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特种数字化弧焊电源
阅读:573时间:2018-04-10 09:50:28

电弧焊接是焊接方法中最主要的一大类,弧焊电源是电弧焊接中的主要部分。电力电子技术的发展促使弧焊电源从电磁和机械控制的发电机式、变压器式、硅整流式等发展为电子控制的可控硅整流式、逆变式(实际上是DC/AC/DC的弧焊电源,沿用焊接行业逆变式的说法)等,从而为实现更精确、更复杂的电源输出特性控制和焊接工艺过程控制奠定了基础。

简介

  1981年在德国埃森举办的世界焊接与切割博览会上,首次展出了4个厂家的晶闸管式和晶体管式弧焊逆变器,主要用于焊条电弧焊、低压引弧式钨极氢弧焊和C02气体保护焊,最大电流为350A。继1982年瑞典ESAB公司推出了晶闸管弧焊逆变器产品之后,美国的incoln,Miller,Powcon公司,芬兰的Kemppi,瑞士的ELTRON,日本的大坂变压器公司等国际着名的焊接设备公司都相继推出了各自的弧焊逆变器产品。到了1989年在博览会上已有30多个厂家展出弧焊逆变器。除场效应管式、晶体管式弧焊逆变器以较大的比例增长之外,开始出现IGBT式弧焊逆变器,最大容量SODA,其用途进一步扩展到等离子切割等领域。1993年,在德国埃森国际焊接与切割博览会上,展出了各种规格和用途的弧焊逆变器,其应用范围包括手工电弧焊、TIG焊、MIG/MAG焊、C02焊等。容量在130-630A之间,逆变频率为2-20kHz。其中,额定电流130A,负载持续率35%的场效应管式弧焊逆变器,重量仅有4Kg,逆变频率为100-130KHz。据调查,到1996年日本日立公司IGBT逆变焊机己占其生产的MIG/MAG焊机的70%,占TIG焊机的95%以上,占切割机的100%。
  在我国逆变式弧焊电源的发展非常快,前景也十分可观,20世纪70年代末我国着手研制晶闸管式弧焊逆变器,80年代初取得初步成果。1983年,成都电焊机研究所研制出了第一台商品化的ZX7-250可控硅逆变弧焊整流器,通过部级鉴定;1983年一1991年,清华大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学等相继推出各式开关器件的逆变焊机;1992年,深圳瑞凌成功研制出110kHz,MOSFET的逆变焊机,并推向市场;2000年,各种IGBT逆变焊机纷纷登台。目前,北京工业大学、山东大学、华南理工大学、华中科技大学、甘肃工业大学、上海交通大学、镇江船院、沈阳工业大学等科研院所以及北京时代、山东奥太等企业研发中心以产学研合作、自主创新、模仿创新、和目标用户的合作开发等研发组织形式大力研发了各种逆变式弧焊电源。
  2000年,我国将IGBT逆变电源列入高科技产品目录,成为焊接设备行业唯一被列入的产品。近几年逆变式弧焊电源的产量每年都以较快的速度增长,2003年以来逆变式弧焊电源增涨幅度明显高于以往,2006年实现增幅150.34%,其普及应用速度超过了同期世界的发展水平,2007年直流弧焊机产量占总产量的比重持续上升,为总产量的36.74%,其中逆变式直流弧焊机产量较上年增长91.11%。

主电路现状

  逆变式弧焊电源已成为目前国际上公认的最先进的弧焊电源,也是最具有发展潜力的一种弧焊电源。其优点为:焊接性能好、频率响应快、动特性好,有利于实现焊接自动化;重量轻;效率高,可达80%-90%;功率因数高;体积小;引弧可靠、飞溅少;焊接速度快;功能多,且转换方便;有利于实现焊接机械化和自动化,己成为弧焊电源的发展方向。
  逆变式弧焊电源的主电路通常采用中、大功率高频隔离直流一直流变换拓扑。逆变式弧焊电源的主电路拓扑研究经历了脉宽调制硬开关电路、频率调制谐振电路和脉宽调制软开关电路等三个发展阶段。

总结

  弧焊电源是电力电子技术的一大应用领域,逆变式弧焊电源是目前国际上公认的最先进的焊接电源,焊接性能好,对控制指令的响应快,动态特性好,易于实现焊接自动化,重量轻,体积小,效率高,引弧可靠,燃弧稳定,功能多且易于切换,研究和发展先进的弧焊电源对国民经济有重大意义。从国内外发展情况看,具有可靠性、高效性、电磁兼容性、先进焊接工艺性的智能型绿色焊接电源已经成为未来焊接电源的发展方向。致力于弧焊电源的几个关键方面:
  1、我国民用逆变式弧焊电源的输入部分几乎都是采用三相不控整流结构,电流谐波畸变严重,功率因数低。受欧盟指令的限制,我国逆变弧焊电源产品很难进入欧洲市场,为此,加强弧焊电源“绿色化”设计工作,对国产弧焊电源产品占领国内外市场,推动电焊机行业技术进步具有重要意义。军用弧焊电源对前端整流系统输出电压等级、输入电流谐波畸变和功率因数有严格要求,称之为特种弧焊电源。本文将研究特种弧焊电源的整流技术,以期得到弧焊电源这种整流负载的输入电流谐波畸变小,功率因数高,达到某种国内外标准,进一步指导弧焊电源绿色化进程。
  2、能否建立全波整流抽头变压器等效模型,给基于此模型的移相全桥ZVS主电路过渡过程分析更加直观,可以让后续研究人员更快理解目前主导大功率弧焊电源的ZVS主电路,更方便分析各种基于普通主电路而衍生的各种拓扑?移相全桥ZVS主电路中各元件参数对电路工作模式具体作了什么贡献?几乎所有文献都对移相全桥ZVS拓扑中实现ZVS的两个必要条件进行了描述,但是很少有文献对它的充要条件进行量化,那么电路各参数相互有什么制约关系?弧焊工艺对数字化弧焊电源主电路有哪些特殊要求。
  3、数字化过程中,零阶保持过程引起的移相全桥特性改变对弧焊电源性能的影响,滞后一拍控制引起的移相全桥特性改变对弧焊电源性能的影响。在分析的基础上期望获得相应的解释并作出相应的对策,进一步提高数字化弧焊电源的性能。

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