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： AC DCACDC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

2、有功功率就會大大降低。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。

3、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

4、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

5、的開關(guān)器件時，可以把開關(guān)頻率設(shè)計得很高，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

6、，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時間：開關(guān)K1、K2都截止，負(fù)截?zé)o電流通過（死區(qū)） 。t3時間：開關(guān)K1 截止， K2 導(dǎo)通，電容 C2 向負(fù)載放電。t4時間：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

7、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)制器輸出信號的形式。使得兩路驅(qū)動信號的相位錯開（有死區(qū)），以防止兩個開關(guān)管同時導(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I

8、GBT 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

9、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

10、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?C 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)?Ll 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

11、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 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 V2 C9 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

12、壓經(jīng)D1 D4 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 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 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?？刂齐娐肥怯芍骺匕錚CB 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。本