逆變焊機(jī)的工作原理

1、第一章 主回路工作原理一、 什么叫主回路主回路指焊機(jī)中提供功率電源的電路部分。二、主回路原理圖（以ARC160例）三、組成器件說明 1、K電源開關(guān)用以接通（或切斷）與市電（220V、50赫茲）的聯(lián)系2、 RT起動電阻因焊機(jī)啟動時(shí)要給后面的濾波電解電容充電。為避免過大的開機(jī)浪涌電流損壞開關(guān)及觸發(fā)空開跳閘，在開機(jī)時(shí)接入啟動電阻，用以限制浪涌電流。正常工作后，啟動電阻被繼電器短路。實(shí)際電路中，為避免因開機(jī)浪涌電流沖擊造成啟動電阻損壞，起動電阻采用了熱敏電阻（PTC和NTC），它們具有良好的耐沖擊性。3、 J1繼電器開關(guān)接通之后，電流通過啟動電阻給濾波電解電容充電，當(dāng)電容電壓達(dá)到一定值時(shí)，輔助電源開始

2、工作提供24V電，使繼電器吸合，將啟動電阻短路。4、 DB硅橋此硅橋用于一次整流，將市電220V、50赫茲交流電整流后輸出308V的直流電。5、 C1電解濾波電容整流后輸出的308V的直流電為脈動直流，此電容起濾平作用6、 R放電電阻 在關(guān)機(jī)以后，濾波電容中存有很高電壓，為了安全，用此電阻將存電放掉。7、 C2高頻濾波電容在高頻逆變中，需要給開關(guān)管提供高頻電流，而電解濾波電容因本身電感及引線電感的原因，不能提供高頻電流，因此需要高頻電容提供。8、 Q開關(guān)管開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4組成全橋逆變器，在驅(qū)動信號作用下，將308V直流轉(zhuǎn)變成100Kz（10萬赫茲）交流電的。9、 C3隔直電容 為避

3、免直流電流流過變壓器肇成變壓器飽而接入此電容。10、T1主變壓器變壓器的作用是將308V的高壓變換成適合電弧焊接所需要的幾十伏的低壓。11、D快速恢復(fù)二極管 D5、D6的作用是二次整流，即將100KHz的高頻交流電流再次轉(zhuǎn)變成直流電流。12、L1電抗器 電抗器具有平波續(xù)流作用，可使輸出電流變得連續(xù)穩(wěn)定，保證焊接質(zhì)量。13、RF分流器 分流器是用錳銅制成的大功率小阻值的電阻，用于檢測輸出電流的大小，提供反饋信號。四、全橋逆變器工作原理1、全橋逆變器的電路圖 2、全橋逆變器工作原理全橋逆變器每個(gè)工作周期分四個(gè)時(shí)段，分別為t1、t2、t3、t4，其工作原理如下：t1時(shí)段 K1、K4導(dǎo)通， K2、K3

4、關(guān)斷電流方向： 正極 K1 C1 T K4 地t2時(shí)段 K1、K4、K2、K3關(guān)斷無電流t3時(shí)段 K1、K4關(guān)斷， K2、K3導(dǎo)通電流方向： 正極 K2 C1 T K3 地t4時(shí)段 K1、K4、K2、K3關(guān)斷無電流 從上述分析看，在t1與t3時(shí)段里，流過變壓器T的電流方向正好相反，也就是將直流電變成了交流電。五、主回路中點(diǎn)波形圖第二章 控制電路工作原理一、控制模塊功能作用1、 給逆變器的電子開關(guān)提供控制信號2、 對電流反饋信號進(jìn)行放大處理，并根據(jù)反饋、給定信號調(diào)節(jié)電子開關(guān)控制信號的脈寬。3、 對保護(hù)信號作出反應(yīng)，關(guān)閉控制信號二、控制模塊原理圖第一節(jié) 集成脈寬調(diào)制器一、 脈寬調(diào)節(jié)器的的基本工作原

5、理脈寬調(diào)節(jié)器的的基本工作原理是用一個(gè)電壓比較器，在正輸入端輸入一個(gè)三角波，在負(fù)入端輸入一直流電平，比較后輸出一方波信號，改變負(fù)輸入端直流電平的大小，即可改變方波信號的脈寬（如圖所示）二、SG3525集成脈寬調(diào)制器的工作原理 1、CW3525集成脈寬調(diào)節(jié)器的外部引腳配置2、CW3525集成脈寬調(diào)節(jié)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖：3、 各引腳功能：1、2腳：為誤差放大器正反向輸入端，因3525內(nèi)部誤差放大器性能不好，所以在控制模塊中沒有使用。3腳：為同步時(shí)鐘控制輸入端，4腳：為振蕩輸出端；5、6腳：為振蕩器Ct、Rt接入端,f=1/Ct(0.7Rt+3Rd7腳：為Ct放電端，改變Rd可改變死區(qū)時(shí)間8腳：慢起動，

6、當(dāng)8腳電壓從0V5V時(shí)，脈寬從零到最大。9腳：補(bǔ)償（反饋輸入）端，9腳的電壓決定了輸出脈寬大小。10腳：關(guān)閉端，當(dāng)10腳電平超過1V，脈寬關(guān)閉。11、14腳：脈沖輸出端，輸出相位相反的兩路脈沖。12、15腳：為芯片接地和供電端13腳：輸出信號供電端。16腳：輸出+5V基準(zhǔn)電壓。第二節(jié) 小機(jī)型控制模塊一、 驅(qū)動信號的輸出轉(zhuǎn)換控制電路 SG3525能輸出兩個(gè)相位相錯(cuò)開的脈沖信號（幅值為12V），但它仍然不能滿足全橋逆變所需要的四路不共地的驅(qū)動信號要求，要經(jīng)過轉(zhuǎn)換放大，電路原理圖下：如圖：由11、14腳輸出脈沖分別加到三極管Q1、Q2和Q3、Q4基極，當(dāng)11腳脈沖為高電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，Q2截止，12

7、V電流電壓加到穩(wěn)壓管正端。而電容C1經(jīng)24V直流充電后由于穩(wěn)壓管的作用無法放電，而形成15V的電壓，它與12V電壓串聯(lián)，于是在A點(diǎn)得到27V的高電平輸出，而B點(diǎn)仍保持約12V的電壓。當(dāng)輸出為低電平時(shí)，Q1截止，Q2導(dǎo)通，此時(shí)A點(diǎn)電平為15V，而B點(diǎn)被拉低，輸出為0V。同理，C點(diǎn)在14腳輸出高電平時(shí)輸出27V，14腳為低電平時(shí)輸出15V，而D點(diǎn)則分別為12V和0V。其波形如圖二、 反饋與給定電路1、 作用： 給定：是指所設(shè)定所需要的輸出電流，以滿足焊接的工藝需求。給定可通過外接 電位器調(diào)節(jié) 反饋：即是對輸出的電流信號進(jìn)行采樣，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，并通過脈寬調(diào)制 器的輸出脈寬對逆變器開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)

8、間加以控制，保證輸出電流的穩(wěn)定。2、 反饋與給定控制電路工作原理：反饋與給定控制電路原理圖：如圖：反饋信號由分流器取一個(gè)負(fù)電壓信號，由2腳輸入，與給定信號疊加后輸入運(yùn)算放大器反相輸入端，由于運(yùn)算放大器的開環(huán)特性，要求正負(fù)輸入端“互需”，給定信號疊加后，信號幅度接近于零，但不是零，反饋的負(fù)信號一定占優(yōu)勢。此優(yōu)勢被運(yùn)算放大器放大后，加到三極管基極，此三極管組成的是一倍的反向放大器。另假設(shè)三極管截止時(shí)，SG3525的9腳通過1K電阻接于16腳的5V基準(zhǔn)電壓，此時(shí)11、14腳輸出脈沖為滿寬。當(dāng)9腳電位被三極管拉低時(shí)，11、14腳輸出脈沖開始收窄。從以上的敘述可以看出：（1） 當(dāng)輸出電流為零（空載），只

9、有給定信號時(shí)： 3140的2腳高6腳低，8050截止，3525的9腳高，11、14腳輸出脈沖為滿寬（2） 當(dāng)輸出電流的反饋信號與給定信號一定時(shí)： 3140的2腳負(fù)電平6腳正電平，8050處于放大狀態(tài)，3525的9腳下降低于5V，此時(shí)11、14腳輸出脈沖相應(yīng)的脈寬（3） 當(dāng)給定不變，而輸出電流因負(fù)載變化而改變時(shí)：當(dāng)電流突然變大時(shí)，由于反饋是負(fù)信號，反饋信號將相對變得更低，則3140的2腳更負(fù)6腳正電平上升，由于8050反向放大，3525的9腳下降， 11、14腳輸出脈沖脈寬收窄，電流回到原來狀態(tài)，達(dá)到穩(wěn)流的目的。實(shí)際上焊接工藝要求的焊接電流并不是恒定不變的，而是要求隨著電弧電壓的降低而自動加大，

10、因此在實(shí)際電路中，利用一個(gè)有限制的電壓跟隨器來反饋輸出電壓，而電壓跟隨器的輸出作為給定電位器的電壓來源，如右圖所示：第三節(jié) 慢起動與保護(hù)控制電路一、慢起動與保護(hù)控制電路的作用：1、慢起動：如開機(jī)瞬間，SG3525輸出的是滿寬波形,則會使變壓器飽和產(chǎn)生過流,為避免變壓器飽和,要求開機(jī)時(shí), SG3525輸出的波形要慢慢展寬,稱為慢起動。2、保護(hù)控制：當(dāng)焊接電源內(nèi)部出現(xiàn)輔助電源24V欠壓、過熱、過壓、過流或器件損壞時(shí)，要及時(shí)關(guān)閉控制脈沖，保護(hù)焊接電源。二、慢起動與保護(hù)控制電路工作原理： SG3525集成脈寬調(diào)治器的8腳內(nèi)部接有50微安的恒流源，8腳電平低于5V時(shí)，會限制芯片輸出波形的寬度，當(dāng)8腳電平

11、低于1V時(shí)，將關(guān)閉控制脈沖，因此SG3525集成脈寬調(diào)治器的8腳可以用來連接起動與保護(hù)控制電路，如圖所示：1、 剛開機(jī)時(shí)，SG3525的8腳恒流源通過電阻R2給電容C11充電，8腳電位逐漸升高，控制脈沖逐漸展開，實(shí)現(xiàn)慢起動。2、 三極管Q7導(dǎo)通將會拉低SG3525的8腳電位，使控制脈沖關(guān)閉。但正常情況下，由于三極管Q6的導(dǎo)通將Q7的基極拉低，Q7處于截止?fàn)顟B(tài)。3、 如果24V欠壓，通過R10、D3、R5、R28的分壓，使Q6的基極電壓低于0.6V，Q6截止，Q7導(dǎo)通，3525的8腳拉低，脈沖關(guān)閉。4、 控制模塊的第7腳被接地，同樣也會使Q6截止，Q7導(dǎo)通，3525的8腳拉低，脈沖關(guān)閉。但一旦解

12、除接地，將自動恢復(fù)。5、 如控制模塊第6腳被觸發(fā)，會使可控硅導(dǎo)通，同樣也會使Q6截止，Q7導(dǎo)通，3525的8腳拉低，脈沖關(guān)閉。但不能自動恢復(fù)。需關(guān)機(jī)24V消失后，再重新開機(jī)才能恢復(fù)。第三章 驅(qū)動電路工作原理二、 驅(qū)動電路的作用驅(qū)動電路的作用是對控制電路輸出的控制脈沖信號進(jìn)行放大，電平轉(zhuǎn)換等處理，并給逆變器提供開關(guān)驅(qū)動信號。二、全橋逆變對驅(qū)動信號的要求由于全橋逆的特性，它要求各橋臂的驅(qū)動信號：1）相位不重疊；2）回路獨(dú)立，即不共地；3）有強(qiáng)有力的上拉關(guān)斷（以減小損耗，保證開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷）三、驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路工作原理由控制電路輸出的控制脈沖仍未能滿足逆變器的要求，需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換原理圖如

13、7.1所示： Q1、Q3為P型場效應(yīng)管，當(dāng)13、15端輸入高于電源電平（27V）時(shí)，場管截止，而輸入低于電源電平（15V）時(shí)導(dǎo)通；Q2、Q4的N型場效應(yīng)管，當(dāng)14、16輸入高電平（12V）時(shí)導(dǎo)通，輸入低電平（0V）時(shí)截止，其波形如圖7.2，（其中，以高電平代表場效應(yīng)管導(dǎo)通，以低電平代表管子截止） 由圖可知，當(dāng)Q1、Q4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電流方向如圖所示，Q2、Q3時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸出電流方向如圖所示。則A、B點(diǎn)間的電流波形如圖7.3（其中以Q1+Q4方向?yàn)檎?，Q2+Q3方向?yàn)樨?fù)），此時(shí)，電流在電感線圈上形成的壓降為24V（由電源給定）四、開關(guān)驅(qū)動電路工作原理 由開關(guān)驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖電流不能滿足逆

14、變器對開關(guān)信號的相位要求，仍未能保證開關(guān)電路的強(qiáng)有力的開通與關(guān)斷，還需要經(jīng)過變換，其變換電路如圖7.4所示:如圖，初級線圈流過電流波形如圖7.3所示，當(dāng)電流為正，N1、N3產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電動勢（由于線圈匝比為2：1，則感應(yīng)電動勢的值為12V）；N1、N3的感應(yīng)電動勢給電容以充電，由于穩(wěn)壓管和D1的作用，電容上的電可不能放出，形成如圖方向的5.1V電壓降，它與N1上的感應(yīng)電動勢相串聯(lián)，于是，在場效應(yīng)管柵極產(chǎn)生12-5.1=6.9V的電壓，這時(shí)，場效應(yīng)管導(dǎo)通，A、B間無電流通過時(shí)（死區(qū)），柵極電位保持（-5.1V）的電壓，場效應(yīng)管截止；當(dāng)初級線圈電流為負(fù)時(shí)，N1、N3上產(chǎn)生上負(fù)下正的感應(yīng)電動勢（幅值為12V），其與電容上的壓降疊加，此時(shí)，柵極電位為-17.1V，場效應(yīng)管截止。其柵極電壓波形如圖7.5所示。（N2、N4所聯(lián)接的場效應(yīng)管柵極電壓波形與之相位相差1800）。由電壓波形圖可以看出：1）正端上升沿呈弧角，這是由于電壓上升時(shí)，R1控制了電壓快速上升，這樣，在實(shí)際電路中，采用多只場效應(yīng)管并聯(lián)做一個(gè)橋臂時(shí)，能讓這多只場效應(yīng)管有充分的導(dǎo)通時(shí)間，保證橋臂動作，增強(qiáng)電路可靠性。2）正端下降沿呈直角，這是由于在關(guān)斷時(shí)，二極管D2把R1短接了，這樣，能迅速地把柵極電位拉低，形成強(qiáng)有力的關(guān)斷。3）正端上約5V處有毛刺，這是由于電壓上升使場效應(yīng)管導(dǎo)通