一文看懂逆變直流電焊機的工作原理 - 全文

逆變直流電焊機的工作原理：

逆變電焊機主要是逆變器產(chǎn)生的逆變式弧焊電源，又稱弧焊逆變器，是一種新型的焊接電源。是將工頻（50Hz）交流電，先經(jīng)整流器整流和濾波變成直流，再通過大功率開關(guān)電子元件（晶閘管SCR、晶體管GTR、場效應(yīng)管MOSFET或IGBT），逆變成幾kHz~幾十kHz的中頻交流電，同時經(jīng)變壓器降至適合于焊接的幾十V電壓，再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當平穩(wěn)的直流焊接電流。

其變換順序可簡單地表示為：

工頻交流（經(jīng)整流濾波）→直流（經(jīng)逆變）→中頻交流（降壓、整流、濾波）→直流。

即為：AC→DC→AC→DC

因為逆變降壓后的交流電，由于其頻率高，則感抗大，在焊接回路中有功功率就會大大降低。

所以需再次進行整流。

這就是目前所常用的逆變電焊機的機制。

逆變電源的特點：

弧焊逆變器的基本特點是工作頻率高，由此而帶來很多優(yōu)點。

因為變壓器無論是原繞組還是副繞組，其電勢E與電流的頻率f、磁通密度B、鐵芯截面積S及繞組的匝數(shù)W有如下關(guān)系：

E=4.44fBSW

而繞組的端電壓U近似地等于E，即：

U≈E=4.44fBSW

當U、B確定后，若提高f，則S減小，W減少，

因此，

變壓器的重量和體積就可以大大減小。

就能使整機的重量和體積顯著減小。

還有頻率的提高及其他因素而帶來了許多優(yōu)點，

與傳統(tǒng)弧焊電源比較，

其主要特點如下：

1.體積小、重量輕，節(jié)省材料，攜帶、移動方便。

2.高效節(jié)能，效率可達到80%~90%，比傳統(tǒng)焊機節(jié)電1/3以上。

3.動特性好，引弧容易，電弧穩(wěn)定，焊縫成形美觀，飛濺小。

4.適合于與機器人結(jié)合，組成自動焊接生產(chǎn)系統(tǒng)。

5.可一機多用，完成多種焊接和切割過程。

電焊機之IGBT系列焊機工作原理

一、功率開關(guān)管的比較

常用的功率開關(guān)有晶閘管、IGBT、場效應(yīng)管等。其中，晶閘管（可控硅）的開關(guān)頻率最低約1000次/秒左右，一般不適用于高頻工作的開關(guān)電路。

1、效應(yīng)管的特點：

場效應(yīng)管的突出優(yōu)點在于其極高的開關(guān)頻率，其每秒鐘可開關(guān)50萬次以上，耐壓一般在500V以上，耐溫150℃（管芯），而且導通電阻，管子損耗低，是理想的開關(guān)器件，尤其適合在高頻電路中作開關(guān)器件使用。

但是場效應(yīng)管的工作電流較小，高的約20A低的一般在9A左右，限制了電路中的最大電流，而且由于場效應(yīng)管的封裝形式，使得其引腳的爬電距離（導電體到另一導電體間的表面距離）較小，在環(huán)境高壓下容易被擊穿，使得引腳間導電而損壞機器或危害人身安全。

2、IGBT的特點：

IGBT即雙極型絕緣效應(yīng)管，符號及等效電路圖見圖11.1，其開關(guān)頻率在20KHZ~30KHZ之間。但它可以通過大電流（100A以上），而且由于外封裝引腳間距大，爬電距離大，能抵御環(huán)境高壓的影響，安全可靠。

一、場效應(yīng)管逆變焊機的特點

由于場效應(yīng)管的突出優(yōu)點，用場效應(yīng)管作逆變器的開關(guān)器件時，可以把開關(guān)頻率設(shè)計得很高，以提高轉(zhuǎn)換效率和節(jié)省成本（使用高頻率變壓器以減小焊機的體積，使焊機向小型化，微型化方便使用。

但無論弧焊機還是切割機，它們的工作電流都很大。使用一個場效應(yīng)管滿足不了焊機對電流的需求，一般采用多只并聯(lián)的形式來提高焊機電源的輸出電流。這樣既增加了成本，又降低了電路的穩(wěn)定性和可靠性。

二、IGBT焊機的特點

IGBT焊機指的是使用IGBT作為逆變器開關(guān)器件的弧焊機。由于IGBT的開關(guān)頻率較低，電流大，焊機使用的主變壓器、濾波、儲能電容、電抗器等電子器件都較場效應(yīng)管焊機有很大不同，不但體積增大，各類技術(shù)參數(shù)也改變了。

三、IGBT焊機工作原理：

半橋逆變電路工作原理如圖11.2

工作原理：

①tl時間：開關(guān)K1導通，K2截止，電流方向如圖中①，電源給主變T供電，并給電容C2充電。

②t2時間：開關(guān)K1、K2都截止，負截無電流通過（死區(qū)）。

③t3時間：開關(guān)K1截止，K2導通，電容C2向負載放電。

④t4時間：開關(guān)K1、K2均截止，又形成死區(qū)。如此反復在負載上就得到了如圖11.3的電流，實現(xiàn)了逆變的目的。

2、IGBT焊機的工作原理

①電源供給：

和場效應(yīng)管作逆變開關(guān)的焊機一樣，焊機電源由市電供給，經(jīng)整流、濾波后供給逆變器。

②逆變：

由于IGBT的工作電流大，可采用半橋逆變的形式，以IGBT作為開關(guān)，其開通與關(guān)閉由驅(qū)動信號控制。

③驅(qū)動信號的產(chǎn)生：

驅(qū)動信號仍然采用處理脈寬調(diào)制器輸出信號的形式。使得兩路驅(qū)動信號的相位錯開（有死區(qū)），以防止兩個開關(guān)管同時導通而產(chǎn)生過大電流損壞開關(guān)管。驅(qū)動信號的中點同樣下沉一定幅度，以防干擾使開關(guān)管誤導通。

④保護電路：

IGBT焊機也設(shè)置了過流、過壓、過熱保護等，有些機型也有截流，以保證焊機及人身安全，其工作原理與場效應(yīng)管焊機相似。

逆變與整流是兩個相反的概念，整流是把交流電變換為直流電的過程，而逆變則使把直流電改變?yōu)榻涣麟姷倪^程，采用逆變技術(shù)的弧焊電源稱為逆變焊機。逆變過程需要大功率電子開關(guān)器件，采用絕緣柵雙極晶體管IGBT作為開關(guān)器件的逆變焊機成為IGBT逆變焊機。

逆變焊機的工作過程如下：將三相或單相工頻交流電整流，經(jīng)濾波后得到一個較平滑的直流電，由IGBT組成的逆變電路將該直流電變?yōu)閹资甂HZ的交流電，經(jīng)主變壓器降壓后，再經(jīng)整流濾波獲得平穩(wěn)的直流輸出焊接電流。

逆變電焊機優(yōu)點：由于逆變工作頻率很高，所以主變壓器的鐵心截面積和線圈匝數(shù)大大減少，因此，逆變焊機可以在很大程度上節(jié)省金屬材料，減少外形尺寸及重量，大大減少電能損耗，更重要的是，逆變焊機能夠在微妙級的時間內(nèi)對輸出電流進行調(diào)整，所以就能實現(xiàn)焊接過程所要求的理想控制過程，獲得滿意的焊接效果。

逆變電焊機和直流電焊機有什么區(qū)別？

以輸出電流的方式來區(qū)分交直流，較重要的焊件（如鍋爐、壓力容器和合金結(jié)構(gòu)鋼等）一般選用直流焊機，它焊縫成型美觀，電弧穩(wěn)定，飛濺小，空耗小，一般焊接堿性焊條（常見506、507）用直流焊機，堿性焊條的焊縫具有良好的抗裂性和力學性能，但工藝性能較差，交流焊機主要焊接低碳鋼和強度較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接，一般用焊接酸性焊條（常見422）焊接，酸性焊條能交直流兩用，焊接工藝性能較好，但焊縫的力學性能，特別是沖擊韌度較差。直流焊機設(shè)備價格稍高于交流焊機，且耐用性稍差，維護成本較高，直流焊機用ZX-（電流值）表示，交流用BX-（電流值）表示，直流的比較好。

直流焊機好交流焊機型號是BX開頭，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是一個超大型的工頻變壓器。屬于國家強制淘汰的高耗能產(chǎn)品。直流焊機型號一般為ZX開頭，常有的有ZX5和ZX7.目前主流的直流焊機是ZX7逆變式直流焊機。主要特點是節(jié)能，重量輕。同時也可以做碳弧氣刨用。使用方法是一樣的，接好焊鉗線和地線后，直接焊接就可以。不過直流焊機是有正反接法的，通常是焊鉗接負極，工件接正極。

交流電焊機的優(yōu)缺點：

優(yōu)點1.價格便宜。2.一般不容易出故障。

缺點1.體積大笨重搬運不方便2.耗能電費得多給3.一般只能焊酸性焊條例如422等4.電流調(diào)節(jié)不方便，得使勁搖手柄5.單相供電，造成電網(wǎng)不平衡，影響其它設(shè)備工作。

直流電焊機的特點：直流電焊機一般分為可控硅整流和逆變兩種，現(xiàn)在用的較多的是逆變焊機。

逆變電焊機的優(yōu)點：1.同規(guī)格400A焊機體積比交流焊機一般小一半以上，重量約為交流焊機的1/3左右，所有移動特別方便。2.同規(guī)格的逆變焊機比交流焊機節(jié)約電能1/3以上，電費省很多喲！3.酸性焊條堿性焊條都可以焊接4.電流調(diào)節(jié)很方便，只要旋一下電位器就可以，一般焊機還有電流預顯功能5.三相供電，對電網(wǎng)影響較小。

逆變電焊機缺點：1.價格相對較高2.維修比較復雜，一般需要專業(yè)人員維修。

逆變焊機焊接效果好，主要區(qū)別在于重量方面，重量是交流焊機的三分之一甚至更輕，移動方便，適合時代的需要。在焊接的時候，逆變焊機有熱引弧功能，起弧更方便、而且交流焊機的耗電量比直流焊機的要大得多，因此省電更是直流焊機的一大特色。