ZX7逆變焊機工作原理

1、電焊機之IGBT系列焊機工作原理2009-09-21 20:15:09 整理： 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽次數(shù)：0 文字大?。骸敬蟆俊局小俊拘　亢喗椋阂?、 功率開關管的比較常用的功率開關有晶閘管、IGBT、場效應管等。其中，晶閘管（可控硅）的開關頻率最低約1000次/秒左右，一般不適用于高頻工作的開關電路。 1、效應管的特點： 場效應管的突出優(yōu)點在于 .一、 功率開關管的比較常用的功率開關有晶閘管、IGBT、場效應管等。其中，晶閘管（可控硅）的開關頻率最低約1000次/秒左右，一般不適用于高頻工作的開關電路。1、效應管的特點： 場效應管的突出優(yōu)點在于其極高的開關頻率，其每秒鐘可開關50萬次以上，耐壓一

2、般在500V以上，耐溫150（管芯），而且導通電阻，管子損耗低，是理想的開關器件，尤其適合在高頻電路中作開關器件使用。 但是場效應管的工作電流較小，高的約20A低的一般在9A左右，限制了電路中的最大電流，而且由于場效應管的封裝形式，使得其引腳的爬電距離（導電體到另一導電體間的表面距離）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即雙極型絕緣效應管，符號及等效電路圖見圖11.1，其開關頻率在20KHZ30KHZ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、 場效應管逆變焊

3、機的特點由于場效應管的突出優(yōu)點，用場效應管作逆變器的開關器件時，可以把開關頻率設計得很高，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作為逆變器開關器件的弧焊機。由于IGBT的開關頻率較低，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

4、較場效應管焊機有很大不同，不但體積增大，各類技術參數(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工作原理：tl時間：開關K1導通，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K1、K2都截止，負截無電流通過（死區(qū)）。t3時間：開關K1截止，K2導通，電容C2向負載放電。t4時間：開關K1、K2均截止，又形成死區(qū)。如此反復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：和場效應管作逆變開關的焊機一樣，焊機電源由市電供給，經(jīng)整流、濾波后供給逆變器。 逆變：由于IGBT的工作電流大，可采用半橋逆

5、變的形式，以IGBT作為開關，其開通與關閉由驅(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)），以防止兩個開關管同時導通而產(chǎn)生過大電流損壞開關管。驅(qū)動信號的中點同樣下沉一定幅度，以防干擾使開關管誤導通。 保護電路：11 / 11ZX7逆變焊機工作原理核心提示: 主電路主要由輸入整流器、逆變電路和輸出整流器所組成，現(xiàn)以逆變電路為半橋式串聯(lián)逆變電路為例，如圖 1 所示。 圖 1(1) ZX 7 系列逆變直流弧焊機主電路電氣原理圖 (1) 圖 1(2)ZX 7 系列晶閘管逆變直流弧焊機主電路電氣原理圖 (2) (一) 輸入整流器輸入整流

6、電路由三相整流橋堆VC1、限流R2和濾波C1C4所組成。此外，還有自動空氣開關QF1、電阻R1。QF1內(nèi)有熱脫扣和電磁脫扣裝置，當發(fā)生過載、短路等故障時，能自動切斷電源以保護焊機。本開關只作保護用。啟動焊機和停止焊接時，應由用戶配電板的空氣開關控制。R1為壓敏電阻，作過電壓保護。三相380V的電壓經(jīng)三相橋式整流后以及由于濾波電容的作用，電壓高達600V，帶電檢查焊機的故障時，應特別注意人身安全，做好防護工作。 (二) 逆變電路這是主電路的核心部分，它由換向電容C5C8、開關元件晶閘管VT7和VT8、主T1、限制沖擊電流的L1等組成。現(xiàn)通過其電路簡圖來說明逆變的原理和過程。圖2 逆變電路簡圖參看

7、圖2，當VT7被觸發(fā)導通而VT8為關斷時，C5、C6經(jīng)VT7、器T1的一次繞組N1放電，電流為I1，電壓U5-6逐漸下降至零，于是C5、C6中電場的能量轉(zhuǎn)變成變壓器的磁場能量。接著，磁場釋放能量而向C5、C6反向充電；與此同時，輸入整流器經(jīng)VT7、N1給電容C7、C8充電，充電電流為I1”。I1和I1”構成了變壓器T1一次側(cè)繞組N1中的正半波電流I1，即I1=I1+I1”。當C5、C6被反向充電，U5-6為負值時促使VT7關斷。VT7關斷后，VT8被觸發(fā)導通，逆變工作過程與上述相似，即C7、C8經(jīng)T1的N1、VT8放電，電流為I2。放電至零時，接著變壓器磁場能量向C7、C8反向充電，UC7-8

8、為負值；與此同時，輸入整流器向C5、C6充電，電流為I2”。顯然，與電流I1方向相反，因而構成了N1中的負半波電流。在UC7-8為負值時，促使VT8關斷。這樣，每當VT7和VT8交替導通、關斷一次，就在主變壓器T1繞組中產(chǎn)生一個周波的電流。晶閘管每秒鐘通、斷的次數(shù)就決定了逆變器的工作頻率。由上述逆變過程可以看出：一個晶閘管關斷后，另一個晶閘管才能導通。否則，將造成短路，燒壞晶閘管，并使逆變過程失敗。為使逆變器能正常工作，在任意工作范圍內(nèi)，必須使流經(jīng)晶閘管的瞬時電流過零的時刻（即換向電容放電，電壓降到零后又出現(xiàn)負值）至其關斷的這段時間間隔tx（稱晶閘管的休止時間）均應大于晶閘管的關斷時間tq，即

9、 tx>tq而且，還應該對晶閘管的最高工作頻率加以限制，即要求： fm1/2tx這樣，才能確保逆變過程穩(wěn)定地進行。另外，防止過大的沖擊電流、沖擊電壓損壞晶閘管，這也是逆變電路至關重要的問題。在弧焊逆變器中，晶閘管的工作條件十分惡劣。在電壓高達數(shù)百V的初級側(cè)，開關數(shù)千次/s；由于變壓器的漏感，一個晶閘管導通時，就會在另一個關斷的晶閘管兩端施加上很大的驟增電壓；在焊接過程中，電弧負載由空載到短路、燃弧之間頻繁交替變化，特別是在由空載到短路和晶閘管本身的開、關過程中，都會引起電流上升率di/dt和電壓上沒有足夠大的電感L1A、L1B來限制di/dt，并通過R16、C15和R18、C16阻容吸收

10、環(huán)節(jié)來限制dv/dt，以保證晶閘管的可靠工作和避免損壞。關于規(guī)范參數(shù)的調(diào)節(jié)和外特性的控制：本機是采用“定脈寬調(diào)頻率”的方法來調(diào)節(jié)規(guī)范參數(shù)，即通過改變晶閘管的開關頻率（即逆變器工作頻率）來調(diào)節(jié)輸出電流。開關頻率愈高，則焊接電壓愈高，焊接電流愈大。應當指出，逆變器的頻率有2種參數(shù)。一種是逆變器主電路電感L和電容C決定的固有頻率fo，在忽略主電路的電阻時，有： fo愈大，則逆變器脈沖周期愈小。另一種是人為調(diào)節(jié)（電流調(diào)節(jié)）的逆變器工作頻率f，它由觸發(fā)脈沖的頻率來確定。電流的調(diào)節(jié)分粗調(diào)和細調(diào)。粗調(diào)即調(diào)節(jié)fo，通過開關S2，改變電容的個數(shù)（即容量）來實現(xiàn)。本機粗調(diào)分2擋（即兩大范圍），電容量小的擋fo較高，焊接電流較大；細調(diào)，即通過調(diào)節(jié)器RP1（或RP2），以“定脈寬調(diào)頻率”的方式，改變逆變器的工作頻率f，使之對應的焊接規(guī)范在某一擋范圍內(nèi)均勻調(diào)節(jié)。晶