三电平数字逆变弧焊电源的研究

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1、第1辛绪论变压器公司的电弧焊机中，逆变焊机都超过了50％，美国的主要焊机生产厂家生产的逆变焊机已经超过了30％。其他工业发达国家逆变焊接电源的发展速度也很快。我国逆变式弧焊机的研究开发起步于20世纪70年代末期，于20世纪80年代开始发展。1982年，成都电焊机研究所开始了对晶闸管逆变式弧焊整流器的研究，于1983年研制出我国第一台商品化的ZX7．250逆变式弧焊电源，并通过了该项目的部级鉴定。随后，清华大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学和时代公司等单位相继推出了采用各种开关元件的逆变式焊机。现在，我国逆变弧焊电源己形成4代产品；第一代是以可控硅为主功率器件的逆变器；第二代是晶体管逆变器；

2、第三代是场效应管逆变器；第四代是IGBT逆变器，其功耗小、频率高，因此体积较以前大为减小，与前代逆变器相比，优势很明显。1．1．3逆变弧焊电源的发展趋势逆变弧焊电源借助电力电子器件的开关作用进行逆变整流，实现对电源的外特性和动特性的调节。随着用电成本的上升，提高效率、降低装置的运行成本成为需要考虑的重要问题。逆变式弧焊电源总的发展趋向是向着大容量、轻量化、高效率、模块化、数字化发展。为了适应当前的环保要求，早在2000年，就有人提出了绿色焊机的概念，降低主要器件的电压应力是实现这一目标的主要技术途径。当前，在日、欧等国和地区，20KHz左右的逆变弧焊电源技术已经成熟，产品的质量较高且产品己

3、系列化。逆变弧焊电源的发展趋势主要有Is．9J：(1)电力电子技术水平的提高促使逆变弧焊电源向着高频率、大容量、小型化的方向发展。提高逆变弧焊电源的工作频率可以提高控制精度、减小体积，高频化已经成为提高焊接质量的一个重要方法。(2)计算机技术的发展使数字化逆变弧焊电源成为未来发展趋势。随着大规模集成电路和数字信号处理器DSP技术的发展，逆变弧焊电源的控制逐渐由模拟控制转向数字控制。逆变弧焊电源实现数字化可带来以下好处【IuJ：a)数字控制易于采用先进的控制方法和智能控制策略：b)控制系统灵活，系统升级方便，大大缩短了设计周期；c)控制电路的元器件数量明显减少，提高了系统的抗干扰能力；d)控

4、制系统的可靠性提高，易于标准化。(3)软开关技术是逆变弧焊电源发展的重要方向。逆变弧焊电源的另一发展趋势是旨在降低开关器件的功耗、减少电磁干扰。开关管工作在硬开关时还会产生高的dv／dt和di／dt，从而引发电路中分布电感和寄生电容间的振荡，形成电磁干扰(ElectromagneticInterference，简称EMI)，影响设备的正常工作。软开关北京T业大学T学硕1：学位论文曼曼曼曼曼曼!曼曼曼量皇曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼!曼皇曼曼曼曼曼曼曼皇曼皇曼曼1曼曼鼍曼曼皇曼曼曼!曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼!曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼技术在逆变弧焊电源中的应用是逆变弧焊电源未来发展方向之一，新型的软

5、开关型逆变弧焊电源可以进一步把逆变频率提高到50kHz以上，并能可靠工作。用软开关技术代替传统的硬开关技术必将成为逆变电源的一个重要发展趋势【l¨。从国际焊接电源的趋势来看，焊接电源的高频化、数字化已经成为其必然的发展方向。从目前的研究现状来看，国外公司已经远远走在了前列，并且已经具有成熟的产品，也占领了一定的市场。近年来，Fronius、OTC等著名电焊机厂家已经把逆变频率提高到100KHz左右。焊机系统的信息化、网络化、智能化都是建立在数字化的基础之上，在数字逆变电源的研究方面，将逆变技术和微机技术结合应用到焊接领域是今后焊机发展的主要方向。国外在这方面的结合做的较好，美国、日本、德国

6、、瑞典等发达国家都已经有较为成熟的数字逆变焊机问世；国内虽然不少大学和厂家进行数字化焊机的研究，但发展还不完善，在短路过渡焊接和脉冲焊接领域，还没有成熟数字的产品问世，仍然处于实验室研究阶段，与国外相比存在着一定的差距。因此我们有必要在这方面多做一些工作，缩小我国与那些发达国家在这方面的差距。1．2多电平逆变器拓扑的优点和研究现状电力电子技术自二十世纪50年代诞生以来，经过近半个世纪的飞速发展，至今已被广泛应用于需要电能变换的各个领域。在低压小功率的用电领域，电力电子技术的各个方面己渐趋成熟，将来的研究目标是高功率密度、高效率、高性能；而在高压大功率输配电领域，各个方面的技术正成为当今电力

7、电子技术的研究重点【12-131。多电平逆变器适用于高压、大功率电力电子装置和设备中，具有小的输出波形THD、低的器件电压应力和低的系统EMI等优点，因而受到研究者们的青睐，是当前研究的热点。1980年，日本的AkiraNabae等人在IEEE工业应用年会(IAS)上提出了中点箝位(NeutralPointClamped，NPC)逆变器的概念。该逆变器中，主功率管关断时仅仅承受直流母线电压的一半，所以特别适合高压大功率应