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高频逆变式弧焊机电源研制初探 　　摘要：弧焊机电源是电弧焊机的重要组成部分，它是对焊接电弧供给电能的装置，它应满足电弧焊所要求的电气特性。弧焊机电源电气性能的优劣，在很大程度上决定了电弧焊机焊接过程的稳定性。没有先进的弧焊机电源，要实现先进的焊接工艺和焊接过程自动化也是难以办到的。弧焊机电源具有较大的短路电流和较高的空载电压等特点。高频逆变式弧焊机电源是近年来世界焊接电源界研究的新技术。它具有控制性能优异、动特性好、焊接工艺性优良、重量轻、效率高、功率因数高、引弧性能好、焊接速度快等优点，是当前国际上焊接电源设备发展的主流和方向。这种电源除了能够用于弧焊机外，还可以用作喷涂等需要大电流，低电压的设备的电源。 　　关键词：弧焊机；电源；设计 　　中图分类号：TE972+.5 文献标识码：A] 　　前言 　　电路电子技术的高速发展，促进了器件、电路及其控制技术员向着集成化、高频化、全控话、电路弱电化、控制技术多功能化的方向发展。目前，逆变技术广泛应用于电机驱动、变频调速、不间断电源、电化学、电焊机、电机静止变换、电加热设备等工业领域产业发展，极大推动了这些领域的产业发展。与传统电源相比，逆变电源具有高效节能（约20%-35%），体积小、重量轻，反应速度快等特点。有利于实现自动化和智能化控制。 　　逆变式弧焊电源由于具有焊接性能好、动态响应快、体积小、质量轻、效率高等诸多优点而成为焊接电源的主要发展方向之一。 　　1 逆变式弧焊机电源的技术要求 　　弧焊电源的负载是电弧，要形成符合焊接外特性要求的电弧，弧焊电源要满足有较大的短路电流和较高的空载电压；输出电流、电压稳定；输出电流可调节；具备完善的自我保护系统。 　　2 高频逆变式弧焊机电源的设计 　　本文设计的高频逆变式弧焊电源的输入电压幅值为220士15%，工作频率f=100KHZ；开关功率管最大占空比Dmax =0.8、最大导通时间TONmax=40μS。输出电压电流额定值:15V,315A，适合组装在中等功率的电焊机上。 　　2.1 逆变式弧焊机电源的基本组成 　　在供电系统中，单相或三相交流电网电压，经整流和滤波后???得逆变器所需的平滑的直流电压。该直流电压经逆变器中的大功率开关器件(的交替开关作用下，变成几千至几万赫的中高频电流，再经过中高频变压器降至适合于焊接的几十伏或十几伏低电压，并借助控制电路和检测电路及焊接回路的阻抗，获得焊接工艺所需的外特性和动特性。 　　2.2 逆变式弧焊机电源的供电系统和辅助电源的的设计 　　逆变式弧焊机电源的供电系统如图１所示，当高频逆变式弧焊电源启动后，电阻R2用来抑制开机瞬间电容器充电产生的浪涌冲击电流，然后主电路初级侧的电流感应器的二次侧绕组形成的电压经VD24加至晶闸管VTH1的控制极，使YTH1导通，此时旁路限流电阻R2，这样电源进入正常工作。由于此时电容C11、 C12、 C13、C3己经充电，VTH1导通时不会产生冲击电流。晶体管VT3的作用是在输入电源瞬时断开后又立即接通时抑制冲击电流。 　　输入电压经由变压器T2后降低到合适的值，再经过桥式整流，电容滤波后，通过7815、7815和7820集成稳压器分别构成+15V、-15V和+20V隔离直流供电电源，分别为相关的控制电路供电，这样可以避免控制电路相互之间的干扰。这里变压器次级分别是18V、18V、22V。 　　2.3 逆变式弧焊机电源的逆变器的工作原理 　　全桥移相技术，保留了恒频控制的优点，有利于滤波电路的优化，且控制简单，是软开关变流技术的最佳控制方式。本文采用集成电路UC3895来实现逆变器的零电压全桥移相控制。逆变器的谐振电路由电感和电容组成，进行串联谐振，在高频电路中，要求电感和电容的值要非常小。 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　图２ 全桥移相开关电路原理图 　　这是一种全桥拓扑，被称为全桥移相PMPT(也即相位调制PWM)。Ui是供电系统经过桥式整流后提供的311 V直流电压。S1-S4是4个IGBT开关管，通过控制S1-S4轮流导通和关断来将直流电压逆变为高频的交流电，再通过变压器T1来将高频的交流电压转换为相应的低压交流电，再通过次级的整流电路得到我们所需要的直流电压。S1-S4的控制方式移相控制，是Sl和S3轮流导通，各导通180度电角;S2和S4也是这样，但S1和S4不是同时导通。S1先导通，S4后导通，两者导通相差a电角。其中S1和S3分别先于S4和S2导通，故称S1和S3组成的桥臂为超前桥臂，S2和SA组成的桥臂为滞后桥臂。PMPT与一般全桥PWM拓扑的唯一区别在于二者开关过程不同，PMPT在开关过程中是软开关。PMPT技术的核心在于