源的輸出電流。這樣既增加了成本，又降低了電路的穩(wěn)定性和可靠性。二、IGBT焊機(jī)的特點(diǎn)IGBT焊機(jī)指的是使用IGBT作為逆變器開關(guān)器件的弧焊機(jī)。由于IGBT的開關(guān)頻率較低，電流大，焊機(jī)使用的主變壓器、濾波、儲能電容、電抗器等電子器件都較場效應(yīng)管焊機(jī)有很大不同，不但體積增大，各類技術(shù)參數(shù)也改變了。 三、IGBT焊機(jī)工作原理：半橋逆變電路工作原理如圖11.2。工作原理：tl時(shí)間：開關(guān)K1導(dǎo)通，K2截

6、止，電流方向如圖中，電源給主變T供電，并給電容C2充電。t2時(shí)間：開關(guān)K1、K2都截止，負(fù)截?zé)o電流通過（死區(qū)）。t3時(shí)間：開關(guān)K1截止，K2導(dǎo)通，電容C2向負(fù)載放電。t4時(shí)間：開關(guān)K1、K2均截止，又形成死區(qū)。如此反復(fù)在負(fù)載上就得到了如圖11.3的電流，實(shí)現(xiàn)了逆變的目的。 2、IGBT焊機(jī)的工作原理  電源供給：和場效應(yīng)管作逆變開關(guān)的焊機(jī)一樣，焊機(jī)電源由市電供給，經(jīng)整流、濾波后供給逆變器。 逆變：由于IGBT的工作電流大，可采用半橋逆變的形式，以IGBT作為開關(guān)，其開通與關(guān)閉由驅(qū)動信號控制。 驅(qū)動信號的產(chǎn)生：驅(qū)動信號仍然采用處理脈寬調(diào)制器輸出信

7、號的形式。使得兩路驅(qū)動信號的相位錯(cuò)開（有死區(qū)），以防止兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通而產(chǎn)生過大電流損壞開關(guān)管。驅(qū)動信號的中點(diǎn)同樣下沉一定幅度，以防干擾使開關(guān)管誤導(dǎo)通。 保護(hù)電路：IGBT焊機(jī)也設(shè)置了過流、過壓、過熱保護(hù)等，有些機(jī)型也有截流，以保證焊機(jī)及人身安全，其工作原理與場效應(yīng)管焊機(jī)相似。逆變與整流是兩個(gè)相反的概念，整流是把交流電變換為直流電的過程，而逆變則使把直流電改變?yōu)榻涣麟姷倪^程，采用逆變技術(shù)的弧焊電源稱為逆變焊機(jī)。逆變過程需要大功率電子開關(guān)器件，采用絕緣柵雙極晶體管IGBT作為開關(guān)器件的逆變焊機(jī)成為IGBT逆變焊機(jī)。逆變焊機(jī)的工作過程如下：將三相或單相工頻交流電整流，經(jīng)濾波后得到一個(gè)較

8、平滑的直流電，由IGBT組成的逆變電路將該直流電變?yōu)閹资甂Hz的交流電，經(jīng)主變壓器降壓后，再經(jīng)整流濾波獲得平穩(wěn)的直流輸出焊接電流。逆變電焊機(jī)優(yōu)點(diǎn)：由于逆變工作頻率很高，所以主變壓器的鐵心截面積和線圈匝數(shù)大大減少，因此，逆變焊機(jī)可以在很大程度上節(jié)省金屬材料，減少外形尺寸及重量，大大減少電能損耗，更重要的是，逆變焊機(jī)能夠在微秒級的時(shí)間內(nèi)對輸出電流進(jìn)行調(diào)整，所以就能實(shí)現(xiàn)焊接過程所要求的理想控制過程，獲得滿意的焊接效果。日朗逆變直流電焊機(jī)本機(jī)采用三相交流380V電壓經(jīng)三相橋式整流、濾波后供給以新型IGBT為功率開關(guān)器件的逆變器進(jìn)行變頻（20KC）處理后，由中頻變壓器降壓，再經(jīng)整流輸出可供焊接所需的電源

9、，通過集成電路構(gòu)成的邏輯控制電路對電壓、電流信號的反饋進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)整機(jī)閉環(huán)控制，采用脈寬調(diào)制PWM為核心的控制技術(shù)，從而獲得快速脈寬調(diào)制的恒流特性和優(yōu)異的焊接工藝效果。主電路電氣原理圖主控制板電器原理圖：逆變觸發(fā)電路圖：脈沖及時(shí)序板原理圖：ZX7-500S逆變直流弧焊機(jī)工作原理日期：2011-12-20 作者：楊華 ZX7-500S采用ICBT功率模塊器件，及先進(jìn)的電子電路，比傳統(tǒng)焊機(jī)節(jié)電1/3以上，是一種新型的高效節(jié)能機(jī)電一體化產(chǎn)品。具有動態(tài)響應(yīng)快，焊接電弧穩(wěn)定，功率輸出能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)精確，效率高，空載損耗小，保護(hù)功能完善，可靠性更高等特點(diǎn)。工作原理見圖所示。三相電源經(jīng)斷路器K1供給三相橋式

10、整流D6的輸入端，整流輸出600V直流電壓，由限流電抗器Ll進(jìn)行限流。因?yàn)殡娙軨 5、C6的容量比較大，又因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔?，因此在電源接通的瞬間，電容C5、C6中產(chǎn)生較大的沖擊電流。為了減小此沖擊電流，串入電感L1（因?yàn)長l兩端的電流不能突變）。另外，當(dāng)直流脈沖電壓從最大值減小到零時(shí)Ll所產(chǎn)生的反電勢通過續(xù)流二極管D5構(gòu)成回路，以免對ICBT管構(gòu)成威脅。電容C22、C23是濾除電源高次諧波：限流后經(jīng)電容C5、Cl0濾波。電阻Rl、R2是放電電阻，電容C8、C9是換向電容，由于C8、C9是串聯(lián)容量又相等，所以在每個(gè)電容上充有300V的直流電壓。當(dāng)Vl觸發(fā)導(dǎo)通，電源+V1變壓器初級線圈b

11、端a端（C8負(fù)極），B2線圈h+、a-。當(dāng)V2導(dǎo)通，電容C9的正端變壓器初級線圈b端V2C9負(fù)極，B2線圈a+、b-。因此ICBT模塊中的Vl、V2在主控板PCB3-7的控制下輪流導(dǎo)通（頻率為20kHz）即高頻變壓器B2初級線圈就有交變電流通過。這樣B2的次級線圈感應(yīng)出電壓經(jīng)D1D4整流、電抗濾波器L2及濾波板LB2組成的濾波電路，濾波后輸出直流80V 弧焊電壓。保護(hù)電路：由于B2初級線圈在IGBT通斷瞬間所產(chǎn)生的反峰電勢，由C7、R4、C6、R3組成的阻容吸收保護(hù)電路，防止IGBT過電壓擊穿。此外，過電壓保護(hù)還由于壓敏電阻RY1并在直流輸出回路中，當(dāng)電壓高于所設(shè)定值時(shí)RYI導(dǎo)通迫使斷路器Kl斷開；過熱保護(hù)是由熱敏繼電器J置于ICBT的散熱片上，當(dāng)溫度高于75時(shí)J斷開，由主控板PCB內(nèi)部處理迫使振蕩電路停振，使Bl/El、B2/E2無驅(qū)動信號輸出。控制電路是由主控板PCB組成，通過集成電路構(gòu)成的邏輯控制電路對輸出反饋電壓P、F，和電流傳感器Fl反饋的電流信號進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)整機(jī)閉環(huán)控制