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摘要：本文主要介紹了全橋逆變氬弧焊主電路的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法。并對(duì)其主電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：輸出特性 主電路 驅(qū)動(dòng)電路 焊機(jī) 絕緣柵雙極晶體管 前 言： 電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，促進(jìn)了器件、電路及其控制技術(shù)向著集成化、高頻化、全控化、電路弱電化、控制技術(shù)多功能化的方向發(fā)展。 逆變式焊機(jī)與傳統(tǒng)焊機(jī)相比，具有高效節(jié)能(約20％～35％)、省材(約80％～90％)、輕巧(輸出l A焊接電流，傳統(tǒng)焊機(jī)需0．5～l kg制造材料，而逆變式只需要0．06～0．12 kg)，而且動(dòng)態(tài)特性和控制調(diào)節(jié)特性好、制造過(guò)程占地少、且加工量少等特點(diǎn)。因而它在國(guó)內(nèi)得到迅速的推廣應(yīng)用。 1、國(guó)內(nèi)外逆變式焊機(jī)發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 現(xiàn)代焊接設(shè)備的發(fā)展與電力電子技術(shù)和器件的發(fā)展密切相關(guān)。 50年代末，功率半導(dǎo)體二極管開始用于焊接電源，所構(gòu)成的弧焊整流器明顯優(yōu)于弧焊發(fā)電機(jī)。70年代初，由晶閘管（SCR）構(gòu)成的可控整流式弧焊機(jī)的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子技術(shù)開始進(jìn)入焊接電源設(shè)備領(lǐng)域。SCR弧焊機(jī)的電氣特性和工藝特性優(yōu)于二極管整流弧焊機(jī)，是當(dāng)時(shí)廣泛應(yīng)用的一種重要焊接電源設(shè)備。 2、 250A手弧焊機(jī)的設(shè)計(jì) 2．1、總原理框圖 工作原理：輸入端為50Hz、220V交流電，經(jīng)整流濾波后得到310V左右逆變電路所需的較平滑的直流電流。再由逆變主電路中的兩組大功率開關(guān)電子器件（IGBT）的交替開關(guān)作用變成幾千至十幾萬(wàn)赫的中高頻高壓電，再經(jīng)（中）高頻變壓器降至適合于焊接的幾十伏低電壓，并借助于電子控制驅(qū)動(dòng)電路和給定反饋電路（M、G、N等組成），以及焊接回路的抗阻，獲得弧焊工藝所需的外特性和動(dòng)特性。經(jīng)輸出整流器整流和電抗器C的濾波，把（中）高頻交流變換成為直流輸出。 2．2、主電路的設(shè)計(jì): 2．2．2、主電路工作原理: 開關(guān)K11，K12閉合，為主電路輸入220V，50Hz交流電流，經(jīng)全橋整流器（ZL11），濾波網(wǎng)絡(luò)（C11,R12,C12）,得到約308V的直流電流，再經(jīng)全橋式連結(jié)的逆變電路（V11、V12、V13、V14、T11）、二次整流電路（D19、D110）得到高頻低壓適合焊接的電流。詳細(xì)說(shuō)明如下： 2．2．3、整流濾波部分電路參數(shù)的意義及工作原理。 為提高焊機(jī)的工作效率，ZL11部分采用全橋式連結(jié)。R11為啟動(dòng)電阻，因焊機(jī)啟動(dòng)時(shí)要給后面的濾波電解電容C11充電。為避免過(guò)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(dòng)電阻，用以限制浪涌電流。開關(guān)接通之后，電流通過(guò)啟動(dòng)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)，輔助電源開始工作提供24V電，使繼電器吸合，將啟動(dòng)電阻短路。在關(guān)機(jī)以后，濾波電容中存有很高電壓，為了安全，用電阻R12將存電放掉。C12為高頻濾波電容，因在高頻逆變中，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。 2.2.4、IGBT的選擇： 絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）是MOSFET與GTR的復(fù)合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、熱溫度性好的優(yōu)點(diǎn)，又包含了GTR的載流量大、阻斷電壓高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，是取代GTR的理想開關(guān)器件。從1986年至今，尤其是近幾年來(lái)IGBT發(fā)展很快，目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種逆變器中。 2．2．5、高頻變壓器的設(shè)計(jì)： 高頻逆變式弧焊電源具有放率高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為一種新型的弧焊電源。其高頻變壓器（對(duì)弧焊電源變壓器而言。工作頻率在20KHz及其以上的頻率即可稱為高頻）主要作用是電壓變換、功率傳遞和輸入輸出之間的隔離。功能與普通弧焊變壓器相仿。因其傳遞的是矩形交替脈沖。故可稱為“脈沖功率變壓器”。然而由于高頻變壓器工作在高頻，高壓、脈動(dòng)傳輸狀態(tài)，而且又與較為脆弱的高壓開關(guān)器件相連，因此，其性能的優(yōu)劣不僅關(guān)系到變壓器本身的效率、發(fā)熱，而且會(huì)左右整個(gè)弧焊逆變器的技術(shù)性能。 參考文獻(xiàn)： 1．吳憲平 逆變焊機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展 長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào) 2003年6月第17卷第二期 2．吳憲平 洪波 逆變弧焊機(jī)中IGBT的防護(hù) 電焊機(jī)，1996（5）23～25 3．IGBT逆變弧焊機(jī)可靠性的探討 吳憲平,汪大鵬,夏卿坤(長(zhǎng)沙大學(xué) 工程系,湖南 長(zhǎng)沙 410003)機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 第17卷第2期 |
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