高压逆变低压斩波式焊接电源制造技术

本实用新型专利技术公布了一种高压逆变低压斩波式焊接电源，由直流电源依次串接推挽式逆变电路、变压器、全波整流电路构成，其中全波整流电路的一个输出端接斩波器的输入端，全波整流电路的另一个输出端接滤波组件的输入端。本实用新型专利技术不仅降低了逆变焊接电源的制造成本和功耗，同时提高了逆变焊接电源工作的可靠性、稳定性和动特性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是一种用于电焊机的大功率焊接电源，尤其涉及一种新型的大 功率逆变焊接电源主电路拓扑。
技术介绍
目前，逆变式焊接电源相对于非逆变式焊接电源具有体积小、重量轻和高效节能 的特点，其主要原因如下普通非逆变焊接电源的体积和重量主要集中在变压器和电抗器上，二者所占比例 可达80%以上。在变压器设计时，有以下关系U kfNBmS (1)k-常数(与变压器原边电压形式有关)U-施加在变压器原边绕组上的电压(V)f-逆变频率(Hz)N-原边绕组的匝数Bffl-工作磁通密度(T)(大小与变压器的磁芯材料有关)S-磁芯有效截面积(cm2)根据公式1得，当电压U、输出电压以及变压器磁芯材料确定后，逆变频率f与线圈 匝数N和磁芯界面S乘积成反比，当f大大增加时，NS将大大减小，变压器的体积和重量也 将大大的减小，相应变压器输出电抗器的体积和重量也大大减小。由于逆变焊接电源的逆 变频率远远高于工频(逆变焊接电源逆变频率一般为20KHz，工频为50Hz)，所以，逆变焊接 电源的变压器的体积和重量会大大的减小，逆变频率越高，变压器的体积和重量减小的越 多。由此可见，变压器和电抗器的体积、重量的大大减小，将使整个逆变焊接电源本身的体 积和重量大大降低。逆变焊接电源的变压器和电抗器的体积、重量都大大减小了，相应的铁损(铁心 磁损耗)和铜损(导线损耗)也随之减小；又因逆变频率高，通电周期短，变压器的励磁电 流很小；大多数功率开关器件工作于开关状态，比工作与模拟状态的功率器件的功耗小。因 此，逆变焊接电源的效率高，节约电能。目前，国内外的大功率逆变焊接电源的逆变器大多 采用全桥逆变模式，但该方案的缺陷是(1)不仅要实时动态的调节四个功率开关管的驱 动信号，而且驱动信号之间要实现相互隔离，控制电路复杂，可靠性较低；(2)在轻载或空 载状态下功率开关管的驱动信号可能出现丢波现象；(3)采用四个高压功率开关管，不仅 增加了焊接电源的制造成本，而且也造成了较大的功耗。
技术实现思路
本技术的目的是针对全桥逆变模式下的逆变焊接电源由于同时实时控制4 个功率开关管开通或关断的不足，提出了一种新型的逆变焊接电源主电路拓扑，该逆变焊 接电源主电路主要由前级推挽电路逆变器和后级直流斩波器两部分组成。3本技术为实现上述目的，采用如下技术方案本技术高压逆变低压斩波式焊接电源，所述焊接电源由直流电源依次串接推 挽式逆变电路、变压器、全波整流电路构成，其中全波整流电路的一个输出端接斩波器的输 入端，全波整流电路的另一个输出端接滤波组件的输入端。所述推挽式逆变电路由IGBT1、IGBT2两个功率开关管构成，功率开关管IGBTl 和IGBT2的发射极分别接直流电源的负极，功率开关管IGBTl的集电极接变压器原边绕组 的同名端，功率开关管IGBT2的集电极接变压器原边绕组的异名端，功率开关管IGBTl和 IGBT2的集电极与发射极之间分别并联寄生二极管。所述功率开关管IGBTl和IGBT2的集电极与发射极之间还分别并联RC阻容滤波 网络。所述滤波组件由滤波电抗器Li、续流二极管D3、霍尔传感器FL和电容C6、C7构 成，其中霍尔传感器FL的输入端接全波整流电路的另一个输出端，霍尔传感器FL的输出端 分别接滤波电抗器Ll的一端和续流二极管D3的阳极，续流二极管D3的阴极分别接斩波器 的输出端和电容C6的一端，电容C6的另一端与电容C7的一端连接接地，电容C7的另一端 接滤波电抗器Ll的另一端。所述全波整流电路为一组或多组。本技术的优点是(1)本技术使逆变焊接电源主电路结构简化，缺省了两个高压功率开关管，而 只增加一个低压功率开关管，不仅降低了逆变焊接电源的制造成本，而且也降低了逆变焊 接电源的功耗。(2)本技术使逆变焊接电源的驱动电路变得简单，逆变焊接电源功率开关管 的驱动信号由原来的相互隔离转变为不需要相互隔离，降低了功率开关管烧损的可能性， 提高了逆变焊接电源工作的可靠性和稳定性。(3)本技术使逆变焊接电源的外特性控制电路变得简单，逆变焊接电源的外 特性由原来的控制四个功率开关管的开通和关断来实现转变为只控制一个功率开关管的 开通和关断来实现，不仅提高了逆变焊接电源工作的可靠性和稳定性，而且也提高了逆变 焊接电源的动特性。附图说明图1本技术主电路图。图2是
技术介绍
中的全桥逆变焊接电源主电路图。具体实施方式以下结合附图对技术的技术方案进行详细说明如图1所示，本技术具有独特的主电路拓扑结构，主电路前级直流电540V正 极连至主变压器原边中心抽头，主变压器原边上端连至功率开关管IGBTl集电极，功率开 关管IGBTl发射极连至直流电540V负极，主变压器原边下端连至功率开关管IGBT2集电 极，功率开关管IGBT2发射极连至直流电540V负极，电阻为10R/2W的Rl —端连至功率开 关管IGBTl发射极，电阻为10R/2W的Rl另一端连至电容为103/1600V的Cl 一端，电容为103/1600V的Cl另一端连至功率开关管IGBTl的集电极，同理，电阻为10R/2W的R2 —端 连至功率开关管IGBT2发射极，电阻为10R/2W的R2另一端连至电容为103/1600V的C2 — 端，电容为103/1600V的C2另一端连至功率开关管IGBT2的集电极。前级的直流540V是 三相380V交流电经过三相整流桥、滤波电路的等效值，再将直流电540V送至推挽式逆变电 路。推挽式逆变电路包括IGBTl、IGBT2两个功率开关管，Rl、R2、C1和C2构成的两组电压 尖峰吸收网络和变压器原边。IGBT1、IGBT2两个功率开关管的驱动信号为一组定频率、定脉 宽、相位差为180°两路PWM波。由于变压器原边漏感的存在，功率开关管关断的瞬间，IGBT 集电极和发射集会产生较大的电压尖峰，容易对功率开关管造成损坏，因此，在两个功率开 关管的两端分别并联了 RC阻容滤波网络。具体实现过程如下当IGBTl开通，IGBT2关断 时，前级的直流电正极经过主变压器原边中心抽头、主变压器原边上半部分，再经过IGBTl 回到前级直流电负极；当IGBTl关断，IGBT2开通时，前级的直流电正极经过主变压器原边 中心抽头、主变压器原边下半部分，再经过IGBT2回到前级直流电负极，从而把直流电逆变 成一定频率的方波交流电，该方波交流电的频率、占空比和驱动信号PWM波的频率、占空比 相同，方波交流电的峰值电压为三相整流模块正负两端的电压值。 如图1所示，主电路后级主变压器副边上端连至型号为D1MUR20040CT的整流二极 管阳极，型号为D1MUR20040CT的整流二极管阴极连至耐压值为600V的IGBT3的集电极， 耐压值为600V的IGBT3的发射极连至焊接电源输出的正端，主变压器副边下端连至型号 为D1MUR20040CT的整流二极管D2的阳极，型号为D1MUR20040CT的整流二极管D2的阴极 连至耐压值为600V的IGBT3的集电极，主变压器副边下端连至输出滤波电抗器电感值为 55uH的一端，输出滤波电抗器电感值为55uH的Ll的另一端连至焊接电源输出的负端，电容 为103/10KV的C3 —端连至型号为MUR20040CT的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方臣富，朱宁，郭阳，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：实用新型
国别省市：32