第6章 弧焊逆变器《弧焊电源及其数字化控制(第2版)》课件

Ugu mUf 0, 即 U f U gu / m
式中，m是分压比，取定后为常数。取决于，一经给定后不变，则弧焊逆变器输 出电弧电压也不变，即只用电弧电压负反馈时可得到恒压外特性 。
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（2）恒流特性 只取电流负反馈时 即n≠0，m＝0时，根据式(6-1-2)得到：
U gu nIf 0
式中，n是分流比，取定之后为常数。一经确定，即不变，在理想的情况下 可得到恒流特性。若放大倍数取得太大，系统将易产生振荡，所以不能将其取得 太大，因而只能得到较为陡降的外特性。
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UK K3[K1(Ugu mUf ) K2 (Ugi nIf )]
K1、K2、K3是放大环节的放大倍数；是控制电压，一般只有零点几伏至几伏， 而放大倍数K3值是较大的，所以有：
K3[K1 (U gu mU f ) K2 (U gi nIf )] 0
(6-1-2)
（1）恒压特性 只取电弧电压负反馈时，即m≠0，n＝0，根据(6-1-2)式得到：
弧焊逆变器的特殊性：焊接的供电对象是特殊的电弧负载，特别是熔化极短 路过渡的电弧焊，逆变器要承受剧烈变动着的动负载，工作情况十分复杂 。
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6.1.1 弧焊逆变器的主要组成及其作用
主要组成：供电系统；电子功率系统；电子控制系统；给定与反馈电路； 焊接电弧等。弧焊逆变器的基本组成方框图 ：
图6-1 弧焊逆变器主要组成和基本原理方框图
根据弧焊逆变器的基本原理方框图（图6-1），就可以用方框图和方程式来描 绘弧焊逆变器闭环控制系统，如图6-2所示。
图6-2 弧焊逆变器闭环控制系统示意图
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该闭环控制系统的平衡关系建立如下：图中有电弧电压（Uf ）负反馈，输 出电压经电压采样环节(常用电位器分压)得到与其成正比的反馈量mU f 。还 有电弧电流（ If ）负反馈，输出电流经电流采样环节(常用分流器或霍尔元件) 得到与其成正比的反馈量n If 。mUf 和n If 又分别经过比较放大环节与电弧电 压给定量（ U gu ） 、电弧电流给定量（Ugi ）比较及放大，于是各自输出 K1(U gu —m Uf )和K2(Ugi —n If )。最后，经综合、放大得到控制电压（U k ）， 再输入控制驱动电路，以驱动电子功率系统(逆变器)运行。
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6.1.2 弧焊逆Байду номын сангаас器的基本原理
弧焊逆变器的基本原理可以概括如下：在供电系统中，单相（或三相）50Hz 或60Hz的交流网路电压单相220V（或三相380V），经输入整流器（UR1）整流 和 滤 波 器 （ LC1 ） 滤 波 之 后 ， 获 得 逆 变 主 电 路 所 需 的 平 滑 直 流 电 压 单 相 整 流 约 310V（或三相整流约为530V）。该直流电压在电子功率系统中经逆变主电路的 大功率开关电子器件(晶闸管、晶体管、场效应晶体管或IGBT)组Q的交替开关作 用，变成几千至二十千赫兹以上的高（中）频高压电，再经高(中)频变压器（T） 降至适合于焊接的几十伏低电压，并借助于电子控制系统的控制驱动电路和给定 与反馈电路(M、G、N等组成)，以及焊接回路的阻抗，获得弧焊工艺所需的外特 性和动特性。如果需要采用直流电进行焊接，还需经输出整流器UR2整流和经电 抗器L2、电容器C2的滤波，把高(中)频交流变换成为直流输出。
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由图可见，弧焊逆变器的主要组成及其作用下： 1. 逆变主电路 由供电系统，电子功率系统和焊接电弧组成 ： （1）供电系统 除了把工频交流电变成直流电对电子功率系统供电之外，还通 过整流滤波及稳压系统对电子控制系统提供所需的各组不同大小的直流稳压电。 （2）电子功率系统 在弧焊逆变器中它实质上是一次侧分频开关型功率系统， 即逆变主电路(或称逆变器)起着分频开关、变换电参数，这里指电压电流大小及波形 的变换，并按弧焊工艺要求向焊接电弧提供不同参数的大电流、低电压电能。 2. 电子控制系统 对电子功率系统(逆变主电路)提供足够大的、按电弧所需变 化规律的开关脉冲信号，驱动逆变主电路的工作。 3. 反馈与给定系统 它由检测电路(M)、给定电路（G）、比较和放大电路（N） 等组成。与电子控制系统一起，实现对弧焊逆变器的闭环控制，并使它获得所需的 外特性和动特性。
为了获得较好的传递电能的效果，一般是把直流变换成较高频率(几千至几万， 甚至二十万赫兹)的交流电，或称高(中)频交流电。把直流电逆变成交流电可以采 用硬开关，也可采用软开关进行切换。所谓硬开关是指在较高电压和较大电流状 态下进行“开”或“关”。软开关弧焊逆变器则是在零电压、零电流状态下进行 “开”与“关”。
第6章 弧焊逆变器
6.1 弧焊逆变器概述 6.2 晶闸管式弧焊逆变器 6.3 晶体管式弧焊逆变器 6.4 场效应晶体管式弧焊逆变器 6.5 IGBT式弧焊逆变器 6.6 软开关型弧焊逆变器 6.7 SiC功率器件与新一代SiC类弧焊逆变器
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弧焊逆变器的定义：直流（DC）－交流（AC）之间的变换称为逆变，实现 这种变换的装置就称为逆变器，为焊接电弧提供电能，并具有弧焊工艺所要求电 气性能的逆变器，被称为弧焊逆变器。
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弧焊逆变器的变流过程可以简单叙述为： 工频交流（AC）→ 直流（DC）→ 高、中频交流（AC）→ 降压 →交流 （AC）→ 并再次变成直流（DC）； 弧焊逆变器中可采用三种逆变体制 ： 1) AC—DC—AC 2) AC—DC—AC—DC 3) AC—DC—AC—DC—AC (矩形波交流)。 目前常采用较多的是第二种逆变体制，故在国外常把它称为弧焊整流器，或 逆变式弧焊整流器，或逆变式弧焊电源。 第三种逆变体制也有不少应用，主要用在铝及其合金MIG焊或埋弧焊接。由 于它最终输出的是矩形波交流电，因而，被称为逆变式矩形波交流弧焊电源或矩 形波交流弧焊逆变器。
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6.1.3 弧焊逆变器的输出电气特性
为了满足弧焊工艺的要求，弧焊逆变器输出电气特性(性能)，必须具有相应 的适应性。电气特性主要包括外特性、调节性能和动特性。
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6.1.3.1 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。