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電焊機之IGBT系列焊機工作原理

作者: 時間:2012-03-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  逆變的基本工作原理:

  逆變主要是逆變器產(chǎn)生的逆變式弧焊電源,又稱弧焊逆變器,是一種新型的焊接電源。是將工頻(50Hz)交流電,先經(jīng)整流器整流和濾波變成直流,再通過大功率開關(guān)電子元件(晶閘管SCR、晶體管GTR、場效應(yīng)管MOSFET或),逆變成幾kHz~幾十kHz的中頻交流電,同時經(jīng)變壓器降至適合于焊接的幾十V電壓,再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當(dāng)平穩(wěn)的直流焊接電流。

  其變換順序可簡單地表示為:

  工頻交流(經(jīng)整流濾波)→直流(經(jīng)逆變)→中頻交流(降壓、整流、濾波)→直流。

  即為:AC→DC→AC→DC

  因為逆變降壓后的交流電,由于其頻率高,則感抗大,在焊接回路中有功功率就會大大降低。所以需再次進行整流。這就是目前所常用的逆變的機制。

  逆變電源的特點:弧焊逆變器的基本特點是工作頻率高,由此而帶來很多優(yōu)點。因為變壓器無論是原繞組還是副繞組,其電勢E與電流的頻率f、磁通密度B、鐵芯截面積S及繞組的匝數(shù)W有如下關(guān)系:E=4.44fBSW

  而繞組的端電壓U近似地等于E,即:

  U≈E=4.44fBSW

  當(dāng)U、B確定后,若提高f,則S減小,W減少,因此,變壓器的重量和體積就可以大大減小。就能使整機的重量和體積顯著減小。還有頻率的提高及其他因素而帶來了許多優(yōu)點,與傳統(tǒng)弧焊電源比較,其主要特點如下:

  1.體積小、重量輕,節(jié)省材料,攜帶、移動方便。

  2.高效節(jié)能,效率可達到80%~90%,比傳統(tǒng)焊機節(jié)電1/3以上。

  3.動特性好,引弧容易,電弧穩(wěn)定,焊縫成形美觀,飛濺小。

  4.適合于與機器人結(jié)合,組成自動焊接生產(chǎn)系統(tǒng)。

  5.可一機多用,完成多種焊接和切割過程。

  電焊機之系列原理

  一、 功率開關(guān)管的比較

  常用的功率開關(guān)有晶閘管、、場效應(yīng)管等。其中,晶閘管(可控硅)的開關(guān)頻率最低約1000次/秒左右,一般不適用于高頻工作的開關(guān)電路。

  1、效應(yīng)管的特點:

  場效應(yīng)管的突出優(yōu)點在于其極高的開關(guān)頻率,其每秒鐘可開關(guān)50萬次以上,耐壓一般在500V以上,耐溫150℃(管芯),而且導(dǎo)通電阻,管子損耗低,是理想的開關(guān)器件,尤其適合在高頻電路中作開關(guān)器件使用。

  但是場效應(yīng)管的工作電流較小,高的約20A低的一般在9A左右,限制了電路中的最大電流,而且由于場效應(yīng)管的封裝形式,使得其引腳的爬電距離(導(dǎo)電體到另一導(dǎo)電體間的表面距離)較小,在環(huán)境高壓下容易被擊穿,使得引腳間導(dǎo)電而損壞機器或危害人身安全。

  2、IGBT的特點:

  IGBT即雙極型絕緣效應(yīng)管,符號及等效電路圖見圖11.1,其開關(guān)頻率在20KHZ~30KHZ之間。但它可以通過大電流(100A以上),而且由于外封裝引腳間距大,爬電距離大,能抵御環(huán)境高壓的影響,安全可靠。

  

電焊機之IGBT系列焊機工作原理

一、 場效應(yīng)管逆變焊機的特點

  由于場效應(yīng)管的突出優(yōu)點,用場效應(yīng)管作逆變器的開關(guān)器件時,可以把開關(guān)頻率設(shè)計得很高,以提高轉(zhuǎn)換效率和節(jié)省成本(使用高頻率變壓器以減小焊機的體積,使焊機向小型化,微型化方便使用。(高頻變壓器與低頻變壓器的比較見第三章《逆變弧焊電源整機方框圖》。

  但無論弧焊機還是切割機,它們的工作電流都很大。使用一個場效應(yīng)管滿足不了焊機對電流的需求,一般采用多只并聯(lián)的形式來提高焊機電源的輸出電流。這樣既增加了成本,又降低了電路的穩(wěn)定性和可靠性。

  二、 IGBT焊機的特點

  IGBT焊機指的是使用IGBT作為逆變器開關(guān)器件的弧焊機。由于IGBT的開關(guān)頻率較低,電流大,焊機使用的主變壓器、濾波、儲能電容、電抗器等電子器件都較場效應(yīng)管焊機有很大不同,不但體積增大,各類技術(shù)參數(shù)也改變了。

  三、 IGBT原理:

  半橋逆變電路工作原理如圖11.2

  

電焊機之IGBT系列焊機工作原理

  工作原理:

 ?、賢l時間:開關(guān)K1導(dǎo)通,K2截止,電流方向如圖中①,電源給主變T供電,并給電容C2充電。

 ?、趖2時間:開關(guān)K1、K2都截止,負截?zé)o電流通過(死區(qū))。

  ③t3時間:開關(guān)K1截止,K2導(dǎo)通,電容C2向負載放電。

  ④t4時間:開關(guān)K1、K2均截止,又形成死區(qū)。如此反復(fù)在負載上就得到了如圖11.3的電流,實現(xiàn)了逆變的目的。

  2、IGBT焊機的工作原理

 ?、?電源供給:

  和場效應(yīng)管作逆變開關(guān)的焊機一樣,焊機電源由市電供給,經(jīng)整流、濾波后供給逆變器。

 ?、?逆變:

  由于IGBT的工作電流大,可采用半橋逆變的形式,以IGBT作為開關(guān),其開通與關(guān)閉由驅(qū)動信號控制。

 ?、?驅(qū)動信號的產(chǎn)生:

  驅(qū)動信號仍然采用處理脈寬調(diào)制器輸出信號的形式。使得兩路驅(qū)動信號的相位錯開(有死區(qū)),以防止兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通而產(chǎn)生過大電流損壞開關(guān)管。驅(qū)動信號的中點同樣下沉一定幅度,以防干擾使開關(guān)管誤導(dǎo)通。

  ④ 保護電路:

  IGBT焊機也設(shè)置了過流、過壓、過熱保護等,有些機型也有截流,以保證焊機及人身安全,其工作原理與場效應(yīng)管焊機相似。

  逆變與整流是兩個相反的概念,整流是把交流電變換為直流電的過程,而逆變則使把直流電改變?yōu)榻涣麟姷倪^程,采用逆變技術(shù)的弧焊電源稱為逆變焊機。逆變過程需要大功率電子開關(guān)器件,采用絕緣柵雙極晶體管IGBT作為開關(guān)器件的逆變焊機成為IGBT逆變焊機。

  逆變焊機的工作過程如下:將三相或單相工頻交流電整流,經(jīng)濾波后得到一個較平滑的直流電,由IGBT組成的逆變電路將該直流電變?yōu)閹资甂HZ的交流電,經(jīng)主變壓器降壓后,再經(jīng)整流濾波獲得平穩(wěn)的直流輸出焊接電流。

  逆變電焊機優(yōu)點:由于逆變工作頻率很高,所以主變壓器的鐵心截面積和線圈匝數(shù)大大減少,因此,逆變焊機可以在很大程度上節(jié)省金屬材料,減少外形尺寸及重量,大大減少電能損耗,更重要的是,逆變焊機能夠在微妙級的時間內(nèi)對輸出電流進行調(diào)整,所以就能實現(xiàn)焊接過程所要求的理想控制過程,獲得滿意的焊接效果。

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