第六单元 弧焊逆变器

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1、第六单元弧焊逆变器v学习目标：（1）孰悉弧焊逆变器的基本组成、基本原理，逆变主电路及控制电路，外特性及调节特性的获得方法，弧焊逆变器的特点、分类及应用；（2）掌握各种常用弧焊逆变器主要组成、基本原理、输出电气特性，特别是要重点掌握晶闸管式、晶体管式、场效应管式及IGBT式等弧焊逆变器的特点及典型产品和应用；（3）了解软开关弧焊逆变器的有关问题。综合知识模块一弧焊逆变器的基本知识v直流-交流之间的变换称为逆变，实现这种变换的装置称为逆变器。为焊接电弧提供电能，并具有弧焊方法所要求性能的逆变器，即为弧焊逆变器。v自70年代初以来，随着大功率电子元件和集成电路技术的发展，使先进的中频逆

2、变技术迅速推广、应用。它从应用于中频加热、稳压电源、电化学加工，发展到被应用于电弧焊接、电阻焊接和电子束焊接等。第一台晶闸管式弧焊逆变器于1978年问世，1981年又出现了晶体管式弧焊逆变器，1982年我国学者研制成功了场效应管式弧焊逆变器。1989年在埃森世界焊接与切割博览会上又展出了IGBT式弧焊逆变器。由于这种弧焊电源具有高效节能等突出优点，可应用于各种弧焊方法，因此，弧焊逆变器是一种很有发展前途的新型弧焊电源。能力知识点1弧焊逆变器的组成及作用v弧焊逆变器的基本组成框图如图6-1所示。图6-1弧焊逆变器的基本组成框图v1．主电路主电路由供电系统、电子功率系统和焊接电弧等组

3、成。v(1)供电系统把工频交流电经整流器UR变换为直流电供给电子功率系统（逆变器）。此外，还通过变压、整流、滤波及稳压系统对电子控制系统提供所需的各组不同大小的直流稳压电源。v（2）电子功率系统是弧焊逆变器的逆变器主电路，起着开关、变换电参数（电压、电流及波形）的作用，并以低电压大电流向焊接电弧提供所需的电气性能和工艺参数。这里必须指出，一个电子功率系统，其本身并不能焊接，必须与电子控制系统结合起来才能焊接。也就是说，只有两者的结合才能对焊接电弧提供所需的电气性能和焊接工艺参数。v2．电子控制系统对电子功率系统提供足够大的、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。

4、确切地说，它用于产生焊接电弧所需的外特性和动特性，其主要组成是静态单元和动态单元。电子控制系统往往包括驱动电路。v3．反馈给定系统由检测电路P、给定电路G、比较放大电路N等组成。检测电路P主要用于提取电弧电压和电流的反馈信号；给定电路G用于提供给定信号，决定对电弧提供焊接工艺参数的大小；比较放大电路N用于把反馈信号与给定信号比较后进行放大，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。能力知识点2弧焊逆变器的基本工作原理弧焊逆变器的基本工作原理，如图6-2所示图6-2弧焊逆变器基本原理框图在供电系统中，单相或三相交流电网电压，经UR1整流和L1C

5、1滤波后获得UI所需的平滑直流电压。该直流电压在电子功率系统中经逆变器的大功率开关器件（晶闸管、晶体管、场效应晶体管或IGBT）组Q的交替开关作用，变成几千至几万赫兹的高压中频电，再经中频变压器降至适合于焊接的低压中频电，并借助于电子控制系统的控制驱动电路和给定反馈电路（P、G、N等组成）及焊接回路的阻抗，获得焊接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UR2整流和L2C2的滤波，把中频交流电变成稳定的直流输出v弧焊逆变器主电路的基本工作原理，可以归纳为：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），必要时再把

6、直流变成矩形波交流（AC）。v因而在弧焊逆变器中可采用三种逆变体制：AC－DC－ACAC－DC－AC－DCAC－DC－AC－DC－AC（矩形波）目前常采用的是第二种逆变体制，在国外常把它称为弧焊整流器、逆变式弧焊整流器或逆变式弧焊电源。第三种逆变体制也有不少应用，主要用在铝合金的焊接，由于它最终输出的是矩形波交流电，故被称为逆变式矩形波交流弧焊电源或矩形波交流弧焊逆变器能力知识点3弧焊逆变器的外特性及焊接工艺参数调节v1．弧焊逆变器的外特性v根据各种弧焊工艺方法的要求，通过电子控制电路和电弧电压反馈、电弧电流反馈，弧焊逆变器可以获得各种形状的外特性，如图6-3所示。图6-3a、b

7、所示的外特性用于焊条电弧焊；图6-3c所示的外特性用于TIG焊；图6-3d所示的外特性用于MIG/MAG焊。图6-3弧焊逆变器常用的几种外特性v2．弧焊逆变器的焊接工艺参数调节v弧焊逆变器的焊接工艺参数调节方法大致有三种：v（1）定脉宽调频率脉冲电压宽度不变，通过改变逆变器的开关频率来调节参数大小。开关频率越高，输出电压就越大。通常晶闸管式弧焊逆变器就是采用这种调节焊接工艺参数方法的。v（2）定频率调脉宽脉冲电流频率不变，通过改变逆变器开关脉冲的脉宽比来调节焊接工艺参数。脉宽比越