品牌：TAYOR上海通用电焊机型号：ZXE1-500 工作形式：弧焊

焊接方式：手工焊电流：交流样式：手持式

驱动形式：无保护气体类型：无作用对象：金属

额定容量：43KVA 负载持续率：35% 适用对象：建筑行业工作电压：单相380V 电流调节范围：120-500A 重量：124KG

焊接方式：弧焊电流：直流样式：手持式

驱动形式：电动保护气体类型：二氧化碳作用对象：金属

额定容量：18.4KVA 负载持续率：60％适用对象：碳钢不锈钢工作电压：380V 电流调节范围：20-400A 操作方式：手动

系列焊机：ZX7-315\400\500\630 功能：手弧焊、氩弧焊【性能特点】■控

制面板优良设计●数字显示，焊接电流可调精度1A ● 引弧电流可以

单独调节，具有优异的引弧性能●推力电流可任意调节● 氩弧焊有自

锁/非自锁功能，具有高频和接触两种引弧方式■具有多种安全防护功能●

温度保护、过流保护、短路保护等●焊机内关键部件采用“三防”设

计焊接方式：手弧焊焊接方式：手弧焊焊接方式：氩

弧焊焊接位置：平焊焊接位置：环缝焊接位置：平焊焊材：

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1、 本文由scjd50贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第一章 逆变焊机的电路设计基础 21 逆变焊机的基本电路形式 211 单端正激 212 半桥式 213 全桥式 213 基本电路的变形 2131 双单端正激 2132 单端正激加推挽式 2133 全桥相移谐振式 2134 功率单元的并联 22 控制方式 221 控制能量的方式 2211 电压型方式 2212 电流型方式 2213 调频控制方式 222 集成的控制电路 23 驱动电路 231 驱动电路形式 232 驱动电路的电平隔离 233 集成的驱动电路 24 功率器件 2.4.1

2.4.12 快速整流管的过压保护 2.4.13 快速整流管的并联 2.4.14 逆变焊机中常用的快速整流管 25 功率变压器的计算 251 铁氧体变压器 252 微晶铁心变压器 26 信号的取样 261 信号的

3、直接取样 2611 电压信号直接取样 2612 电流信号分流器的直接取样 262 信号的间接取样 2621 电压信号的霍尔传感取样 1 2622 电流信号的霍尔传感取样 第二章 逆变焊机电路基础 焊机是一种特殊电源，其输出端一般要接触到操作人的本身，故其基本的电路形式除满足焊接的基 本功能外，对人身的安全至关重要，逆变焊机基本结构框图如图 2.1 所示。 交流电 380V 三相或单相 220V 经整流后，整成 520V 左右的高压直流，经逆变器逆变成高频交流， 经变压器降压，整流滤波后变为平滑直流电供焊接使用。有时为了某些特殊用途还需要再加一级二次逆 变环节，将直流电变为交流，供电弧燃烧，产生

4、交流电弧。 早期的逆变焊机逆变器件采用可控硅，逆变频率为 23KHZ，变压器采用硅钢片，现在逆变器件主要 采用 IGBT（绝缘栅晶体管）和 MOSFET（功率场效应管） ，逆变频率为 20KHZ 以上，主变压器铁芯采用 微晶铁芯和铁氧体。由于焊接电源的安全性要求较高，所以主变压器制作要求安全系数高，同一般电源 不同，输出短路是焊接电源的正常工作状态，故逆变焊机要有完善的保护。 2.1 逆变焊机基本电路结构形式 211 单端正激 在小功率逆变焊机大多采用单端电路，电路结构如图 2.2 所示 图 2.2 双单端电路结构 此电路特点，功率元件不会发生直通现象，易于保护，但变压器等工作于一个象限中利用

5、率较低， ， 不易做成大功率。 2.1.2 半桥式 在小功率逆变焊机还采用半桥式电路如图 2.3 所示 图 2.3 半桥式逆变电路 半桥式逆变电路由两个电容和两个功率开关器件组成，具有抗变压器偏磁能力。功率器件比全桥少 2 一倍，但功率器件的电流定额比全桥大一倍，由于大电流定额功率器件价格相对较高，因而人们倾向于 将半桥逆变器用于中小功率的逆变焊机中。 2.1.3 全桥式 全桥式电路如图 2.4 所示 图 2.4 全桥式逆变电路 由四个功率管组成，每个功率管的电流相比半桥或单端正激都少一倍，可以做成较大功率的逆变焊 接电源，输出 400A 以上的焊接电源都采用了这种桥式电路。桥式电路不具备抗变

6、压器的偏磁能力，解决 方法是在变压器原边回路中串联隔直电容，或采用峰值电流的控制方法来校正变压器偏磁。2 / 22 2.2 基本电路的变形 2131 双单端正激 2132 单端正激加推挽式 2133 全桥相移谐振式 全桥相移谐振式，电路结构如图 2.5 所示 图 2.5 全桥相移谐振电路 相对全桥形式，不同点是在 IGBT 两端都并联有电容，其控制方式如图 2.6 所示 图 2.6 全桥相移谐振的驱动脉冲 通过控制超前臂和滞后臂的相位差来调节输出功率，由于超前臂和滞后臂的上下一对管子导通与关 断互差 180°且死区是不变的，可实现超前臂负载换流，滞后臂漏抗换流的软开关过程。 由于存在

7、小电流滞后臂漏抗换流不安全，大电流占空比等问题，许多学者提出了变压器原边串联饱 和电感和隔离电容的方法来解决此问题，电路如图 2.7 所示 3 图 2.7 改进型的相移谐振主电路 2134 功率单元的并联 2.3 控制方式 控制方式主要有三种，第一种是电压型 PWM，第二种是电流型 PWM，第三种是 PFM 型控制方式。 2.3.1 电压型 PWM 控制器 电压型控制器原理如图 2.8 所示 图 2.8 电压型控制器 输入信号与固定三角波信号相比较得到占空比 q，q 取值 01，可比较的三角波有正三角波和负三角 波两种，得到占空比调节有后沿调整和前沿调整两种。 2.3.2 电流型控制方式 电流

8、型控制方式原理框图如 2.12 所示 图 2.12 电流型控制原理图 输入给定信号与峰值电流反馈信号进行比较，输出占空比q，有时峰值电流的斜率不足会引起占空比 q振荡，引入斜波电流补偿信号将反馈信号的斜率变斜以增加稳定性，峰值电流反馈可有效的抑制功率管 的过流，纠正变压器的偏磁，在内环引入电流峰值反馈可增加系统的稳定性 2.3.3 相移谐振控制方式 2.3.4 调频工作方式 PFM 在串联谐振控制中采用的是 PFM 调节方式，如图所示 2.10 4 图 2.10 串联谐振调频工作方式 输入信号加到压频变换器上用来完成频率调制，同时对谐振回路中的电流过零点进行相位检测，由过零 点相位给压频变换器

9、进行同步，完成在电流过零后关闭导通的功率器件的驱动信号。 222 集成的控制电路 电压型控制器可选用集成芯片，例如 SG3524，CN3525 TL494 等，也可利用单片机，DSP 的 PWM 输出引脚来生成，也可采用 FPGA 来构成 PWM 输出。图 2.9 是 SG3524 原理图 图 2.9 SG3524 原理图 如图中所示，3524 主要功能模块包括基准电压产生电路、振荡器、误差放大器、限流比较器、PWM 比较器、脉冲分配双稳态触发器、脉冲合成门和输出驱动管，以及保护和闭锁控制电路。3524 的振荡频 。但 3524 有以下不足之处：无欠压锁定电路，无软启动电路，无 率 f 由 R

10、T 和 CT 决定，f=1.18/（RT*CT） PWM 锁存器；输出电流太小，需带脉冲放大驱动电路；输出级无泄放管，不能带 CMOS 管。 为了克服3524的不足，又设计了3525控制芯片。3525在原来功能基础上又增加了欠压锁定电路、软 启动控制电路、PWM锁存器、输出驱动改为推拉输出形式，并增加了驱动能力。此外，3525可以通过在7 号脚和5号脚之间加电阻RD来限制最大占空比。CT的充电时间和放电时间（最小死区）由RT和RD决定， 。图2.10是 SG3525原理图 图2.11是是一个典型应用图 振荡频率f=1/Cr*（0.7*RT+3*RD） 5 图2.10 SG3525原理图 图 2

11、.11 SG3525 典型应用图 如图中所示，脉冲信号工作频率由 P0、C34 决定，R53 为变阻器，使占空比可调，R54 用于限制最小 死区时间，8 端外接电容在 SG3525 内部电路的作用下构成软启动电路，使脉宽从最窄增至工作脉宽，防 止开机浪涌和不平衡。脉宽调制器从输出端 11，14 输出两路相差 180°的脉冲信号。 。常用的电流控制型脉宽调制器芯片 UC3846, 原理图如图 2.13 6 图 2.13 UC3846 原理图 UC3846是一种双端输出的电流控制型脉宽调制器芯片，其内部结构方框图如图2.13所示 。其引出的 脚l为限流电平设置端；脚2为基准电压输出端；脚

12、3为电流检测放大器的反相输入端；脚4为电流检测放 大器的同相输入端；脚5为误差放大器的同相输入端；脚6为误差放大器的反相输入端；脚7为误差放大器 反馈补偿；脚8为振荡器的外接电容端；脚9为振荡器的外接电阻端；脚l0为同步端；脚ll为PWM脉冲的A 输出端；脚l2为地；脚l3为集电极电源端；脚l4为PWM脉冲的B输出端；脚l5为控制电源输入端；脚l6为 关闭端。UC3846通过一个放大倍数为3的电流测定放大器(其输入电压必须<12 V)来获得电感电流或开 关电流信号，其输出接PWM比较器的同相端。当取样放大器输入信号>12 V时，电流型控制器将延时关 断。电压误差放大器的输出经二极管

13、和05 v偏压后送至PWM比较器的反相端，其输出既作为给定信号， 同时又被限流电平设置脚(脚1)箝位在+0.7V，从而完成了逐个脉冲限流的目的。当差动电流检测放大器 检测的是开关电流而不是电感电流时，由于开关管寄生电容放电，检测电流会有一个较大的尖峰前沿， 可能使电流检测锁存和PWM电路误动作，所以，应在电流检测输入端加RC滤波。图2.14为UC3846典型应用 图 7 图2.14 UC3846典型应用图 图中，R1，C1构成振荡器，振荡频率f=2.2/(R1C1)。死区时间由振荡器的下降沿决定。R2及C2组成斜坡补 偿网络，以保证控制电路的稳定 。C5实现软启动，脚1的电位<05 v时

14、无脉宽输出，脚l经电容c 到地， 开机后随着电容的充电，当电容电压高于05v时才有脉宽输出，并随着电容电压的升高脉冲逐渐变宽， 完成软启动功能。另外，系统还有较完善的保护电路。当系统输入电压过压或者欠压时，就会通过加 速电容C6 和二极管D 对UC3846的脚16施加正脉冲，从而使UC3846芯片内部晶闸管导通，通过内部电路使 脚1电平被拉至接近地电平，电路进入保护状态，UC3846芯片输出脉冲封锁。当过流或者过载时，比较器 LM393输出低电平，光耦OP2输出高电平，通过D7加在脚l6，同样会封锁脉冲输出。由于晶闸管维持导通。 所以系统当不过流不过载时，必须重新启动才能有脉冲输出。 相移谐振

15、控制芯片代表 UC3875 原理图如图 2.15 图 2.15 UC3875 原理图 UC3875 的组成结构与硬开关 PWM 控制芯片差别很大，最主要的是它有四路输出，其中 A 和 B 反向， 有死区。C 和 D 反向，有死区。控制过程主要是移动调节 C 和 D 的相位，从而调节 A 和或和共同导 通的占空比来调节变换器输出功率。基准电压产生电路和欠压锁定电路与其他 PWM 芯片类似。误差放大 8 器的输出受输入端控制的同时，还受软启动和过流保护电路的控制。斜坡补偿电路和电流斜坡补偿输入 端的有机结合，可以实现电压控制模式、电压前馈控制模式、电流控制模式和带斜坡补偿的电流控制模 式种工作方式

16、。电流检测信号送到 CS+端，可以设置合理的过流保护。图 2.16 是 UC3875 典型应用 图 2.16 UC3875 典型应用 SS软起动端(pin 6)与GND(pin 2O)之间除接一起动电容B51外，还接有一保护执行电路，当IGBT 过热或输出过流时，软起动端电压降低，从而使变换器输出移相角降为O而停止工作。当IGBT温度下降或 输出电流正常时，软起动端电压线性升高，同时输出级的移相角从O°逐渐增加，全桥变换器的脉宽从0 开始慢慢增大，直到稳定工作。EA-端(pin 3)接输出电压传感器检测的输出反馈电压，EA+端(pin 5) 接输出电压个给定信号。为了防止输出电流超过

17、额定值，设置一限流电路，当输出电流超过设定的限流 值时，UC3875将降压限流。 输出电压给定信号与电压反馈 当电流传感器检测到的输出电流未达到限流设定值时， 二极管DB15不导通， 信号经误差放大器后，与锯齿波比较，决定主电路的占空比，使输出电压为额定值。一旦输出电流超过 限流设定值，二极管DB15导通，限流电路的输出使电压给定值降低，达到降压限流的目的。 2.4 驱动隔离及驱动方式 27 驱动电路 231 驱动电路形式 232 驱动电路的电平隔离 9 现在逆变焊机中的功率管均采用 IGBT 或 MOSFET 是场控器件，其驱动电路在逆变焊机中主要有脉冲 变压器隔离，光耦隔离。 2.4.1

18、脉冲变压器驱动 采用脉冲变压器的隔离有两种形式，一种是变压器隔离的直接驱动，例如图 2.11 所示 图 2.11 变压器驱动原理图 图中当 B 为驱动变压器，当 K 闭合时，有驱动脉冲输出，当 K 断开时则变压器原边被短路，驱动信 号变为零，关断 IGBT（以下都以 IGBT 为例） 。此电路特点是变压器副边电路简单，故障率低，但对变压 器的绕制要求较高，漏抗要小。 第二种是变压器仅负载信号的传输，驱动部分另外有源电路，如图 2.12 所示 图 2.12 变压器隔离的有源驱动电路 图中可见，驱动变压器将信号传输至副边后，由推挽电路完成 IGBT 的驱动。相比变压器既要传输功 率又要传输驱动信号

19、来讲，变压器的绕制简单，但变压器副边电路较复杂且需要独立驱动电源。 2.4.2 光耦隔离的驱动方式 随着高速光耦的出现例如 6N136，6N137 等，其传输延时小于 0.5us，因而可以作为驱动信号的隔离传 输，光耦副边需加驱动电源和驱动电路，如图 2.13 所示 图 2.13 带光耦隔离的驱动电路 从图 2.13 可见驱动信号经光耦隔离后传输三极管，经推挽放大后可直接驱动 IGBT。 233 集成的驱动电路 现有许多公司推出集成的驱动器，例如 EXB841 等，这种芯片内部结构是通过光耦进行隔离的。 EXB841 原理图 EXB841 典型应用图 上图为EXB841原理图和典型应用图，它主

20、要由放大部分、过流保护部分和5v电压基准部分组成。二 极管ERA34即可检测IGBT的饱和压降，送到EXB841的6号脚，从而判断是否过流，用来完成过流保护功能。 4号脚的过流保护信号延时10us输出。 10 M57957 原理图 M57957 典型应用图 上图为M57957的原理图和典型应用图，它的内部集成有光耦、接口及功放单元。其工作原理为：来 自脉冲形成单元的驱动信号为高电平时光耦导通，接口电路把该信号整形后由功放级的两级达林顿NPN晶 体管放大后输出，驱动功率IGBT模块导通。在驱动电路输出脉冲为低电平时光耦截止，此时接口电路输 出亦为低电平，功放输出级PNF晶体管导通，给被驱动的功率

MOSFET 应用的区别 逆变焊机中常用的 IGBT 逆变焊机的发展是随着功率器件的发展而发生根本变化，早期的逆变焊机选用快速晶闸管作为功率 器件，随着 MOSFET 及 IGBT 的出现，现在小功率逆变焊机采用 MO

22、SFET 作为逆变功率器件，中大功率逆变 焊机选用 IGBT 作为逆变器件，输出整流二极管选用高速的快恢复二极管，恢复时间为 75ns100ns 之间， 例 MUR20040 等。 11 2.4.22 IGBT MOSFET 的应用原则 以 IGBT 为例，功率器件选择时要保证在小于额定结温下，不超电压和电压最大值即可。 2.4.23 电压定额，电流定额 功率器件的电压电流定额选择 虽然大家都很熟悉功率器件的电压电流定额选择，但是焊接电源中仍有其特定性。 2.5.2.1 IGBT 电压选择 电压选择仅有两个等级。对 220V 电压输入的采用桥式整流输入形式，基本上采用功率器件 600V 的定额

IGBT 一般工作在 20KHZ、占空比最大值为 50中。因而对应的电流峰值为多少呢？图 220 是一张 50GB123D 的电流瞬时耐受量。 12 图 220 50GB123D 的瞬时电流耐受量 从图中可见， 50GB1

24、23D 的瞬时耐受量随持续时间变短而增加。 主要是考虑功率器件内部焊点发热损坏等 问题，可知其工作条件为 20KHZ/50GB123D 的电流耐受量在一个工作周期内为A，此值将超过电流 定额值。为了有效保护 IGBT 管，最好采用本脉冲保护技术，即在一个驱动脉冲内完成保护 2.4.24 IGBT 的平均结温与动态结温 2.5.1 功率器件的散热 设 IGBT 的发热功率为 P，环境温度是 t，则功率器件的热传导通路如下图所示 图 2.14 图 A 是功率器件 IGBT，B 是散热器，其功率传导与温度模型为图 2.15 所示 图 2.15 散热模型图 图 2.15 中 IGBT 的功耗，IBGT

25、 管芯通过管光向散热器传导，由于存在热阻 Rtj,则管芯与散热之间温 设散热功率器至环境的热阻 Rtc， 则散热器与环境 ， 差为t1=Rtj*P,散热器通过风冷向外界环境散发功率， 温度之差 t2=P*ttcc，故结温 tj=P*（Rtj+Rtc）+tc。 其中 P 为发热功率，tc 为环境温度，Rtj 结至散热器之 间电阻，Rtc 散热器至环境的热阻，一般来讲，当选定 IBGT 管后，型号热阻 Rtj 的值就定了，要降低结温 值，必须降低 IGBT 的发热功率或降低热阻 Rtc 的值。 降低 Rtc 的值的方法，主要是增加散热器面积，或加强强迫风冷，或水冷等。 考虑到散热器本身的热阻，当散

26、热器加大很大时，Rtc 将降低到某一值下将不再降低，此时散热器本身 的温度梯度较高， 为了降低， 进一步降低散热器的热阻， 将采用热管散热器， 热管散热器的原理如图 2.16 所示 图 2.16 热管散热器原理 通过热管内部介质的传导，使温度梯度变小，降低了散热器本身的热阻。 为了提高整机的可靠性，采用风道设计对元器件进行散热。将带电元器件与外界隔开，利于三防处理。 如图 217 所示。 图 217 风道设计图 从图中可见由散热法构成的风道，风在风道中流动，通过散热法将 IGBT 的发热带走，而 IGBT 等功 13 率器件处于风道外部，可有效地进行防护处理。举例：米勒、奥太、林肯、松下等公司

2.4.29 快速整流管 2.4.30 快速整流管的开通 2.4.31 快速整流管的通态特性 2.4.32 快速整流管的关断 2.4.33 快速整流管的过压保护 2.4.34 快速整流管的并联 逆变焊机中常用的快速整流

28、管 16 17 。 2.5.2.3 输出整流管选择 以全桥为例， 输出整流管一般都选择美国英托落拉公司的 MUR20040， 200A、 400V 反向恢复时间 75us。 图 221 是此器件的参数表，电流值的定义是指输出电流为峰值 400A、占空比为 50%、工作频率为 20K 的定义值。而实际上大多数二变压器副边均采用全波整流式。如图 222。 18 图 221 MUR20040 的参数图 I0 图 222 逆变焊机变压器副边全波整流电路 从图中可见副边二极管的电流波形如图 223 所示。 19 ID I0 0.5I0 图 223 二极管中电流波形 按照平均值折算相等原则，改占空比为 5

30、。 2 所示情况 q 很小，此时 输出整流二极管上的阻容吸收，二极管上的反压尖峰是由二极管的反向恢复引起的，反向恢复时间 越长，电流越大，引起的尖峰电压越高。工作状态如图 224 所示。 D1 I0 I0+I D1 I0 U1 D1 U0 0.5I0 (a) D2 I (b) 图 224 反向恢复引起电压尖峰的原理 图 224(a)是原边四个 IGBT 全部关闭，变压器副边二极管处于续流阶段，各承担 D2 Ls (c) D2 I0 0.5I0 I0 电流。若此时另一 2 个对应线上的 IGBT 开通，则电流通路变为图 224(b)，在 D1 上加正压，在 D2 上加反压，但由于 D2 的从正向

31、导通到截止有反向恢复的时间 ts，产生了反向恢复电流 I，此反向恢复电流还会折射至变压器 原边对电流型控制芯片以及过流保护产生误动作。在反向恢复之后，由 D2 回路的电感产生感生电压加在 D2 上，如图 224(c)所示，该漏抗为 Ls，则 D2 的反向电压为 2U+Ls 采用软恢复特性的二极管来降低 di 。为了降低 D2 的反向电压值， dt di 值，而抑制 D2 的反压，或增加阻容吸收值和 D1、D2 回路中加入饱 dt 和磁珠来抑制反向恢复电流以降低电压尖峰。如图 225 所示。 20 D1 L1 D2 L2 图 225 采用饱和电感和阻容吸收来抑制反向恢复电流 图中 L1、L2 是

32、饱和电感，饱和电感的选择是：L1 和 L2 所承受的伏秒级大于 D1 和 D2 产生的反向恢复 时间乘以 2u。这样在 D1 或 D2 的反向恢复期间 L1 或 L2 处于不饱和状态，可较好地抑制反向恢复电流。 图 226 是加入电阻电容电感的二极管波形，图 227 是无饱和电感的波形，图 228 是仅采用饱和电 感无阻容吸收的情况。可以有阻容吸收与饱和电感的配合使用，可有效地降低二极管反向电压尖峰值。 图 226 图 227 图 228 2.6 主变压器的计算 常用逆变焊机主变压器铁芯采用三种材料：硅钢片、铁氧体、非晶态合金或超微晶铁芯。其中硅钢 片为 0.3mm 厚的冷轧硅钢片， 用于早期

38、9 25.4*9.66*6.35 28*12.75*10.6 30*13.15*10.7 图表 229 铁氧体性能表 设计一个 2KW 的变压器，选择铁芯磁密、原边匝数、原边线径、副边匝数、副边线径。考虑线工 作频率较高时的导线集肤效应，线圈要采用多胶导线合成一股进行并联或者用钢皮进行绕制。集肤效应 时考虑系数如图表 230 所示。 图 230 集肤效应时线径考虑系数 2.6.2 非晶铁芯 非晶铁芯是一种.。磁密为 1.2T。如图 231 所示是非晶铁芯的性能表。 材 料 饱和磁感(T) 铁基非晶 1.56 22 Br/Bs 最大磁导率 铁损(W/kg) 磁致伸缩系数 居里温度() 电阻率 -

39、45×104 P50Hz,1.3T <0.2 27×10-6 415 130 (mW-cm) 配电变压器 应用领域 中频变压器 功率因数校正器 图 231 非晶铁芯性能表 从图可见非晶铁芯工作频率约为 2060KHZ， 为了保证铁芯的性能， 电焊机中变压器一般都选用环形 铁芯，外壳采用铝或电木，线包采用多胶漆包线合成，外部采用黄腊铜或绝缘布包起。如图 232 所示。 图 232 非晶铁芯的变压器 由于非晶铁芯是环形铁芯且线包采用多个线包并联，因而线包之间的均流及变压器的偏磁问题十分 严重。线组的绕制分布不均会造成变压器的偏磁。 2.6.3 变压器的温升、绝缘及其它 焊

40、接电源的安全性要求较高，而其安全的关键部件之一是变压器，因此变压器必须在风冷的情况下 满足线包和铁芯的温升要求。在风机损坏情况下，在温度继电器保护前仍要满足安全要求。 焊接变压器的绝缘等级主要有 B 级 H 级两种。在沿海地区、潮湿地区及有腐蚀的地方，变压器仍要 考虑防潮防腐问题。 由于变压器部件较重，在车载时的焊机要考虑变压器的振动冲击。 2.7 电弧信号的取样 电弧主要以焊接电流和弧焊电压来表征，因而电弧焊机的取样反馈信号是电弧电压与电弧电流。用 电弧电压和电流来反映电弧的工作状态。 2.7.1 电弧电压取样 23 电弧电压取样点在焊接电源输出端。采用“奥太”NBC500 焊机，焊接电流

41、130A,焊丝直径 1.2mm， 100CO2 气体。焊接电流采用 LEM500A 传感器进行取出，示波器为 HP54600B，焊接电压取自焊接电 源输出端。 （见论文 P15 页） 2.7.2 焊接电流的取样 焊接电流取样一般采用分流器或霍耳传感器来进行。分流起取样时易引入干扰，现一般采用霍尔传 感器进行取样。霍尔传感器分为直测式和闭环式。 2.7.2.1 直测式传感器原理 2.7.2.2 闭环式传感器原理 2.8 功率因数校正 通常逆变焊机输入整流测采用二极管不可控整流，电解电容直接滤波的方法来完成将输入三相交流 电变成直流的整流过程，功率因数低，对电网的冲击电流大。 现采用的功率因数校正

42、方案有两种。一种是无源功率因数校正技术，一种是有源功率因数校正技术。 单相的有源功率因数校正器已获得成功应用，但三相有源功率因数校正技术器由于存在价格高、复杂、 可靠性低等原因还无法在逆变焊机上推广应用。我们提出一种补偿式无源功率因数校正器，功率因数达 到 0.95 左右，已满足现阶段焊接电源的要求。 8.1.1 有源功率因素校正 8.1.2 无源功率因素校正 论文 P49 9 奥太串联谐振可控硅逆变焊机实例 以奥太 ZX7-400 可控硅焊机为例分析，可见早期的逆变焊机的发展思路。主要技术指标：输入 380V 三相 50HZ，输出 400A，输出功率 14.4KW，原理图如图所示 图 奥太

43、ZX7-400 可控硅逆变焊机主电路图 图中 V1 是三相整流桥，C1、C2 是输入滤波电解电容，R1 是输入限制浪涌电流的电阻，K1、K2 是逆 变用的快速可控硅，C3、C4 是半桥逆变器的换流电容，L1、L2 是限制可控硅 K1、K2 的电流上升率的电感， B 是主变压器，D1、D2 是输出整流二极管，L3、Q4、L4、L5 是输出滤波回路。 工作原理是：380V 交流电压经 V1 整流桥整成直流后，由 C1、C2 进行滤波，C3、C4 与 K1、K2 组成 逆变电路，将直流逆变为 23KHZ 中频交流，经变压器 B 降压，电感电容 L3、L4、C5 的滤波，变为直流 输出，供焊接使用。

44、输入整流电路中限流电阻 R，R 一般选 0.3?。作用有两个：第一用于限制合闸浪涌电流，第二用于 24 限制逆变失败的短路电流峰值，以保护可控硅，使短路电流限制在可控硅承受的浪涌电流之内。 半桥逆变器的工作原理： 由电容 C3、C4、与可控硅 K1、K2 组成半桥串联谐振式逆变器，等效电路如图所示 图 串联谐振半桥逆变器的等效电路 见论文 查资料 10 全桥串联谐振式逆变焊机实例，米勒 X304 原理分析 目录 一、 原理总述 25 米勒 304 焊机原理图及其分析 工作原理： 米勒焊机 304 焊机的工作模式是：调频工作串联谐振式 PFM。主电路如 图一所示： 主电路由四只 IGBT 组成，

45、设有过零电流检测电路，保证谐振回路中的电 流与驱动信号相同步，其控制功能有以下特点： （1） 具有 CC、CV 两种模式 （2） CV 模式中具有电子电抗器功能，其电子电抗器具有较好的控制熔 深，能广泛用于集装箱行业的焊接。 （3） 本文还分析了 304 焊机以前的老型号的焊机情况 26 所有资料来自亚州集装箱厂的米勒焊机解剖 米勒 304 焊机控制电路原理图 1、 控制输入信号:电流给定或电压给定 控制输出信号:四路驱动信号 2、 电子电抗器 或推力电流给定 3、 电压反馈 4、 电流反馈 5、 变压器原边电流反馈 6、 控制框图：见图 1 27 图 1： 控制原理框图 28 第二部分 2.

46、1 电流及电压给定电路 给定电路 由 RC1-22 提供给定，经同相跟随器后，变为 5 路输出。 （1） 、推力作用的嵌位电路，由 Q25 完成； （2） 、电压给定电路，由 A2C 完成； （3） 、电流给定电路，由 A6B 完成； （4） 4A； 、A （5） 6C； 、A 图 2：电流及电压给定电路 29 2.2 电压给定 电压给定变换电路， 其中一路送给 A7B 进行显示 RC1 由 R114 及 AC2 组成， 19，另一路送给给定综合点 R78 及 R20，进行电子电抗器及调节器综合。 图 3：电压给定电路 经 A2C 电压给定变为最小值 A2C 的电压输出范围为 2V7V 显示器

48、6 电压反馈由差动放大器及同相放大器后，输出信号为 V0/10，分别送给显示 31 电路、电子电抗器、短路判定、推力电流电路等。 2.4.2 显示及 图 5：显示电路 2.5 电子电抗器 32 电子电抗器是 CO2 气保焊控制系统的核心电路，其中原理是： 图 6：电子电抗器控制框图 电子电抗器由电压均值积分器、电压瞬时响应 PI 调节器组成，通过调节 PI 调节器的 PI 参数来调节瞬间电流上升率和下降率，PI 参数的连续调节是由 振荡电路产生 PWM 调制来完成的。电路组成如下图所示： 33 图 7：电子电抗器 34 2.5.1 均值积分电路 均值积分电路由 A2D 构成，当没有输出电流时

49、Q18 导通将 C30 短路放电， 焊接电路输出为 1536V（是曲线说明书提供） 。 Vg 为 27V 则得到 V0 的范围为：1035V，基本上是在调节范围之内。 图 8：均值积分电路 动特性设计： 当处于空载时 Q18 导通，则输出信号为零，当有焊接电流后 Q18 截止，而 短路过程中 V0 的变量约为 20V 左右，且持续时间约为 3ms，取 5ms 则计 算：A2D 输出变化量为 即：动特性计算可得一个短路周期中均值积分器的输出变化量是 0.3V 2.5.2 瞬间积分器 35 图 9：瞬间积分器 瞬间积分器，由 Q17 导通与截止的占空比，可调节 PI 参数，改变输出的响 应速度，Q

50、17 的驱动电路由其它的电路产生，U9C、U9D。 当没有电流时，Q21、Q19 均处于导通转太，A2B 输出将是最高值。 电子电抗器的输入端有： （1） 电压反馈 V0/10； （2） 电流反馈 I0/100 （3） 电压给定 27V Vg 36 （4） 有无电流判定的固定给定 （5） 平均值积分器输出给定： VgI 设 忽略 R41、R65 的电子电抗器输出的贡献，则有： 由于 UA2B 是电流环的给定，故 将上式整理： 即： 注：当电流为零时 VgI 为 0V，否则为 15V，说明在空载时引入 高电压脉冲以有利引弧，且使电子电抗器有处始输入能量： 则 37 得到对应的方框原理图：设 图

51、10：米勒焊机等效模型 即：米勒焊机模拟的是具有内阻的 CO2 焊接电源， 但又具有平均值反馈， 来补偿由于内阻造成的输出电压的降低。 图 11：焊机等效控制模型 其中平均值调节器来调节输入电源电压来补偿内阻压降，而瞬时调节器来 38 调节来调节输出电感量，来调节每个过度周期的电流上升，下降速度。 2.5.3 电子电抗器的调节 是通过 Q17 的导通与关断来调节输出的响应速度，将 A2B 进行处理得： 图 12：电子电抗器调节电路 当 Q17 导通时， 2B 的反馈网络是 C24、 42、 25、 26 将退出积分器的作用， A R C C 反馈网络将有 C24、C25、R42 承担，积分时间

52、常数变小，输出响应加快，故 Q17 断开，则 C26 进入积分作用输出响应减慢。 由电子电抗器电位器产生 Q17 的占空比 PWM 发生器由 U9D 与 U9C 产生， 一直流可调电平，与 U9D 产生的三角波信号相比较 U9C 产生 PWM 信号，来驱 动 Q17 工作。 39 图 13：电子电抗器 PWM 控制图 估算： 当 U9D 为输出为 0 时，比较点为 当 U9D

53、给定电位器调至零时，U9C“”端电 40 位，R87、R72、R73 组合网络使 U9C“”电位为 5V，当电子电抗器电位器调 至最高时为 9V，完成占空比为 0100，图中 R87、R72、R73 可能。 2.5.4 电压环输出电平平移电路 TP1-1 来自由于电子电抗器的 PI 调节器的输出，Q20 为可控电流源，化为 A 点电位为： TP1-1 设为 VT 设为 R95=R71，则 41 完成了 VT 的反相，VA 的最大值为 015V 加入 D34 以抵消加入了二极管压降则 给电流环的给定为 为了增加 L 特性而附加了一路给定，由 R82、D35、R105 组成，根据说明书中的 给出的

54、外特性 L 特性为 50A 左右，则可计算 第三部分 3.1 电流环、手弧焊 、氩弧焊部分 电流环的给定 电流环的 A3D、A3A 组成，完成平特性电子电抗器的内环及降特性的 PI 调节 器环，给定由直接降特性电流给定，由 R103 通过电子开关 U11A、DG211 完成， 42 也可来自于平特性电源的电子电抗器的输出，由 R104 通过 U11D、DG211 完成。 3.2 推力产生电路 43 当电弧电压 V（+）为 15V 时，A6A 输出为 1.5V； 当电弧电压低于 15V 时，A6A 输出在 1.5V 上增加； 当电弧电压小于 15V 时，开关 K 闭合，则输出为 1.5V； 当开

55、关 K 断开时，则输出电压为 0 低于 1.5V； 推力电流的大小还受到推力给定的限制； 为保护焊机推力电流即短路电流还受给定的限制电流，给定大于某值后，推 力电流逐渐减少，以至没有推力电流 44 3.3 引弧电路 引弧电路必设有电流有无判定， 当焊条与工件相接触时，产生一引弧电流，引弧电流大于与给定成反比，具 有一定定时时间。 电流信号经放大器 A4C，送给 A4D，A4D 接成比较器形式； 当焊条与工件短路时 A4D 输出为 0 电平， R131、 由 当电流 I0 为零时 A4D 为 0， C59、R112 组成微分定时电路，送给 U12B，另由 U12B 输出引弧电流。 45 由于 Q25 的作用，使引弧电流同电流给定成比例 约为 3.4 平特性时的引弧 1、无电流时 （1） 将均值 PI 调节器的积分电路短路，Q18 导通 （2） 电子电抗器电流反馈对地切除（相对于内阻变为零）Q21 导通 （3） 电子电抗器调至上升率最高 Q19 导通 2、引弧时 当有电流时 A7D 输出为 1， 经延时 R101、 进行有无电流判定， A7D 完成， 由 、 、 C37 延时时，送给 U12F，完成无电流时（1）（2）（3

电焊机的各主要部件作用

用以接通（或切断）与市电（220V、50赫兹）的联系

因焊机启动时要给后面的滤波电解电容充电。为避免过大的开机浪涌电流损坏开关及触发空开跳闸，在开机时接入启动电阻，用以限制浪涌电流。正常工作后，启动电阻被继电器短路。实际电路中，为避免因开机浪涌电流冲击肇成启动电阻损坏，起动电阻采用了热敏电阻（PTC和NTC），它们具有良好的耐冲击性。3、J1——继电器

开关接通之后，电流通过启动电阻给滤波电解电容充电，当电容电压达到一定值时，辅助电源开始工作提供24V电，使继电器吸合，将启动电阻短路。

此硅桥用于一次整流，将市电220V、50赫兹交流电整流后输出308V的直流电。

5、C1——电解滤波电容

整流后输出的308V的直流电为脉动直流，此电容起滤平作用

在关机以后，滤波电容中存有很高电压，为了安全，用此电阻将存电放掉。

7、C2——高频滤波电容

在高频逆变中，需要给开关管提供高频电流，而电解滤波电容因本身电感及引线电感的原因，不能提供高频电流，因此需要高频电容提供。

开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成全桥逆变器，在驱动信号作用下，将308V直流转变成100KHz（10万赫兹）交流电的。

为避免直流电流流过变压器肇成变压器饱而接入此电容

10、T1——主变压器

变压器的作用是将308V的高压变换成适合电弧焊接所需要的几十伏的低压。11、D——快速恢复二极管

D5、D6的作用是二次整流，即将100KHz的高频交流电流再次转变成直流电流。

电抗器具有平波续流作用，可使输出电流变得连续稳定，保证焊接质量。

分流器是用锰铜制成的大功率小阻值的电阻，用于检测输出电流的大小，提供反馈信号。