co2逆变焊机主电路设计

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1、CO2逆变焊机主电路设计2010年第2期（总第135期）徐宏彤，晏丽琴，岳桂杰，谷莉（兰州城市学院，甘肃兰州730070） 　　【摘　要】　CO2焊两个突出的缺陷:金属飞溅大，焊缝成形差。通过对飞溅成因的分析，解决上述问题的途径一般有两个，一个是通过焊接材料来改进电弧形态和熔滴过渡形式，另一个由焊接设备和电源方面入手，利用逆变式焊接电源的优势，结合现代电子技术和计算机技术的成果，对电弧及熔滴过渡加以控制，从而减小飞溅。本文通过对一台IGBT全桥逆变CO2焊接电源主电路的设计，全面介绍了逆变焊接电源的主电路的设计、计算及元件选择应注意的问题。　　【关键词

2、】　逆变；CO2焊机；主电路设计 1　工作原理　　逆变焊接电源的结构可分为两部分，从电网将电能传递给负载的电路称为主电路，其余部分称为控制电路。主电路包括三大部分，即输入整流滤波、逆变器、输出整流滤波。主电路的核心是逆变器。逆变器主要由功率电子开关和中频变压器组成。　　IGBT（绝缘栅双极晶体管）是近年来发展的新一代电力电子器件，它是MOSFET管和GTR管集成在一块芯片上的复合器件，结合了两种管子的优点，具有容量大、开关频率高等优点，已经逐步成为大、中容量逆变器的功率电子开关管的主流。具有开关频率高、输出功率大、无二次击穿现象等特点，广泛地应用于各种

3、开关电源、变频器和逆变装置。图 IGBT全桥逆变主回路电气原理图　　上图为IGBT全桥逆变主回路电气原理图。主电路可分为三部分：　　第一部分，输入整流滤波电路。二极管D1-D6组成输入，C1为高频滤波电容；隔离电网与逆变电路之间的谐波干扰；电阻R2、R3和电容器组C2、C3组成滤波电路；R1为限流电阻，限制起动时的合闸浪涌电流；继电器K控制限流电阻切换，启动后闭合，把R1从主电路去除；电阻R10、R11、稳压管D9与电容C11组成延时电路，控制R1切换时间。　　第二部分，逆变器。VT1-VT4为功率开关IGBT，与中频变压器TF1组成逆变器；电阻R4-

4、R7与二极管D10-D13共同组成VT1-VT4RCD吸收回路，减小IGBT开关过程电流、电压冲击。　　第三部分，输出整流滤波电路。快速整流二极管模块D7、D8和直流电抗器L1组成单相全波整流滤波输出电路；R9、C9与R10、C10组成D7、D8的吸收回路。 2　IGBT的选择　　IGBT的作用是通过它的周期性开和关作用，把直流电压变换成方波电压，它是逆变弧焊电源中的关键核心元件。由于它比较脆弱，对它的设计、选择直接关系到整个焊机的安全、可靠。所以，选择的参数必须在其正向偏置安全区（FBSOA）。　　（１）额定电压Ucep　　输入电网电压整流滤波后，直

5、流输出电压最大值3　　Ud=U×1.1×a=×380×1.1×1.1=650V　　式中Ud为IGBT承受的稳态最大电压；U为电网电压有效值380V；a为安全系数，取1.1。　　关断时的峰值电压Uceps=（Ud×1.15+150）×a=（650×1.15+150）×1.1=987.25V　　式中Uceps为IGBT关断时的峰值电压；a为安全系数，取1.1；　　额定电压Ucep向上靠，实际电压等级值取1200V。　　（２）额定电流Ic　　中频变压器一次侧电流　　I1=I2×N2/N1=400A×2.5÷20=50A　　式中I1为中频变压器一次侧电流，按5

6、0A计算；I2为中频变压器二次侧电流，即焊机输出电流400A；N1，N2,为中频变压器一、二次侧匝数。　　每只IGBT管上平均电流I=I1×0.5=50×0.5=25A　　额定电流Ic是IGBT手册给出的在结温25℃条件下的额定值。Ics=I×1.5×1.4=74.24A　　式中Ics为IGBT额定电流计算值；I为每只IGBT管上平均电流；为峰值系数；　　额定电流Ic根据管子电流等级按150A取。　　综上所述，所选IGBT管额定电压1200V，额定电流150A。 3　输入电路设计　　（１）整流二极管的选取　　晶闸管制造厂家给出的电流值是指正弦半波电流平

7、均值。但是，流过整流管的电流波形不一定是正弦半波，因此，应根据电流有效值选择才合理。设厂家给出的额定电流值为IN。相应的正弦半波有效值Ib为Ib=1.57IN　　式中Ib为电流有效值；IN为额定电流值。　　另一方面，三相桥式整流电路中每个整流管导通1/3周期，由于电流脉动较小，可以近似平均值Id。因此，一个周期内管子电流发热量Q为:Q=Id2×RT/3　　式中Q为电流通过二极管的发热量；Id为输入电流平均值，即中频变压器一次电流I1；R为负载电阻；T为周期。　　那么，管子电流有效值Ib在一周内的发热量也是Q。所以Ib2×RT=Id2×RT/3。因而Ib

8、≈0.58Id58Id=1.57IN　　由IGBT额定电流的计算可知，中频变压器一次电流I1=