逆變直流電焊機(jī)的工作原理

1、逆變直流電焊機(jī)的工作原理逆變電焊機(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(guò)大功率開關(guān)電子元件（晶 閘管SCR、晶體管 GTR、場(chǎng)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(jiǎn)單地表示為： 工頻交流（經(jīng)整流濾波）宀直流（經(jīng)逆變）-中 頻交流（降壓、整流、濾波） 直流。即為：AC D CA C D C 因?yàn)槟孀兘祲汉蟮慕涣麟?，由于?/p>

2、頻率高，則感 抗大，在焊接回路中有功功率就會(huì)大大降低。 所以需再次進(jìn)行整流。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(lái)很多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樽儔浩鳠o(wú)論是原繞組還是副繞 組，其電勢(shì)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：卜 E=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(lái)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

3、輕，節(jié)省材料，攜帶、移動(dòng) 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. 動(dòng)特性好，弓I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(dòng)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(guò)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(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(wàn)次以上，耐壓一般在 500V 以上，耐溫150C（管芯），而且導(dǎo)通電阻

4、，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11.1，其開關(guān)頻率在 20K Hz30K Hz 之間。但它可以通過(guò)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)由于場(chǎng)效應(yīng)管的突

5、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(wú)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(lái)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)

6、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。K iZCL圖 11.2圏 11.3p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(guò)（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(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

7、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(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(guò)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：IGBT焊機(jī)也設(shè)置了過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)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(chǎng)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(guò)程，而逆變則使把直流電改變 為交流電的過(guò)程，采用逆變技術(shù)的弧焊電源稱為 逆變

8、焊機(jī)。逆變過(guò)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(guò)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)較平滑的直流電， 由IGBT組成的逆變電路將該直流電變?yōu)閹资?KHz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(jí)的時(shí)間內(nèi)對(duì)輸出 電流進(jìn)行調(diào)整，所以就能實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程所要求的 理想控制過(guò)程，

9、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，通過(guò)集成電 路構(gòu)成的邏輯控制電路對(duì)電壓、電流信號(hào)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: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：楊華臺(tái)匕ZX7-500S采用ICBT功率模塊器件，及先進(jìn)的電 路，比傳統(tǒng)焊機(jī)節(jié)電1/3以上，

10、是一種新型的高效 機(jī)電一體化產(chǎn)品。具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，焊接電弧穩(wěn)定， 率輸出能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)精確，效率高，空載損耗小，保 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供給三相橋式整流D6的輸入端，整流輸出600V直流電壓，由限流電抗器LI 進(jìn)行限流。因?yàn)殡娙軨 5、C6的容量比較大，又因?yàn)殡?容兩端的電壓不能突變，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(zhǎng)I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).LI所產(chǎn)生的反電勢(shì) 通過(guò)續(xù)流二極管D5構(gòu)成回路，以免對(duì)ICBT管構(gòu)成威 脅。電容C22、C23是濾除

11、電源高次諧波：限流后經(jīng)電 容C5、CI0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)VI觸發(fā)導(dǎo)通， 電源+-V1 t變壓器初級(jí)線圈b端t a端（C8負(fù)極）， B2線圈h+、a-。當(dāng)V2導(dǎo)通，電容C9的正端t變壓器 初級(jí)線圈b端t V2tC9負(fù)極，B2線圈a+、b-。因此ICBT 模塊中的VI、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(jí)線圈就有交變 電流通過(guò)。這樣.B2的次級(jí)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(jí)線圈在IGBT通斷瞬間所產(chǎn)生 的反峰電勢(shì)，由C7、R4、C6、R3組成的阻容吸收保護(hù) 電路，防止IGBT過(guò)電壓擊穿。此外，過(guò)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KI斷開；過(guò)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75C 時(shí)J斷開，由主控板PCB內(nèi)部處理迫使振蕩電路停振， 使BI/EI、B2/E2無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出?？刂齐娐肥怯芍骺匕錚CB組成，通過(guò)集成電路構(gòu)成的邏 輯控制電路對(duì)輸出反饋電壓 P、F，和電流傳感器FI反 饋的電流信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)整機(jī)