逆變直流電焊機的工作原理

1、逆變直流電焊機的工作原理逆變電焊機的基本工作原理逆變電焊機主要是逆變器產(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）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 因為逆變降壓后的交流電，由于其

2、頻率高，則感 抗大，在焊接回路中有功功率就會大大降低。 所以需再次進行整流。這就是目前所常用的逆變 電焊機的機制。逆變電源的特點：弧焊逆變器的基本特點是工作頻率高，由此而帶 來很多優(yōu)點。因為變壓器無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：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，與傳統(tǒng)弧焊 電源比較，其主要特點如下：1. 體積小、重量

3、輕，節(jié)省材料，攜帶、移動 方便。2. 高效節(jié)能，效率可達到 80%90%，比傳 統(tǒng)焊機節(jié)電1/3以上。3. 動特性好，弓I弧容易，電弧穩(wěn)定，焊縫成 形美觀，飛濺小。4. 適合于與機器人結(jié)合，組成自動焊接生產(chǎn) 系統(tǒng)。5. 可一機多用，完成多種焊接和切割過程。電焊機之IGBT系列焊機工作原理一、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：場效應(yīng)管的突出優(yōu)點在于其極高的開關(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 而損壞機器或危害人身安全。2、IGBT的特點：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 Hz30K 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)管逆變焊機的特點由于場效應(yīng)管的突

5、出優(yōu)點，用場效應(yīng)管作逆變器 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 減小焊機的體積，使焊機向小型化，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方框圖。但無論弧焊機還是切割機，它們的工作電流都很 大。使用一個場效應(yīng)管滿足不了焊機對電流的需 求，一般采用多只并聯(lián)的形式來提高焊機電源的 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焊機的特點IGBT焊機指的是使用IGBT作為逆變器開關(guān)器 件的弧焊機。由于IGBT的開關(guān)頻率較低，電流大，焊機使用的主變壓器、濾波、儲能電容、電 抗器等電子器件都較場

6、效應(yīng)管焊機有很大不同， 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)在負載上就得到了如圖 11.3的電流， 實現(xiàn)了逆變的目的。2、IGBT焊機的工作原理 電源供給：和場效應(yīng)管作逆變開關(guān)的焊機一樣， 焊機電源由 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)動信號的中點同樣下沉一定幅度， 以防干擾使開關(guān)管誤導(dǎo)通。 保護電路：IGBT焊機也設(shè)置了過流、過壓、過熱保護等， 有些機型也有截流，以保證焊機及人身安全，其 工作原理與場效應(yīng)管焊機相似。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 為交流電的過程，采用逆變技術(shù)的弧焊電源稱為 逆變

8、焊機。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IGBT作為開關(guān)器件的 逆變焊機成為IGBT逆變焊機。逆變焊機的工作過程如下：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?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。逆變電焊機優(yōu)點：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，逆變焊機能夠在微秒級的時間內(nèi)對輸出 電流進行調(diào)整，所以就能實現(xiàn)焊接過程所要求的 理想控制過程，

9、獲得滿意的焊接效果。日朗逆變直流電焊機本機采用三相交流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 進行處理，實現(xiàn)整機閉環(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:脈沖及時序板原理圖:ZX7-500S逆變直流弧焊機工作原理日期：2011-12-20作者：楊華臺匕ZX7-500S采用ICBT功率模塊器件，及先進的電 路，比傳統(tǒng)焊機節(jié)電1/3以上，

10、是一種新型的高效 機電一體化產(chǎn)品。具有動態(tài)響應(yīng)快，焊接電弧穩(wěn)定， 率輸出能力強，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。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 進行限流。因為電容C 5、C6的容量比較大，又因為電 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 （因為LI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.LI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 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變壓器初級線圈b端t a端（C8負極）， B2線圈h+、a-。當(dāng)V2導(dǎo)通，電容C9的正端t變壓器 初級線圈b端t V2tC9負極，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初級線圈就有交變 電流通過。這樣.B2的次級線圈感應(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 電路，防止IGBT過電壓擊穿。此外，過電壓保護還由 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KI斷開；過熱保護是由 熱敏繼電器J置于ICBT的散熱片上，當(dāng)溫度高于75C 時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FI反 饋的電流信號進行處理，實現(xiàn)整機