弧焊逆变器新.pptx
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1、概念概念l变流方式l逆变 l逆变与整流相对应,直直流电变成交流电。流电变成交流电。l有源逆变:交流侧接电网,为有源逆变有源逆变l无源逆变:交流侧接负载,为无源逆变无源逆变l逆变电源l以电力电子器和中频变压器组成的逆变功率转换电路为变流方式的电源,称为逆变电源整流(AC-DC)逆变(DC-AC)(DC-DC)交交变频(AC-AC)第1页/共54页弧焊逆变器弧焊逆变器l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。第2页/共54页概念概念l逆变焊接电源的结构第3页/共54页概
2、念概念l弧焊整流电源的结构第4页/共54页逆变焊接电源的特点逆变焊接电源的特点l逆变焊接电源一出现,就被称为“明天的电源”l特点l1.体积小、重量轻、节材l逆变电源工作频率为2000150000Hzl逆变开关频率越大频率越大,中频变压器的体积越小体积越小,重量越轻重量越轻l逆变电源有利于在有限空间有限空间或须经常移动场合应用重量:7.5Kg电流:40200A第5页/共54页1.2逆变焊接电源的特点逆变焊接电源的特点l2.高效节能l铜损铜损、铁损减小l开关控制比模拟控制功率损耗小l同样输出功率时,控制功率小、逆变器转换时励磁电流很小第6页/共54页 逆变焊接电源的特点逆变焊接电源的特点l3.适应
3、性强l动态响应很高动态响应很高,能够进行高速控制l传统电源,工作频率受电网制约,均为50Hz或100Hzl即使晶闸管整流焊机,控制周期也只有3.3msl逆变电源的工作频率可以提高到100Khz,时间为10usl资料证明资料证明 MAG焊电源,飞溅降低50%l逆变电源一次引弧成功率达90%以上第7页/共54页弧焊逆变器的优点弧焊逆变器的优点-分析分析l弧焊逆变器的主要特点之一是中频变压器的工工作频率高作频率高,由此就带来一系列好处。按正弦波分析时有以下关系:所以:fNS,铁心和铜线等材料,铁心和铜线等材料,电能损耗,电能损耗整个焊机重量整个焊机重量体积体积大功率管组工作在开关状态,也必然使功耗降
4、价。大功率管组工作在开关状态,也必然使功耗降价。逆变电路中都有起储能作用的电容器逆变电路中都有起储能作用的电容器无功损耗无功损耗,功率因数,功率因数频率高使输出端的滤波电感频率高使输出端的滤波电感动特性动特性第8页/共54页逆变电源的发展概况逆变电源的发展概况l1.国外现状l起步阶段l1972年年研制美国海运科研开发部门开发出第一台300A晶闸管逆变弧焊电源l1975年年Powcon公司推出了一台多用途晶闸管逆变弧焊样机l发展阶段l瑞典ESAB、日本大阪变压器l80年代年代商品化以来,得到迅速发展l成熟阶段l90年代后期,可靠性和各种性能大大提高,进入成熟推广期l逆变电源采用功率开关器件l快速
5、晶闸管(FSCR)、电力晶体管(GTR)、场效应管(MOSET)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)第9页/共54页 逆变电源的发展概况逆变电源的发展概况l2.国内现状l早期:l1982年年华南理工研制出一台ZX7-50型场效应管手弧焊电源样机l1983年年成都电焊机研究所推出一台ZX7-250晶闸管逆变弧焊样机l清华大学、北京航空航天大学等l现在国内知名公司l北京时代l唐山松下l凯尔达l深圳瑞凌电器等第10页/共54页第第6章章 弧焊逆变器弧焊逆变器6.1弧焊逆变器的主要组成及其作用弧焊逆变器的主要组成及其作用 6.2 弧焊逆变器的基本原理弧焊逆变器的基本原理6.3 弧焊逆变器的输出电气特性弧焊
6、逆变器的输出电气特性6.4 弧焊逆变器主电路基本形式弧焊逆变器主电路基本形式6.6 弧焊逆变器的特点、分类和应用弧焊逆变器的特点、分类和应用 第11页/共54页6.弧焊逆变器概述弧焊逆变器概述l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。第12页/共54页电力电子器件电力电子器件(Power Electronic DevicePower Electronic Device)可直接用于主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件。主电路主电路(Main Power CircuitMain Power Circui
7、t)电气设备或电力系统中,直接承担电能的变换或控制任务的电路。概念:第13页/共54页6.1 弧焊逆变器的主要组成及其作用弧焊逆变器的主要组成及其作用 l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;l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 第14页/共54页6.1 弧焊逆变器的主要组成及其作用弧焊逆变器的主要组成及其作用l逆变器主电路逆变器主电路 由供电系统,电子功率系统和焊接电弧组成;l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;l反馈与给定系统 它由检测电路
8、(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。第15页/共54页6.2 弧焊逆变器的基本原理弧焊逆变器的基本原理 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(URl)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520V)。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大功率开关电子器件(晶闸管、晶体管、场效应管或晶闸管、晶体管、场效应管或IGBT)组Q的交替开关作用,变成几千至二十万
9、赫兹的中频高压电,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U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。第16页/共54页6.2 弧焊逆变器的基本原理弧焊逆变器的基本原理l弧焊逆变器的变流过程可以简单叙述为:弧焊逆变器的变流过程可以简单叙述为:l 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);l弧焊逆变器中可采用三种逆变体制弧焊逆变器中可采
10、用三种逆变体制:l 1)ACDCACl 2)ACDCACDCl 3)ACDCACDCAC(矩形波交流)。第17页/共54页6.3 弧焊逆变器的输出电气特性弧焊逆变器的输出电气特性l 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。第18页/共54页6.3.1 弧焊逆变器的外特性弧焊逆变器的外特性 l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)进行闭环控制闭环控制,来获得不同外特性曲线形状的。l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
11、。图6-2 弧焊逆变器闭环控制系统示意图 第19页/共54页6.1.3.1 弧焊逆变器的外特性弧焊逆变器的外特性l 该闭环控制系统的平衡关系建立如下:图中有电弧电压()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m 。还有电弧电流()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 。m 和n 又分别经过比较放大环节与电弧电压给定量()、电弧电流给定量()比较及放大,于是各自输出K1(m )和K2(n )。最后,经综合、放大得到控制电压(),再输入控制驱动电路,以驱动电子功率系统(逆变器)运行。第20页/共54页6.1.3.1 弧焊逆变器
12、的外特性弧焊逆变器的外特性l恒压、恒流及缓降特性的获得:恒压、恒流及缓降特性的获得:l 1恒压特性 l 2恒流特性 l 3缓降特性l 4恒流加外拖特性图6-3 弧焊逆变器的外特性1恒压特性 2恒流特性 3缓降特性 4恒流加外拖特性第21页/共54页6.1.3.1 弧焊逆变器的外特性弧焊逆变器的外特性lUkK3K1(Ugu-mUf)+K2(Ugi-nIf)知:Uk 只有零点几伏至几伏lK1(Ugu-mUf)+K2(Ugi-nIf)0第22页/共54页根据闭环控制原理分析弧焊电源根据闭环控制原理分析弧焊电源外特性形状:外特性形状:l恒压特性恒压特性:只取电弧电压负反馈时mUf0 nIf0 UfUg
13、u/mm:分压比 取定后是常数 Uf取决于Ugu,Ugu 是定值,则Uf是定值只用电弧电压反馈 恒压外特性,分析:UkK(UgumUf)Uf Ugu不变 Uk 控制脉冲往减小输出电压方向变第23页/共54页根据闭环控制原理分析弧焊电源根据闭环控制原理分析弧焊电源外特性形状:外特性形状:l恒流特性恒流特性:只取电流负反馈时mUf 0 nIf 0 IfUgi/nn:分流比 取定后是常数 Uf取决于Ugi,Ugi 是定值,则If是定值只用电流反馈 恒流外特性,分析:UkK(UginIf)If ,Ugi不变 Uk 控制脉冲往减小输出电流方向变第24页/共54页根据闭环控制原理分析弧焊电源根据闭环控制原
14、理分析弧焊电源外特性形状:外特性形状:l缓降特性缓降特性:电弧电压负反馈和电流负反馈同时采用mUf 0 nIf 0K1mUfK2nIfC Uf K2n If K1mee第25页/共54页根据闭环控制原理分析弧焊电源根据闭环控制原理分析弧焊电源外特性形状外特性形状恒流加外拖特性恒流加外拖特性l当电压大于一定值,取电流负反馈当电压大于一定值,取电流负反馈l当电压小于此值,同时采用电流负反当电压小于此值,同时采用电流负反馈和电压负反馈,可获得恒流加外拖馈和电压负反馈,可获得恒流加外拖特性特性第26页/共54页6.3.2 弧焊逆变器的调节性能弧焊逆变器的调节性能 由弧焊逆变器外特性曲线形成原理可知,l
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