ZX7焊机原理与维修

ZX7系列逆变式直流弧焊机原理、功能及使用方法

5．1 逆变器及逆变式弧焊电源

将直流电转换成交流电的装置称为逆变器。

逆变式弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型的焊接电源。这种电源一般是将三相工频(50Hz)交流网路电压，先经输入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)的交替开关作用，将整流后的直流逆变成几kHz～几十kHz的中频交流电压，并经变压器降至适合于焊接的几十伏电压，然后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)一直流(经逆变)一中频交流(降压、整流、滤波)一直流。如果用符号表示，即为：AC—DC—AC—DC。

为什么要采用上述这种方式呢?这是因为如果直接用逆变降压后的交流电进行焊接，由于其频率高，则感抗大，导致焊接回路中有功功率大大降低。因此，还需再次进行整流。

图5-1为几种具有代表性电子类直流弧焊设备方框图。

表5-1为几种典型直流弧焊设备的性能比较。

5．2 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。这是因为变压器，无论是一次绕组还是二次绕组，其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁心截面积S及绕组的匝数N 有如下关系：

E=4.44fBSN

而绕组的端电压U近似等于E，即

U≈E=4.44fBSN

当U、B确定后，若提高f，则S减小，N减少，因此，变压器的质量和体积就可以大大减少。这样，就能使整机的质量和体积显著减小。不仅如此，还因为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。

体积小、质量轻，节省材料，移动、携带方便。

高效节能，效率可达80％-90％，比传统焊机节电1／3以上。

动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。

焊接参数自动调节控制方便，很适合作为自动焊接电源。

可一机多用。

5．3 ZX7系列晶闸管逆变弧焊整流器工作原理

5．3．1 主电路原理

由电路原理图5—2、图5—3、图5—4、图5—5可见，三相交流电经自动保护开关QK1后至整流桥VC1整流为脉动直流(R001吸收浪涌电压，限制充电电流)，再经C004～C007仰滤波成为平滑的直流电压，经逆变振荡器(由C008～C011，TV007，TV008，Tc2，L3、L4组成)逆变为中频高压，由主变压器Tc2降压整流后通过滤波(VD009、VD010，L1，L2，C017～C020

变为适合于焊接的低压大电流。其中PCB1为过压保护板，PCB3为阻容保护板，PCB2为主控板，L3和L4起限制晶闸管导通时电流上升率即限制di／dt的作用。控制电路通过控制主电路逆变器中VT3、VT4的开通频率来控制逆变振荡频率，经二次侧整流输出可调的焊接电流。

5．3．2 外特性控制

借助电子电路和电弧电压、电流反馈信号的配合，并通过自动运算调节电路去控制大功率电子元件VT007、VT008的开通频率，使焊机的输出特性可进行任意的控制，以满足各种弧焊工艺方法的需要。ZX7系列焊机为恒流带外拖特性，并具有限制最大电流和最高空载电压的功能。动特性采用对给定信号与反馈电流信号的差值进行PI调节运算后，转换为调频脉冲，对输出电流的变化自动调节。

5．3．3 控制电路(主控板PCB2)工作原理

主控板PCB2如图5—3所示，控制电路可由各部分功能分块来分析，整个控制部分可分为以下几部分．a．控制电源+15V

DC；b．给定和气阀控制；c．反馈电路；d．PI调节；e．压频转换；f．限流保护、限压保护；g．触发脉冲产生、间隔时间设定；h．触发选通、脉冲形成以及微分驱动；i．逻辑和同步电路等。a由N13、N14及外围相关元件组成．b由VT80、VT81、N12、V77等组成；c由N10及相关元件组成；d由N8和外围元件组成；e由N7、N6、V74等构成；f由N4、VD6、N9、VD36等组成；g由单稳态电路N

及相关阻容元件构成；h由N2、N3、V68、V69和相关元件VD11、R5、R7、C7、C9、C10、R10、C11、R13等组成；i由N5、V70、V71、V72、V73、C17、VS64、VS66、VLE15及其他元件组成。

给定信号与经分流器放大后的电流信号经运算放大器求差后，进行比例积分放大，再经压频转换器成为频率可控的脉冲，经N6、V75整形后送入N1组成的脉冲产生电路与电压限制信号、过流保护，选通锁定信号相与后在C3上得到脉冲信号输入单稳产生触发脉冲，和选通信号在N，组成的脉冲形成电路中相与后形成触发脉冲，经微分后驱动脉冲变压器去触发主电路晶闸管VT007、VT008，从而控制振荡频率。

同步电路的实现和保护功能。同步电路主要是通过N2组成的同步切换和选通电路来实现的。因主电路是串联逆变电路，VT007、VT008必须交替开关，且必须在1只晶闸管关断后一段时间才允许触发另1只，所以要检测主晶闸管是否可靠关断，并为控制电路提供1组关断信号。电路上是由光电耦合器N5组成的反压信号检测电路构成的，逻辑判断电路在第1个触发脉冲输出后锁定脉冲产生和选通电路，等待与其相对应的主晶闸管的关断脉冲信号，当主晶闸管关断后，关断信号经N5输入给同步逻辑电路经N2的2R端(为高电

平)，解开锁定，同时选通切换至另1只主晶闸管，当压频转换电路的数字脉冲输入单稳时，产生另1只主晶闸管的触发脉冲，并经间隔时间设定电路产生锁定脉冲，锁定切换与选通电路，并等待主晶闸管的触发脉冲，当晶闸管关断后，经过逻辑电路解锁后切换至上次的状态。这样通过轮流切换触发脉冲保证了主晶闸管VT007、VT008不会同时导通，并且通过同步电路保证了主电路的振荡为自然换流振荡。

5．3．4 主电路工作原理(参照图5—5)

当VT007导通时有流过主变压器正向电流顺序：电容C008、C009放电经L3、VT007、Tc2一次绕组、C008、C009负极；当VT007关断，VT008导通时，则有充电电流流过Tc2，一次绕组，电流方向与上相反，顺序为电容C008、C009从正到负、Tc2一次绕组、VT008、L4、电源负极，构成充电回路的电流回路，如图5—5所示。

VT007、VT00B各导通1次，即将输入的直流变换为正、负半波的交流，实现了DC逆变AC。

PCB2各点波形如图5-6所示。维修时可用示波器观察其波形或用万用表测量其电压值以分析故障原因。