逆變弧焊機的可靠性與IGBT保護若干問題探討

1、逆變弧焊機的可靠性與IGBT保護若干問題探討 2007-6-20 10:06:53 【 大 中 小 】 【您是本文第 位讀者】【關鍵詞】逆變弧焊機,可靠性,IGBT過流保護,電流型PWM【論文摘要】針對IGBT逆變弧焊機可靠性問題討論，提出了采用電流型PWM控制電路逐個脈沖進行檢測的控制方法。試驗結果表明：該控制方法具有控制線路簡單，可靠性高的特點。：分類號：TG434.3文獻標識碼：A文章編號：10012303(2000)02001402Study of Reliability and the Protecting IGBT of Arc welding InverterZHU Ao-zhe

2、ng et alHehai University,ChangzhouAbstract：This paper discusses some problems of reliability about arc welding inverter. A method of use the current mode PWM controller to adjust each pulse is set up.The test result features that:the electric circuit is simple and reliability is high.Key words：arc w

3、elding inverter;reliability;IGBT over current protection;current mode PWM1引言IGBT逆變焊機以優(yōu)良的焊接性能、節(jié)能、節(jié)材、體積小、重量輕等一系列優(yōu)點受到國內(nèi)外焊接界的高度重視，已成為電焊機的主要發(fā)展方向，正在得到越來越廣泛的應用。但因其可靠性的問題，許多用戶購買時還很慎重。手工電弧焊接是一種量大面廣的焊接方法，由于起弧時采用短路引弧的方法，焊接過程中經(jīng)常出現(xiàn)熔滴與工件短路的現(xiàn)象。對于這種頻繁的短路過程，如果沒有可靠的保護措施，必然引起主功率開關IGBT的過流損壞。因此，IGBT逆變弧焊機PWM控制電路的過流保護，最小脈

4、寬的設置，推力電流的調(diào)節(jié)等問題是提高整機可靠性的關鍵。2電壓型PWM控制器過流保護固有問題目前國內(nèi)市場常見的IGBT逆變弧焊機控制原理如圖1所示。其中PWM控制器通常采用TL494、SG3525等電壓型集成芯片，電流反饋信號一般取自整流輸出端。圖2為電壓型控制器TL494時序圖。當輸出電流信號由分流器FL檢出nIf與給定電流Ugi比較后，經(jīng)比例積分放大器放大，控制輸出脈沖寬度。一旦輸出控制脈沖，IGBT導通后，即使產(chǎn)生過電流，PWM控制電路也不可能關斷正在導通的過流脈沖。由于系統(tǒng)存在慣性環(huán)節(jié)，過流時間還將延長。圖1IGBT逆變焊機原理圖2TL494時序圖3電流型PWM控制電路3.1過流保護原理

5、電流型PWM控制電路如圖3所示。反饋電流信號由中頻變壓器初級端通過電流互感器取得。由于電流信號取自變壓器初級，反應速度快，保護信號與正在流過IGBT的電流同步，一旦發(fā)生過流，PWM立即關斷輸出脈沖，IGBT獲得及時保護。圖4是電流型PWM控制器時序圖。電流型PWM控制器固有的逐個脈沖檢測瞬時電流值的控制方式對輸入電壓和負載變化響應快，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，簡化了IGBT保護電路，大大提高了工作可靠性。圖3電流型PWM控制電路圖4電流型PWM控制器時序圖3.2電源外特性與推力電流調(diào)節(jié)如圖3所示，不難理解，固有的逐個脈沖進行比較的電流型PWM控制方式下的電源外特性是恒流特性。隨著電流給定信號的增加，外特性

6、曲線右移。圖3中設置了最小脈寬控制電路。最小脈寬的設置，不僅保證了IGBT的可靠導通，而且滿足了手工電弧焊推力電流的要求。設置最小脈寬后，具有恒流特性的逆變器輸出外特性曲線如圖5所示。低壓部分出現(xiàn)了階梯形狀。其拐點處的電壓Uomin為：式中Dmin為最小脈沖寬度；Usr為輸入整流電壓；n為中頻變壓器變化；T為震蕩周期在階梯段電弧系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)，此時輸出電壓Uomin為開環(huán)伏安特性(Uomin應小于焊接電弧電壓Uf)。工件與焊條短路時，短路電流Id由Uomin決定：式中Id為短路電流；Uomin為拐點電壓；Ro為電源內(nèi)阻；Ry為電纜阻抗Id的大小將影響引弧性能及熔滴過渡的電磁收縮力，故Id也

7、稱為推力電流。Id太小時，引弧困難，熔深淺；Id太大時，會引起飛濺，并且容易造成主開關管的過流損壞。圖3中通過電流互感器取出電流反饋信號與推力給定信號相比較，當反饋信號大于給定信號時，定時觸發(fā)器翻轉，關閉PWM輸出；經(jīng)過一段時間定時后PWM重新輸出。如果反饋信號仍然大于給定信號，則重復上述過程，從而限制了推力電流Id，調(diào)節(jié)推力電流給定信號，可以改變推力電流大小。圖5輸出外特性曲線4結論(1)IGBT逆變焊機PWM控制電路妥善解決推力電流與過流保護問題，是提高焊機工藝性能與可靠性的關鍵。(2)反饋電流信號取自中頻變壓器初級，采用電流型PWM控制電路，固有的逐個脈沖檢測方式，簡化了過流保護電路，可靠性大大提高。(3)手工電弧焊的推力電流將影響引弧性能及熔深的大小，采用設置最小脈寬和間歇關