电子控制型弧焊电源的基本原理

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：电子控制型弧焊电源主要有晶闸管整流式弧焊电源、晶体管式弧焊电源、逆变式弧焊电源等。图4-1所示为常用的几种电子控制型弧焊电源系统框图。该类弧焊电源由正常漏磁的工频变压器、二极管整流器、电容滤波器、大功率晶体管组以及直流电抗器组成。在开关式晶体管弧焊电源中，串联在主电路中的大功率晶体管组工作在晶体管的饱和区和截止区，即晶体管工作在开关状态。电子控制型弧焊电源中，其特性控制的核心是电子控制电路。

电子控制型弧焊电源主要有晶闸管整流式弧焊电源、晶体管式弧焊电源、逆变式弧焊电源等。所谓整流就是将交流电变成固定的或可调电压的直流电；而逆变则是将直流电变成固定的或可调频率、电压的交流电。

图4-1所示为常用的几种电子控制型弧焊电源系统框图。

图4-1a为晶闸管整流式弧焊电源系统框图。该类电源首先利用正常漏磁的工频降压变压器（大多为三相变压器）降压，然后采用晶闸管整流电路将交流电转换为直流电，再利用直流电抗器滤波，输出电弧焊接所需要的直流电。该整流电源是通过控制整流电路中晶闸管导通角的大小来调节输出电压的高低和输出电流的大小的。

图4-1b为晶体管式弧焊电源系统框图。该类弧焊电源由正常漏磁的工频变压器、二极管整流器、电容滤波器、大功率晶体管组以及直流电抗器组成。根据大功率晶体管的工作状态又可以将该类电源分为模拟式晶体管弧焊电源和开关式晶体管弧焊电源。无论是哪种电源，都需要利用正常漏磁的降压变压器（大多为三相变压器）降压，普通的二极管整流电路进行整流、电容滤波，从而得到一比较平直的直流电。

在模拟式晶体管弧焊电源中，串联在主电路中的大功率晶体管组工作在晶体管的放大区，随着基极电流大小的变化，晶体管集电极和发射极之间的电压和集电极电流发生变化，从而使弧焊电源的输出电压和电流发生变化。晶体管的基极电流可以是直流电流，也可以是脉冲电流，相应的弧焊电源输出直流电流或脉冲电流。

在开关式晶体管弧焊电源中，串联在主电路中的大功率晶体管组工作在晶体管的饱和区和截止区，即晶体管工作在开关状态。晶体管的基极电流为脉冲电流，当基极电流为脉冲峰值时，大功率晶体管饱和导通；当基极电流为脉冲基值时，大功率晶体管截止关断。由于晶体管的开关频率较高（一般在10kHz以上），通过直流电抗器的滤波，弧焊电源的输出可以是直流电。该类弧焊电源通过控制晶体管导通时间的长短来调节弧焊电源输出电压的高低和输出电流的大小。由于晶体管工作在开关状态，电源的输出需要并联续流二极管。

图4-1 电子控制型弧焊电源系统框图

a）晶闸管整流式弧焊电源 b）晶体管式弧焊电源 c）逆变式弧焊电源

图4-1c为逆变式弧焊电源系统框图。该类电源首先利用普通二极管整流器进行整流、电容滤波获得平直的高压直流电，然后利用功率半导体开关器件构成的逆变电路将直流电变换为几千到几万赫兹的中频交流电；经中频变压器降压，变为低压中频交流电；再经二极管整流电路和直流电抗器进行整流和滤波，输出电弧焊接所需要的直流电。该电源中的功率半导体开关器件可以是晶闸管、晶体管、场效应晶体管，目前应用较多的是IGBT。该电源通过控制功率半导体开关器件的开通时间长短来调节弧焊电源输出电压的高低和输出电流的大小。

电子控制型弧焊电源都是由电子功率系统（主电路）与电子控制系统（控制电路）组成的。电子功率系统主要功能是变压变流，即进行电压或电流的转换，提供电弧负载所需要的电压或电流；电子控制系统是通过电子控制电路、晶闸管触发电路或晶体管、场效应晶体管、IGBT的驱动电路等控制电子功率系统中的半导体功率器件，实现弧焊电源各种特性的控制。电子控制型弧焊电源中，其特性控制的核心是电子控制电路。尽管各种电源的电子控制电路存在差异，但是各种电源的特性控制原理是基本相同的。

电子控制型弧焊电源的基本原理

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