全桥逆变手工氩弧焊机主电路

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摘要：本文主要介绍了全桥逆变氩弧焊主电路的结构及设计方法。并对其主电路进行了设计。

关键词：输出特性 主电路 驱动电路 焊机 绝缘栅双极晶体管

前 言：

电力电子技术的高速发展，促进了器件、电路及其控制技术向着集成化、高频化、全控化、电路弱电化、控制技术多功能化的方向发展。

逆变式焊机与传统焊机相比，具有高效节能(约20％～35％)、省材(约80％～90％)、轻巧(输出l A焊接电流，传统焊机需0．5～l kg制造材料，而逆变式只需要0．06～0．12 kg)，而且动态特性和控制调节特性好、制造过程占地少、且加工量少等特点。因而它在国内得到迅速的推广应用。

1、国内外逆变式焊机发展与应用现状

现代焊接设备的发展与电力电子技术和器件的发展密切相关。 50年代末，功率半导体二极管开始用于焊接电源，所构成的弧焊整流器明显优于弧焊发电机。70年代初，由晶闸管（SCR）构成的可控整流式弧焊机的出现标志着现代电力电子技术开始进入焊接电源设备领域。SCR弧焊机的电气特性和工艺特性优于二极管整流弧焊机，是当时广泛应用的一种重要焊接电源设备。

2、 250A手弧焊机的设计

2．1、总原理框图

工作原理：输入端为50Hz、220V交流电，经整流滤波后得到310V左右逆变电路所需的较平滑的直流电流。再由逆变主电路中的两组大功率开关电子器件（IGBT）的交替开关作用变成几千至十几万赫的中高频高压电，再经（中）高频变压器降至适合于焊接的几十伏低电压，并借助于电子控制驱动电路和给定反馈电路（M、G、N等组成），以及焊接回路的抗阻，获得弧焊工艺所需的外特性和动特性。经输出整流器整流和电抗器C的滤波，把（中）高频交流变换成为直流输出。

2．2、主电路的设计:

2．2．2、主电路工作原理:

开关K11，K12闭合，为主电路输入220V，50Hz交流电流，经全桥整流器（ZL11），滤波网络（C11,R12,C12）,得到约308V的直流电流，再经全桥式连结的逆变电路（V11、V12、V13、V14、T11）、二次整流电路（D19、D110）得到高频低压适合焊接的电流。详细说明如下：

2．2．3、整流滤波部分电路参数的意义及工作原理。

为提高焊机的工作效率，ZL11部分采用全桥式连结。R11为启动电阻，因焊机启动时要给后面的滤波电解电容C11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。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。在关机以后，滤波电容中存有很高电压，为了安全，用电阻R12将存电放掉。C12为高频滤波电容，因在高频逆变中，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。

2.2.4、IGBT的选择：

绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）是MOSFET与GTR的复合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点，是取代GTR的理想开关器件。从1986年至今，尤其是近几年来IGBT发展很快，目前已经被广泛地应用于各种逆变器中。

2．2．5、高频变压器的设计：

高频逆变式弧焊电源具有放率高、节能、体积小、重量轻等优点，已经成为一种新型的弧焊电源。其高频变压器（对弧焊电源变压器而言。工作频率在20KHz及其以上的频率即可称为高频）主要作用是电压变换、功率传递和输入输出之间的隔离。功能与普通弧焊变压器相仿。因其传递的是矩形交替脉冲。故可称为“脉冲功率变压器”。然而由于高频变压器工作在高频，高压、脉动传输状态，而且又与较为脆弱的高压开关器件相连，因此，其性能的优劣不仅关系到变压器本身的效率、发热，而且会左右整个弧焊逆变器的技术性能。

参考文献：

1．吴宪平 逆变焊机的研究现状与发展 长沙大学学报 2003年6月第17卷第二期

2．吴宪平 洪波 逆变弧焊机中IGBT的防护 电焊机，1996（5）23～25

3．IGBT逆变弧焊机可靠性的探讨 吴宪平,汪大鹏,夏卿坤(长沙大学 工程系,湖南 长沙 410003)机电产品开发与创新 第17卷第2期