CN102281010A - 一种大功率单回路逆变软开关弧焊电源 - Google Patents

一种大功率单回路逆变软开关弧焊电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率单回路逆变软开关弧焊电源，包括单一主回路电路、控制电路、驱动电路，所述单一主回路电路由三相EMI滤波电路、三相整流滤波电路、全桥逆变软开关电路、中频变压器、中频全波整流滤波电路组成，所述三相EMI滤波电路输入端与三相电源相连，经三相整流滤波电路与全桥逆变软开关电路连接，再与饱和电感、阻断隔直电容串接后接入中频变压器原边，经中频变压器变压副边输出后再进入中频全波整流滤波电路；所述控制电路并联到中频变压器原边与中频全波整流滤波电路输出端，所述控制电路通过驱动电路链接到全桥逆变软开关电路。

Description

一种大功率单回路逆变软开关弧焊电源
技术领域
本发明涉及一种逆变弧焊电源，具体地说是一种大功率单回路软开关逆变弧焊电源。
背景技术
随着生产技术的发展，各种大型钢结构件和大型设备的生产应用，为了提高生产效率和焊接质量，就需要更大电流和功率的电源提供焊接领域，逆变弧焊电源由于其体积小、重量轻、高效节能、使用方便以及特性优异等特点，越来越多的受到人们的重视，但目前所见生产的单一逆变回路单元的弧焊电源的额定电流在630A，如需更大电流通常是用两个或多个逆变单元并联而成解决这一问题。如额定电流1250A，通常目前生产的是使用两个630A的逆变单元并联。中国专利号01224385.X公开了一种《大功率逆变焊机》，其方案就是采用的是逆变单元并联成大功率弧焊电源的。其缺点是主回路电路冗余、连线复杂、需要均流、维护复杂、相互易干扰、特性控制比较复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，解决了现有单一回路逆变弧焊电源输出功率小，如要输出大功率只能几台小功率电源并联输出更大电流的问题，提供一种仅用单一软开关逆变单元电路实现额定电流可达1250A的大功率弧焊电源，具有控制方便、无并联均流问题、结构简单、操作方便等，可实现多种外特性如恒流恒压等；其无需均流电路、克服相互干扰、可方便实现多特性输出而无需考虑多台并联逆变器连调的不足，而采用移相全桥IGBT逆变软开关技术，使效率及可靠性大大提高。
为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下：
一种大功率单回路逆变软开关弧焊电源，包括单一主回路电路、控制电路、驱动电路，所述单一主回路电路由三相EMI滤波电路、三相整流滤波电路、全桥逆变软开关电路、中频变压器、中频全波整流滤波电路组成，所述三相EMI滤波电路输入端与三相电源相连，经三相整流滤波电路与全桥逆变软开关电路连接，再与饱和电感、阻断隔直电容串接后接入中频变压器原边，经中频变压器变压副边输出后再进入中频全波整流滤波电路；所述控制电路并联到中频变压器原边与中频全波整流滤波电路输出端，所述控制电路通过驱动电路链接到全桥逆变软开关电路。
所述全桥逆变软开关电路是由大功率电力半导体器件绝缘栅双极晶体管IGBT构成。
所述三相整流滤波电路主要由三相整流模块V及电容C1、C2组成。
所述全桥逆变软开关电路采用ZVSZCSPWM移相全桥软开关，主要由超前桥臂Q1-1、Q1-2和滞后桥臂Q2-1、Q2-2组成，超前桥臂Q1-1、Q1-2工作在零电压(ZVS)，滞后桥臂Q2-1、Q2-2工作在零电流。
所述中频全波整流滤波电路主要由两个二极管D、电感L2、L3、L4和电容C6、C7、C8组成，两个二极管D分别通过电感L3和L4连接到中频变压器，两个二极管D上分别并联电容C6和C7，经二极管D整流后通过电感L2和电容C8输出。
本发明所述的大功率单回路逆变软开关弧焊电源的有益效果是：仅用单一回路实现大功率输出的弧焊电源，其结构合理，控制方便、无并联均流问题、结构简单、操作方便、克服相互干扰、特性优异等，可实现多种焊接所需的外特性输出。
附图说明
图1是本发明实施例所述的大功率单回路逆变软开关弧焊电源的方框原理图；
图2是本发明实施例所述的大功率单回路逆变软开关弧焊电源的主电路图；
图3是本发明实施例所述的大功率单回路逆变软开关弧焊电源的IGBT驱动波形图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：本实施例在本发明方案为前提实施的，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，本发明实施例所述的大功率单回路逆变软开关弧焊电源，包括单一主回路电路、控制电路、驱动电路，所述单一主回路电路由三相EMI滤波电路1、三相整流滤波电路2、全桥逆变软开关电路3、中频变压器4、中频全波整流滤波电路5组成，所述三相EMI滤波电路1输入端与三相电源相连，经三相整流滤波电路2与全桥逆变软开关电路3连接，再与饱和电感、阻断隔直电容串接后接入中频变压器4原边，经中频变压器4变压副边输出后再进入中频全波整流滤波电路5，经中频全波整流滤波电路5后得到所需的输出电压或电流；所述控制电路并联到中频变压器4原边与中频全波整流滤波电路5输出端，中频变压器4原边的电流反馈信号传递到连接到控制电路，同时控制电路接收中频全波整流滤波电路5输出端的电流反馈信号和电压反馈信号；所述控制电路通过驱动电路链接到全桥逆变软开关电路3。
所述全桥逆变软开关电路3是由大功率电力半导体器件绝缘栅双极晶体管IGBT构成。
其工作原理为：控制电路将取自单一主回路电路中的所要控制的输出电压或电流的反馈与所要控制的对象给定相比较后，经PID自动控制调节，产生控制信号输出到驱动电路控制IGBT移相全桥逆变软开关工作方式，使输出达到所需要的电压或电流，满足焊接工艺要求。所述控制电路还有过热、过流、欠压、过压、缺相等保护及指示功能，以及功能选择(指实现多种焊接功能)、电流电压预设并显示等；所述驱动电路将由控制电路产生输入控制IGBT的信号加于放大，以便于适合驱动大功率半导体绝缘栅双极晶体管IGBT逆变工作的驱动功率。
如图2所示，所述单一主回路电路的主要结构为：三相380VAC/50Hz经接线盒、断路器K1接入三相EMI滤波电路1，三相EMI滤波电路1将外电网所引入的电磁干扰减小或滤除，减少外电网的电磁干扰本弧焊电源，同时将本机产生的电磁信号减少或滤除，减少或消除对外电网的干扰；三相EMI滤波电路1输出接入三相整流滤波电路2，此电路主要由三相整流模块V及电容C1、C2组成，整流滤波后的电流输入到全桥逆变软开关电路3，本电路采用ZVSZCS PWM移相全桥软开关，主要由超前桥臂Q1-1、Q1-2和滞后桥臂Q2-1、Q2-2组成，超前桥臂Q1-1、Q1-2工作在零电压(ZVS)，滞后桥臂Q2-1、Q2-2工作在零电流；全桥逆变软开关电路3通过中频变压器4接入到中频全波整流滤波电路5，所述中频全波整流滤波电路5主要由两个二极管D、电感L2、L3、L4和电容C6、C7、C8组成，两个二极管D分别通过电感L3和L4连接到中频变压器，两个二极管D上分别并联电容C6和C7，经二极管D整流后通过电感L2和电容C8输出。
如图2和3所示，工作时每个桥臂的两个IGBT成180°互补导通，超前桥臂Q1-1、Q1-2与滞后桥臂Q2-1、Q2-2导通角相差一个相位a，即移相角a，通过调节移相角a的大小来调节输出电压或电流的大小，超前桥臂Q1-1和Q1-2并联的电容C3、C4是降低超前桥臂关断时电压上升斜率，减少关断损耗；阻断电容C5在超前桥臂Q1-1、Q1-2关断时迫使中频变压器4原边电流下降到零，创造滞后桥臂Q2-1、Q2-2零电流关断的条件，还可避免中频变压器4直流偏磁和饱和现象；在中频变压器4原边电流下降到零时，串联于中频变压器4原边的饱和电感L1(在电流大时，L1饱和，电流小，接近零时退出饱和)阻止电流反方向增大，在一小段时间内将电流钳在零值，实现Q2-1、Q2-2零电流关断，同时滞后桥臂开通Q2-1、Q2-2时，电流从零上升，饱和电感L1限制电流上升斜率，使滞后桥臂零电流开通，向外输出能量，此电路各参数固定后将按一定规律谐振工作，电路以软开关方式逆变，可靠性高、效率高；然后经中频全波整流滤波电路5滤波后输出所需的电压或电流。
以上所述仅为本发明的一个实例，同时实例并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大功率单回路逆变软开关弧焊电源，包括单一主回路电路、控制电路、驱动电路，其特征在于：所述单一主回路电路由三相EMI滤波电路、三相整流滤波电路、全桥逆变软开关电路、中频变压器、中频全波整流滤波电路组成，所述三相EMI滤波电路输入端与三相电源相连，经三相整流滤波电路与全桥逆变软开关电路连接，再与饱和电感、阻断隔直电容串接后接入中频变压器原边，经中频变压器变压副边输出后再进入中频全波整流滤波电路；所述控制电路并联到中频变压器原边与中频全波整流滤波电路输出端，所述控制电路通过驱动电路链接到全桥逆变软开关电路。
2.根据权利要求1所述的大功率单回路逆变软开关弧焊电源，其特征在于：所述全桥逆变软开关电路是由大功率电力半导体器件绝缘栅双极晶体管IGBT构成。
3.根据权利要求1所述的大功率单回路逆变软开关弧焊电源，其特征在于：三相整流滤波电路主要由三相整流模块V及电容C1、C2组成。
4.根据权利要求1或3所述的大功率单回路逆变软开关弧焊电源，其特征在于：全桥逆变软开关电路采用ZVSZCSPWM移相全桥软开关，主要由超前桥臂Q1-1、Q1-2和滞后桥臂Q2-1、Q2-2组成，超前桥臂Q1-1、Q1-2工作在零电压(ZVS)，滞后桥臂Q2-1、Q2-2工作在零电流。
5.根据权利要求1所述的大功率单回路逆变软开关弧焊电源，其特征在于：中频全波整流滤波电路主要由两个二极管D、电感L2、L3、L4和电容C6、C7、C8组成，两个二极管D分别通过电感L3和L4连接到中频变压器，两个二极管D上分别并联电容C6和C7，经二极管D整流后通过电感L2和电容C8输出。
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