逆变弧焊电源.doc

引 言 焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。焊接作为现代金属加工中最重要的方法之一，为世界所瞩目。据不完全统计，全世界年产45%左右的钢和大量的非铁金属（如Cu 、Al 、Ti等）以及部分非金属（如塑料等）都是通过焊接加工成为构件而付诸使用的。因此，国民经济的诸多行业都需要大量高性能、高品质的电焊机。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足一克的微电子芯片，在生产中都不同程度的依赖焊接设备。焊接设备已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命，以及生产成本、效率和市场反应速度。 随着微电子技术、计算机技术、自动控制理论和电力电子技术的发展，焊接电源电路结构不断吸收相关科学成果，重早期的机械控制性发展到今天的电子控制型，逆变焊接电源已成为当今发展的主流。加快逆变焊机的开发，发挥逆变焊机顶峰优势，加快逆变电源在气体保护焊机，特别是熔化极气体保护焊机方面的研究，改善性能，扩大使用范围，提高可靠性。说明现阶段发展逆变焊接电源的任务刻不容缓，而发展各种逆变焊接电源的基础是发展逆变弧焊电源。便携式弧焊电源具有焊接性能好、动态反应速度快、动特性好、体积小、质量轻、效率高、焊接速度快等优点，可用于装潢，维修等行业，满足市场的需求，具有实际意义，同时弧焊电源的研究对以后，逆变式等离子切割机，多功能逆变弧焊电源等研究奠定了基础。 本设计的弧焊电源设计输入电压为单相220V,输出空载电压为60V,焊接工作电压为10-30V,焊接电流调节范围直流为10-15A，最大功率输出为2KW，适用范围为手工弧焊，工作频率为100KHZ。逆变式弧焊电源能够还拥有一定的抗干扰能力，使其在恶劣的环境下能够工作，且有较好的输出外形。并且在负载时具有恒流特性，有一定的弧长特性。 1 焊接电源技术现状 1.1焊接电源的基本概念 焊接电源是焊接设备的能量源，是焊接设备的核心。要使焊接设备成为多功能、高精度的柔性设备，实际上是使焊接电源的输出特性、输出形式、动态特性及焊接参数的可调性、可控性好，同时输出参数的控制精度高。 1.1.1弧焊电源的分类 弧焊电源可分为四大类型：交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源和逆变式弧焊电源。其中又细分为弧焊变压器、矩形波（或方波）交流弧焊电源、直流弧焊发电机、弧焊整流器、弧焊逆变器、脉冲弧焊电源等等。 1.1.2焊接电源的优点 传统的焊接电源对动特性、输出特性的控制采用机械控制和电磁控制，这种焊接电源的外特性和动特性取决于电源本身的结构，其缺点在于控制精度低且特性可调范围窄，不能够实现无级调节，很难将直流焊、直流脉冲焊、交流方波焊等功能于一身，因此，传统焊接电源一般作为单用途焊接电源。另外传统的焊接电源输出形式、输出特性的可调性差，输出特性也不理想，焊接参数控制精度低。另一方面，由于传统的焊接电源中变压器的输入频率为工频，造成电源变压器、输出直流电抗器（即平波电抗器）体积庞大、笨重，焊机能耗高，输出电流波动大，从而造成电源输出动态特性差，使得焊接效果不理想。由于传统的焊接电源存在许多的缺点，所以，传统的焊接电源正处于淘汰之中。随着电力电子技术的迅速发展，特别是控制技术及功率电子器件的发展，使得焊接电源的电子控制技术迅速成熟。焊接电源的电子控制技术就是将自动控制技术用于焊接电源中，通过对电弧电压、电流的反馈调节，从而使焊接电源呈现出所需的各种外特性。在焊接过程中，通过让给定信号满足一定的时间函数，使焊接电源的输出满足一定的动态轨迹，精确地控制焊接过渡过程特性，可以很好的适应焊接工艺的要求。随着近代晶闸管器件的推广，产生了晶闸管整流焊接电源，其优点在于改善了传统焊接电源的电源输出特性的可调性及控制精度，使其在焊接工艺方面获得了广泛的应用。但是，其缺点是电源变压器的输入频率仍为工频，使得焊机笨重、庞大，而且耗能高，特别是电源的输出动特性差，因此，其使用方便性及焊接质量方面还不太理想。随着可关断功率器件的发展，近年来出现的逆变焊接电源作为一种新型的焊接电源受到人们的广泛关注，此逆变焊接电源通过将工频交流电整流滤波为直流电，再将直流电逆变为中高频交流电，通过焊接变压器将中高频交流电耦合到输出整流电路，从而实现直流焊接功能。 根据变压器基本公式： =×?××× （1-1） 式中: —为变压器输入电压; ?—输入电压的频率; —变压器绕组匝数; —变压器的铁芯截面积; —磁感应强度。 从公式上可以看出，当变压器输入电压及磁感应强度最大值一定时，提高输入电压的频率可以减少绕组匝数与铁芯截面积S的乘积，而变压器的体积主要由及决定。因此，提高逆变频率可以使逆变电源的体积和重量大幅度减少，从而节约大量金属。同时，由于逆变频率的提高使整流器输出的脉