逆变电焊机的工作原理

2018-07-27 18:03:38      点击:

逆变电焊机的基本工作原理:

逆变电焊机主要是逆变器产生的逆变式弧焊电源,

又称弧焊逆变器,

是一种新型的焊接电源。

是将工频(50Hz)交流电,

先经整流器整流和滤波变成直流,

再通过大功率开关电子元件(晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT), 逆变成几kHz~几十kHz的中频交流电,

同时经变压器降至适合于焊接的几十V电压,

再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。

其变换顺序可简单地表示为:

工频交流(经整流滤波)→直流(经逆变)→中频交流(降压、整流、滤波)→直流。 即为:AC→DC→AC→DC

因为逆变降压后的交流电,

由于其频率高,

则感抗大,

在焊接回路中有功功率就会大大降低。

所以需再次进行整流。

这就是目前所常用的逆变电焊机的机制。

逆变电源的特点:

弧焊逆变器的基本特点是工作频率高,

由此而带来很多优点。

因为变压器无论是原绕组还是副绕组,

其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁芯截面积S及绕组的匝数W有如下关系: E=4.44fBSW

而绕组的端电压U近似地等于E,即:

U≈E=4.44fBSW

当U、B确定后,若提高f,则S减小,W减少,

因此,

变压器的重量和体积就可以大大减小。

就能使整机的重量和体积显著减小。

还有频率的提高及其他因素而带来了许多优点,

与传统弧焊电源比较,

其主要特点如下:

1.体积小、重量轻,节省材料,携带、移动方便。

2.高效节能,效率可达到80%~90%,比传统焊机节电1/3以上。

3.动特性好,引弧容易,电弧稳定,焊缝成形美观,飞溅小。

4.适合于与机器人结合,组成自动焊接生产系统。

5.可一机多用,完成多种焊接和切割过程。

电焊机之IGBT系列焊机工作原理

一、 功率开关管的比较

常用的功率开关有晶闸管、IGBT、场效应管等。其中,晶闸管(可控硅)的开关频率最低约1000次/秒左右,一般不适用于高频工作的开关电路。

1、效应管的特点:

场效应管的突出优点在于其极高的开关频率,其每秒钟可开关50万次以上,耐压一般在500V以上,耐温150℃(管芯),而且导通电阻,管子损耗低,是理想的开关器件,尤其适合在高频电路中作开关器件使用。

但是场效应管的工作电流较小,高的约20A低的一般在9A左右,限制了电路中的最大电流,而且由于场效应管的封装形式,使得其引脚的爬电距离(导电体到另一导电体间的表面距离)较小,在环境高压下容易被击穿,使得引脚间导电而损坏机器或危害人身安全。

2、IGBT的特点:

IGBT即双极型绝缘效应管,符号及等效电路图见图11.1,其开关频率在20KHZ~30KHZ之间。但它可以通过大电流(100A以上),而且由于外封装引脚间距大,爬电距离大,能抵御环境高压的影响,安全可靠。

一、 场效应管逆变焊机的特点

由于场效应管的突出优点,用场效应管作逆变器的开关器件时,可以把开关频率设计得很高,以提高转换效率和节省成本(使用高频率变压器以减小焊机的体积,使焊机向小型化,微型化方便使用。(高频变压器与低频变压器的比较见第三章《逆变弧焊电源整机方框图》。 但无论弧焊机还是切割机,它们的工作电流都很大。使用一个场效应管满足不了焊机对电流的需求,一般采用多只并联的形式来提高焊机电源的输出电流。这样既增加了成本,又降低了电路的稳定性和可靠性。

二、 IGBT焊机的特点

IGBT焊机指的是使用IGBT作为逆变器开关器件的弧焊机。由于IGBT的开关频率较低,电流大,焊机使用的主变压器、滤波、储能电容、电抗器等电子器件都较场效应管焊机有很大不同,不但体积增大,各类技术参数也改变了。

三、 IGBT焊机工作原理:

半桥逆变电路工作原理如图

11.2

工作原理:

①tl时间:开关K1导通,K2截止,电流方向如图中①,电源给主变T供电,并给电容C2充电。

②t2时间:开关K1、K2都截止,负截无电流通过(死区)。

③t3时间:开关K1截止,K2导通,电容C2向负载放电。

④t4时间:开关K1、K2均截止,又形成死区。如此反复在负载上就得到了如图11.3的电流,实现了逆变的目的。

2、IGBT焊机的工作原理

① 电源供给:

和场效应管作逆变开关的焊机一样,焊机电源由市电供给,经整流、滤波后供给逆变器。 ② 逆变:

由于IGBT的工作电流大,可采用半桥逆变的形式,以IGBT作为开关,其开通与关闭由驱动信号控制。

③ 驱动信号的产生:

驱动信号仍然采用处理脉宽调制器输出信号的形式。使得两路驱动信号的相位错开(有死区),以防止两个开关管同时导通而产生过大电流损坏开关管。驱动信号的中点同样下沉一定幅度,以防干扰使开关管误导通。

④ 保护电路:

IGBT焊机也设置了过流、过压、过热保护等,有些机型也有截流,以保证焊机及人身安全,其工作原理与场效应管焊机相似。逆变与整流是两个相反的概念,整流是把交流电变换为直流电的过程,而逆变则使把直流电改变为交流电的过程,采用逆变技术的弧焊电源称为逆变焊机。逆变过程需要大功率电子开关器件,采用绝缘栅双极晶体管IGBT作为开关器件的逆变焊机成为IGBT逆变焊机。 逆变焊机的工作过程如下:将三相或单相工频交流电整流,经滤波后得到一个较平滑的直流电,由IGBT组成的逆变电路将该直流电变为几十KHZ的交流电,经主变压器降压后,再经整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流。 逆变电焊机优点:由于逆变工作频率很高,所以主变压器的铁心截面积和线圈匝数大大减少,因此,逆变焊机可以在很大程度上节省金属材料,减少外形尺寸及重量,大大减少电能损耗,更重要的是,逆变焊机能够在微妙级的时间内对输出电流进行调整,所以就能实现焊接过程所要求的理想控制过程,获得满意的焊接效果。