ZX7逆变焊机工作原理

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20KHZ30KHZ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：tl时间：开关K1导通，K2截止，电流方向如图中，电源给主变T供电，并给电容C2充电。t2时间：开关K1、K2都截止，负截无电流通过（死区）。t3时间：开关K1截止，K2导通，电容C2向负载放电。t4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 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。 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。 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。 保护电路：ZX7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。 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C1C4所组成。此外，还有自动空气开关QF1、电阻R1。QF1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，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C5C8、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I2。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 txtq而且，还应该对晶闸管的最高工作频率加以限制，即要求： fm1/2tx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C9C12、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C9C12组成滤波电路。