CN100574955C - 一种逆变埋弧焊电源主电路拓扑结构 - Google Patents
一种逆变埋弧焊电源主电路拓扑结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及到一种埋弧焊电源主电路拓扑结构,适用于焊接技术领域。本主电路拓扑结构主要包括三相整流器A,滤波电容C,DC-AC逆变器B,两组变压器TF1和TF2,二次整流器D1、D2,双包平衡电抗器L。三相380V交流电经过三相整流器A整流、滤波电容C滤波,获得540V的直流;经全桥逆变器,主变压器TF1、TF2逆变、降压,得到两路高频交流电;两路电流经快恢复二级管整流后,采用双包衡电抗器滤波,产生方向相反的的磁场,产生的磁场二者相互抑制,直至两路电流大小相等,这样两路电流保持均衡。这种拓扑形式不仅扩展了主电路的容量,从原理上避免了并联均流,还提高了电源的可靠性,降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及到一种埋弧焊电源主电路拓扑结构,适用于焊接技术领域。
背景技术
埋弧焊电源的发展经历了四个阶段:弧焊变压器电源、磁饱和放大式电源、晶闸管整流电源、IGBT逆变电源。由于弧焊变压器电源、磁饱和放大器电源体积大、重量大、携带、操作不方便,原材料成本高,此类电源已经被淘汰。目前,市场上主要以晶闸管整流电源为主。随着逆变技术的不断发展,IGBT逆变埋弧焊电源逐渐占领市场。其他形式的逆变焊接电源,如钨极氩弧焊,CO2气保护焊,手工焊等,其所需功率较小,一般采用一组逆变单元的结构既可满足使用要求。由于埋弧焊电源功率容量大,负载持续率高。若采用单一逆变单元、一组主变压器、二次整流单元,很难扩展电源的容量,因而基本不采用此种方案。一般采用N个逆变器并联,其基本思想就是用小功率逆变单元并联,实现埋弧焊电源的大功率大电流。
目前,一般采用双逆变器并联的方式来提高埋弧焊电源的容量,如图1所示。此种联结方式比较简单,但两组逆变单元并联,一个突出的问题就是如何解决动态均流。目前一种解决方案为,分别对逆变器的峰值电流采样,然后与给定电流比较,误差信号送给PI调节器,其动态均流情况可得到改善。这种方式控制电路与一般控制电路相比,增加了设计难度。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有控制电路的上述缺陷,提供了一种埋弧焊电源主电路拓扑结构,不仅从理论上避免了并联不均流的情况,又降低了生产成本,扩展了电源的容量。
为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案。本主电路拓扑结构主要包括三相整流器A,滤波电容C,DC-AC逆变器B,两组变压器TF1和TF2,二次整流器D1、D2,双包平衡电抗器L。三相380V交流电经过三相整流器A整流、滤波电容C滤波,获得540V的直流;DC-AC逆变器B由功率开关器件IGBT模块B1、B2、B3、B4组成,IGBT模块B1、B4为一个桥臂,IGBT模块B2、B4为另一个桥臂,充放电电容C1与IGBT模块B1并联,充放电电容C2与IGBT模块B3并联;主变压器TF1的原边11与隔直电容Cb、饱和电感Lr串联,串联后连接IGBT模块B1的发射极E(或IGBT模块B3的集电极C),主变压器TF1的原边12与主变压器TF2的原边21连接,主变压器TF2的原边22连接IGBT模块B2的发射极E(或IGBT模块B4的集电极C);主变压器TF1的副边13、14分别连接快恢复二极管D6、D7的阳极,快恢复二极管D6和D7构成二次整流器D1;主变压器TF2的副边16、17分别连接快恢复二极管D4、D5的阳极,快恢复二极管D4和D5构成二次整流器D2;双包平衡电抗器的1、3分别连接主变压器TF1、TF2的中心抽头15、18,;双包平衡电抗器的2和4连接输出端O2,快恢复二极管D4、D5、D6、D7的阴极连接输出端O1。
本发明专利的工作原理及过程:
三相380V交流电经过三相整流桥A整流、滤波电容C滤波,获得540V直流,然后经过全桥逆变器得到高频交流电。本主电路结构只采用一组逆变器,就不存在图1两组逆变器并联不均流问题。
主变压器TF1原边绕组和副边绕组分别为N11、N2,原、副边匝数比为主变压器TF2原边绕组和副边绕组分别为N21、N2,原、副边匝数比为且N11=N21。两组变压器原边串联,主变压器TF1和TF2并联。
两组主变压器内部磁力线示意图如图4所示,均产生顺时针方向的磁场。这样,两组主变压器原、副边匝数比为 且N1=N11+N21=2N11=2N21,则主变压器原、副边电压比为:
U1:变压器原边电压 I1:变压器原边电流
U2:变压器副边电压 I2:变压器副边电流
两路电流分别流过双包电抗器的绕组,产生方向相反的的磁场。若两路电流大小不相等,产生的磁场大小也不相等,二者相互抑制,直至两路电流大小相等,这样两路电流保持均衡。
与现有技术相比,本发明专利具有以下优点:
1、这种拓扑形式不仅扩展了主电路的容量,从原理上避免了并联均流,还提高了电源的可靠性,降低生产成本;
2、变压器原边绕组串联,副边绕组并联,应用到逆变埋弧焊电源领域。
3、采用双包平衡电抗器滤波,两路电流产生方向相反的磁场,使两路电流保持均衡。
附图说明
图1是双路逆变器并联框图;
图2是本发明埋弧焊电源主电路拓扑框图;
图3是本发明埋弧焊电源主电路拓扑原理图;
图4是本发明两组主变压器连接示意图;
图5是本发明中双包平衡电抗器连接原理图;
具体实施方式
结合图2~图5详细说明本实施例。
如图3所示,本实施例包括有三相整流桥A、滤波电容C、DC-AC逆变器B,变压器TF1、变压器TF2,二次整流器D1、二次整流器D2、双包平衡电抗器L;其中,三相380V交流电经过三相整流器A整流、滤波电容C滤波后得到540V的直流输入给DC-AC逆变器B;DC-AC逆变器B包括有功率开关器件IGBT模块B1、IGBT模块B2、IGBT模块B3、IGBT模块B4,IGBT模块B1、IGBT模块B4为一个桥臂,IGBT模块B2、IGBT模块B3为另一个桥臂,充放电电容C1与IGBT模块B1并联,充放电电容C2与IGBT模块B3并联;主变压器TF1的原边11与隔直电容Cb、饱和电感Lr串联后连接IGBT模块B1的发射极E,主变压器TF1的原边12与主变压器TF2的原边21连接,主变压器TF2的原边22连接IGBT模块B2的发射极E;主变压器TF1的副边13、副边14分别连接快恢复二极管D6、快恢复二极管D7的阳极,快恢复二极管D6和快恢复二极管D7构成二次整流器D1;主变压器TF2的副边16、原边17分别连接快恢复二极管D4、快恢复二极管D5的阳极,快恢复二极管D4和快恢复二极管D5构成二次整流器D2;双包平衡电抗器的1、3端分别连接主变压器TF1、主变压器TF2的中心抽头15、18,;双包平衡电抗器的2和4连接输出端O2,快恢复二极管D4、D5、D6、D7的阴极连接输出端O1。
三相380V交流电经过三相整流桥A整流、滤波电容器C滤波,获得540V直流。当功率开关器件IGBT模块B1、B4导通,B2、B3关断时,原边电流从三相整流桥正极流过IGBT模块B1-饱和电感Lr-隔直电容Cb-主变压器TF1、TF2的原边绕组-IGBT模块B4,最后回到三相整流桥负极。快恢复二极管D6、D4正偏导通,D7、D5反偏截止,整流后两路电流经电弧负载分别流过双包平衡电抗器L的绕组,再分别回到主变压器TF1、TF2的中心抽头。此时,两路电流产生方向相反的磁场,使两路电流保持均衡。当功率开关器件IGBT模块B1、B4关断时,电抗器中电流方向不变,变压器原边绕组和副边绕组电流方向也不变,B2、B3反并联二极管导通续流。这时变压器副边绕组感应电势反向,D5、D7正偏导通。此时,流过D5、D7的电流增大,流过D4、D6的电流减小,当电流大小相等时,变压器副边总磁势为零,原边电流下降为零,B2、B3反并联二极管导续流结束。与此同时,充放电电容C1放电,C2充电。
当功率开关器件IGBT模块B2、B3导通,B1、B4关断时,原边电流从三相整流桥正极流过IGBT模块B2-主变压器原边绕组TF2、TF1-隔直电容Cb-饱和电感Lr-IGBT模块B3,最后到三相整流桥负极。快恢复二极管D7、D5正偏导通,D6、D4反偏截止,整流后两路电流经电弧负载分别流过双包平衡电抗器L绕组,再分别回到主变压器TF1、TF2的中心抽头。此时,两路电流产生方向相反的磁场,使两路电流保持均衡。当功率开关器件IGBT模块B2、B3关断时,电抗器中电流方向不变,变压器原边绕组和副边绕组电流方向也不变,B1、B4反并联二极管导通续流。这时变压器副边绕组感应电势反向,D6、D4正偏导通。此时,流过D6、D4的电流增大,流过D7、D5的电流减小,当电流大小相等时,变压器副边总磁势为零,原边电流下降为零,B1、B4反并联二极管导续流结束。与此同时,充放电电容C2放电,C1充电。
至此一个周期结束,进行下一个周期。
Claims (1)
1、一种逆变埋弧焊电源主电路拓扑结构,其特征在于:包括有三相整流器A、滤波电容C、DC-AC逆变器B,主变压器TF1、主变压器TF2,二次整流器D1、二次整流器D2、双包平衡电抗器L;其中,三相380V交流电经过三相整流器A整流、滤波电容C滤波后得到540V的直流电输入给DC-AC逆变器B;DC-AC逆变器B包括有功率开关器件IGBT模块B1、IGBT模块B2、IGBT模块B3、IGBT模块B4,IGBT模块B1、IGBT模块B4为一个桥臂,IGBT模块B2、IGBT模块B3为另一个桥臂,充放电电容C1与IGBT模块B1并联,充放电电容C2与IGBT模块B3并联;主变压器TF1的原边11与隔直电容Cb、饱和电感Lr串联后连接IGBT模块B1的发射极E,主变压器TF1的原边12与主变压器TF2的原边21连接,主变压器TF2的原边22连接IGBT模块B2的发射极E;主变压器TF1的副边13、副边14分别连接快恢复二极管D6、快恢复二极管D7的阳极,快恢复二极管D6和快恢复二极管D7构成二次整流器D1;主变压器TF2的副边16、副边17分别连接快恢复二极管D4、快恢复二极管D5的阳极,快恢复二极管D4和快恢复二极管D5构成二次整流器D2;双包平衡电抗器L的1、3端分别连接主变压器TF1的中心抽头15、主变压器TF2的中心抽头18;双包平衡电抗器L的2、4端连接输出端O2,快恢复二极管D4、快恢复二极管D5、快恢复二极管D6、快恢复二极管D7的阴极连接输出端O1。
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