CN100574955C

CN100574955C - 一种逆变埋弧焊电源主电路拓扑结构

Info

Publication number: CN100574955C
Application number: CN200810057381A
Authority: CN
Inventors: 陈树君; 张宇; 卢振洋; 王进成; 刘泽伟; 张开亮
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2028-02-01
Also published as: CN101234449A

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

一种逆变埋弧焊电源主电路拓扑结构

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

\frac{N_{1}}{N_{2}} = K,

且N₁＝N₁₁+N₂₁＝2N₁₁＝2N₂₁，则主变压器原、副边电压比为：

\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{N 1}{N 2} = K

\frac{I_{1}}{I_{2}} = \frac{N_{2}}{N_{1}} = \frac{1}{K}

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、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。