实验三逆变弧焊器的认识实验1

实验三逆变弧焊器的认识实验

姓名：学号：专业班级：材料课程名称：弧焊电源及数字化控制实验日期：2012、3、27

1.概述

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。

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。迄今为止，相继出现了晶闸管式弧焊逆变器，晶体管式弧焊逆变器，场效应管式弧焊逆变器，IGBT（绝缘栅双极性晶体管）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。

2.实验目的

（1）了解逆变弧焊器的结构及其主要部件的功能

（2）熟悉逆变弧焊器的工作原理和工作过程。

3.实验装置及材料

（1）逆变弧焊机1台

（2）拆卸工具（扳手、螺丝刀、万用表等）1套

4.实验原理

弧焊逆变器是电子控制的弧焊电源中的一种新类型。因此它的组成、基本原理与通常的电子控制弧焊电源相比在本质上是基本相同的，一般都采用闭环反馈系统控制它的电即控

制它的外特性和动特性。

弧焊逆变器的基本组成框图如图所示。它的主要组成及其场效应管弧焊逆变器与晶闸管弧焊逆变器有什么异同点？

逆变弧焊电源基本组成

主电路：由供电系统、电子功率系统和焊接电弧等组成。

a 供电系统

把工频交流电经整流器变换为直流电供给电子功率开关系统（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种直流电压。

b 电子开关系统

是弧焊逆变器的逆变器主电路，起着变换电参数（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要的电气性能和焊接参数。

（1）电子控制系统

对电子功率开关系统提供足够大的、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。确切地说，它用于产生焊接电弧所需的静（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。

（2）反馈给定系统

由检测电路、给定电路、比较放大电路等组成。检测电路主要作用是提取电弧电压和电流的反馈信号；给定电路用于提供给定信号，决定对电弧提供焊接工艺参数的电流大小；与电子控制系统一起，实现对弧焊逆变器的闭环控制，并使它获得所需外特性和动

特性。

2、弧焊逆变器的基本工作原理

在供电系统中，单相或三相交流电网电压，经输入整流器整流和滤波器滤波后获得逆变器所需的平滑的直流电压。该直流电压在电子功率开关系统中经逆变器的大功率开关器件（晶闸管、晶体管、场效应管或IGBT）组成的交替开关作用，变成几千至几万赫的中高频

电流，再经过中高频变压器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电路和给定反馈电路及焊接回路的阻抗，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，还需经输出整流器整流和滤波，把中高频交流电变成直流输出。

弧焊逆变器主电路的基本工作原理可以归纳为：

工频交流——直流——逆变为中高频交流——降压——二次整流——直流输出。

如果需要采用直流电进行焊接，还需要经输出整流器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。工作原理如下图所示。

3.逆变式弧焊电源的逆变形式：

（1）AC—DC—AC

输出的交流电频率为逆变器的逆变频率，远远高于工频。传输损耗大，传输距离受限，很少采用。

（2）AC—DC—AC—DC

这种逆变形式最终输出的是直流电，是目前大多数逆变式直流弧焊电源所采用的形式。

（3）AC—DC—AC—DC—AC

这种形式有两次逆变，最终输出的是方波交流电。方波交流电的频率可以选择的较低，一般用于铝、镁及其合金材料的焊接。目前交流逆变式弧焊电源、变极性逆变式弧焊电源往往采用此种形式。

4.主电路基本形式：

逆变电路根据其拓扑结构的不同，一般可分为推挽式、单端正激、单端反激、半桥式、全桥式等，根据电子开关元件的工作状态，又可以分为软开关式，硬开关式等。

弧焊逆变电源一般输出功率较大，可靠性要求较高，目前市场上较常用的主要有单端正激式、半桥式和全桥式，且多为硬开关电源。下面就这几种电路结构做简要介绍。

1)单端通向开关电路为了限制晶体管Trs集射极的电压尖峰，该电路设有带去磁绕

组的二极管D1钳位电路，使Trs的集射极间的电压Uee不超过2U(直流电源电压)。这种电路不存在正负半波晶体管同时导通的问题，可用于焊接电流较小的场合。见图

3.1-16a。

2)双端通向开关电路由两个单端通向开关电路组成，输出功率提高一倍，有利于减

小输出电抗器的体积和改善输出波纹。它可用于需要较大焊接电流的场合，见图

3.1-16b。

3)串联半桥式电路晶体管集射极间电压为电源电压U，抗不平衡能力强。适合用于

中等焊接电流的场合，见图3.1一16c。

4)串联全桥式电路晶体管集射极间电压为电源电压U，抗不平衡的能力较弱，它适

合用于需要大焊接电流的场合。见图3.1-16d。

5)并联(推挽)式电路晶体管集射极间承受2U的电压，控制电路较简单，见图3.1-16e

5.弧焊逆变器的工艺参数调节方法

1)定脉宽调频率脉冲电流宽度不变，通过改变逆变器的开关频率来调节工艺参数。

频率愈高，工作电流就愈大。通常，晶闸管类弧焊逆变器就采用这种调节工艺参数的方法。

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(占空比)来

调节工艺参数，脉宽比愈大，则工作电流也愈大。晶体管类弧焊逆变器都适于采用这种工艺参数调节方法。

3)混合调节调频率和调脉宽相结合。

弧焊逆变器可用于手工电弧焊、各种气体保护焊(包括脉冲弧焊、半自动焊);等离子弧焊、埋弧焊，药芯焊丝电弧焊等多种弧焊方法;还可用作机器人弧焊电源。由于焊接飞溅少，因而有利于提高机器人焊接的生产率。它具有更新换代的意义，应用愈来愈广泛。

5.实验方法及步骤

1.仔细拆卸弧焊逆变器，了解其内部构造

2.用万用表测其内部电路输出电压

3.用万用表测其额定电流

6.实验数据整理及结果分析

1.逆变电路性能比较

2.电子功率开关参数比较

其中：SCR为晶闸管弧焊逆变器

GTO为可关断晶闸管弧焊逆变器

GTR为晶体管弧焊逆变器

VMOS为场效应管弧焊逆变器

7.思考题

场效应管弧焊逆变器与晶闸管弧焊逆变器有什么异同点？

答：不同点：

1.开关频率不同

场效应管弧焊逆变器的开关频率极高，其每秒可开关50万次以上。而晶闸管弧焊逆变器的开关频率最低约1000次/秒左右，一般不适用于高频工作

的开关电路。

2.组成元件不同

场效应管：采用大功率场效应管并联的快速开关电路、罐形磁芯中频变压器

晶闸管：采用大功率晶闸管模块作为快速开关元件

相同点：都采用小电流为工作电流，限制电路中的最大电流，起保护电路作用。

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