直流逆变式氩弧焊机的电源设计

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1、直流逆变式氩弧焊机的电源设计第42卷第1期2005年1月耍珏嚣Z鲫Vo1.42No.1January2∞5直流逆变式氩弧焊机的电源设计赵红强,胡登高,李庆,郭蓬松(解放军理工大学工程兵工程学院,江苏南京210007)摘要:概述了直流逆变式氩弧焊机的电源设计,介绍了其中频变压器的设计计算.关键词:中频变压器;氩弧焊机;电源;设计中图分类号:TM4O2文献标识码:B文章编号:1001—8425(2005)01—0016—051引言目前,国内外研究和生产的逆变式氩弧焊机大多采用晶闸管和电子三极管作为开关元件,但这

2、些元件的采用都存在一些缺陷.性能优越的绝缘栅双级晶体管(以下简称IGBT)和场效应晶体管作为逆变电源的开关元件是目前国内外研究和应用的主要方向,所以笔者采用IGBT管作为氩弧焊机的主电源开关元件,对氩弧焊机主电源进行设计,使设备更轻便,从而大大提高装备日常修理,特别是战伤修理的效率和战时保障能力.2逆变式氩弧焊电源基本组成及原理2.1逆变式氩弧焊电源基本组成及原理逆变式氩弧焊机电源的基本原理框图如图1所示.由图1可知,逆变式氩弧焊机电源是从电网吸取电能后,先整流(AC—DC),再通过大功率电子开关将直流变成

3、中频交流(DC—AC),然后经中频变压器降压隔离,再整流滤波输出(AC—DC).它与一般整流式氩弧焊机电源电路不同.图2所示为一般整流式氩弧焊机电源的基本原理图.二者比较,主要区别在于一般氩弧焊整流器是从电网吸取电能后,先输人大功率输出整流器滤波开关管中频AC整流器滤波焊接功图1逆变式氩弧焊机电源原理框图Fig.1erinciplediagramofpowersourceofDCinverterargonarcweldingmachine电压转换及隔离整流及控制滤波图2整流式氩弧焊电源基本组成原理框图Fig

4、.2Principlediagramofpowersourceofrectificationargonarcweldingmachine用变压器降压,再整流滤波后输出,而逆变式氩弧焊机电源是从电网吸取电能后,经AC—DC—AC—DC的过程.也就是说,逆变式氩弧焊机电源电路中最大的特点是有一个逆变环节.2.2主要元器件及其作用2,2,1输入整流器用于对电网三相工频交流电进行整流,使三相交流电变为脉动直流电.可用整流模块(组件),也可用单个的硅二极管组成桥式整流器.2,2,2输入滤波器用电解电容器对三相脉动直流

5、进行滤波,使输出电压波形近似平直.2,2-3开关管开关管周期性开与关,通过或切断电流通路将工频提高到5kHz以上其过程通常是由一组开关管的协调动作来完成的.用作这种电力电子功率开关管的可以是晶闸管,晶体管,场效应晶体管,绝缘栅双级晶体管或智能型的绝缘栅双极晶体管.2.2,4中频(或高频)变压器将高压中频电压降至负载所需的电压,并将第1期赵红强,胡登高,李庆,郭蓬松:直流逆变式氩弧焊机的电源设计17焊接回路与输入回路隔离.2.2.5输出整流器将中频变压器输出的交流电桥式整流成为脉动直流电.2.2,6输出滤波器

6、对脉动直流电进行滤波,使输出电压波形平直.一般采用电抗器L及电容滤波.电抗器除滤波外还有调整回路动态特性的作用.3基本电路参数选择3.1逆变式氩弧焊机输入整流滤波电路参数选择输入整流滤波电路的设计过程,是在选定了整流电路之后,选择合适的整流二极管及滤波电容cd,以获得符合要求的输入直流电压.,输入直流电流,fI及足够小的纹波电压.在此采用三相桥式整流器,使其输出电压具有较低的波纹和较高的输出功率.在此结合实际需要,我们选择的元件明细表如表1所示.表1元件明细表Table1Listofcomponents序号

7、代号型号规格数量备注lVDl-VD62CZ30~0A/30V～1000V6桥式整流2CzJX101.~F一1000Vl3.2功率开关管的选择根据各种功率开关的性能及优缺点,结合氩弧焊机技术参数的实际需要并遵照合理,有效,经济简便的原则,我们在此选择IGBT管作为逆变式氩弧焊机的功率开关管.根据计算并查阅有关手册,确定选用日本TOSHIBA的MG50Q2YS50型78A/1200VIGBT管.3.3逆变主电路元件选择采用IGBT作为功率开关器件,其逆变主电路可以是单端,推挽,半桥或全桥电路.其中单端电路简单,

8、没有直通问题,可靠性较高,但是输出功率低,只适用于小功率电源.而全桥式电路输出功率大,但容易产生偏磁,直通,可靠性较低,必须采取可靠性保护措施.根据需要并综合各种因素,焊机采用IGBT全桥式氩弧焊逆变器主电路.其主电路元件的参数选择如表2所示.4中频变压器设计中频变压器是逆变式氩弧焊机的重要器件.在变压器传递功率一定的条件下,由公式U=4.44f.N?.s?B可知,匝数J7v和铁心截面积.s(单位:m)的乘积NS