第六章 弧焊逆变器
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。
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。
弧焊电源课后题
第一单元焊接电弧对弧焊电源的要求一、填空题1．电弧是一种的现象。
2．的过程叫气体电离。
3．气体粒子受热的作用而产生的电离称为，温度越高，电离作用越。
4．电离的方程式有、和等。
5．中性粒子在光辐射的作用下产生的电离称为。
6．阴极的金属外表连续地向外发射出电子的现象，称为。
7．电弧的产生和维持的必要条件是。
8．根据吸收能量的不同，阴极电子发射可分为、和等三种形式。
二、判断题1．电弧在含有K、Na等元素的气氛中不容易引弧，在含有Ar、He 等元素的气氛中容易引弧。
〔〕2．气体电离的必要条件是有点场或热能的作用。
〔〕3．假设两电极间的电压越高，电场的作用越大，那么电离作用越弱〔〕4．高频高压引弧法由于采用较高的电压，所以比较危险。
〔〕5．接触短路引弧法可以用较低的空载电压产生焊接电流。
〔〕三、选择题1．在以下电极材料中，电子逸出功最小的两个元素是。
A．K、Na B. Na、W C. K、Cu D. C、Cu2．原子产生电离需要的能量，称为该元素的电离势，电离势很低的元素有。
A．Ar、He B. K、Na C. H2、O2 D. Li、W3．焊接电弧的产生是在焊条或焊丝拉离焊件外表时，由于而产生大量电子，在电极间电场的作用下，使气体发生电离而开场放电。
A．热发射 B. 强电场发射C．热发射和强电场发射 D. 热发射和质电撞击发射四、简答1．什么是气体电离2．什么是焊接电弧？焊接电弧是怎样产生的？、3．电弧的实质是什么？它与一般的燃烧现象有何异同点？4．负离子形成的条件是什么？它为什么不能担负导电任务？5．维持电弧放电需满足什么条件？怎样满足？6．热电离与碰撞电离有本质上的不同吗"为什么？7．热发射与自发射各有什么特点。
分别在什么样的条件下起主要作用？一．填空题1.沿弧柱长度方向，每厘米的电压降称为。
2.阴极有和。
3.阳极压降除与电流大小有关外，还与有关。
4.焊接电弧静特征的段，电弧燃烧时不易稳定，故很少使用。
第六章 弧焊逆变器
b）半桥式
c）全桥式
d）并联式
图6-6 逆变主电路常用的基本形式
第六章 弧焊逆变器 16
单端通向逆变主电路
功率开关管V1 、V2 同时按 中频周期性通断，把输入的
直流电逆变成断续的中频电
流，经中频变压器T 降压、 快速二极管VD1整流、电感 L 滤波，向电弧输出直流电。 两个开关管同时承受输入电压，对耐压要求较低，适用于 中小功率的逆变器。
保证信号的同步性。 有的逆变器（如半桥式、全桥式等）要求脉冲列彼此
逆变主电路型式不同，对驱动脉冲信号具有不同的隔 绝缘。对于单端逆变主电路而言只要一组脉冲。 离要求，例如全桥式、半桥式逆变主电路中位于高和低电 通过成对脉冲电压的有和无、脉冲宽度的变化或脉冲 位的开关管，其驱动脉冲信号必须进行可靠的隔离。 频率等变化，来实现设计目标。
源主变压器的十几分之一，体积仅为其1/5至1/3； 高效节能：效率可达80％一92％，节电20%-35%，空载损耗仅为传统 弧焊电源的十几分之一； 电子功率控制、电子电抗器回路电感控制，控制精度高，动特性好； 具有良好的弧焊工艺性能 ，电弧稳定性高，外特性可任意变换。
第六章 弧焊逆变器 22
弧焊逆变器从不同的角度可以有不同的分类：
缺等场合。
第六章 弧焊逆变器
24
6.2 晶闸管式弧焊逆变器
以快速晶闸管(SCR)为逆变主电路的大功率高压开关管，通过其触发角
来进行控制的弧焊逆变器，通常称为晶闸管式弧焊逆变器。它是以触发
角来控制的，也可称为触发角控制式弧焊逆变器。 早在 70 年代末就有晶闸管式弧焊逆变器的研究成果，并有报道。 80年代 到了 80 年代后期，由于它的频率毕竟偏低，控制性能欠佳，有噪声干 初中期它有较大发展，从中等容量到大容量；从焊条电弧焊到 CO2/MAG 扰等，而逐渐为后起之秀—“场效应管式、IGBT式弧焊逆变器”所代 替。它应用的比例逐渐减少，但在世界上仍有一定地位。这里应指出， 焊、埋弧焊和电阻焊；从直流焊到矩形波交流焊；从电子控制到微机、 新型晶闸管类，例如静电感应晶闸管(SITH)和场控晶闸管(MCT)等的 。 数字化控制等，应用领域也不断发展，逆变频率从几千赫兹到数万赫兹 出现，将会改变它的地位，有利于它的继续发展和推广。
第六章 弧焊逆变器
3 、电子控制电路可实现的控制功能 1）获得所需的外特性形状及电弧、电压或电流 的调节； 2）控制弧焊逆变器的动特性； 3）遥控； 4）保护功能。
（二）驱动电路 控制电路提供的脉冲信号，不能直接用以激励大功率开 关管，需要进行功率放大、变换或隔离。 对驱动电路的要求： 1、对VT类逆变器驱动电路的要求(略） 2、对晶体管类逆变器驱动电路的要求 1）电流驱动电路 （GTR）作为大功率开关的场合。GTR输入阻抗和电流 放大倍数小，饱和导通需要较大的驱动电流。 2）电压驱动电路 （MOSFET、IGBT）输入阻抗极大，只需要微小的电流但 需要足够高的电压来驱动。
第六章 弧焊逆变器
主要内容
弧焊逆变器的原理、特点、分类和应用 弧焊逆变器主电路的基本形式 弧焊逆变器的电子控制系统 弧焊逆变器的关键器件
整流 交流 逆变 逆变：直流变交流的变换称为逆变。 逆变器：实现逆变的装置。 弧焊逆变器：为焊接电弧提供电能，并 具有弧焊方法所要求性能的逆变器。 直流
第一节
定频率调脉宽
弧焊逆变器常用的几种外特性
a、b 手弧焊 c TIG d MIG/MAG
（四）弧焊逆变器的动特性控制 对于短路过渡（MAG/CO2）,对disd/dt有要求， 常采用两种办法改善动特性 1、在焊接回路中串入电抗器； 2、设置电子电抗器，借助电子功率控制系统来 控制disd/dt。
二、弧焊逆变器主电路基本形式（常用）
Ｕ＝4.44 NSBm ｆ
U NS = 4.44 fBm
２、开关管（含快速整流二极管）开关损耗小 开关管工作在开关状态，导通时为饱和导 通，虽然电流大，但只有饱和压降；截止时只 有漏电流，尽管管压降高，损耗也极小。 ３、提高功率因素（p121表6-1） 在输入整流电路中和输出整流电路中均存 在着起储能作用的电容器，从而可以明显减少 无功损耗和提高功率因素。 ４、效率高 一般效率为70％－90％以上，比 其他电源节能20％－40％。
2008年秋弧焊电源(弧焊逆变器)
同全桥
截止期二极管箝 位VCEmax＝2E
Ic
Ic
2Ic
2Ic
2 大
4 大
4 中等
1 中、小
弧焊电源—弧焊逆变器（12）
晶闸管焊机主电路
弧焊电源—弧焊逆变器（13）
硬开关式逆变焊机主电路
弧焊电源—弧焊逆变器（14）
逆变式变极性焊机主电路
弧焊电源—弧焊逆变器（15）
UC3846构成的峰值电流模式控制电路原理图
动特性 电能变换过程
差 AC(380V)─变压─整流 ─滤波─电弧
弧焊电源—弧焊逆变器(4)
2007年度（37家）电焊机企业主要产品分类及产量
产品名称 交流弧焊机 单位 台 台 产量 占总产量的比例( ％) 21.96 36.74 较上年同期增长(％) -47.51 67.21
163295
273146
装配工艺
弧焊逆变器设计（10）
线路板
检 测
下 线 电气性能及老化 工艺性能
弧焊逆变器设计（11）
员工素质 生产设备 企业管理 资金 营销
弧焊逆变器设计（12）
结果：生产厂商的兴衰存亡
硬开关—软开关：
变革：可靠性、节能（使用者）降耗（制造者）、 电磁兼容 好
结果：生产厂商的兴衰存亡
弧焊电源—软开关弧焊逆变器（2）
软开关弧焊逆变器主电路
弧焊电源—软开关弧焊逆变器（3）
峰值电流模式控制原理图
弧焊电源—软开关弧焊逆变器（4）
滞后臂软开关
Q4驱动信号 Q4电流 Q4管压降
25公斤 mH级 SCR(半控型) 相控（PC）
体积小 重量3.5公斤
2.5公斤 µH级 IGBT(全控型) 时间比率控制（TRC： PWM、 PFM PWM+PFM ） 好 AC(380V) ─整流─ 逆变─变压─整流─ 滤波─电弧
简述弧焊逆变器的基本工作原理
弧焊逆变器是一种常见的焊接设备，它采用逆变器技术来实现焊接电源的转换和控制。
在了解弧焊逆变器的基本工作原理之前，我们首先需要了解什么是逆变器技术。
1. 逆变器技术逆变器是一种将直流电转换为交流电的设备，它通过控制电路中的开关器件（比如晶闸管、MOSFET、IGBT等）来实现电压和频率的变换。
在弧焊逆变器中，逆变器技术被应用于将输入的直流电转换为高频的交流电，以满足焊接过程中对电流的精确控制和稳定输出的要求。
2. 弧焊逆变器的基本工作原理在弧焊过程中，焊枪与工件之间会产生一段电弧，通过这段电弧来完成焊接操作。
弧焊逆变器的基本工作原理是通过控制逆变器电路中的开关器件，将直流电转换为高频的交流电，并通过电弧来完成焊接。
具体工作原理可以分为以下几个步骤：2.1 输入电源弧焊逆变器会接收来自电网或发电机的直流输入电源。
这个直流电源通常是不稳定的，需要经过逆变器转换和调节后才能满足焊接工艺的要求。
2.2 逆变器电路逆变器电路包括逆变器芯片、控制电路和输出电路等部分。
在工作时，逆变器芯片会根据预设的参数和控制信号，控制开关器件的通断，从而实现对输入直流电的高频交流电转换。
控制电路负责监测焊接参数的变化，保证焊接电流和电压的稳定性。
2.3 输出调节和控制经过逆变器电路的转换和调节后，得到的高频交流电将作为焊接电源输出，供给焊枪和工件。
控制电路会根据焊接工艺要求调节输出电流和电压，确保焊接过程中电弧的稳定性和焊接接头的质量。
3. 个人观点和理解弧焊逆变器作为一种先进的焊接设备，其基本工作原理依赖于逆变器技术的应用，能够实现对焊接电流和电压的精确控制和调节。
通过逆变器的转换，可以有效提高焊接效率和质量，使焊接过程更加稳定和可靠。
总结回顾通过本篇文章的阐述，我们可以清楚地了解到弧焊逆变器的基本工作原理，包括逆变器技术的应用和工作过程中的关键环节。
逆变器技术的应用使得弧焊逆变器具有了更高的稳定性和精度，能够满足各种焊接工艺要求。
弧焊逆变器设计中的性能指标及主要参数的讨论
弧焊逆变器设计中的性能指标及主要参数的讨论朱锦洪丁书娜李志刚石红信（河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳 471003）摘要：本文讨论了弧焊逆变器的设计问题，指出各项性能指标可划分为基本设计指标、其他设计数据、试验测试参数三大类，并讨论了典型指标的意义。
结合弧焊逆变器研制实例，按照从输出、逆变到输入环节的顺序，对主电路的性能参数及元器件选择进行了计算与讨论，具有一定参考价值。
关键词：弧焊逆变器，电源设计，主电路，性能指标1 引言弧焊逆变器已经成为弧焊电源的主要产品形式，得到了迅速的发展。
虽然对弧焊逆变器的工作原理和控制技术已经有了很多研究，但关于弧焊逆变器的设计方法，迄今还缺少很详细的参考资料[1-3]。
本文结合弧焊逆变器研制，对弧焊逆变器设计与主电路参数分析进行了比较系统的分析和讨论。
在弧焊逆变器的设计中，首先需要明确设计目标，清楚地了解各性能指标的含义，进而对主电路参数进行分析计算，选择半导体功率器件和磁性部件等。
本文提出，在弧焊逆变器的设计中，其各项性能指标可以划分为基本设计指标、其他设计数据、试验测试参数三大类，并讨论了典型指标的意义。
在此基础上，结合弧焊逆变器研制实例，分别从焊接电弧要求、能量传递变换、电源谐波等分析出发，按照从输出、逆变到输入环节的顺序，对主电路性能参数及元器件选择进行了计算与讨论。
关于弧焊逆变器设计中变压器、电抗器等磁性部件的选择则另文讨论。
希望本文对于弧焊逆变电源的研发和设计有所裨益。
2 性能指标讨论----分类与辨析对于一台弧焊逆变器来说，通常具有多项性能指标或参数。
我们认为，它们实际上可以分为三类，即：基本设计指标、其他设计数据、试验测试参数。
2.1基本设计指标基本指标根据实际应用要求而提出来的设计条件，也是产品必须达到的性能指标。
这些指标可能非常简单和有限，但却是进一步设计的出发点和依据。
其中除电气指标外，甚至还包括了对设备的各方面性能的其他要求。
（1）工作电流I w这是设计最基本的指标，是按照对焊接不同的材料板厚的适应能力的实际要求而确定。
弧焊电源
电弧静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系，称为焊接电弧的静特性伏安特性，简称电弧静特性。
电弧动特性：在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系。
电源外（静）特性：在电源参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值Uy与输出的电流稳定值Iy之间的关系。
电源动特性：电弧负载状态突然发生变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应过程，可用弧焊电源的输出电流和电压对时间的关系来表示，它说明弧焊电源对负载瞬变的适应能力。
弧焊逆变器：直流（DC）与交流（AC）之间的变换称为逆变，实现这种变换的装置称为逆变器。
为焊接电弧提供电能，并具有弧焊工艺所要求的电气性能的逆变器称为弧焊逆变器。
PFM：定脉宽调频率，脉冲电压宽度不变，通过改变逆变器的开关频率来形成外特性曲线形式、调解特性和输出脉冲的波形。
PWM：定频率调脉宽，脉冲电压频率不变，通过改变逆变器开关脉冲的脉宽比来形成外特性曲线形状、调解特性和输出脉冲波形。
负载特性：工作电压与工作电流的关系为一缓升直线称为负载特性。
负载持续率Fs：Fs=负载持续运行时间t/（负载持续运行时间t+休止时间）x100%。
控制角：晶闸管承受正向电压而不导通的范围称为控制角α。
同步：给予晶闸管的触发脉冲应与晶闸管的阳极电压同频率且保持位相关系。
交流电弧有什么特点？哪些因素影响稳定燃烧？（1）①电弧周期性熄灭和引燃；②电弧电压和电流波形发生畸变；③热惯性作用较为明显。
（2）①空载电压；②引燃电压；③电路参数；④电弧参数；⑤电源频率；⑥电极的热物理性质和尺寸。
手弧焊、埋弧焊采用什么电源外特性，为什么？手弧焊埋弧焊工作在电弧静特性的水平段，需采用下降外特性的弧焊电源。
当由于扰动工作点电离If减小ΔIf时，电源工作点移至B1，弧焊电源电压Uy=Uf+ΔUy，而电弧工作点移至B2，这时Uy>Uf，供大于求，使电流增加，电流偏移量ΔIf减小，直至恢复到平衡点A，同理弧焊电流向增加方向偏移时，也能使电弧电流自动恢复。
弧焊逆变器获得脉冲的原理
弧焊逆变器获得脉冲的原理引言弧焊逆变器是一种新型的电弧焊机。
相比传统的电弧焊机，它有着更高的效率，更小的尺寸和更轻便的重量。
由于这些优点，它已经成为了产业制造和修理需求中的主流选择。
在弧焊逆变器的设计中，获得脉冲电流的技术是非常关键的。
本文将介绍如何在弧焊逆变器中获得脉冲电流并带来其它非常重要的特性。
我们需要理解弧焊逆变器的基本原理。
简而言之，弧焊逆变器是通过不同的回路设计，来把高频率的交流电源转换成适合焊接的稳定直流电源的。
弧焊逆变器的核心元器件是高频变压器、变流器和电容器等。
它还包括了许多电子设备，以控制和调节输出电流和电压。
脉冲电流是在焊接过程中非常有用的一个特性。
它允许我们调节输出电流，并通过改变脉冲的宽度和频率来获得不同类型的焊接结果。
对于一些具有较高规格要求的任务，如焊接薄板、焊接精密零件等，脉冲电流通常被广泛应用。
弧焊逆变器通过控制短时间内的高能量放电来实现脉冲电流。
这种放电通常是由一个电子开关器件控制的。
为了产生脉冲电流，这个开关器件需要确保电流正交的状态。
在这种状态下，当电流通过行驶的管道时，它会不断地反向流动并且频率很高。
这个状态允许我们调节输出电流和电压，并且从而获得所需的特性。
由于脉冲电流具有相对较短的持续时间，因此它可以帮助我们减少电度量。
这不仅可以降低我们的能源成本，还可以延长焊接设备的使用寿命。
1. 由脉冲发生器控制这种方法需要一个独立脉冲发生器装置，可以通过内部或外部控制，来改变脉冲的宽度、频率和高度。
它是一种非常常见且准确的方法，因为通过定期更改脉冲宽度和频率，我们可以产生一系列的焊接参数，来适应不同类型的焊接需求。
2. 由开关管控制这种方法通过一个开关管，来控制输出电流和电压。
由于开关管可以根据来自控制系统的指令，精确地打开和关闭输出电流和电压，因此这种方法也非常精确。
它还具有较高的反应速度和可靠性，可以方便的适应各种种类的焊接任务。
总结在弧焊逆变器中，获得脉冲电流的特性是非常重要的。
06-常用弧焊电源、弧焊变压器
（5）弧焊变压器常见故障分析及处理方法
故障现象 可能产生的原因 1、弧焊变压器过载 焊接过热 2、变压器线圈短路 3、铁心螺干绝缘损坏 焊接过程中电流忽大 忽小 可动铁心在焊接过程 中发出前列的嗡嗡声 1、焊接电缆与焊件接触不良 2、铁心活动部分的移动机构损坏 1、可动铁心的制动螺钉或弹簧太松 2、铁心活动部分的移动机构损坏 1、一次侧线圈或二次侧线圈碰外壳 弧焊变压器外壳带电 2、电源线圈碰外壳、焊接电缆误碰外壳 3、未接地线或地线接触不良 1、焊接电缆过长，压降太大 焊接电流过小 2、焊接电缆卷成盘形，电感很大 3、电缆接线柱或焊接与电缆接触不良 2、排除短路现象 3、恢复绝缘 1、使焊接电缆和焊件接触良好。 2、设法阻止可动铁心的移动。 1、旋紧螺钉，调整弹簧的拉力 2、检查修理移动机构 1、检查并消除接外客处。 2、排除碰外客现象 3、接妥地线 1、缩短电缆长度或加大电缆长度 2、将电缆放开，不呈盘形 3、使接头处接触良好 处理方法 1、减小使用的焊接电流
增强漏磁 动铁心式 式弧焊变 动圈式 压器 抽头式
3)动圈式弧焊变压器 ：动圈式弧焊变压器是一种常用的增强 增强 漏磁式弧焊变压器，国产产品属于BX3 系列。 漏磁式弧焊变压器 动圈式弧焊变压器的构造 BX3-300型弧焊变压器的结构如图所示，它有一个高而 窄的口字型铁心。变压器的一次侧绕组分成两部分，固定 在口型铁心两心柱的底部。二次绕组也分成两部分，装在 两铁心柱的上部并固定于可动的支架上，通过丝杠连接， 转动受柄可以使二次绕组上下移动，以改变一、二次绕组 之间的距离，从而调节焊接电流的大小。
四、弧焊电源的维护知识
1、弧焊电源应放在通风 通风良好而干燥的地方，不能靠近热源 热源， 通风 热源 并应保持平稳。要特别注意对弧焊整流器的保护和冷却。 2、焊机接入网络时，焊机电压与之相符，以防烧坏设备。并注 意焊机可靠接地 可靠接地。 可靠接地 3、焊钳不能与焊机接，触防止发生短路。 4、必须在空载和切断电源 空载和切断电源情况下改变极性和调整焊接电流。 空载和切断电源 5、焊机不能过载 过载使用。 过载 6、焊接过程中，焊接回路的短路时间 短路时间不宜过长。 短路时间 7、保证焊接电缆与焊机接线柱的紧密接触 紧密接触。 紧密接触 8、保持焊机内部清洁 内部清洁，防止受潮 受潮。 内部清洁 受潮 9、发生故障、工作完毕以及临时离开工作场地时，都应即使 切断焊机电源。 切断焊机电源
第六章部分课后习题及其解答
第六章部分课后习题及其解答1、什么是逆变？画出逆变式弧焊电源的原理框图，简述各部分的作用。
答：所谓逆变是相对于常见的交流电经过整流变为直流电而言的，即将直流电变为交流电的变换称为逆变。
输入电路包括输入整流和滤波电路，整流电路大多采用桥式整流电路，将交流变为直流；滤波电路应用较多的是电容滤波，将直流电变得更平稳。
逆变电路是逆变式弧焊电源的核心，由电子功率开关器件和逆变降压变压器等构成，将直流电变化为交流电。
输入电路、逆变电路、输出电路等构成了主电路。
控制电路是产生和调节驱动脉冲的电路。
在弧焊电源的逆变电路中，通过调节驱动脉冲信号控制电子功率开关的导通与关断，从而将直流电变换为中频交流电。
控制电路决定了逆变式弧焊电源的输出。
2、逆变电路有那些型式？简述其工作原理。
答：主要有单端式，推挽式，半桥式以及全桥式四中逆变主电路结构。
单端式（双电子功率开关）：VT1、VT2同时导通时，N1上有由上至下的电流流过，形成第一个回路；两者截止，变压器中能量经VD3、VD4释放，N1电压极性反转，形成第二个回路，即可在变压器上形成方波交流电。
推挽式：电流经N11、VT1形成第一个回路（VT1导通），经N12、VT2形成第二个回路（VT2导通），VT1 VT2两者交替导通在变压器上产生方波交流电压。
半桥式：电流由正极经VT1、N1(由下至上)、C2 流向负极形成第一个回路，经C1、N1(由上至下)、VT2形成第二个回路，VT1 VT2两者交替导通在变压器上产生方波交流电压。
全桥式：电流由正极经VT3、N1(由上至下)、VT2 流向负极形成第一个回路，经VT1、N1(由下至上)、VT4形成第二个回路，VT3、VT2和VT1、VT4交替导通在变压器上产生方波交流电压。
3、简述PWM和PFM的工作原理。
答：PWM（pulse width modify）控制即脉冲宽度控制方式，也可以称为“定频率调脉宽”控制方式。
此控制方式是在频率不变的条件下，调节脉冲宽度来调节逆变器的输出能量。
大功率弧焊逆变器峰值电流控制电路
大功率弧焊逆变器峰值电流控制电路移相全桥零电压软开关电路拓扑结构简单、紧凑，软开关控制的实现较容易，比较适合大功率应用场合，在此基础上提出一种在功率变压器二次侧串联饱和电感、充分利用变压器励磁能量拓宽软开关范围的新型移相全桥零电压软开关电路拓扑，这种新型软开关逆变器由于取消了高频功率变压器的漏感条件对绕组散热的制约，可以进一步增大高频功率变压器的输出功率。
峰值电流控制模式是20世纪80年代出现的新型控制模式，优点十分突出，将电流峰值移相控制技术和上述大功率软开关技术相融合应用于大功率弧焊逆变器，可以有效地解决偏磁和功率器件的保护等问题，使大功率弧焊逆变器实现全范围软开关运行。
1 峰值电流模式逆变器工作原理新型大功率软开关弧焊逆变器工作原理如图1所示。
三相工频交流电经过整流滤波、全桥零电压电焊机大功率弧焊逆变器峰值电流控制电路设计逆变、高频降压、二次侧整流后得到所需要的输出信号，控制电路则由峰值电流反馈和输出反馈组成双闭环控制，并通过移相控制实现零电压软开关换流。
移相PWM单片集成控制器能够提供全桥软开关变换器所需的反馈控制、解码和保护等全部功能，应用这些专用集成电路可以极大地简化移相控制电路的设计和调试工作，并能显著地提高大功率逆变器的可靠性。
本研究采用美国Umitrode公司最近推出的改进型移相软开关控制器UC3879，该芯片从总体结构上可划分为3个部分：脉宽调制信号发生器；移相驱动指令形成电路；工作电源及保护等辅助电路。
该芯片具有众多优点，能够满足采用峰值电流控制的脉宽调制的需求。
从峰值电流模式工作原理图可知在峰值控制电路的设计上，主要涉及到2个关键问题：一是峰值信号及原边瞬态电流信号的检测和处理；二是峰值信号的斜率补偿问题。
2 峰值信号的检测与处理在本研究的大功率软开关弧焊逆变器中，功率变压器一次绕组的电流高达100A以上，在信号检测器件方面，采用霍尔传感器是一个比较理想的选择。
霍尔传感器利用霍尔效应来对信息进行传感与处理，测量的线性度好(<1%)、电流跟踪速度高(50A/μs)绝缘性能好(>2500V)可以直接检测载有直流分量的高频交流信号，而不存在磁通复位等问题，具有较高的性价比。
逆变式弧焊电源整流电路工作原理
逆变式弧焊电源整流电路工作原理
1.整流：逆变式弧焊电源的第一步是将市电电压经过整流，将交流电
转换成直流电。
整流的方式可以使用单相桥式整流电路或者三相桥式整流
电路。
在整流过程中，市电电压会通过整流器（通常是二极管或晶闸管）
进行整流，使得电流的方向在整个周期内都一致。
2.滤波：由于整流得到的电流呈现出脉动的特性，为了使得输出电压
更为稳定，需要对其进行滤波处理。
滤波器通常是由电容器和电感器组成，电容器用于平滑电流脉动，电感器则用来补偿电容器电压的变化。
3.逆变：在整流和滤波后，得到的直流电压会经过逆变器转换成需要
的弧焊电压。
逆变器通过调节开关管的通断来控制输出电压的大小和波形。
逆变器通常采用高频开关管（如IGBT）来实现高效率的转换。
逆变器的
工作原理是先将直流电压转换成高频交流电，然后通过变压器进行降压，
最后通过整流得到所需的弧焊电压。
整个逆变式弧焊电源的工作流程是：市电电压经过整流得到直流电压，然后经过滤波处理使得输出电压更为稳定，最后通过逆变器将直流电压转
换成需要的弧焊电压。
需要注意的是，在使用逆变式弧焊电源时，要注意电压、电流和功率
的选择，以保证焊接质量和设备的长期稳定运行。
第六章弧焊逆变器
第六章 弧焊逆变器
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6.2 晶闸管式弧焊逆变器
以快速晶闸管(SCR)为逆变主电路的大功率高压开关管，通过其触发角 来进行控制的弧焊逆变器，通常称为晶闸管式弧焊逆变器。它是以触发 角来控制的，也可称为触发角控制式弧焊逆变器。
1、弧焊逆变器的外特性 2、弧焊逆变器的调节性能 3、弧焊逆变器的动特性 4、外特性、调节特性和输出脉冲的控制方式
第六章 弧焊逆变器
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1、 弧焊逆变器的外特性
弧焊逆变器是利用电子控制系统和电流、电压反馈对电子功率系统
(逆变器)进行闭环控制，来获得不同外特性曲线形状的。
m输U出f 和电n压If 经分别电经压过采比 较给样放定环大量节环（(节常-U与用gu电电）弧位、电器电压 弧分电压流)得给定到量与（其-U成g正i ） 比比较的及反放馈大量，m各U自f输。出
第六章 弧焊逆变器
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2 、 弧焊逆变器的调节性能
不同类型的弧焊逆变器，通常采用不同的调节体制来实现对外 特性控制和工艺参数的调节，以满足弧焊工艺的不同需求。
恒恒流压特特性性
给给定定电电压流Ug的u值电的压大值小U，gi决的定大 了小输决出定端了电输弧出电焊压接Uf电的流大I小f的。 如大U小gu。1＜如UUgugi21＜，U外gi特2，性外曲特线性 由曲1线上由移1到右曲移线至2，曲稳线定2，工作稳点定 由工A作1移点至相A应2点由。AI移至A2点。
稳较反信触号电压馈发，路电比控与提源较制给供和电定稳驱操路(压动标电作：准电源)电从电路。输路压：出进：用电行为于路比触产按较发生一和控晶定放制闸比大驱管例，动组取为电V出触H路电的发、弧触驱操电发动作压控电电、制路路电驱提和流动供给的脉控定负冲制-反反信信馈馈号号比。，
《弧焊变压器》课件
通过调整弧焊变压器的参数，可以控制切割速度 和切割质量，满足不同材料和厚度的切割需求。
弧焊变压器在切割工艺中能够提高切割效率，减 少能耗和环境污染。
在其他工业领域的应用
除了焊接和切割工艺，弧焊变 压器还广泛应用于其他工业领 域，如热处理、熔炼、电镀等
《弧焊变压器》ppt课件
• 弧焊变压器简介 • 弧焊变压器的工作特性 • 弧焊变压器的应用 • 弧焊变压器的维护与保养 • 弧焊变压器的安全使用 • 弧焊变压器的未来发展
01
弧焊变压器简介
定义与作用
定义
弧焊变压器是一种将电网的电能转换 成焊接所需的电能，并供给弧焊机进 行焊接的设备。
作用
弧焊变压器是焊接设备的重要组成部 分，其作用是将电网的电能转换成焊 接所需的低压交流电，为焊接提供稳 定的电源，保证焊接质量。
在焊接中的应用
弧焊变压器是焊接工艺中的重要设备，通过提供稳定的电流和电压，确保焊接质量 。
弧焊变压器适用于各种金属材料的焊接，如钢铁、铜、铝等，广泛应用于建筑、机 械、船舶、汽车等行业的焊接生产。
弧焊变压器能够适应不同的焊接需求，如厚板焊接、薄板焊接、立焊、横焊等，提 高了焊接效率和质量。
在切割中的应用
。
弧焊变压器在这些领域中发 挥着重要的作用，能够提高 生产效率、产品质量和节能
减排。
随着工业技术的不断发展，弧 焊变压器的应用领域还将进一 步扩大，为工业生产带来更多
的便利和效益。
04
弧焊变压器的维护与保养
日常维护
每日检查
检查弧焊变压器的外观是否正常，有 无异常声音或气味，确保散热风扇运 转正常。
输入功率因数
逆变式弧焊电源主电路形式
新型焊接电源及控制技术- (1)逆变式弧焊电源主电路形式1．逆变式弧焊电源主电路形式目前IGBT逆变电源最常见最实用的主电路为桥式和单端正激式结构。
全桥式逆变器电路基本原理见图1，硬开关模式是VT1与VT4、VT2与VT3同步开关，VT1与VT3、VT2与VT4反相开关。
其优点是主变压器磁芯利用率高，其不足在于焊接动态过程中有可能出现主变压器偏磁饱和及逆变器开关管瞬态直通现象，因此设计磁通和开关管死区时间需留有较大余量。
单端正激式电路基本原理如图2所示，VT1与VT2同步开关。
其结构简单、控制方便，特别适合于焊接电弧这种状态变化剧烈的特定负载，而自身具有较高可靠性，且易于通过单元组合来提高整机输出能力。
但是设计者一般认为，其主变压器仅工作于磁化曲线坐标的第Ⅰ象限，加之考虑剩磁，因此磁芯利用率不高。
而进一步的计算机仿真和实验研究表明，通过对电路参数的设计调整，可以在整机重载大电流输出状态使主变压器工作于磁化曲线坐标的Ⅰ、Ⅲ象限，进而减小磁心截面积或匝数；通过控制空载和近空载状态下逆变器脉冲输出方式，使主变压器不致饱和。
这样就获得了与目前全桥式弧焊逆变器相当的输出功率／体积比。
新型焊接电源及控制技术- (2)弧焊逆变器单元组合2．弧焊逆变器单元组合根据当前功率半导体和磁性元件的制造水平，超15kV A的大容量IGBT弧焊电源采用单元组合的模式，是在合理制造成本下扩展输出功率的有效途径。
出于对系列机型批量化生产的考虑，应由n个独立的逆变器单元以全并联方式组合构成弧焊电源的功率回路，并由系统控制器统一调节各单元输出。
图1示出了两单元组合(n＝2)结构，每个逆变器单元可选择单端正激式电路。
考虑系统电磁兼容，各单元IGBT元件工作于同步导通（但不一定要求同时截止）的开关方式为宜。
针对多种弧焊工艺控制需求，逆变电源系统应具有相当宽的输出量连续调节范围和快速响应能力，而电源输出回路感抗L在这二方面造成了矛盾。
数学分析和试验研究表明，采用单元组合结构及合理的控制方式有助于解决这一问题：对各逆变器功率单元采取独立的电流闭环控制，系统控制单元根据电源总给定值Ig 统一调节各功率单元的输出电流给定值；小电流时，限制其他单元输出，仅以单元I为主，其输出回路电感L1应能保证焊接电流波形连续和电弧稳定，以适应精密TIG或微束等离子焊接需要；大电流时，使n 个单元均流输出，既提高了电源系统容量和负载持续率，又因其输出电流的开环时间常数为单个逆变器输出的1／n，从而保证了系统动态响应速度；大小电流两状态在焊接过程中自动切换，图2示出了两单元组合（n＝2）情况下输出电流调节情况。
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（三）全桥式逆变主电路 桥臂的V1、V4和V2、V3按中频轮流通断，功率开关 管只承受1/2Ud，适合中、大功率的焊接要求。
（四）并联式（推挽式）逆变主电路 V1、V2按中频轮流通断，经T降压，VD1、VD2全波 整流得到直流电。V1、V2 承受两倍以上的Ud，耐压 要求高，一般只用于晶闸管式逆变器。
三、弧焊逆变器的电子控制线路
主要包括电子控制电路和驱动电路 （一）电子控制电路 1、基本作用 在于经驱动电路向功率开关管提供两路前沿陡 峭、相位差为180度、对称和宽度可变的矩形脉冲 列（VT逆变器除外），以激励其通断工作。对于 单端通向逆变主电路，只需提供一路脉冲列。
2、电子控制电路组成（PWM、PFM或二者的混合调节） 调制方式 （1）PFM 开环，f ⇑ ⇒ Uf、If ⇑ 反馈闭环状态，Uf、If ⇑ ⇒ f ⇓ （2）PWM 开环，W ⇑ ⇒ Uf、If ⇑ 反馈闭环状态，Uf、If ⇑ ⇒ W ⇓
（三）弧焊逆变器的外特性控制和参数调节 弧焊逆变器中的电力电子器件是工作在开关状态，其调 节和控制通常有三种方法： 1、定脉宽调频率(PFM)－ Pulse Frequency Mudulation 脉冲电压宽度不变，通过改变逆变器的开关频率来 调节参数大小。频率愈高，输出电压就越大。 晶闸管逆变器常采用该调节方式。
概述
一、弧焊逆变器的基本组成及原理 （一）弧焊逆变器基本组成及变流体制 1、供电系统 三相或单相工频AC经整流和滤波变成平稳的DC 电压Ud 2、电子功率系统 由功率开关电子器件组成电子开关，使直流 Ud 变频为中频几千到几万Hz交流电，再经中频变压器 降压。
3、给定反馈系统、电子控制系统 产生控制信号um，激励功率开关器工作，实 现对外特性和动特性的控制和安全工作。 弧焊逆变器的变流过程： 工频交流 ⇒ 直流 ⇒ 高、中频交流 ⇒ 降压 交流并再次变为直流，必要时可把直流变为矩形 波交流。
四、逆变器的分类和应用
１、分类 按大功率开关元件分为： 晶体管式弧焊逆变器 晶闸管式弧焊逆变器 MOSFET弧焊逆变器 IGBT弧焊逆变器 ２、应用 全能
五、逆变主元件
晶闸管 晶体管GTR 场效应管MOSFET 绝缘栅双极型晶体管IGBT
５、体积小、重量轻
６、动态响应迅速
这与电力半导体器件本身开关速度有很大关系；同时 由于工作频率一般都比较高，主回路的时间常数小。因而 响应很快，一般在毫秒或微秒级。
７、改善了引弧工艺性能
１）工作频率高，所需的主回路滤波电感小，动特性好；
２）可控性好，外特性、动特性等可按不同工艺要求设 计；
３）可获得矩形波交流电，从而提高了交流电弧的稳定性。
2、定频率调脉宽（PWM－Pulse Width Modulation） 脉冲电压频率不变，通过改变逆变器开关脉冲的脉 宽比（占空比）来调节工艺参数，脉宽比越大，则输 出电压也越大。 其它外特性曲线的控制，同理可得。 一般，晶体管、MOSFET 、IGBT式逆变器采用PWM。 3、混合调节（PWM+PFM）
Ｕ＝4.44 NSBm ｆ
U NS = 4.44 fBm
２、开关管（含快速整流二极管）开关损耗小 开关管工作在开关状态，导通时为饱和导 通，虽然电流大，但只有饱和压降；截止时只 有漏电流，尽管管压降高，损耗也极小。 ３、提高功率因素（p121表6-1） 在输入整流电路中和输出整流电路中均存 在着起储能作用的电容器，从而可以明显减少 无功损耗和提高功率因素。 ４、效率高 一般效率为70％－90％以上，比 其他电源节能20％－40％。
（一）单端通向逆变主电路 功率开关管V1、V2同时按中 频周期性通断，把DC⇒断续 的中频电，经T降压，快速VD1 整流，L2滤波⇒DC。 功率开关管V1、V2同时承受 输入电压Ud，对耐压要求低， 适合中、小功率的逆变器。
（二）半桥式逆变主电路 直流Ud被C1、C2平分，V1、V2 按中频轮流通断，形成矩形 波交流电。经T降压，VD1、 VD2全波整流输出直流电。 VD1、VD2必须选用承受双 倍输出电压幅值的快速二极 管。V1、V2只承受1/2Ud，耐 压要求低。 适合中、大功率的逆变器。
定频率调脉宽
弧焊逆变器常用的几种外特性
a、b 手弧焊 c TIG d MIG/MAG
（四）弧焊逆变器的动特性控制 对于短路过渡（MAG/CO2）,对disd/dt有要求， 常采用两种办法改善动特性 1、在焊接回路中串入电抗器； 2、设置电子电抗器，借助电子功率控制系统来 控制disd/dt。
二、弧焊逆变器主电路基本形式（常用）
3 、电子控制电路可实现的控制功能 1）获得所需的外特性形状及电弧、电压或电流 的调节； 2）控制弧焊逆变器的动特性； 3）遥控； 4）保护功能。
（二）驱动电路 控制电路提供的脉冲信号，不能直接用以激励大功率开 关管，需要进行功率放大、变换或隔离。 对驱动电路的要求： 1、对VT类逆变器驱动电路的要求(略） 2、对晶体管类逆变器驱动电路的要求 1）电流驱动电路 （GTR）作为大功率开关的场合。GTR输入阻抗和电流 放大倍数小，饱和导通需要较大的驱动电流。 2）电压驱动电路 （MOSFET、IGBT）输入阻抗极大，只需要微小的电流但 需要足够高的电压来驱动。
第六章 弧焊逆变器
主要内容
弧焊逆变器的原理、特点、分类和应用 弧焊逆变器主电路的基本形式 弧焊逆变器的电子控制系统 弧焊逆变器的关键器件
整流 交流 逆变 逆变：直流变交流的变换称为逆变。 逆变器：实现逆变的装置。 弧焊逆变器：为焊接电弧提供电能，并 具有弧焊方法所要求性能的逆变器。 直流
第一节
弧焊逆变器基本原理框图来自可见逆变体制有三种： 1）AC ⇒ DC ⇒ AC; 2) AC ⇒ DC ⇒ AC ⇒ DC; 3) AC ⇒ DC ⇒ AC ⇒ DC ⇒ AC（矩形波） 不过，目前常采用2）； 而3）主要用在铝合金的焊接上。
（二）逆变器的特点 逆变器是利用电力电子开关管的快速通断作 用来变换直流电的，而且频率比50/60Hz工频电 高几十至几千倍以上，在需要进行电压幅值变换 的场合，其优越性更为突出，原因如下： １、频率高，铜铁损大大减小