逆变焊机主电路的设计
4.1逆变焊机的工作原理与特点
逆变焊机原理框图如图4.1所示。该系统采用双闭环控制系统，图中If为反馈电流，Uf为反馈电压，19为给定电流，Ug为给定电压，UO为实际输出电压。内环为电流反馈闭环控制，反馈信号由电流霍尔传感器得到。外环为电压反馈闭环控制，反馈信号由电压霍尔传感器得到。具体控制过程后做分析.
逆变焊机工作时，先将单相220V/50Hz电压整流并滤波后，变为逆变主回路所需的310V左右平滑直流电压。然后将该直流电压送入逆变主回路，经过大功率电子元件IGBT的交替逆变作用转变成为ZOK左右的中频交流电压，再经过中频降压变压器降压至适合于焊接的几十伏电压，最后经过整流滤波后得到直流焊接输出。借助于控制电路及反馈回路，以及焊接回路的阻抗，可以得到焊接工艺所需的外特性和动特性。其交流变换顺序为:工频交流一直流一中频交流一降压一直流。焊机在“交流一直流一交流”阶段的电压频率发生了改变，所以逆变焊也成为变频焊机。
交流和直流反复转换的目的是为了提高该电压的工作频率。我们知道，按照正弦波分析时变压器输出有如下公式[60]:
式中，
变压器的体积、重量与Ns有关，而NS与变压器的工作频率f又有直接关系。当凡一定时，若变压器工作频率从工频(SOHz)提高到20KHz，则绕组匝数与铁心截面积的乘积NS就减少到原来的l/400，而主变压器在逆变焊机中通常所占重量为1/3到
2/3，因此提高变压器的工作频率可以使逆变焊机的体积和重量显著的减少。同时，钢和铁的电能损耗将随所需材料的明显减少而大大降低，焊接质量也有进一步改善。
由于上述原因，逆变焊机与传统的晶闸管式焊机和晶体管式焊机相比，具有众多优点:
l)高效节能。逆变焊机材料的减少使焊机整体损耗大大降低，其效率可达80%到95%，功率因数可提高到0.9以上，空载损耗极小，只有几十瓦，这一点在能源紧张的今天尤为可贵。
2)体积小，重量轻。这是逆变焊机最明显的优点，主变压器的重量仅为传统弧焊电源工频变压器的几十分之一。
3)动态响应时间短，控制速度提高。该特征是逆变焊机最重要的特点。普通晶闸管焊机的控制周期为3.3ms，而逆变焊机的动态响应时间达到百微妙级，和电弧焊接诸物理过程的时间常数相当，故能更精确地控制电弧焊中各种物理现象，焊接的动态控制成为可能。
4)控制能力增强，显著提高工艺性能。控制能力是与控制速度、控制手段密切相关的。它直接反映了焊机适应焊接条件和焊接要求的能力。另一方面，焊机控制能力的增强主要依靠于器件速度的提高、微机的应用及现代化控制力等方法的应用。
4.2常用的主电路拓扑结构
目前，弧焊逆变焊机主电路所采用的拓扑主要包括全桥式、半桥式、双管正激式和推挽式四种结构。
l)全桥式逆变电路
全桥式电路一般用于大功率逆变电源中，采用四个功率开关组成两组开关对(S1、S4和S2、S3)，两组开关管对交替闭合将输入电流电压变成高频交流，加在变压器上。图4.2为全桥式逆变电路的原理图。全桥式逆变电路对开关管的耐压要求低，变压器的利用率高，易获得大功率输出。但其需要至少四个开关器件及相应的驱动电路，因此它的成本较之其它电路高。全桥式逆变电路是应用最广的，国内外许多厂家如新时代、瑞凌、日本松下、美国林肯等焊机都采用此主电路结构。
全桥式逆变电路存在偏磁现象和功率开关管直通问题。偏磁现象是由于功率开关管的开关时间存在差异，将导致变压器所加正负半波的伏秒乘积不同，经过一定时间积累，会使变压器单线偏磁直至饱和，这是变压器相当于短路，由此产生很大的尖峰电流将烧毁功率开关管。通常在变压器原边串入一个无极性隔直电容以改善偏磁问题[601[6‘l。
2)半桥式逆变电路
半桥式逆变电路的拓扑结构如图4.3所示，这种拓扑结构只需要两个开关器件，驱动电路简单。但在电流容量相同的情况下，半桥式逆变电路所输出的最大功率只有全桥式的一半，所以一般只适合于中等功率输出的场合。半桥电路也存在直臂导通的问题。
3)双管正激式逆变电路
双管正激式逆变电路的原理图如图4.4所示。这种电路控制简单，不存在直臂导通的问题，但开关管所承受的峰值电流和电压较高，同时其高频变压器仅工作在磁滞回线的一侧，故只适合中小功率输出。
4)推挽式逆变电路
图4.5为推挽式逆变电路的原理图。推挽式逆变电路只用两个开关器件就能获得较大的功率输出。一对功率管的发射极相连，两组驱动电路彼此间无须绝缘，驱动电路简单。但功率管承受的反压较大，原边绕组只有一半时间工作，高频变压器利用率低，适合用于单相输入的电源中。
表4.1列出了上述四种拓扑结构的主要性能参数指标。其中所列的公式都是理论计算值，实际应用时由于变压器漏感等寄生参数的存在，实际情况会与理想情况有所不同。比较半桥式和全桥式电路可知，当两者所输入、输出电压和额定功率相同时，虽然承受都是输入电压Vin ，但半桥变换器中的开关元件的峰值电流为全桥式变换器的两倍，而输出电压却只有全桥式变换器的一半。因此全桥式变换器更适用于大功率的
场合。
4.3本系统的主电路设计方案
逆变焊机的主电路承担着转换、传递能量的任务，是整个电源系统的基础。主电路必须安全、可靠，器件参数的选择应该以极限工作条件为依据，并留有一定余量，保证所选器件工作在安全区域。
本文设计的IGBT逆变焊机输出电流为 160A，输出电压为27V，逆变器工作频率为20KHz，要求系统具有平硬外特性和良好的动特性，电流、电压响应要求迅速。
由于全桥变换器可以提高变压器的利用率，减小开关元件的电压电流等级，传输功率大，因此在本系统主电路设计采用全桥式结构，拓扑结构图如图4.6所示。
主电路主要包括三部分:
第一部分，输入整流滤波电路。二极管Dl一D4组成输入整流电路(实际电路用整流模块代替);电解电容Cl一C3和电阻Rl、咫组成滤波电路。
第二部分，逆变器。VTI一VT4为功率开关管IGBT管，与降压变压器T组成逆变器;RS一RS、CS一CS、DS一DS共同组成VTI一VT4的RCD吸收网络，减少IGBT开关过程电流、电压对管子的冲击。
第三部分，输出整流滤波电路。快速整流二极管Dg、D10和直流电抗器Ll共同组成单相全波整流滤波输出电路;电阻R3、R4和电容Cg、 C10共同组成Dg、D10的RCD吸收网络。
该主电路工作原理为:单相220V电压经过单相桥式整流后，输出为带纹波的直流电压，再经过电解电容Cl一C3组成的滤波电路滤波后得到310V平直的直流电压。当控制电路输出相同占空比的PWM脉冲控制IGBT，使它们轮流导通与关断，此时，
直流电压被逆变成20K壬12的交流方波电压。VTI、VT4和VTZ、VT3的轮流导通和关断使中频变压器Tl的原边绕组上的电压为正负对称的方波。变压器的次级绕组感应的交流方波电压大小采用PWM方式进行调节，即改变驱动脉冲的占空比实现。变压器输出的交流方波电压经过快恢复二极管Dg和D10整流后变成方波直流电压，最后经过滤波电感(直流电抗器Ll)滤波后输出较为平直的直流电压 [6211631。此时实现了对输出电流的恒流控制。
当控制电路输出不同占空比的PWM脉冲控制IGBT组VTI、VT4和VTZ、VT3的开通与关断，则逆变器输出频率为20KHz，幅值相同但平均值不同的交流方波脉冲。经过变压器降压整流滤波后，可以实现脉冲电流的输出。可见，改变控制脉冲的占空比就可以调节焊机电源的输出。
PWM脉冲占空比通过软件程序设计，本系统选用相同占空比的PWM脉冲控制IGBT，使焊机输出连续的直流电压。
4.4主电路参数的设计计算
4.4.1中频变压器的设计
中频变压器主要作用是电压变换(降压)、功率传递和实现输人、输出之间的隔离。由于中频变压器工作频率高达ZOKHz，它要求磁芯材料高频损耗尽可能小，此外还要求饱和磁通密度高，随工作温度升高，饱和磁密度的降低尽量小等。对于上述要求，采用性价比较好的铁氧体材料做变压器磁芯，功率损耗明显减少。实际制作的变压器磁芯采用双E型磁芯组合而成。
中频变压器一次侧为1组绕组N1，，二次侧为2组绕组N2、N3对称串联。一次电压为方波电压，其幅值为电网输人电压U;经整流滤波后输出的电压，按电网峰值电压计算。
式中U l为中频变压器输入电压的幅值，取320V。
二次测电压U2，参考电源的输出空载电压70V，适量取大，留有一定的调节空间取80V，所以匝数比:
实际二次电压幅值:
在此选用EE118型铁氧体材料磁芯2组，每组磁芯有效截面积A为 11.8cm2，磁通密度变量△B为0.2T。因为开关频率设定为20KHz，周期T=50脚，考虑留有一定的“死区负载”，防止IGBT直导通。因此，要求一个周期内导通时间t on<25μS。
式中t oN。为每只IGBT在一个周期内导通的最长时间，即最大脉冲宽度;
焊机输出电压70V，U2为中频变压器二次测电压幅值80V。
电网输入电压经过整流后，电压最大值
式中1.15位电网波动系数。
所以变压器一次侧匝数至少为:
式中N1为中频变压器一次侧匝数，按20匝算，U1m为中频变压器输人电压最大值358V(考虑网压15%波动的峰值)，ΔB为中频变压器时磁芯磁通密度变量0.2T，A为磁芯有效截面积 11.8cm2。
二次侧的匝数[9]:
4.4.2逆变器的设计
弧焊逆变器是数字化焊机主电路的核心。根据逆变器所选用的大功率开关器件的不同可分为:晶闸管(GTO)逆变器、晶体管(GTR)逆变器、场效应管(MOSFET)逆变器和绝缘栅双极晶体管IGBT)逆变器等。
GTR的开关速度较低，对动态特性有影响，而且是电流驱动方式，驱动功率较大，还存在二次击穿问题二MOSFET有较好的高速控制性能，然而容量小，难以实现大电流，主要应用于小型和轻型设备中。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件，它兼有MOSFET易驱动和功率晶体管电压、电流容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，在较高频率的大中功率应用中占据了主导地位。而且IGBT电压驱动、开通和关断容易，开关速度快，单个器件的载流容量大，电流密度高，开关和通态时功耗小，饱和压降低，安全工作区宽，无二次击穿现象。另外其输入阻抗高，驱动电路功率小且简单，是目前较为理想的功率开关器件，也是目前的发展方向，因此在本设计中采用IGBT作为大功率开关器件。
一般认为，逆变频率越高，逆变器的经济指标越高。实际上，逆变频率的选择要受到多种因素制约，例如功率开关器件、快速整流二极管本身的开关速度等。此外，频率越高，对控制线路的设计要求也越高，电路的电磁干扰越严重，功率器件开关功率损耗越大，整机效率不一定更高。因此，频率的选择应该综合考虑。本文设定开关频率为ZOKHz，开关器件选用IGBT比较合适。IGBT的设计、选择直接关系到整个焊机的安全、可靠。所以，选择的参数必须在其正向偏置安全区 (FBSoA)。计算参数时留有的富裕量较大。
1、额定电压UceP
输人电网电压整流滤波后，直流输出电压最大值Ud
式中为IGBT承受的稳态最大电压，Ui位电网电压的有效值22ov，1.15位电网电压波动系数，a位安全裕量系数。
2、关断时的峰值电压
式中认为IGBT关断时的峰值电压;a位安全裕量系数， 1.15为过电压系数，150为L*di/dt引起的尖峰电压。为保险起见取1200V。
3、额定电流Ic
中频变压器一次侧电流
每只IGBT上流过的平均电流I=0.5*I1=20A
IGBT额定电流
式中Ics为IGBT额定电流计算值，I为每只IGBT管上平均电流， 1.414为峰值系数，1.5为 1min过载容量系数，1.4为I C减小系数。额定电流I C根据管子电流等级按10OA取。
综上所述，所选IGBT管额定电压1200V，额定电流100A。
4.4.3输入电路的设计
输入整流滤波电路是将交流电压变为直流电压。此外，还要求它还具有一定电压输出的保持能力，既能防止电网的干扰侵入电源，又能防止电源产生的谐波污染电网，亦即要具有抗干扰性
1、输入整流管
硅管制造厂家给出的电流值是指正弦半波电流平均值。但是，流过整流管的波形不一定是正弦波形。因此，选择整流管应该根据电流有效值进行选择。
正弦半波有效值
其中为厂家给出的额定电流值。
管子发热量
则由公式(4.15)得，
则由公式(4.14)与(4.16)得，
整流管最高承受电压
留一定安全裕量，选600V/5OA的二极管4只，或相同规格的整流桥。
2、输入滤波电容
单相220V(或三相380V)/50Hz的交流电Vlin。经过全桥整流后得到脉动的直流电压Vin，输入滤波电容Ci。用来平滑这一直流电压，使其脉动减小。Ci。的选择是比较关键的。Ci。如果太小，直流电压Vin的脉动就会比较大。为了得到所要求的输出电压，需要过大的占空比调节范围和过高的控制闭环增益;同时，直流电压Vi。的最小值Vin(min)也比较小，要求高频变压器的原副边匝比变小，导致开关管的电流增大，输出整流二极管的反向电压增大。Ci。如果太大，其充电电流脉冲宽度变窄，幅值增高，导致输入功率因数降低，EMI增加，过高的输入电流(有效值)使得输入整流管和滤波电容的损耗增加;同时，电容过大，成本也会增加。
一般而言，用下述经验算法。
线电压有效值
线电压峰值
整流滤波后直流电压的最大脉动值:
整流滤波后直流电压
为了保证整流滤波后的直流电压最小值Vin(min)符合要求，每个周期中Cin所提供的能量约为:
每半个周期输入滤波电容所提供的能量为
因此输入滤波电容容量为
由于电容承受的电压峰值为342v，实际中选用两个 1500pF/4SOV的电解电容串联使用。电解电容不是理想的电容，它本身的阻抗对电容上的电压会产生影响。所以为了稳定电解电容两端的电压，使每组电容上的分压相等，分别在每组电容两端并联了均压电阻Rl和R2，选择阻值R=R=10K。，额定功率为10w。有时为了滤波除去高频干扰，需要在滤波电容组前面并联一个电容。一般来说，只要该电容能够经受电压的冲击即可。
4.4.4输出电路的设计
单相全波整流电路有全波和全桥之分，虽然全桥整流电路利用率高，但与全波整流相比，多出一对二极管，增大了电路的电压损失，其损失量不能忽视。因而，输出整流电路通常采用中心抽头全波整流方式。
1、输出整流管
输出整流二极管的导通与关断特性是影响主电路的工作频率主要因素之一，影响IGBT的瞬时集电极电流与损耗，对电源整体效率有关键的影响。由于工作在20Kllz，不仅具有短的反向恢复时间和和小的反向恢复电流，而且反向电流的恢复以缓慢为好，减少噪音[65〕。
常用的输出整流二极管有掺金扩散型、外延型、肖特基及PIN型。其中，PIN型的特点是正向压降低，常温时为0.85V，正向压降随温度升高反而下降，150℃时只有0.6V，和肖特基接近。反向时间短，不大于Zoons，反向漏电流在150℃及额定电压下只有lmA，接近普通整流二极管。综合各方面情况及性价比，输出整流二极管选用PIN型快恢复二极管。
对于单相全波整流电路，硅整流二极管额定电流
·考虑到要留出一定的安全裕量，输出整流二极管额定电压按300v，电流20OA选取。
2、直流电抗器
直流电抗器的作用有两方面:一是用于滤波，使电流连续，特别是小电流脉动大时，电抗器电感的选择以最小直流电流波形连续为依据;二是改善电源的动态品质，在焊接短路过渡时，限制短路电流上升速度和短路电流峰值，以便改善电源的引弧性能和减少飞溅。现代逆变焊接电源中，第二功能已经转向主要依靠电子电抗器，直流电抗器的主要功能是滤波。因此，电抗量可以取得很小，这样，直流电抗器体积、重量大为减小。
直流电抗器的铁芯有闭合和条形之分，本文选择条形铁芯，因为这样在短路电流很大时，电抗器不会很快就饱和。铁芯材料选择普通硅钢片，减少整台焊机成本和提高性价比。
在主电路电流未经过电抗器滤波之前是断续的。为了获得连续的输出电流，电抗器的电感量L应满足下述关系式165]:
对于逆变电源，L取值一般取晶闸管逆变器电感量的0.1一0.2倍[66]，所以取0.05耐。
确定绕组匝数:
4.5主电路的仿真研究
弧焊逆变电源的分析方法大体分为解析法和数值法两类。解析法用解析符号表达式来描述弧焊逆变电源的特性，物理概念清晰，能够运用自动控制理论对弧焊逆变电源的设计起到理论指导作用。数值法基于仿真模型，利用计算机模拟弧焊逆变电源的
动态变化过程，可以对线性开关过程进行深入研究。
4.5.1弧焊逆变电源主电路的计算机仿真
对于弧焊逆变电源的仿真分析，一种比较可行的途径是以通用电路分析软件为平台，建立元器件的仿真模型，在准确提取实际元器件模型参数的基础上，结合弧焊逆变器的具体电路进行仿真研究。
弧焊逆变电源的元器件模型主要包括功率开关器件、电磁元器件模型和控制电路模型等三类。PspiCe、Matlab/Simulink等通用电路仿真软件己经给出了所有这些基本元器件的外部特性等效模型(宏模型)，用户可以根据器件手册给订的参数或理论计算的参数对模型参数赋值，这样综合而成的电路模型能够简洁、有效的描述实际元器件和电路的特性。另外，有些芯片的宏模型和模型参数可以通过直接调用电路仿真软件的库文件而获得[6v一6s]。
目前，对弧焊系统的仿真研究大多是在先求解出功率变换器状态方程的基础上，利用 Matlab/Simulink模块从理论上对系统进行的仿真。然而，焊接电源系统是一个强的非线性时变系统，仅仅用数学方程来加以描述是很难反映出系统的实际情况的，具有很大的局限性。而且，很多仿真只集中于局部电路研究，也不便于检验所建仿真系统的整体效果。因此，在此利用 Matlab/Simulink工具对本文所设计的数字控制逆变焊接电源系统主电路进行了仿真研究。
Matlab的功能之一是具有可视化建模和仿真功能 5imulink，支持连续、离散或者两者混合的线性或非线性系统，利用Simulink作为工具，对系统控制的动态过程进行建模和仿真。同时 Matlab的功率模块可以用来进行建立主电路的仿真模型。因此，Matlab/Simulink能够满足数字控制弧焊电源这一非线性、离散系统的仿真研究，可以更完整地检验系统的性能，获得理想的仿真结果，将弧焊系统的仿真研究水平可提升到一个新的高度，为实现弧焊电源数字化控制奠定基础【69]。
对于可视化仿真来讲，要想顺利完成仿真任务，除了搭建起正确的系统模型外，还要正确设置各个仿真模块的参数值，力争系统模型能够最大限度地反映实际情况。主电路仿真参数设置如下:
1、输入交流电源:
因为是220V交流输入。交流电源采用三相交流电源的两相，设定三相交流电源相电压为127V。这样线电压就是220V，作为输入交流市电。
2、变压器变比:
变压器边比设置为n=4，因为变压器的原副边线圈匝数都比较少，特别是副边只有4匝，因此它的电感几乎可以忽略不计，且施tlab里面设定值是标么值，故把副边电感设定为0，原边电感设为0.0008。工作频率是20KHz。
3、整流桥设置:
把三相整流桥改成两相，其他设置不变。
4、开关管占空比:43.6%
5、IGBT设置:
导通电阻Ron为0.lm。;导通电感Lon为12名H;输出滤波电感为肠二10尸H;输出滤波电容为Cr=220博;
6、输出整流二极管参数设置(参考DSEI一2x121一06A的技术手册):正向导通压降Vf=0.9V;反向恢复时间为35ns;导通电阻ROn二0.oo5Q;开关频率为20KHz。
另外，输入整流电容设定为5000解，并且只用一个电容，设计时采用两个并联是考虑到实际电容参数的不一致，仿真时不用去考虑这个问题，所以均压电阻Rl、R2都不用参与仿真。负载端是采用一个电阻作为负载，跟实际有所差距，不过能够达到仿真出电路工作特性的效果。
4.5.2仿真结果分析
根据焊接手册，一般焊接中引弧到燃弧的过程不会超过15[’】。仿真中设置仿真时间为0.75，电流的波形经过0.75基本达到稳定。仿真算法采用离散ode23bt算法，步长为le一6。以下所述是电弧负载设定为0.3Q时的电路各部分仿真波形分析。
导致IGBT被关断时储存在电感中的能量无法及时释放[70]。由于本电路设计选择硬开关电路，所以IGBT的开通和关断过程中有一定的冲击，符合理论要求。副边电压有锯齿波动是由于变压器原边带有一定的电感所致。仿真波形说明了全桥变换器工作良好，输出滤波电路的设计合理。
图4.10变压器原副边电压、电流波形
Figure4.10Currentandvoltagewaveformoftransformer
如图4.n所示为变压器原副边没有电感时的原副边电压波形图。从图中可得，由于没有电感的影响，电压的波形非常平滑，同时也说明上述对图5.4的分析准确。
本设计中的变压器原副边匝数比较少，若匝数比较少，线圈的电感也比较低，例如本设计的副边只有四匝，电感完全可以设定为零。考虑到导线有一定分布电感，原边有一定量的电感存在，为了更加贴近实际，在仿真时给原边设定了很小的一个电感值。从对输出电压和电流的观察来看，该电感对整个电路几乎没有影响。
图4.n变压器原副边电压、电流波形(电感为零)
Figure4.11Currentandvoltagewaveformoftransformerwithoutinduction
4)输出整流二极管波形分析
如图4.12所示为输出整流二极管两端的电压和流过二极管的电流波形。
图4.12输出二极管的电压、电流波形
Figure4.12Currentandvoltagewaveformofou咖tdiode
从图4.12中可以看出整流二极管的电压和电流波形不是吻合，这是因为二极管并不是线性元件。另外，在二极管开通和关断的过程中都存在一个阶跃的过程，这主要是由于输出滤波电感存在冲击电流所导致的，变压器的电感冲击也是一个原因。
5)IGBT逆变器波形分析
如图4.13所示为IGBT的电压波形和流过IGBT的电流波形。IGBT的电压波形和变压器的电压波形很相似，IGBT导通时电压为零，关断时电压等于电源电压140V左右。当同桥臂中一个IGBT关断但另一个IGBT尚未导通时，两个IGBT分别承受一半电源电压70V左右。波形图如5.7图所示，电流在IGBT导通的时候线性增长，与理论符合，图中出现了锯齿形是因为仿真采用的是离散仿真，步长为le一6，这相对于ZOKHz的频率是比较大的，所以得不到线性波形。
图 4.13IGBT的电压、电流波形
Figure4.13CurrentandvoltagewaveformofIGBT
l)输入波形分析
图4.8所示为220V单相交流电经过整流桥整流后，经过电容滤波后的电压波形图。由于电容的滤波能力有限，所以电压波动比较大，这也是为什么要再进行一次直直变换的原因。
图4.8输入整流电压波形
Figure4.8认 /aveformofinPutvoltagethathad卜戈 neonversed
2)输出波形分析
图4.9所示为输出电压和电流波形图。从输出电压和电流波形图可以看出，实际输出电压和电流的波动都比较小，电压的波动值不超过0.3V，电流的波动值不超过ZA，这说明全桥变换器的工作良好，输出滤波电路的参数设计合理，本设计的输出结果符合要求。
图4.9输出电压和电流波形
Figure4.9叭 /aveformofoutPutcun℃ntvoltage
3)变压器原副边波形分析
图4.10所示为变压器原边电压、原边电流和副边电压图。从波形图可以看出，各个波形的形状与理论分析的大体相近，在开关动作的相关点上，电压的开关和关断良好，基本上不存在电压过压和冲击的现象。但是在开关管关闭的时候原边电压有一个小小的波动，这是因为变压器电感造成的冲击电流对IGBT产生了影响，
4.6本章小结
本章主要介绍了系统主电路的设计。首先介绍了逆变焊机的工作原理与优点，比较分析了常用的主电路拓扑结构，并根据实际要求选择了适合本系统的全桥逆变式主电路拓扑结构。其次，着重分析了主电路各部分的参数选择要求，并作了详细的参数计算，根据计算结果选择了符合要求的元器件。最后针对本文设计的全桥逆变主电路进行了Matlab仿真，仿真结果显示本文所设计的主电路符合逆变焊机要求。
逆变电焊机的工作原理
逆变电焊机的基本工作原理： 逆变电焊机主要是逆变器产生的逆变式弧焊电源， 又称弧焊逆变器， 是一种新型的焊接电源。 是将工频（50Hz）交流电， 先经整流器整流和滤波变成直流， 再通过大功率开关电子元件（晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT），逆变成几kHz~几十kHz的中频交流电， 同时经变压器降至适合于焊接的几十V电压， 再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。 其变换顺序可简单地表示为： 工频交流（经整流滤波）→直流（经逆变）→中频交流（降压、整流、滤波）→直流。即为：AC→DC→AC→DC 因为逆变降压后的交流电， 由于其频率高， 则感抗大， 在焊接回路中有功功率就会大大降低。 所以需再次进行整流。 这就是目前所常用的逆变电焊机的机制。 逆变电源的特点： 弧焊逆变器的基本特点是工作频率高， 由此而带来很多优点。 因为变压器无论是原绕组还是副绕组， 其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁芯截面积S及绕组的匝数W有如下关系：E=4.44fBSW 而绕组的端电压U近似地等于E，即： U≈E=4.44fBSW 当U、B确定后，若提高f，则S减小，W减少， 因此， 变压器的重量和体积就可以大大减小。 就能使整机的重量和体积显著减小。 还有频率的提高及其他因素而带来了许多优点， 与传统弧焊电源比较， 其主要特点如下： 1.体积小、重量轻，节省材料，携带、移动方便。 2.高效节能，效率可达到80%~90%，比传统焊机节电1/3以上。 3.动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。 4.适合于与机器人结合，组成自动焊接生产系统。 5.可一机多用，完成多种焊接和切割过程。
逆变焊机的工作原理
第一章主回路工作原理 一、什么叫主回路 主回路指焊机中提供功率电源的电路部分。 二、主回路原理图（以ARC160例） 三、组成器件说明 1、K——电源开关 用以接通（或切断）与市电（220V、50赫兹）的联系 2、RT——起动电阻 因焊机启动时要给后面的滤波电解电容充电。为避免过大的开机浪涌电流损坏开关及触发空开跳闸，在开机时接入启动电阻，用以限制浪涌电流。正常工作后，启动电阻被继电器短路。实际电路中，为避免因开机浪涌电流冲击造成启动电阻损坏，起动电阻采用了热敏电阻（PTC和NTC），它们具有良好的耐冲击性。 3、J1——继电器 开关接通之后，电流通过启动电阻给滤波电解电容充电，当电容电压达到一定值时，辅助电源开始工作提供24V电，使继电器吸合，将启动电阻短路。 4、DB——硅桥 此硅桥用于一次整流，将市电220V、50赫兹交流电整流后输出308V的直流电。 5、C1——电解滤波电容 整流后输出的308V的直流电为脉动直流，此电容起滤平作用 6、R——放电电阻 在关机以后，滤波电容中存有很高电压，为了安全，用此电阻将存电放掉。 7、C2——高频滤波电容 在高频逆变中，需要给开关管提供高频电流，而电解滤波电容因本身电感及引线电感的原因，不能提供高频电流，因此需要高频电容提供。 8、Q——开关管 开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成全桥逆变器，在驱动信号作用下，将308V直流转 变成100Kz（10万赫兹）交流电的。 9、C3——隔直电容 为避免直流电流流过变压器肇成变压器饱而接入此电容。
10、T1——主变压器 变压器的作用是将308V的高压变换成适合电弧焊接所需要的几十伏的低压。 11、D——快速恢复二极管 D5、D6的作用是二次整流，即将100KHz的高频交流电流再次转变成直流电流。 12、L1——电抗器 电抗器具有平波续流作用，可使输出电流变得连续稳定，保证焊接质量。 13、RF——分流器 分流器是用锰铜制成的大功率小阻值的电阻，用于检测输出电流的大小，提供反馈信号。 四、全桥逆变器工作原理 1、全桥逆变器的电路图 2、全桥逆变器工作原理 全桥逆变器每个工作周期分四个时段，分别为t1、t2、t3、t4，其工作原理如下： t1时段K1、K4导通，K2、K3关断 电流方向：正极K1 C1 T K4 地 t2时段K1、K4、K2、K3关断 无电流 t3时段K1、K4关断，K2、K3导通 电流方向：正极K2 C1 T K3 地 t4时段K1、K4、K2、K3关断 无电流 从上述分析看，在t1与t3时段里，流过变压器T的电流方向正好相反，也就是将直流电变成了交流电。 五、主回路中点波形图
ZX7逆变焊机工作原理
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C1~C4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>tq 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
逆变电焊机原理图纸
逆变触发电路图：
脉冲及时序板原理图：
IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性 本机采用三相交流380V电压经三相桥式整流、滤波后供给以新型IGBT为功率开关器件的逆变器进行变频（20KC）处理后，由中频变压器降压，再经整流输出可供焊接所需的电源，通过集成电路构成的逻辑控制电路对电压、电流信号的反馈进行处理，实现整机闭环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊接工艺效果。 DC/AC逆变器的制作 -------------------------------------------------------------------------------- https://www.sodocs.net/doc/5f14081668.html, 江苏电子网QQ:99296827 这里介绍的逆变器（见图）主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS 场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。--拓普电子 1.电路图
2.工作原理 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 方波信号发生器（见图3） 图3 这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。 场效应管驱动电路。
ZX7逆变焊机工作原理
ZX7逆变焊机工作原理 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) ZX7系列晶闸管逆变直流弧焊机主电路电气原理图(1)
图1(2)ZX7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VC 1、限流电阻R 2 和滤波电容C 1 ~C 4 所组成。此 外，还有自动空气开关QF 1、电阻R 1 。QF 1 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。R 1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C 5~C 8 、开关元件——晶闸管VT 7 和VT 8、主变压器T 1 、限制冲击电流的电感L 1 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VT 7被触发导通而VT 8 为关断时，C 5 、C 6 经VT 7 、变压器T 1 的一 次绕组N 1放电，电流为I 1 ’，电压U 5-6 逐渐下降至零，于是C 5 、C 6 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C 5、C 6 反向充电；与此 同时，输入整流器经VT 7、N 1 给电容C 7 、C 8 充电，充电电流为I 1 ”。I 1 ’和I 1 ” 构成了变压器T 1一次侧绕组N 1 中的正半波电流I 1 ，即I 1 =I 1 ’+I 1 ”。当C 5 、C 6 被反向充电，U 5-6为负值时促使VT 7 关断。 VT 7关断后，VT 8 被触发导通，逆变工作过程与上述相似，即C 7 、C 8 经T 1 的 N 1、VT 8 放电，电流为I’ 2 。放电至零时，接着变压器磁场能量向C 7 、C 8 反向充 电，U C7-8为负值；与此同时，输入整流器向C 5 、C 6 充电，电流为I 2 ”。显然， 与电流I 1方向相反，因而构成了N 1 中的负半波电流。在U C7-8 为负值时，促使 VT 8 关断。 这样，每当VT 7和VT 8 交替导通、关断一次，就在主变压器T 1 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t x （称晶闸管的休止 时间）均应大于晶闸管的关断时间t q ，即
逆变焊机的简单维修
逆变焊机的简单维修 The latest revision on November 22, 2020
逆变焊机的简单维修[转]-资料-中国焊接资源网 所总结的一些基本问题与大家工分享！共免！l常见故障及修理方法 2故障现象：亮电压异常指示灯 引起原因：由于开机动作过慢，开关接触不同步引起。 解决方法：可关机后重新再开。 引起原因：供电电压缺相或输入电压过高或过低（大于440V，或低于320V），超出焊机正常工作范围。 解决方法：用万用表测量输入电压，交流三相380V是否正常。 2故障现象：风扇不转，同时亮电压异常指示灯 引起原因：供电电源缺相 解决方法：用万用表测量输入电压，交流三相380V是否正常。 2故障现象：风扇不转，同时亮温度异常指示灯 引起原因：风扇损坏，引起IGBT模块发热。 解决方法：打开机箱，掉换风扇。 2故障现象：温度异常指示灯亮 引起原因：超过额定负载率使用，IGBT温度超出正常使用范围，自动报警。 解决方法：可空载开机，让风机自动散热，IGBT降温后即可恢复正常工作。 为避免IGBT升温过高，请按说明书标注的额定负载率使用。 2故障现象：电流异常指示灯亮 引起原因：如果是空载出现此现象，或焊接电流并不大却常常出现此现象。说明过流报警环节太灵敏。 解决方法：换电路板。 引起原因：如果长时间工作于大电流状态，引起电流异常指示灯亮。请立即关机待机内温度下降后再开机，如重新开机后仍不能恢复正常，说明电焊机内IGBT或主变压器已经损坏。 2故障现象：开机后电压表上空载电压指示值偏低（小于65V） 引起原因：显示电压表指针有偏差。 解决方法：用万用表直流电压档测量（+），（—）两快速接头端之间电压值，在65V-75V之间。说明本机空载输出正常。换显示电压表头。 引起原因：交流接触器不吸合。 解决方法：查出原因，代换相应元器件。 引起原因：某一只IGBT开路。 解决方法：用万用表下流电压档测量（+），（—）两快速接头端之间电压值，在30V-45V。说明全桥方式的逆变电路中有一只IGBT管已经开路，查出损坏的模块，换新的模块。 2故障现象：空载时显示电压值为0 引起原因：电压表引线已断或显示表已坏。 解决方法：用万用表下流电压档测量（+），（—）两快速接头端之间电压值，在65V-75V之间。说明本机空载输出正常。关机后用万用表电阻档测量电压表两根引线分别到（+），（—）两快速接头端是接通的，说明引线未断，则可能是电压表已坏，换表。 引起原因：电路和板上元件损坏。 解决方法：查出损坏的电路板，换电路板。 引起原因：IGBT已损坏。 解决方法：关机拆下IGBT管，判别IGBT管是否已经损坏。并换之。 2故障现象；电流不稳或焊接效果不好 引起原因：焊机内某些零部件接触不良。（例：IGBT引线端松动。电解电容两端平衡电阻脱落等。）
逆变焊机主电路的设计
逆变器驱动电路PWM ?中频输出整渝0< —<1 -- ---------- O U O 电圧反懺* .. 4逆变焊机主电路的设计 4.1逆变焊机的工作原理与特点 图4」逆变焊机工作原理框图 Fig4」Sch^ma(ic diagram of wdding inverter 逆变焊机原理框图如图4.1所示。该系统采用双闭环控制系统，图中If为反馈电 流，Uf为反馈电压，19为给定电流，Ug为给定电压，UO为实际输出电压。内环为电流反馈闭环控制，反馈信号由电流霍尔传感器得到。外环为电压反馈闭环控制，反馈信号由电压霍尔传感器得到。具体控制过程后做分析? 逆变焊机工作时，先将单相220V/50HZ电压整流并滤波后，变为逆变主回路所需的310V左右平滑直流电压。然后将该直流电压送入逆变主回路，经过大功率电子元件IGBT的交替逆变作用转变成为ZOK左右的中频交流电压，再经过中频降压变压器降压至适合于焊接的几十伏电压，最后经过整流滤波后得到直流焊接输出。借助于控制电路及反馈回路，以及焊接回路的阻抗，可以得到焊接工艺所需的外特性和动特性。其交流变换顺序为：工频交流一直流一中频交流一降压一直流。焊机在“交流一直流一交流”阶段的电压频率发生了改变，所以逆变焊也成为变频焊机。 交流和直流反复转换的目的是为了提高该电压的工作频率。我们知道，按照正弦波分析时变压器输出有如下公式[60]:
(41) U=444拿厂N*S*兔 式中, S-/-一铁心截而积； ——磁感应强度的瑕大值； 变压器的工作频率； ■ N-——绕组匝数。 駅有（4J）式可得： NS U(4.2) 4.44厂乞 变压器的体积、重量与Ns有关，而NS与变压器的工作频率f又有直接关系。当凡一定时，若变压器工作频率从工频（SOHz）提高到20KHZ，则绕组匝数与铁心截面积 的乘积NS就减少到原来的1/400 ,而主变压器在逆变焊机中通常所占重量为1/3到 2/3，因此提高变压器的工作频率可以使逆变焊机的体积和重量显著的减少。同时，钢和铁的电能损耗将随所需材料的明显减少而大大降低，焊接质量也有进一步改善。 由于上述原因，逆变焊机与传统的晶闸管式焊机和晶体管式焊机相比，具有众多优点： 1）高效节能。逆变焊机材料的减少使焊机整体损耗大大降低，其效率可达80%到 95%，功率因数可提高到0.9以上，空载损耗极小，只有几十瓦，这一点在能源紧张的今天尤为可贵。 2）体积小，重量轻。这是逆变焊机最明显的优点，主变压器的重量仅为传统弧焊电源工频变压器的几十分之一。 3）动态响应时间短，控制速度提高。该特征是逆变焊机最重要的特点。普通晶闸管焊机的控制周期为3.3ms，而逆变焊机的动态响应时间达到百微妙级，和电弧焊接诸物理过程的时间常数相当，故能更精确地控制电弧焊中各种物理现象，焊接的动态控制成为可能。 4）控制能力增强，显著提高工艺性能。控制能力是与控制速度、控制手段密切相关的。它直接反映了焊机适应焊接条件和焊接要求的能力。另一方面，焊机控制能力的增强主要依靠于器件速度的提高、微机的应用及现代化控制力等方法的应用。 4.2常用的主电路拓扑结构 目前，弧焊逆变焊机主电路所采用的拓扑主要包括全桥式、半桥式、双管正激式和推挽式四种结构。
IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性
IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性 本机采用三相交流380V电压经三相桥式整流、滤波后供给以新型IGBT为功率开关器件的逆变器进行变频（20KC）处理后，由中频变压器降压，再经整流输出可供焊接所需的电源，通过集成电路构成的逻辑控制电路对电压、电流信号的反馈进行处理，实现整机闭环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊接工艺效果。 ZX7—200/315/400 电原理图 NBC系列CO2气体保护焊机NBC?630 逆变式NBC系列C0：气体保护焊机分为普通型和数字化两种类型，包括250A、350A、500A、630A几种,用于焊接低碳钢、合金钢等。 主要特点 采用波形控制技术，改善成形，降低飞溅； 电流电压连续可调，调节范围宽； 负载持续率高，可长时间连续焊接； 焊接变形小，焊缝成形好；慢送丝引弧，引弧容易，成功率高；
收弧时具有消球功能; 焊接熔敷率髙； 软开关变换，整机效率高； 无源功率因数校正技术，功率因数高； 高频逆变，体积小，重量轻； 数显表头，焊接参数可精确预置； 适用实芯/药芯焊丝； 提供常规电流值、电压值匹配方案，方便操作人员调节； X型机具有下降特性，兼具手弧焊、碳弧气刨功能； z型机具有下降特性，兼具手弧焊、碳弧气刨功能，且电弧稳定性强, 特别适用于全位置自动焊接（此焊机需另配全自动焊送丝、行走控制系统）。 慢送丝引弧，引弧容易，成功率高； 收弧时具有消球功能； 焊接熔敷率髙； 软开关变换，整机效率高； 无源功率因数校正技术，
刀架转盘回转角度- ±90° 刀杆截面尺寸（四方刀架刀杆 截面） mm 25X25 主轴中心线至刀具支承面距离mm 26 床尾主轴直径（尾座套筒直 径） mm 75 床尾主轴孔锥度（尾座套筒锥 孔锥度） - 莫氏圆锥5号床尾主轴最大行程mm 150 机床丝杠螺距mm 12 加】丄公制螺纹范碉及种数mm 44 种:1-192 加山英制螺纹范碉及种数牙/寸 (tpi) 21 种:2-24 加工模数螺纹范碉及种数mm 39种: 加丄径节螺纹范困及种数DP 37^： 1-96 床身导轨宽度（导轨跨度）mm 400 床身导轨硕度RC RC52 主电机功率kW 机床净重kg 2570 机床毛重kg 3410 机床轮廉尺寸（长X宽X高）mm 3668X1000X1267 机床包装尺寸（长X宽X商）mm 3850X1520X2010 加工精度- IT7 表面光洁度u m 产 品 名 称 普通午床
电焊机工作原理
电焊机工作原理 百科名片 焊条和焊件分别和电源的两个输出端相连。开始焊接时先让焊条和焊件接触。这时电源短路，流过接触处的电流很大，再加上焊条和焊件的接触面较粗糙，实际上只有几个点接触，接触电阻较大，所以接触处产生很大的热量。稍后提焊条，让焊条和焊件有一定的间隙。 目录 概述 1普通电焊机工作原理 1电焊原理 1焊条药皮 1电焊机主回路简介 1什么叫主回路 1组成器件说明 1全桥逆变器 展开 编辑本段概述 电焊机就是一个特殊的变压器。所不同的是变压器接负载时电压下降小,电焊机接负载时电压下降大.这主在是通过调解磁通和串联电感的电感量来实现的普通电焊机的工作原理和变压器相似，是一个降压变压器。在次级线圈的两端是被焊接工件和焊条，引燃电弧，在电弧的高温中将工件的缝隙和焊条熔接。电焊变压器有自身的特点，就是具有电压急剧下降的特性。在焊条引燃后电压下降；在焊条被粘连短路时，电压也是急剧下降。这种现象产生的原因，是电焊变压器的铁芯特性产生的。电焊机的工作电压的调节，除了一次的220/380电压变换，二次线圈也有抽头变换电压，同时还有用铁芯来调节的，可调铁芯的进入多少，就分流磁路，进入越多，焊接电压越低。虽然电路是闭合的，可正是因为电路是闭合的才使得在整个闭合电路和电流处处相等；但各处的电阻可是不一样的，特别是在不固定接触处的电阻最大，这个电阻在物理中叫接触电阻。根据电流的热效应定律(也叫焦尔定律)，Q=I方Rt可知，电流相等，则电阻越大的部位发热越高，电焊在焊接时焊条的触头也被接的金属体的接触处的接触电阻最大，则在这个部位产生的电热自然也就最多，焊条又是熔点较低的合金，自然的容易熔化了，熔化后的合金焊条芯沾合在被焊物体上后经过冷却，就把焊接对象粘合在一块了。此时，由于焊条提起的瞬间上述间隙极小，焊条和焊件之间的电压又较高（60--70v），再加上上述预热使焊条端点和焊件被焊处容易发射电子，
逆变电焊机原理图的讲解
主电路电气原理图
主控制板电器原理图：
逆变触发电路图：
脉冲及时序板原理图： 本机采用三相交流380V电压经三相桥式整流、滤波后供给以新型IGBT为功率开关器件的逆变器进行变频（20KC）处理后，由中频变压器降压，再经整流输出可供焊接所需的电源，通过集成电路构成的逻辑控制电路对电压、电流信号的反馈进行处理，实现整机闭环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊接工艺效果。
IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性 这里介绍的逆变器（见图）主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS 场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。--拓普电子 1.电路图 2.工作原理 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 方波信号发生器（见图3）这里采用六反相器CD4069 构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善 图3
由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC 。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz 。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。 场效应管驱动电路。 由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大 振幅为0~5V ，为充分驱动电源开关电路，这里用 TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V 。如图4 所示。 MOS 场效应管电源开关 电路。 这是该装置的核心，在 介绍该部分工作原理之 前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。 MOS 场效应管也 被称为MOS FET ， 既 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor （金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS 场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN 型PNP 型。NPN 型通常称为N 沟道型，PNP 型也叫P 沟道型。由图可看出，对于N 沟道的场效应管其源极和漏极接在N 型半导体上，同样对于P 沟道的场效应管 其源极和漏极则接在P 型半导体上。 我们知道一般三极管是由输入的电流 控制输出的电流。但对于场效应管， 其输出电流是由输入的电压（或称电 场）控制，可以认为输入电流极小或 没有输入电流，这使得该器件有很高 的输入阻抗，同时这也是我们称之为 场效应管的原因。 图4 图5 图6
逆变焊机主电路的设计
4逆变焊机主电路的设计 4.1逆变焊机的工作原理与特点 逆变焊机原理框图如图4.1所示。该系统采用双闭环控制系统，图中If为反馈电流，Uf为反馈电压，19为给定电流，Ug为给定电压，UO为实际输出电压。内环为电流反馈闭环控制，反馈信号由电流霍尔传感器得到。外环为电压反馈闭环控制，反馈信号由电压霍尔传感器得到。具体控制过程后做分析. 逆变焊机工作时，先将单相220V/50Hz电压整流并滤波后，变为逆变主回路所需的310V左右平滑直流电压。然后将该直流电压送入逆变主回路，经过大功率电子元件IGBT的交替逆变作用转变成为ZOK左右的中频交流电压，再经过中频降压变压器降压至适合于焊接的几十伏电压，最后经过整流滤波后得到直流焊接输出。借助于控制电路及反馈回路，以及焊接回路的阻抗，可以得到焊接工艺所需的外特性和动特性。其交流变换顺序为:工频交流一直流一中频交流一降压一直流。焊机在“交流一直流一交流”阶段的电压频率发生了改变，所以逆变焊也成为变频焊机。 交流和直流反复转换的目的是为了提高该电压的工作频率。我们知道，按照正弦波分析时变压器输出有如下公式[60]:
式中， 变压器的体积、重量与Ns有关，而NS与变压器的工作频率f又有直接关系。当凡一定时，若变压器工作频率从工频(SOHz)提高到20KHz，则绕组匝数与铁心截面积的乘积NS就减少到原来的l/400，而主变压器在逆变焊机中通常所占重量为1/3到 2/3，因此提高变压器的工作频率可以使逆变焊机的体积和重量显著的减少。同时，钢和铁的电能损耗将随所需材料的明显减少而大大降低，焊接质量也有进一步改善。 由于上述原因，逆变焊机与传统的晶闸管式焊机和晶体管式焊机相比，具有众多优点: l)高效节能。逆变焊机材料的减少使焊机整体损耗大大降低，其效率可达80%到95%，功率因数可提高到0.9以上，空载损耗极小，只有几十瓦，这一点在能源紧张的今天尤为可贵。 2)体积小，重量轻。这是逆变焊机最明显的优点，主变压器的重量仅为传统弧焊电源工频变压器的几十分之一。 3)动态响应时间短，控制速度提高。该特征是逆变焊机最重要的特点。普通晶闸管焊机的控制周期为3.3ms，而逆变焊机的动态响应时间达到百微妙级，和电弧焊接诸物理过程的时间常数相当，故能更精确地控制电弧焊中各种物理现象，焊接的动态控制成为可能。 4)控制能力增强，显著提高工艺性能。控制能力是与控制速度、控制手段密切相关的。它直接反映了焊机适应焊接条件和焊接要求的能力。另一方面，焊机控制能力的增强主要依靠于器件速度的提高、微机的应用及现代化控制力等方法的应用。
逆变电焊机案例的维修方法
逆变电焊机案例的维修方法 逆变电焊机案例的维修方法一、机型：瑞凌ws200a氩弧手工两用机 故障现象：手工焊正常，氩弧焊不起弧。 检查维修：手工焊正常说明主控电路、逆变电路、2次整流电路、主电源供给电路正常。故障点就在，功能转换电路，氩弧焊控制电路和高频产生电路。 通电开机把功能转换开关打到氩弧焊点焊枪开关电磁阀动作正常，测量dc输出59v正常，说明功能转换和氩弧焊控制电路正常，故障在高频产生电路，这个型号的机子高频产生电路、氩弧焊控制电路主电源供给电路在一块pcb板上(俗称下板)。 打开机壳，点焊炬开关用手感觉高频控制继电器有动作，说明继电器驱动管和供电正常，测量输出限流电阻(1k6w)正常说明倍压整流电路的高压二极管没有击穿，引弧线圈连接正常，剩下就是高频输出耦合电容(10k102两个并联)和高频信号输入的问题了。一般输出耦合电容两个同时损坏的几率很小，根据经验判断为高频信号输入异常造成没有高频电压输出。这种mos管的小机器的高频输入是从逆变板的主变压器输入端并联引出310v的高频电压通过一个隔直流电容(630v104)和一个电阻(3w100k)并联后通过继电器与高频变压器初级并联，拆下隔直流电容测量容量很低，更换隔直流电容后试机高频打火即正常，焊接10分钟一切正
常交付用户使用。 二、机型：瑞凌zx7-400(mos)手工焊机 故障现象：电流打不可调焊条接触工件起弧后即保护。 检查维修：这种故障是应为反馈不正常造成的，这款机子是通过输出端接分流器(400a75mv)产生电压降给主板提供反馈电压。 开机检查发现分流器下端的一个线已经脱落，把这个根线焊好试焊正常，同时发现分流器已经经过高温变色，输出插座的胶木变形，询问用户得知他采用的快速擦头为中式50平方插头，而机子上用的是欧式插座，因接触不紧大电流焊接时发热严重使反馈线与端子之间的焊锡融化造成脱落。 更换输出插座重新焊接反馈线(把线剥长点拧几圈在用焊锡焊接就算高温也不会掉)。用4个焊条3根试焊一切正常交付用户使用。 三、机型：锐龙zx7-400(mos管)手工焊机 故障现象：开机保护灯即亮 检查维修：在地板我说明了氩弧焊机亮保护灯的4种情况，由于手工焊机开机逆变器即开始工作所以逆变版和2次整流板故障都会造成开机即亮保护灯。本机使用双逆变器并联输出，开壳检查逆变版没有炸机的痕迹，测量驱动输出端压降正常(0.7v左右)测量8组mos管的d g级压降正常说明逆变正常，故障在2次整流电路，然后测量焊机输出端压降为0(正常时0.25v左右)说明整流二极管有击穿。 由于本机为上逆变器并联必须分开测量，松开逆变器输出端螺丝把链接两个逆变器的铜排分开然后分别测量两个逆变器的输
逆变焊机主电路的设计
4.1逆变焊机的工作原理与特点 逆变焊机原理框图如图4.1所示。该系统采用双闭环控制系统，图中If为反馈电流，Uf为反馈电压，19为给定电流，Ug为给定电压，UO为实际输出电压。内环为电流反馈闭环控制，反馈信号由电流霍尔传感器得到。外环为电压反馈闭环控制，反馈信号由电压霍尔传感器得到。具体控制过程后做分析. 逆变焊机工作时，先将单相220V/50Hz电压整流并滤波后，变为逆变主回路所需的310V左右平滑直流电压。然后将该直流电压送入逆变主回路，经过大功率电子元件IGBT的交替逆变作用转变成为ZOK左右的中频交流电压，再经过中频降压变压器降压至适合于焊接的几十伏电压，最后经过整流滤波后得到直流焊接输出。借助于控制电路及反馈回路，以及焊接回路的阻抗，可以得到焊接工艺所需的外特性和动特性。其交流变换顺序为:工频交流一直流一中频交流一降压一直流。焊机在“交流一直流一交流”阶段的电压频率发生了改变，所以逆变焊也成为变频焊机。 交流和直流反复转换的目的是为了提高该电压的工作频率。我们知道，按照正弦波分析时变压器输出有如下公式[60]: 式中，
变压器的体积、重量与Ns有关，而NS与变压器的工作频率f又有直接关系。当凡一定时，若变压器工作频率从工频(SOHz)提高到20KHz，则绕组匝数与铁心截面积的乘积NS就减少到原来的l/400，而主变压器在逆变焊机中通常所占重量为1/3到 2/3，因此提高变压器的工作频率可以使逆变焊机的体积和重量显著的减少。同时，钢和铁的电能损耗将随所需材料的明显减少而大大降低，焊接质量也有进一步改善。 由于上述原因，逆变焊机与传统的晶闸管式焊机和晶体管式焊机相比，具有众多优点: l)高效节能。逆变焊机材料的减少使焊机整体损耗大大降低，其效率可达80%到95%，功率因数可提高到0.9以上，空载损耗极小，只有几十瓦，这一点在能源紧张的今天尤为可贵。 2)体积小，重量轻。这是逆变焊机最明显的优点，主变压器的重量仅为传统弧焊电源工频变压器的几十分之一。 3)动态响应时间短，控制速度提高。该特征是逆变焊机最重要的特点。普通晶闸管焊机的控制周期为3.3ms，而逆变焊机的动态响应时间达到百微妙级，和电弧焊接诸物理过程的时间常数相当，故能更精确地控制电弧焊中各种物理现象，焊接的动态控制成为可能。 4)控制能力增强，显著提高工艺性能。控制能力是与控制速度、控制手段密切相关的。它直接反映了焊机适应焊接条件和焊接要求的能力。另一方面，焊机控制能力的增强主要依靠于器件速度的提高、微机的应用及现代化控制力等方法的应用。
逆变焊机维修实例
逆变焊机维修实例
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凯尔达s-40０逆变手工焊机 故障现象:送电跳闸?检查维修:送电跳闸一般是短路造成的，开盖检查三项整流桥击穿，IG ＢT两组击穿（本机采用全桥逆变电路IGBＴ使用Ｇ50N12０八只)主板上有进水痕迹,首先清洗维修主板，应主板上的一只LM32４的一条腿已经腐蚀短，检查附近电路的过孔补焊。 更换IGBT 、整流桥和检查二次输出电路正常,通电(不能给IＧBＴ版供主电源）后不跳闸风扇运行正常，测量主板交流2３V供电正常，整流滤波、15Ｖ稳压输出正常，驱动电路供电正常。之后测量主板驱动输出为0(正常时空载为AC1８V 接上驱动变压器为 AC15V 注意表的型号不同测量出的读数不同，我的表是优利德UT3９A)后仔细检查主板发现标号为ＶD２VD3的稳压管损坏,应是贴片元件没有标示,所以去到凯尔达的总代理那里拆了一个一样的主板把上面的ＶD1-VD5都拆下来检测了一遍参数除了VD1为７.6V其他的都为１8V的稳压管。更换了损坏的元件后通电测量驱动输出ＡC电压正常，同时用示波器检测波形30分钟一切正常,测量8只IGBT G E极电压(AC１5V）波形正常。之后通主电源开机测量空载电压DC76V,焊接４个的焊条３根一切正常，交付用户使用。?注意在更换IＧBT的同时一定要同时检测驱动电路的元件是否正常,最好同时全部更换 机型同上?故障现象:空载电压低(ＤＣ27V）?检查维修：这个问题是这个机型的通病,是应为2次输出后的负载电感损坏（严重时会起火),主要是应为开机后常时间不焊接造成的，另外线圈的线径细,用4平方的耐高温线重新绕23砸后接上工作一切正常,试机3根焊条后交付用户使用。 机型:一台ZX7-315 MＯS管手工焊机(牌子看不请）?故障现象：逆变版炸机 检查维修：开盖检查此机是伪劣产品单逆变器共２0只MOＳ管（4组)这种逆变器最大提供2７０A输出电流。目测两组MＯS管损坏,电源板电容炸开,估计是使用柴油发电机电压不稳造成。 首先更换滤波电容，断开驱动输出、检查整流桥、2次输出正常后通电(这个时候不能通主电）测量主板供电、表显、驱动管电压、输出波形正常。 更换损坏的MOＳ管和G极电阻（４．７Ω），注意炸机这两组的驱动一定会损坏。更换驱动输出的５．１V稳压管和损坏的1N４148后测量个输出的阻值正常，接上主板测量驱动电压其中有未炸机的一组输出电压为0，根据经验所对应的一组ＭＯS管有一只软击穿，然后逐个断开G极电阻测量当断开到第3只管子的时候驱动电压恢复正常，在测量４组驱动电压（4.5Ｖ左右）波形正常。(注意在以上检查过程中５30Ｖ主电源一直是断开的)?接
逆变直流电焊机的工作原理
逆变直流电焊机的工作原理
逆变电焊机的基本工作原理 逆变电焊机主要是逆变器产生的逆变式弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型的焊接电源。是将工频（50Hz）交流电，先经整流器整流和滤波变成直流，再通过大功率开关电子元件（晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET 或IGBT），逆变成几kHz~几十kHz的中频交流电，同时经变压器降至适合于焊接的21-28V电压，再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。其变换顺序可简单地表示为： 工频交流（经整流滤波）→直流（经逆变）→中频交流（降压、整流、滤波）→直流。 即为：AC→D C→A C→D C 因为逆变降压后的交流电，由于其频率高，则感抗大，在焊接回路中有功功率就会大大降低。所以需再次进行整流。这就是目前所常用的逆变电焊机的机制。逆变电源的特点： 弧焊逆变器的基本特点是工作频率高，由此而带来很多优点。因为变压器无论是原绕组还是副绕组，其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁
芯截面积S及绕组的匝数W有如下关系：E=4.44fBSW 而绕组的端电压U近似地等于E，即： U≈E=4.44fBSW 当U、B确定后，若提高f，则S减小，W减少，因此，变压器的重量和体积就可以大大减小。就能使整机的重量和体积显著减小。还有，频率的提高及其他因素而带来了许多优点，与传统弧焊电源比较，其主要特点如下： 1.体积小、重量轻，节省材料，携带、移动方便。 2.高效节能，效率可达到80%~90%，比传统焊机节电1/3以上。 3.动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。 4.适合于与机器人结合，组成自动焊接生产系统。 5.可一机多用，完成多种焊接和切割过程。电焊机之IGBT系列焊机工作原理 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。
逆变直流电焊机的工作原理汇总
逆变电焊机的基本工作原理 逆变电焊机主要是逆变器产生的逆变式弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型的焊接电源。是将工频（50Hz）交流电，先经整流器整流和滤波变成直流，再通过大功率开关电子元件（晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT），逆变成几kHz~几十kHz的中频交流电，同时经变压器降至适合于焊接的21-28V电压，再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。其变换顺序可简单地表示为： 工频交流（经整流滤波）→直流（经逆变）→中频交流（降压、整流、滤波）→直流。 即为：AC→D C→A C→D C 因为逆变降压后的交流电，由于其频率高，则感抗大，在焊接回路中有功功率就会大大降低。所以需再次进行整流。这就是目前所常用的逆变电焊机的机制。逆变电源的特点： 弧焊逆变器的基本特点是工作频率高，由此而带来很多优点。因为变压器无论是原绕组还是副绕组，其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁芯截面积S及绕组的匝数W有如下关系： E= 而绕组的端电压U近似地等于E，即： U≈E= 当U、B确定后，若提高f，则S减小，W减少，因此，变压器的重量和体积就可以大大减小。就能使整机的重量和体积显著减小。还有，频率的提高及其他因素而带来了许多优点，与传统弧焊电源比较，其主要特点如下： 1.体积小、重量轻，节省材料，携带、移动方便。 2.高效节能，效率可达到80%~90%，比传统焊机节电1/3以上。 3.动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。 4.适合于与机器人结合，组成自动焊接生产系统。 5.可一机多用，完成多种焊接和切割过程。 电焊机之IGBT系列焊机工作原理 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，其开关频率在20K Hz ~30K Hz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。
逆变电焊机的电路设计
丽水职业技术学院 机电信息分院 毕业设计 设计名称 逆变电焊机的电路设计 学生学号：1103051619 学生姓名：沈佳欢 导师姓名：徐爱亲 班级机电1116专业名称机电一体化技术 提交日期2014年04月15日答辩日期2014年06月03日 2014年6月
丽职院机电信息分院毕业设计 摘要 简绍了逆变焊机的结构分布电路设计，逆变焊机在我国的发展前景。简单介绍了一下逆变焊机的工作原理，逆变过程。逆变即工频交流－直流－高频交流－变压－直流 逆变焊割设备的工作过程，是将三相或单相50Hz工频交流电整流、滤波后得到一个较平滑的直流电，由IGBT或场效应管组成的逆变电路将该直流电变为15～100kHz的交流电，经中频主变压器降压后，再次整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流（或再次逆变输出所需频率的交流电）。逆变焊割设备的控制电路由给定电路和驱动电路等组成，通过对电压、电流信号的回馈进行处理，实现整机循环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊割工艺效果。本设计通过对主电路工作原理的分析，对整流滤波部分电路参数，逆变部分电路参数的分析，以及内部各个器件的要求进行了说明和分析。从而明确了焊接电源的性能结构和发展方向。 关键字：逆变焊机；控制电路；驱动电路；电路参数；脉宽 1
逆变电焊机的电路设计 目录 一、引言 (3) 二、设计任务分析 (3) 2.1逆变焊机国内外市场分析 (3) 2.2逆变焊机的优点 (3) 2.2.1逆变焊机体积小 (3) 2.2.2逆变焊机节能、高效 (4) 2.2.3逆变焊机稳定性好 (4) 三、技术方案初选 (4) 3.1逆变焊机电路设计 (4) 3.1.1逆变电路的认识 (4) 3.1.2逆变器的原理 (5) 3.2逆变焊机机壳的设计 (5) 3.2.1逆变焊机机壳的分析 (5) 3.2.2机壳画制的基本步骤 (6) 四、技术方案的详细设计（实施） (6) 4.1样机制作 (6) 4.1.1样机电路板 (6) 4.1.2样机机壳及内元器件分布 (6) 4.2样机调试 (6) 五、总结评价 (7) 致谢 (8) 参考文献 (9) 附录 (10) 2
逆变电焊机维修入门
逆变电焊机维修入门 准备工作： 一、心理准备 1. 做为一名合格的修理工要有的严谨的科学态度. 2. 抗压能力要强. 3. 积极思维。 4. 热爱此行业，有钻研，收集的精神。 二、物质准备 1. 数字万用表，机械万用表各一块。 2. 示波器。 3. 电桥（非必需品）. 4. 积极收集各种主流机型资料. 5. PC （个人计算机） 6. 螺丝刀钳子烙铁焊锡等等不再罗嗦。 7. 三项动力电 三、专业知识准备（最低门槛） 1. 熟悉电阻电容及其他各类常用元器件参数的读法。 2. 熟悉基本数电，模电知识。 3. 了解常用功率变化线路的工作原理（半桥，全桥，单端等等） 4. 熟悉各类元器件的测量方法. 维修步骤： 一、初接故障机 1. 询问机主故障情况，如不清楚切勿送电加重故障。 2. 判断该机线路是否属于自己熟悉品牌.
、开机检查 1. 开机检查后听闻望窃，检查有无明显烧毁，断裂，及硬性机械问题。 2. 根据机主形容故障现象首先排查可疑度最大部分。 3. 完成前俩点后，从时间顺序上将诊断步骤安排好。 三、诊断步骤 1. 判断故障问题出现在主回路还是辅助电路。 2. 如问题在主回路应细心检查，更换顺坏元器件，确认无误才可送电。 3. 如问题在辅助电路，应想办法切断主回路和辅助电路公共电源端，以防止维修过程中造成主回路损坏。（既单加辅电） 4. 混合型故障，如功率器件击穿，那么正常来讲驱动也不保，此时应该明白修理的先后顺序，先控制，后主。 四、主回路维修检测步骤 1. 普通逆变焊机功率变换过程一般为，整流- 逆变-二次整流。 2. 整流部分问题普通现象表现为，送电不能（跳闸），功率器件直流母线电压没有或电压不正常，开机无反应。 3. 逆变部分问题普遍现象较易从外观发现，具体测量方法下面会介绍。 4. 二次整流部分元器件较单一，容易测量，大部分可以直接从输出端子进行测量观察是否存在短路，开路，或者压降不正常。 五、控制电路维修诊断过程 由于控制电路较复杂，放在下面具体分析。 MOSFE及IGBT的测量 这个百度搜森达焊接就有，我不必多啰嗦，补充一句： 注意区分沟道，普通MOS数字万用表晶体管档可达到门限电压，IGBT,可以用机械表用手 指当导体，形成模拟驱动，以检测其好坏。