晶闸管式弧焊逆变器技术优化探析

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：在20世纪70年代末就有晶闸管式弧焊逆变器的研究成果。20世纪80年代后期，由于它的频率低，控制性欠佳，有噪声，功率因数低，逐渐为后起之秀——场效应晶体管式、IGBT式弧焊逆变器所代替，但在世界上仍有一定地位。为使逆变器正常工作，务必保证t2～4和t5～7时间间隔均大于晶闸管的关断时间tq。

在20世纪70年代末就有晶闸管式弧焊逆变器的研究成果。20世纪80年代初中期，弧焊逆变器从中等容量发展到大容量；从焊条电弧焊发展到CO₂/MAG焊、埋弧焊和电阻焊；从直流发展到矩形波交流焊；从电子控制发展到微机、数字化控制等，逆变频率从几千到数万赫兹。20世纪80年代后期，由于它的频率低，控制性欠佳，有噪声，功率因数低，逐渐为后起之秀——场效应晶体管式、IGBT式弧焊逆变器所代替，但在世界上仍有一定地位。

1.主要组成和工作原理

晶闸管式弧焊逆变器主要组成、结构形式和基本原理框图，与图1-2-27和图1-2-29所示基本相同。其不同点是以快速开关晶闸管为逆变主电路的功率开关管；采用触发控制驱动电路和“定宽调频”调节控制体制。下面以串联半桥式逆变主电路为例，说明其结构原理特点，如图1-2-30a所示。

当VT₁导通、VT₂为关断时，C₅，6经VT₁、W₁放电i′₁，u_C5，6逐渐下降至零，C₅，6的电能变成W₁磁能；磁能向C₅，6反向充电，出现负u_C5，6，如图1-2-30c所示。与此同时，输入整流器经VT₁、W₁给C₇，8充电i″₁。i₁′+i″₁构成了t₁～2区间（图中1～2时间间隔）W₁中的正半波i₁，在C₅，6被反向充电后经W₁、VD₃反向放电，又由T释放磁能对其正向充电。i₁′的方向与前相反，构成了t₂～3区间负半波i₁。在t₂～3区间随着C₅，6的反向放电及正向充电，u_C5，6由负变正为U_T。在u_C5，6出现负区间使VT₁关断。W₁电流i₁只振荡一周。振荡电路能耗，i₁正半波幅值比负半波大。等到VT₂导通（在时刻t₄）VT₁关断，工作过程与上述相似，C_7，8经→VT₂、W₁放电（电流i₂″）→T释放磁能向C₇，8反向充电，出现u_C7，8负值，使VT₂关断。与此过程同时C₅，6充电i″₂。i₂′、i″₂与i₁′、i″₁反向，由i₂′+i″₂构成W₁在t_4～5区间负半波i₂。同理，t₅之后，i₂变正，u_C7，8由负增为正U_T。这样，当VT₁和VT₂交替通、断一次，就在T出现一个周波电流。周而复始，不断循环，每秒钟通断次数决定逆变器工作频率。

为使逆变器正常工作，务必保证t_2～4和t_5～7时间间隔均大于晶闸管的关断时间t_q。

图1-2-30 串联半桥式逆变主电路原理及其控制框图与波形图

a）逆变主电路原理图 b）PFM控制框图 c）关键器件电流电压波形图

2.PFM控制调节原理

图1-2-30b所示为PFM方式原理框图，由稳压辅助电源、恒定脉宽发生器、“电压—频率转换”（V/F）、软起动、分频器、检测放大、保护电路等组成。由恒定脉宽发生器产生触发脉冲信号，经“电压—频率转换”（V/F）电路，进入分频器和驱动电路，获得相差180°两组触发脉冲信号，实现对功率逆变转换、电特性和输出波形的“定宽调频”控制调节。

图1-2-31 ZX7—400弧焊逆变器的外特性

3.应用与产品

晶闸管式弧焊逆变器的应用范围较宽，从焊条电弧焊到CO₂/MAG/MIG焊、等离子弧焊、埋弧焊和电阻焊；从直流到脉冲焊、矩形波交流焊；从电子控制到微机、数字化、智能控制均有应用。产品ZX7—315、ZX7—400、ZX7—500、ZX7—630、ZX7—1000、ZX7—1250系列具有相应规格的平特性、多特性型号。ZX7系列的下降外特性如图1-2-31所示。

晶闸管式弧焊逆变器技术优化探析

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