CN102801336A

CN102801336A - 一种新型逆变式三相电晕机

Info

Publication number: CN102801336A
Application number: CN2012103117677A
Authority: CN
Inventors: 陈金海; 饶启银
Original assignee: QUANZHOU YONGYU MACHINERY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: QUANZHOU YONGYU MACHINERY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2012-11-28

Abstract

一种新型逆变式三相电晕机电源，包括有顺次连接的整流电路、滤波电路、逆变电路、变压电路及功率输出电路，所述整流电路的信号输入端连接于三相交流电，所述功率输出电路的信号输出端连接于电晕机的电极架，所述逆变电路采用全桥软开关电路，所述滤波电路包括有滤波电容和滤波电感，所述滤波电容采用无极性的CBB电容。本发明的启动电路简单、功率因数高、CBB电容寿命长、对电网冲击小，同时，开关管IGBT模块工作在软开关状态，开关器件中的电流或电压按正弦或准正弦规律变化，从而实现超前臂的零电压关断及滞后臂的零电流关断，可减少开关损耗、降低散热量、有效减少电磁干扰、大大提高相应变换器的功率密度，很大程度的提高了整机的可靠性。

Description

一种新型逆变式三相电晕机

技术领域

本发明涉及一种电晕机，特别是一种新型逆变式三相电晕机电源。

背景技术

电晕机也称为电晕处理机、电子冲击机、电火花机，在学术上被称为介质阻挡放电，主要用于塑料薄膜类或塑料板材类制品的表面处理，当要对上述材料进行油墨印刷、复合、吹膜、涂布、胶接、材料改性、接枝、聚合、镀膜、流延、粘贴加工前，为了使产品的表面具有更强粘附力，防止原材料在生产过程中出现印刷甩色、复合粘贴不牢固、涂布漏胶不均匀等现象，影响了产品质量，必须先进行电晕冲击处理。电晕机由机械系统、伺服系统和电源电路三大部分组成，机械系统在伺服系统的带动下对工件进行加工，伺服系统的电源输入端接电源电路。

目前制造的三相电晕机电源的工作原理是：三相交流电通过滤波电感送入三相桥式整流电路，通过可控硅调压、电感、电解电容滤波后送入由大功率IGBT模块组成的半桥式逆变电路，逆变成频率约为20KHZ的交流中压，再经升压变压器升压后产生15KV、20KHZ的高频高压送至电极架。此种结构的电源存在以下缺点：1.由于输入侧整流滤波部分采用电解电容滤波，对电网的冲击电流较大、需要复杂的启动电路、功率因数低，同时电解电容寿命低；2.由于逆变电路采用半桥式电路，开关管即IGBT模块工作在硬开关状态，存在以下缺点：①功率器件在开通和关断过程中，产生较大开关损耗，而且随着频率的提高而增加，散热相对比较困难；②由于换流回路中存在杂散电感，如引线电感、变压器漏感等寄生电感或实体电感，当开关器件关断时，器件关断的di/dt会在杂散电感上形成电压尖峰，这导致开关器件关断时有很高的尖峰电压，并伴随振荡，容易造成开关器件的过压而击穿，一般电路中需要加很大的RC吸收电路；③由于吸收电容的使用，当开关管突然开通时，这些能量将瞬时全部耗散在开关器件内，从而增加开关器件的开通损耗，而且du/dt很大，将产生严重的开关噪声，这会影响开关器件驱动电路，使电路工作不稳定，由于功率器件开关损耗比较大，这种控制方式在一定程度上制约了逆变电晕机的高频化。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种启动电路简单、功率因数高、CBB电容寿命长、对电网冲击小，且可减少开关损耗、降低散热量、有效减少电磁干扰、大大提高相应变换器的功率密度，可很大程度的提高整机可靠性的新型逆变式三相电晕机电源。

本发明采用如下技术方案：

一种新型逆变式三相电晕机电源，包括有顺次连接的整流电路、滤波电路、逆变电路、变压电路及功率输出电路，所述整流电路的信号输入端连接于三相交流电，所述功率输出电路的信号输出端连接于电晕机的电极架，所述逆变电路采用全桥软开关电路。

还包括有通过驱动电路连接于逆变电路信号输入端的控制电路，所述功率输出电路通过反馈电路连接于控制电路的信号输入端，所述电极架通过检测电路连接于控制电路的信号输入端，所述控制电路的信号输入端还连接有功率调节电路。

所述滤波电路包括有滤波电容和滤波电感，所述滤波电容采用无极性的CBB电容。

所述全桥软开关电路包括有由四个IGBT开关管模块构成的全桥电路，该全桥电路中组成超前臂的两IGBT开关管上均并联有电容，组成滞后臂的两IGBT开关管上不并联电容。

所述IGBT开关管模块包括有一IGBT开关管及一与该IGBT开关管反向并联的续流二极管。

所述变压电路包括有一升压变压器，在该升压变压器一次回路中串联有谐振电容和饱和电感，在该升压变压器二次回路中设有一用于为逆变器提供换流通路的换向电感支路。

所述超前臂通过PWM信号控制，滞后臂不进行PWM控制。

所述全桥软开关电路的超前臂与滞后臂之间还并联有用于吸收杂散电感的IGBT电容吸收电路。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于滤波电路中的滤波电容采用无极性的CBB电容，因此启动电路简单、功率因数高、CBB电容寿命长、对电网冲击小。同时，由于逆变电路采用全桥软开关电路，在超前臂上并联电容，在升压变压器一次回路中串联谐振电容和饱和电感，在升压变压器二次回路中设置一用于为逆变器提供换流通路的换向电感支路，使开关管IGBT模块工作在软开关状态，由于谐振原理，开关器件中的电流或电压按正弦或准正弦规律变化，从而实现超前臂的零电压关断及滞后臂的零电流关断，可减少开关损耗、降低散热量、有效减少电磁干扰、大大提高相应变换器的功率密度，很大程度的提高了整机的可靠性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的整体结构示意图；

图2是本发明具体实施方式的整体电路原理图；

图3是本发明具体实施方式的全桥软开关电路的主电路图；

图4是本发明具体实施方式的IGBT开关管N₁、N₂、N₃、N₄的驱动波形图。

图中：1.整流电路，2.滤波电路，3.逆变电路，4.变压电路，5.功率输出电路，6.电极架，7.驱动电路，8.控制电路，9.反馈电路，10.检测电路，11.功率调节电路。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参照图1和图2，一种新型逆变式三相电晕机电源，包括有顺次连接的整流电路1、滤波电路2、逆变电路3、变压电路4及功率输出电路5，所述整流电路1的信号输入端连接于三相交流电，所述功率输出电路5的信号输出端连接于电晕机的电极架6，所述逆变电路3采用全桥软开关电路。还包括有通过驱动电路7连接于逆变电路3信号输入端的控制电路8，所述功率输出电路5通过反馈电路9连接于控制电路8的信号输入端，所述电极架6通过检测电路10连接于控制电路8的信号输入端，所述控制电路8的信号输入端还连接有功率调节电路11。所述滤波电路2包括有滤波电容C_w1、C_w2和滤波电感L_w，所述滤波电容C_w1、C_w2均采用无极性的CBB电容。

参照图1和图2，所述全桥软开关电路包括有由四个IGBT开关管模块构成的全桥电路，每个IGBT开关管模块包括有一IGBT开关管及一与该IGBT开关管反向并联的续流二极管，即由IGBT开关管N₁、N₂、N₃、N₄及对应的续流二极管D₁、D₂、D₃、D₄构成所述全桥电路。该全桥电路中N₁、N₃组成超前臂，N₂、N₄组成滞后臂，超前臂N₁、N₃上分别并联有电容C₁、C₃，滞后臂N₂、N₄上不并联电容。所述变压电路4包括有一升压变压器，在该升压变压器一次回路中串联有谐振电容C_X和饱和电感L_X1，在该升压变压器二次回路中设有一用于为逆变器提供换流通路的换向电感L_S支路。所述超前臂通过PWM信号控制，滞后臂不进行PWM控制。所述全桥软开关电路的超前臂与滞后臂之间还并联有用于吸收杂散电感的IGBT电容吸收电路，该IGBT电容吸收电路包括有两分别并联于超前臂和滞后臂的吸收电容C_a1和C_a2。

参照图1和图2，本发明的工作原理是：电网三相交流电经整流电路1整流后送入滤波电路2进行滤波，转化成高压直流信号，经逆变电路3逆变成高频交流信号，再经变压电路4升压后通过功率输出电路5送至电极架6实现电晕功能。控制电路8根据检测电路10对电极架转速信号的判断启动驱动信号，并且根据功率调节电路11输出的功率调节信号与反馈电路9输出的反馈信号叠加后的信号送至驱动电路7控制电晕电流的大小。

参照图1和图2，本发明的主电路中，由于滞后臂由变压器漏抗形成的环流电流来换流，换流能量受负载影响较大，负载轻时不易实现软开关，负载重时存在占空比丢失、通态损耗大等问题，因此本电路在变压器一次回路中增加了谐振电容C_X和饱和电感L_X1,用来产生滞后臂零电流关断的条件。由于谐振电容上的电压可将逆变器的电流进行衰减，降低通态损耗，串入的饱和电感将产生固定的换流能量以及固定的占空比，占空比丢失不会随负载电流的增加而增加。超前臂是负载换流，换流充分，超前臂易实现零电压关断，而在逆变器空载时，变压器一次电流很小，超前臂换流失败，超前臂中IGBT开通时其并联的电容剩余电压较高，并联电容直接向IGBT放电，会造成IGBT损坏，为此本电路在变压器二次回路中增加一个换向电感L_S支路，用以产生空载或轻载时的无功电流,给逆变器提供环流通路，使超前臂的电容进行换流。由于此电路中的负载电压很低时，超前臂换流时间加长，扩展了超前臂软开关电路的工作范围。

参照图1、图2、图3和图4，本发明中N₁、N₃、N₂、N₄均选用大功率IGBT，T为升压变压器，L_X2为升压变压器一次回路等效漏电感，L_X3为升压变压器二次回路等效漏电感，U₁为输入电压，U₀为输出电压。本发明的逆变电路3实现软开关的控制方式为：N₁、N₃与N₂、N₄为互补导通，N₁、N₃为PWM控制，N₂、N₄不进行PWM控制。其工作过程分为八个阶段，前四个与后四个阶段是对称的。

①阶段1

N₁、N₄导通，电流通路为U₁(+)→N₁→L_X1→L_X2→C_X→T→N₄→U₁(-)，假设饱和电感L_X1此阶段已饱和，对电路影响可以忽略，L_X3足够大，即电感量L_X3≥L_X2，可等效为恒流源且折算至一次电流为I₀，此阶段工作原理等效为恒流源给C_X充电，C_X上的电压线性上升。

②阶段2

N₁截止，电流通路为U₁(+)→C₁→L_X1→L_X2→C_X→T→N₄→U₁(-)，N₁两端电压上升。当N₁截止时，L_X3仍作为恒流源折算至变压器一次侧，由于N₁的关断，电流通路由支路N₁转移至C₁和C₃支路上，电流I₀仍给C₁充电同时给C₃放电，C₁上电压线性变化，电压上升率与负载电流I₀有关，负载电流大，电压上升率高，N₁关断是应力高。由于有C₁和C₃，N₁是零电压关断。

③阶段3

当N₁两端电压升至U₁时，D₃导通，电路通路为U₁(-)→D₃→L_X1→L_X2→C_X→T→N₄→U₁(-)，当C₁上的电压升高至U₁时，电流支路由C₁移至D₃,电路等效为有L_X1、L_X2及C_X造成的LC振荡电路，由于C_X上电压的阻挡作用，回路中的电流在不断衰减，以减少环流引起的通态损耗，当电流小到L_X1的饱和电流值时，L_X1参与工作，L_X1是饱和电感，一旦退出饱和，电感值将增加至很大，此时回路中的电流基本上衰减为很小，为滞后臂零电流关断创造了条件。

④阶段4

N₄截止，电流通路为U₁(-)→D₃→L_X1→L_X2→C_X→T→D₂→U₁(+)，当N₄截止时，N₄支路中流过的是L_X1饱和电流，电流很小，N₄可等效成零电流关断，N₄关断后，D₃导通进行换相。电流支路由N₄转至D₂。

上述为前半个周期N₁和N₄的工作状况，后半个周期N₂和N₃的工作状况与前半个周期N₁和N₄的工作状况对称。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种新型逆变式三相电晕机电源，包括有顺次连接的整流电路、滤波电路、逆变电路、变压电路及功率输出电路，所述整流电路的信号输入端连接于三相交流电，所述功率输出电路的信号输出端连接于电晕机的电极架，其特征在于：所述逆变电路采用全桥软开关电路。

2.如权利要求1所述的一种新型逆变式三相电晕机电源，其特征在于：还包括有通过驱动电路连接于逆变电路信号输入端的控制电路，所述功率输出电路通过反馈电路连接于控制电路的信号输入端，所述电极架通过检测电路连接于控制电路的信号输入端，所述控制电路的信号输入端还连接有功率调节电路。

3.如权利要求1所述的一种新型逆变式三相电晕机电源，其特征在于：所述滤波电路包括有滤波电容和滤波电感，所述滤波电容采用无极性的CBB电容。

4.如权利要求1所述的一种新型逆变式三相电晕机电源，其特征在于：所述全桥软开关电路包括有由四个IGBT开关管模块构成的全桥电路，该全桥电路中组成超前臂的两IGBT开关管上均并联有电容，组成滞后臂的两IGBT开关管上不并联电容。

5.如权利要求4所述的一种新型逆变式三相电晕机电源，其特征在于：所述IGBT开关管模块包括有一IGBT开关管及一与该IGBT开关管反向并联的续流二极管。

6.如权利要求4所述的一种新型逆变式三相电晕机电源，其特征在于：所述变压电路包括有一升压变压器，在该升压变压器一次回路中串联有谐振电容和饱和电感，在该升压变压器二次回路中设有一用于为逆变器提供换流通路的换向电感支路。

7.如权利要求4所述的一种新型逆变式三相电晕机电源，其特征在于：所述超前臂通过PWM信号控制，滞后臂不进行PWM控制。

8.如权利要求4所述的一种新型逆变式三相电晕机电源，其特征在于：所述全桥软开关电路的超前臂与滞后臂之间还并联有用于吸收杂散电感的IGBT电容吸收电路。