弧焊电源及其数字化控制 黄石生 第6章 弧焊逆变器新.pptVIP

第6章 弧焊逆变器 内宾提要 主要介绍弧焊逆变器基本组成、基本原理、逆变主电路及其控制驱动、反馈电路、外特性、调节特性，以及动态特性的获得基本方法、特点、分类和应用。晶闸管式、晶体管式、场效应管式、IGBT式弧焊逆变器，在结构、工作原理上的共性和个性，并以愈来愈多应用的硬、软开关型IGBT式弧焊逆变器为重点，同时还介绍这类弧焊电源获得多功能用途的方法，以及如何通过多种外特性的切换来获得脉冲电流和多种脉冲波形、多参数的变换及矩形波交流等的技术原理。 6.1 弧焊逆变器概述 弧焊逆变器的定义：直流（DC）与交流（AC）之间的变换称为逆变，实现这种变换的装置就称为逆变器，为焊接电弧提供电能，并具有弧焊工艺所要求电气性能的逆变器，被称为弧焊逆变器。 弧焊逆变器的特殊性：焊接的供电对象是特殊的电弧负载，特别是熔化极短路过渡的电弧焊，逆变器要承受剧烈变动着的动负载，工作情况十分复杂 。 6.1.1 弧焊逆变器的主要组成及其作用 主要组成：供电系统；电子功率系统；电子控制系统；给定与反馈电路；焊接电弧等 。 弧焊逆变器的基本组成框图 ： 6.1.1 弧焊逆变器的主要组成及其作用 由图可见，弧焊逆变器的主要组成及其作用下： 逆变主电路 由供电系统、电子功率系统和焊接电弧组成 。 电子控制系统 对电子功率系统(逆变主电路)提供足够大的、按电弧所需变化规律的开关脉冲信号，驱动逆变主电路的工作 。 反馈与给定系统 它由检测电路(M)、给定电路（G）、比较和放大电路（N）等组成。与电子控制系统一起，实现对弧焊逆变器的闭环控制，并使它获得所需的外特性和动特性。 6.1.2 弧焊逆变器的基本原理 弧焊逆变器的基本原理可以概括于如图6-1所示的框图。 在供电系统中，单相（或三相）50Hz或60Hz的交流网路电压单相220V（或三相380V），经输入整流器（URl）整流和滤波器（LC1）滤波之后，获得逆变主电路所需的平滑直流电压单相整流约310V（或三相整流约为520V）。该直流电压在电子功率系统中经逆变主电路的大功率开关电子器件(晶闸管、晶体管、场效应管或IGBT)组Q的交替开关作用，变成几千至二十万赫兹的中频高压电，再经高(中)频变压器（T）降至适合于焊接的几十伏低电压，并借助于电子控制系统的控制驱动电路和给定与反馈电路(M、G、N等组成)，以及焊接回路的阻抗，获得弧焊工艺所需的外特性和动特性。如果需要采用直流电进行焊接，还需经输出整流器UR2整流和经电抗器L2、电容器C2的滤波，把高(中)频交流变换成为直流输出。 6.1.2 弧焊逆变器的基本原理 弧焊逆变器的变流过程可以简单叙述为： 工频交流（AC） 直流（DC） 高、中频交流（AC） 降压 交流（AC） 并再次变成直流（DC） 弧焊逆变器中可采用三种逆变体制 ： 1) AC—DC—AC 2) AC—DC—AC—DC 3) AC—DC—AC—DC—AC (矩形波交流) 6.1.3 弧焊逆变器的输出电气特性 为了满足弧焊工艺的要求，弧焊逆变器输出电气特性(性能)，必须具有相应的适应性。电气特性主要包括外特性、调节性能和动特性。 6.1.3.1 弧焊逆变器的外特性 弧焊逆变器是利用电子控制系统和电流电压反馈对电子功率系统(逆变器)进行闭环控制，来获得不同外特性曲线形状的。 根据弧焊逆变器的基本原理框图(图6-1)，就可以用框图和方程式来描绘弧焊逆变器闭环控制系统，如图6-2所示。 6.1.3.1 弧焊逆变器的外特性 该闭环控制系统的平衡关系建立如下：图中有电弧电压（ ）负反馈，输出电压经电压采样环节(常用电位器分压)得到与其成正比的反馈量m 。还有电弧电流（ ）负反馈，输出电流经电流采样环节(常用分流器或霍尔元件)得到与其成正比的反馈量n 。m 和n 又分别经过比较放大环节与电弧电压给定量（ ）、电弧电流给定量（ ）比较及放大，于是各自输出K1( —m )和K2( —n )。最后，经综合、放大得到控制电压（ ），再输入控制驱动电路，以驱动电子功率系统(逆变器)运行。 6.1.3.1 弧焊逆变器的外特性 恒压、恒流及缓降特性的获得： 1——恒压特性 2——恒流特性 3——缓降特性 4——恒流加外拖特性 6.1.3. 2 弧焊逆变器的调节性能 由弧焊逆变器外特性曲线形成原理可知，对于恒压特性来说给定电压值的大小，决定了输出端电弧电压的大小。也就是说大