ZX7逆變焊機(jī)工作原理

1、電焊機(jī)之IGBT系列焊機(jī)工作原理2009-09-21 20:15:09 作者： 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽次數(shù)：0 文字大?。骸敬蟆俊局小俊拘　亢?jiǎn)介：一、 功率開關(guān)管的比較常用的功率開關(guān)有晶閘管、IGBT、場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管的突出優(yōu)點(diǎn)在于 .一、 功率開關(guān)管的比較常用的功率開關(guān)有晶閘管、IGBT、場(chǎng)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(chǎng)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

2、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(chǎng)效應(yīng)管的工作電流較小，高的約20A低的一般在9A左右，限制了電路中的最大電流，而且由于場(chǎng)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(hào)及等效電路圖見圖，其開關(guān)頻率在20KHZ30KHZ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(chǎng)效應(yīng)管逆變焊機(jī)的特點(diǎn)

3、由于場(chǎng)效應(yīng)管的突出優(yōu)點(diǎn)，用場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管滿足不了焊機(jī)對(duì)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(chǔ)能電容、電抗器等電子器件都較場(chǎng)效應(yīng)

4、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工作原理：tl時(shí)間：開關(guān)K1導(dǎo)通，K2截止，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(chǎng)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

5、開關(guān)，其開通與關(guān)閉由驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制。 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生：驅(qū)動(dòng)信號(hào)仍然采用處理脈寬調(diào)制器輸出信號(hào)的形式。使得兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)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：ZX7逆變焊機(jī)工作原理核心提示: 主電路主要由輸入整流器、逆變電路和輸出整流器所組成，現(xiàn)以逆變電路為半橋式串聯(lián)逆變電路為例，如圖 1 所示。 圖 1(1) ZX 7 系列逆變直流弧焊機(jī)主電路電氣原理圖 (1) 圖 1(2)ZX 7 系列晶閘管逆變直流弧焊機(jī)主電路電氣原理圖 (2) (一) 輸入整流器輸入整流電路由三相整流橋堆VC1、限流R2和濾

6、波C1C4所組成。此外，還有自動(dòng)空氣開關(guān)QF1、電阻R1。QF1內(nèi)有熱脫扣和電磁脫扣裝置，當(dāng)發(fā)生過載、短路等故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源以保護(hù)焊機(jī)。本開關(guān)只作保護(hù)用。啟動(dòng)焊機(jī)和停止焊接時(shí)，應(yīng)由用戶配電板的空氣開關(guān)控制。R1為壓敏電阻，作過電壓保護(hù)。三相380V的電壓經(jīng)三相橋式整流后以及由于濾波電容的作用，電壓高達(dá)600V，帶電檢查焊機(jī)的故障時(shí)，應(yīng)特別注意人身安全，做好防護(hù)工作。 (二) 逆變電路這是主電路的核心部分，它由換向電容C5C8、開關(guān)元件晶閘管VT7和VT8、主T1、限制沖擊電流的L1等組成?，F(xiàn)通過其電路簡(jiǎn)圖來說明逆變的原理和過程。圖2 逆變電路簡(jiǎn)圖參看圖2，當(dāng)VT7被觸發(fā)導(dǎo)通而VT8為關(guān)斷

7、時(shí)，C5、C6經(jīng)VT7、器T1的一次繞組N1放電，電流為I1，電壓U5-6逐漸下降至零，于是C5、C6中電場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)變成變壓器的磁場(chǎng)能量。接著，磁場(chǎng)釋放能量而向C5、C6反向充電；與此同時(shí)，輸入整流器經(jīng)VT7、N1給電容C7、C8充電，充電電流為I1”。I1和I1”構(gòu)成了變壓器T1一次側(cè)繞組N1中的正半波電流I1，即I1=I1+I1”。當(dāng)C5、C6被反向充電，U5-6為負(fù)值時(shí)促使VT7關(guān)斷。VT7關(guān)斷后，VT8被觸發(fā)導(dǎo)通，逆變工作過程與上述相似，即C7、C8經(jīng)T1的N1、VT8放電，電流為I2。放電至零時(shí)，接著變壓器磁場(chǎng)能量向C7、C8反向充電，UC7-8為負(fù)值；與此同時(shí)，輸入整流器向C5、C

8、6充電，電流為I2”。顯然，與電流I1方向相反，因而構(gòu)成了N1中的負(fù)半波電流。在UC7-8為負(fù)值時(shí)，促使VT8關(guān)斷。這樣，每當(dāng)VT7和VT8交替導(dǎo)通、關(guān)斷一次，就在主變壓器T1繞組中產(chǎn)生一個(gè)周波的電流。晶閘管每秒鐘通、斷的次數(shù)就決定了逆變器的工作頻率。由上述逆變過程可以看出：一個(gè)晶閘管關(guān)斷后，另一個(gè)晶閘管才能導(dǎo)通。否則，將造成短路，燒壞晶閘管，并使逆變過程失敗。為使逆變器能正常工作，在任意工作范圍內(nèi)，必須使流經(jīng)晶閘管的瞬時(shí)電流過零的時(shí)刻（即換向電容放電，電壓降到零后又出現(xiàn)負(fù)值）至其關(guān)斷的這段時(shí)間間隔tx（稱晶閘管的休止時(shí)間）均應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq，即 tx>tq而且，還應(yīng)該對(duì)晶閘管

9、的最高工作頻率加以限制，即要求： fm1/2tx這樣，才能確保逆變過程穩(wěn)定地進(jìn)行。另外，防止過大的沖擊電流、沖擊電壓損壞晶閘管，這也是逆變電路至關(guān)重要的問題。在弧焊逆變器中，晶閘管的工作條件十分惡劣。在電壓高達(dá)數(shù)百V的初級(jí)側(cè)，開關(guān)數(shù)千次/s；由于變壓器的漏感，一個(gè)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，就會(huì)在另一個(gè)關(guān)斷的晶閘管兩端施加上很大的驟增電壓；在焊接過程中，電弧負(fù)載由空載到短路、燃弧之間頻繁交替變化，特別是在由空載到短路和晶閘管本身的開、關(guān)過程中，都會(huì)引起電流上升率di/dt和電壓上沒有足夠大的電感L1A、L1B來限制di/dt，并通過R16、C15和R18、C16阻容吸收環(huán)節(jié)來限制dv/dt，以保證晶閘管的可

10、靠工作和避免損壞。關(guān)于規(guī)范參數(shù)的調(diào)節(jié)和外特性的控制：本機(jī)是采用“定脈寬調(diào)頻率”的方法來調(diào)節(jié)規(guī)范參數(shù)，即通過改變晶閘管的開關(guān)頻率（即逆變器工作頻率）來調(diào)節(jié)輸出電流。開關(guān)頻率愈高，則焊接電壓愈高，焊接電流愈大。應(yīng)當(dāng)指出，逆變器的頻率有2種參數(shù)。一種是逆變器主電路電感L和電容C決定的固有頻率fo，在忽略主電路的電阻時(shí)，有： fo愈大，則逆變器脈沖周期愈小。另一種是人為調(diào)節(jié)（電流調(diào)節(jié)）的逆變器工作頻率f，它由觸發(fā)脈沖的頻率來確定。電流的調(diào)節(jié)分粗調(diào)和細(xì)調(diào)。粗調(diào)即調(diào)節(jié)fo，通過開關(guān)S2，改變電容的個(gè)數(shù)（即容量）來實(shí)現(xiàn)。本機(jī)粗調(diào)分2擋（即兩大范圍），電容量小的擋fo較高，焊接電流較大；細(xì)調(diào)，即通過調(diào)節(jié)器RP1（或RP2），以“定脈寬調(diào)頻率”的