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1、逆变电弧焊机 内燃机驱动的发电电焊两用机组既可作为辅助电源，又可作为焊机使用，利用率较高。由于焊接方法越来越多，而发电机不可能有很灵活的外特性控制方法，因而，发电机和电力电子技术配合起来，将发电机的输出进行逆变或斩波控制，很灵活地产生多种电流波形，以适应不同焊接方法的需要。随着逆变电路拓扑结构形式的发展和半导体器件的成熟，逆变电焊机的性能较早期的晶体管逆变焊机、大功率晶体管逆变焊机等有了很大的提升。特别是绝缘栅双极型晶体管即IGBT 的成熟，由于它将MOS 场效应晶体管和功率晶体管两者的优点集于一身，电压等级和电流容量相比场效应晶体管大得多，而工作频率又比功率晶体管高，因而，在中大功率的逆变焊
2、机中获得应用。逆变焊机的优势主要体现在三个方面，其一是工作频率较高，变压器重量和体积减小，传统焊机中变压器的重量占了焊机重量的80% 以上，逆变焊机重量是同容量整流焊机的1 /2 1 /4; 其二是空载和负载时节能，空载时逆变焊机可以将主电路、风机等全部进入停止状态，空载功耗仅有几瓦，逆变焊机负载时的效率要比晶体管整流焊机的高; 三是由于工作频率达到20 kHz 以上，频率的提高可以对熔滴过渡细化为多个阶段进行控制，控制过程的动态特性得到提高。具有效率高，空载损耗小，节约能源。具有完善的过压，欠压，过流，过载自动保护功能，安全可靠。体积小，轻便易携，特别适合流动性大的场所及高空作业。引弧性能好
3、，焊缝均匀美观，电弧稳定，飞溅小。可使用酸性、碱性等各种类型的焊条。适合焊接不绣钢、碳钢、铜及其他有色金属。使用于车辆制造、造船、化工、锅炉、食品、医药、厨房、环保工程、装修等各行金属材料的加工。1. 基本原理 其基本的工作原理是电网工频电经过整流后，变成直流，再经逆变器变成高频交流，通过高频脉冲变压器降压后再次整流、电感滤波得到平滑的直流电供焊接使用。控制电路产生高频率的脉宽调制波实时控制逆变器功率管的导通或关断，根据焊接电流反馈信号的大小调整控制脉冲的占空比，使焊接电流稳定在设定值。工作原理框图，如图1。2. 外特性曲线 电弧焊电源的外特性一般为恒流特性，如图2。外特性曲线分成空载区、正常
4、电弧燃烧区和短路区。正常燃烧区即为外特性的恒流区，焊接时工作点在恒流段运动。一般当电弧电压低于15 V 左右，进入短路区。由焊接电压与电流曲线关系U = 20 +0 04I，焊接最大电流为180 A 时电压为27 2 V，以此参数确定高频变压器的设计及输出整流器的选型。3. 控制电路设计 控制电路中主要包含三大部分电路，即开关电源电路、脉宽调制波电路和功率管驱动电路。开关电源电路产生多路稳压直流电源，为控制电路提供相互隔离的电压。本文重点介绍脉宽调制波的形成电路。控制芯片选用SG3525。SG3525 是电流控制型PWM 控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器
5、的输入端直接用通过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率，还是负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。SG3525 为16 脚芯片，具体的内部结构，如图3 所示。图1 逆变焊机原理框图图2 电弧焊电源静外特性曲线图3 SG3525A 的内部框图及引脚图脚1 及脚2 分别为芯片内误差放大器的反相输入端、同相输入端。2 脚接电焊机的电流控制给定电位器，1脚接入电流反馈信号。芯片内部比较器的反相端接误差放大器的输出信号Ue，而振荡器的输出信号Uc
6、则加到比较器的同相输入端，比较器的输出信号为PWM 信号，该信号经锁存器锁存，分相电路由二进制计数器和两个或非门构成，其输入信号为振荡器的时钟信号，并用时钟信号的前沿触发，输出为频率减半的互补方波，这些方波和PWM 信号输入到或非门逻辑电路。其结果是，所有的输入为负时，输出为正。这样A、B 端输出每半周期交替为正，其宽度和PWM 信号的负脉冲相等。脉冲很窄的时钟信号输入到逻辑或非门电路，可使两个门的输出同时有一段低电平，以产生死区时间，可以有效避免同一桥壁上的两个IGBT 管同时导通而短路。11、14 脚输出PWM 波实时控制功率开关管IGBT的导通及关断，通过实时调整开关管导通及关断的时间，
7、达到控制焊接电流恒定的目的。4. 焊接电流的取样 对直流电流的采样通常用分流器或霍尔传感器。分流器是根据电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成，其额定电流时的压降是60 mV，也可被用作75 mV、100 mV、120 mV、150 mV 及300mV 等。但分流器信号较弱，一般都需要采用放大电路，由于共地取样时易将干扰信号引入放大器，信噪比较差。另外，在直流焊接回路中串接分流器，增加了电焊机的体积和重量，为此，采用闭环霍尔电流传感器，其接线方便，体积和重量很小，需要双电源( 15V) 供电，其输出为标准的电流或者电压信号，能够实现对直流焊接电流的隔离测量。闭环霍尔电流传感器前置放大电路如
8、图4 所示，R 为取样电阻,图4 闭环式传感器前置放大电路放大器输出Uo 通过阻容网络接到控制芯片SG3525的1 脚。5. 测试结果研制该逆变电焊机主要用于发电电焊机组，电焊机的主要部件是分散组装在机组上，所以对原理样机的试验是在分散连接的条件下进行的。在空载时直流电压为65 V，经过多次试焊，滤波电感的大小直接影响着滤波效果及焊条的引弧特性，电感量太大，引弧电流峰值小不利于热发射和热电离，使引弧困难; 电感量太小，引弧电流峰值大引起飞溅，甚至烧穿工件。经过反复试验，确定滤波电感量在20 40 H 能够达到理想的焊接效果，焊缝成型很好，更换不同的焊条，焊接电流设定50 180 A 的范围内都
9、能焊接稳定，焊缝连续。达到了预先设计要求。6. 结束语本文重点介绍了逆变电焊机逆变部分的PWM波控制电路。要使电焊机正常工作，发挥逆变电路的优势和特点，对高频脉冲变压器和电感的设计、IGBT 的保护及散热设计、控制用开关电源设计、高频干扰信号的抑制等方面都有较高的要求。参考文献:1 沈锦飞 电源变换应用技术M 北京: 机械工业出版社， 20072 赵修科 实用电源技术手册K 沈阳: 辽宁科学技术出版社， 20023 曲学基 新编高频开关稳压M 北京: 电子工业出版社， 20054 黄石生 弧焊电源及其数字化控制技术M 北京: 机械工业出版社， 20065 苏开才，毛宗源 现代功率电子技术M 北京: 国防