ZX7逆变焊机工作原理.doc

1电焊机之 IGBT 系列焊机工作原理2009-09-21 20:15:09 作者： 来源：互联网 浏览次数：0 文字大小：【大】 【中】 【小】简介：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 ...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2一、 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3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：4ZX7 逆变焊机工作原理核心提示: 主电路主要由输入整流器、逆变电路和输出整流器所组成，现以逆变电路为半桥式串联逆变电路为例，如图 1 所示5图 1(1) ZX 7 系列逆变直流弧焊机主电路电气原理图 (1) 图 1(2)ZX 7 系列晶闸管逆变直流弧焊机主电路电气原理图 (2) (一) 输入整流器输入整流电路由三相整流桥堆 VC1、限流 R2 和滤波 C1~C4 所组成。

此外，还有自动空气开关QF1、电阻 R1QF1 内有热脱扣和电磁脱扣装置，当发生过载、短路等故障时，能自动切断电源以保护焊机本开关只作保护用启动焊机和停止焊接时，6应由用户配电板的空气开关控制R1 为压敏电阻，作过电压保护三相 380V 的电压经三相桥式整流后以及由于滤波电容的作用，电压高达 600V，带电检查焊机的故障时，应特别注意人身安全，做好防护工作二) 逆变电路这是主电路的核心部分，它由换向电容 C5~C8、开关元件——晶闸管 VT7 和 VT8、主 T1、限制冲击电流的 L1 等组成现通过其电路简图来说明逆变的原理和过程图 2 逆变电路简图参看图 2，当 VT7 被触发导通而 VT8 为关断时，C5 、C6 经 VT7、器 T1 的一次绕组 N1 放电，电流为 I1’，电压 U5-6 逐渐下降至零，于是 C5、C6 中电场的能量转变成变压器的磁场能量接着，磁场释放能量而向 C5、C6 反向充电；与此同时，输入整流器经 VT7、N1 给电容 C7、C8 充电，充电电流为 I1”I1’和 I1”构成了变压器 T1 一次侧绕组 N1 中的正半波电流 I1，即 I1=I1’+I1”。

当 C5、C6 被反向充电，U5-6 为负值时促使 VT7 关断VT7 关断后，VT8 被触发导通，逆变工作过程与上述相似，即 C7、C8 经 T1 的 N1、VT8 放电，电流为 I’2放电至零时，接着变压器磁场能量向 C7、C8 反向充电，UC7-8 为负值；与此同时，输入整流器向 C5、 C6 充电，电流为 I2”显然，与电流 I1 方向相反，因而构成了 N1 中的负半波电流在 UC7-8 为负值时，促使 VT8 关断这样，每当 VT7 和 VT8 交替导通、关断一次，就在主变压器 T1 绕组中产生一个周波的电流晶闸管每秒钟通、断的次数就决定了逆变器的工作频率由上述逆变过程可以看出：一个晶闸管关断后，另一个晶闸管才能导通否则，将造成短路，烧坏晶闸管，并使逆变过程失败为使逆变器能正常工作，在任意工作范围内，必须使流经晶闸管的瞬时电流过零的时刻（即换向电容放电，电压降到零后又出现负值）至其关断的这段时间间隔 tx（称晶闸管的休止时间）均应大于晶闸管的关断时间 tq，即tx>tq7而且，还应该对晶闸管的最高工作频率加以限制，即要求：fm≤1/2tx这样，才能确保逆变过程稳定地进行另外，防止过大的冲击电流、冲击电压损坏晶闸管，这也是逆变电路至关重要的问题。

在弧焊逆变器中，晶闸管的工作条件十分恶劣在电压高达数百 V 的初级侧，开关数千次/s；由于变压器的漏感，一个晶闸管导通时，就会在另一个关断的晶闸管两端施加上很大的骤增电压；在焊接过程中，电弧负载由空载到短路、燃弧之间频繁交替变化，特别是在由空载到短路和晶闸管本身的开、关过程中，都会引起电流上升率 di/dt 和电压上没有足够大的电感 L1A、L1B 来限制 di/dt，并通过 R16、C15 和 R18、C16 阻容吸收环节来限制 dv/dt，以保证晶闸管的可靠工作和避免损坏关于规范参数的调节和外特性的控制：本机是采用“定脉宽调频率”的方法来调节规范参数，即通过改变晶闸管的开关频率（即逆变器工作频率）来调节输出电流开关频率愈高，则焊接电压愈高，焊接电流愈大应当指出，逆变器的频率有 2 种参数一种是逆变器主电路电感 L 和电容 C 决定的固有频率 fo，在忽略主电路的电阻时，有：fo 愈大，则逆变器脉冲周期愈小另一种是人为调节（电流调节）的逆变器工作频率 f，它由触发脉冲的频率来确定电流的调节分粗调和细调粗调即调节 fo，通过开关 S2，改变电容的个数（即容量）来实现本机粗调分 2 挡（即两大范围） ，电容量小的挡 fo 较高，焊接电流较大；细调，即通过调节器 RP1（或 RP2） ，以“定脉宽调频率”的方式，改变逆变器的工作频率 f，使之对应的焊接规范在某一挡范围内均匀调节。

晶闸管弧焊逆变器的外特性，是通过电流、电压负反馈以改变频率 f 来控制的三）输出整流器由 VD9、VD10、电感 L2、电容 C9~C12、分流器 FL 等元件所组成VD9 、VD10 与变压器的二次侧绕组构成单相全波整流电路，L2 与 C9~C12 组成滤波电路。