弧焊电源第6章方案.ppt

2．电磁定律的应用 3．集肤效应 交变电流通过导线时会产生集肤效应，表现为导体中的电流密度由导体的表面向中心越来越小，并呈指数规律下降。交变电流的频率越高，集肤效应越强烈。这就意味着导线的有效截面减小，导通电阻增大。 集肤效应的强度可用穿透深度Δ来表征，其含义是：交变电流沿导线表面开始，向内所能达到的径向深度，它所具有的横截面即是导线的有效截面。Δ与电流交变频率f、导线磁导率?和电导率?有关： 6.3 输入输出电路 6.3.1 输入整流滤波电路 6.3.2 输出整流滤波电路 性能 类型 反向恢复时间 反向耐压 电流容量 正向电压 反向漏电流 掺金扩散型 大 高 大 大 较大 外延型 小 高 大 较小(0.85v) 较大 肖特基型 很小(150ns) 低 较大 很小(0.55~0.65v) 大(数十mA) PIN型 小(200ns) 高 大 小(0.6~0.85v) 小(1mA左右) 表6-5 快恢复二极管特性比较 图6-14 电抗器滤波过程 6.4 时间比率控制及驱动电路 逆变式弧焊电源对能量输出的控制是通过逆变电路中的电子功率开关的通断来实现的。电子功率开关的通断是由时间比率控制（time ratio control，简写为TRC）电路产生的脉冲信号进行控制的，也就是说，逆变式弧焊电源采用了TRC控制。TRC控制通常有三种形式 PWM PFM PWM+PFM 1．PWM控制 PWM（pulse width modify）控制即脉冲宽度控制方式，也可以称为“定频率调脉宽”控制方式。此控制方式是在频率不变的条件下，调节脉冲宽度来调节逆变器的输出能量。 2．PFM控制 PFM（pulse frequency modify）控制，即脉冲频率控制方式，也就是“定脉宽调频率”控制方式。PFM控制是在脉冲宽度保持不变的条件下，通过改变脉冲频率来调节逆变器的输出。 6.4.2 PWM控制器 PWM方式更常见，有多种IC芯片，如：3525、3846、3524等 图6-20 SG3525的内部结构图 6.5 逆变式弧焊电源的特性控制 对外特性、调节特性、动特性等特性的控制主要是在电源自然输出特性的基础上，通过时间比率的调节来实现的。 6.5.1 电源的自然输出特性 电源自然输出特性是指在无反馈控制的开环条件下，电子功率开关的通断时间比率保持不变，电源输出的特性。通常用脉冲占空比来表示，即脉冲峰值时间在整个脉冲周期中所占的比例，也就是电子功率开关的导通时间在开关通断周期中所占的比例。 6.5.2 外特性控制 上述两种控制只是最基本的控制模式。若两种方式结合，则可以获得有一定斜率的外特性曲线，也可实施分段控制，使不同的段获得不同的外特性，图7-32是几种实际的逆变式弧焊电源的外特性曲线形式，其控制原理参见本书的5.3节。 常见的弧焊电源中比较放大电路原理图 6.5.3 调节特性控制 对于逆变式弧焊电源来说，利用其电子控制的灵活性，改变给定电路中的给定信号Ug，可以调节外特性曲线的位置。如果是平特性电源，给定信号Ug的变化将改变平外特性曲线的上下位置；如果是下降特性的电源，给定信号Ug的变化将改变下降外特性曲线的左右位置。 在焊接过程中，如果Ug以脉冲形式变化，则输出电流也将是脉冲电流。Ug的脉冲变化频率不得超过PWM频率即逆变频率，Ug的脉冲变化对输出电流的影响必须通过频率更高的PWM环节实现，即所谓的“在高频基础上的低频调制”，其波形如图7-36所示。 6.5.3 动特性控制 6.7 软开关IGBT逆变式弧焊电源（简介） 包括逆变式弧焊电源在内的开关式弧焊电源，有硬、软开关之分。“硬开关”是指功率开关器件工作在被强迫关断（电流不为零）或强迫导通（电压不为零）的状态下。由于目前大多数逆变电源或开关电源都采用了PWM控制技术，因此又称为硬开关PWM控制逆变电源或开关电源。硬开关逆变弧焊电源功率开关的导通和关断往往是在工作电流、电压不为零，甚至是较大值的状态下进行的。 硬开关逆变电源的开关损耗大，高频工作效率低。开关频率越高，开关损耗越大。实际开关过程中还存在电压过冲、振荡等现象，这会使开关损耗更大。此外，由于硬开关PWM控制逆变电源的开关管在关断过程中的电流、电压变化很快，其变化率di/dt、du/dt很大，所以产生的电磁干扰（EMI）比较严重，给电磁兼容性（EMC）设计带来一定的问题。在“硬开关”的开关过程中，电子功率器件的工作条件非常恶劣，是造成电子功率器件易于损坏的重要原因之一。 “软开关”是相对于“硬开