发布时间 : 星期四 文章逆变焊机主电路的设计更新完毕开始阅读
场合。
4.3本系统的主电路设计方案
逆变焊机的主电路承担着转换、传递能量的任务，是整个电源系统的基础。主电路必须安全、可靠，器件参数的选择应该以极限工作条件为依据，并留有一定余量，保证所选器件工作在安全区域。
本文设计的IGBT逆变焊机输出电流为 160A，输出电压为27V，逆变器工作频率为20KHz，要求系统具有平硬外特性和良好的动特性，电流、电压响应要求迅速。
由于全桥变换器可以提高变压器的利用率，减小开关元件的电压电流等级，传输功率大，因此在本系统主电路设计采用全桥式结构，拓扑结构图如图4.6所示。
主电路主要包括三部分:
第一部分，输入整流滤波电路。二极管Dl一D4组成输入整流电路(实际电路用整流模块代替);电解电容Cl一C3和电阻Rl、咫组成滤波电路。
第二部分，逆变器。VTI一VT4为功率开关管IGBT管，与降压变压器T组成逆变器;RS一RS、CS一CS、DS一DS共同组成VTI一VT4的RCD吸收网络，减少IGBT开关过程电流、电压对管子的冲击。
第三部分，输出整流滤波电路。快速整流二极管Dg、D10和直流电抗器Ll共同组成单相全波整流滤波输出电路;电阻R3、R4和电容Cg、 C10共同组成Dg、D10的RCD吸收网络。
该主电路工作原理为:单相220V电压经过单相桥式整流后，输出为带纹波的直流电压，再经过电解电容Cl一C3组成的滤波电路滤波后得到310V平直的直流电压。当控制电路输出相同占空比的PWM脉冲控制IGBT，使它们轮流导通与关断，此时，直流电压被逆变成20K壬12的交流方波电压。VTI、VT4和VTZ、VT3的轮流导通和关断使中频变压器Tl的原边绕组上的电压为正负对称的方波。变压器的次级绕组感应的交流方波电压大小采用PWM方式进行调节，即改变驱动脉冲的占空比实现。变压器输出的交流方波电压经过快恢复二极管Dg和D10整流后变成方波直流电压，最后经过
滤波电感(直流电抗器Ll)滤波后输出较为平直的直流电压 [6211631。此时实现了对输出电流的恒流控制。
当控制电路输出不同占空比的PWM脉冲控制IGBT组VTI、VT4和VTZ、VT3的开通与关断，则逆变器输出频率为20KHz，幅值相同但平均值不同的交流方波脉冲。经过变压器降压整流滤波后，可以实现脉冲电流的输出。可见，改变控制脉冲的占空比就可以调节焊机电源的输出。
PWM脉冲占空比通过软件程序设计，本系统选用相同占空比的PWM脉冲控制IGBT，使焊机输出连续的直流电压。
4.4主电路参数的设计计算 4.4.1中频变压器的设计
中频变压器主要作用是电压变换(降压)、功率传递和实现输人、输出之间的隔离。由于中频变压器工作频率高达ZOKHz，它要求磁芯材料高频损耗尽可能小，此外还要求饱和磁通密度高，随工作温度升高，饱和磁密度的降低尽量小等。对于上述要求，采用性价比较好的铁氧体材料做变压器磁芯，功率损耗明显减少。实际制作的变压器磁芯采用双E型磁芯组合而成。
中频变压器一次侧为1组绕组N1，，二次侧为2组绕组N2、N3对称串联。一次电压为方波电压，其幅值为电网输人电压U;经整流滤波后输出的电压，按电网峰值电压计算。
式中Ul为中频变压器输入电压的幅值，取320V。
二次测电压U2，参考电机的输出空载电压70V，适量取大，留有一定的调节空间取80V，所以匝数比:
实际二次电压幅值:
在此选用EE118型铁氧体材料磁芯2组，每组磁芯有效截面积A为 11.8cm2，磁通密度变量△B为0.2T。因为开关频率设定为20KHz，周期T=50脚，考虑留有一定的“死区负载”，防止IGBT直导通。因此，要求一个周期内导通时间ton<25μS。
式中toN。为每只IGBT在一个周期内导通的最长时间，即最大脉冲宽度;
焊机输出电压70V，U2为中频变压器二次测电压幅值80V。 电网输入电压经过整流后，电压最大值
式中1.15位电网波动系数。
所以变压器一次侧匝数至少为:
式中N1为中频变压器一次侧匝数，按20匝算，U1m为中频变压器输人电压最大值358V(考虑网压15%波动的峰值)，ΔB为中频变压器时磁芯磁通密度变量0.2T，A为磁芯有效截面积 11.8cm2。
二次侧的匝数[9]:
4.4.2逆变器的设计
弧焊逆变器是数字化焊机主电路的核心。根据逆变器所选用的大功率开关器件的不同可分为:晶闸管(GTo)逆变器、晶体管(GTR)逆变器、场效应管(MOSFET)逆变器和绝缘栅双极晶体管aGBT)逆变器等。
GTR的开关速度较低，对动态特性有影响，而且是电流驱动方式，驱动功率较大，还存在二次击穿问题二MOSFET有较好的高速控制性能，然而容量小，难以实现大电流，主要应用于小型和轻型设备中。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件，它兼有MOSFET易驱动和功率晶体管电压、电流容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，在较高频率的大中功率应用中占据了主导地位。而且IGBT电压驱动、开通和关断容易，开关速度快，单个器件