内容发布更新时间 : 2024/6/12 14:51:43星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

全桥逆变电路在焊接电源中的应用现状 一、应用背景

在工业生产中,逆变电源被称为“明天的电源”,其在焊接设备中的应用为焊接设备的发展带来了革命性的变化。首先,逆变式焊接电源与工频焊接电源比节能20%~30%,效率可达80%~90%;其次,逆变式焊接电源体积小、重量轻,整机重量仅为传统工频整流焊接电源的1/5~1/10,减少材料消耗80%~90%。特别是逆变式焊接电源有着动态反应速度快的优势,其动态反应速度比传统工频整流焊接电源提高了2~3个数量级,有利于实现焊接过程的自动化和智能控制。这些都预示着逆变焊接电源有着广泛的应用前景和市场潜力。目前,日本松下公司、大阪变压器公司的电弧焊机中,逆变焊机都超过了50%。美国的主要焊机生产厂家生产的逆变焊机已经超过了30%。其它工业发达国家逆变焊接电源的发展速度也是很快的。

但目前市场上大部分逆变焊机产品工作在硬开关状态,开关损耗严重,开关频率限制在几KHz到几十KHz内,不能充分发挥逆变焊机小型化和便携式的优点。另外,焊机类产品耗电量大,是十大高能耗产品之一。所以,将软开关技术引入焊接领域非常必要,这对提高开关频率、减小开关损耗、减小产品体积重量以及节能有至关重要的意义。

逆变焊接电源中的逆变器电路有四种基本拓扑结构:推挽式、全桥式、半桥式、单端式。本文重点讨论全桥式逆变电路在焊接电源中的应用。

全桥变换器在克服上述问题中有很明显的功效。由于其自身结构特点(全桥式电路开关管稳态时其上最高施加电压即为输入电压,暂态过程中的尖峰电压亦被箝位于E,比推挽式逆变电路要低一半多,在选择功率开关器件耐压要求可以稍低,为晶体管的选择带来了方便,而且,箝位二极管将漏感储能归还输入电源,也有益于提高效率。并且全桥变换器可以很方便的工作于多种软开关模式下,加之变压器利用率高、滤波电感小,可工作在电压、电流两种模式下,其中电流模式特别适合应用在高频逆变焊机的控制上。全桥式多用于大功率逆变焊接电源。

全桥逆变电源集大多优点于一身,使得它在焊接领域的实际应用更加突出,也更加普遍,逐步替代原来使用的可控硅电源,改变焊机原本效率低、能耗高、体积大、重量重的现状而转向节能、高效的逆变电源。但是全桥式使用了4个高压开关管,需要4组彼此绝缘的基极驱动电路,因而电路复杂,元器件多,驱动功率成倍增加,提高了设备成本。不过,随着今后大功率开关器件的不断出现,不断普及,全桥式逆变电源势必会在更多领域中得以应用。

二、结构组成和工作原理 逆变焊接电源结构如下: 输入 整流器滤波 功率 开关管 电压转换 及隔离 输出 整流器滤波 焊接功率输出 电网整流滤波逆变器 整流滤波

控制电路传感电路

50Hz 电网输入

AC DC中频AC DC

逆变器:由电力电子器件和中频变压器组成的逆变功率转换电路,是逆变焊接电源的核心部件。它有推挽式、全桥、半桥、单端反激、单端正激等五种逆变电路型式。 全桥式逆变电路图如下:

功率开关管VT1,VT2和VT3,VT4组成桥的四臂,中频变压器T 连接在它们中间,相对桥臂上的一对晶体管VT1,VT4和VT2,VT3有驱动电路以脉冲方式激励而交替通断,将直流输入电压变换成中频方波交流电压。

当VT1,VT4导通时,中频变压器的一次绕组上的电压波形和电流波形如下(理想: VT2 VT1 N2N2 C VZ2 L Vo +-+-VZ1 E VT4