逆變電焊機(jī)逆變器

將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置稱逆變器。

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。如果用符號(hào)表示，即為：

AC→DC→AC→DC

一般都采用上述這種體制。這是因?yàn)槿绻苯佑媚孀兘祲汉蟮慕涣麟娺M(jìn)行焊接，由于其頻率高，則感抗大，在焊接回路中有功功率就會(huì)大大降低。因此，還需再次進(jìn)行整流。

逆變電焊機(jī)弧焊逆變電源的諧波分析

1.諧波產(chǎn)生原因

自第一臺(tái)300A晶閘管弧焊逆變電源以來,弧焊逆變電源有了很大發(fā)展,經(jīng)歷了晶閘管逆變,大功率晶體管逆變,場效應(yīng)逆變以及IGBT逆變,其容量和性能大大提高,弧焊逆變電源已成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家焊接設(shè)備的主流產(chǎn)品[1]?；『改孀冸娫醋鳛橐环N典型的電力電子裝置,雖然具有體積小、質(zhì)量輕、控制性能好等優(yōu)點(diǎn),但其電路中存在整流和逆變等環(huán)節(jié),導(dǎo)致電流波形畸變,產(chǎn)生大量的高次諧波。高次電壓和電流諧波之間存在嚴(yán)重相移,導(dǎo)致焊機(jī)的功率因數(shù)很低。諧波產(chǎn)生的原因主要有以下兩方面因素:

(1)逆變電源內(nèi)部干擾源逆變電源是一個(gè)強(qiáng)電和弱電組合的系統(tǒng)。在焊接過程中,焊接電流可達(dá)到幾百甚至上千安培。因電流會(huì)產(chǎn)生較大的電磁場,特別在逆變主電路采用高逆變頻率的焊接電源系統(tǒng)中,整流管整流,高頻變壓器漏磁,控制系統(tǒng)振蕩,高頻引弧,功率管開關(guān)等均會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波干擾。

其次,鎢極氬弧焊機(jī)如果采用高頻引弧時(shí),由于焊機(jī)利用頻率達(dá)幾十萬赫茲,電壓高達(dá)數(shù)千伏的高頻高壓擊穿空氣間隙形成電弧，因此高頻引弧也是一個(gè)很強(qiáng)的諧波干擾源。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制的智能化弧焊逆變電源來說,由于采用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行速度越來越高,因此控制板本身也成了一個(gè)諧波干擾源,對(duì)控制板的布線也提出了較高的要求。

(2)逆變電源外部干擾源電網(wǎng)上的污染對(duì)電源系統(tǒng)來說是較為嚴(yán)重的干擾,由于加到電網(wǎng)上的負(fù)載千變?nèi)f化,這些負(fù)載或多或少對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波干擾,如大功率設(shè)備的使用使電網(wǎng)電壓波形產(chǎn)生畸變,偶然因素造成瞬時(shí)停電,高頻設(shè)備的開啟造成電網(wǎng)電壓波形具有高頻脈沖、尖峰脈沖成分。

另外在焊接車間內(nèi),由于不同焊接電源在使用時(shí)接地線可能相互連接,因此如不采取相應(yīng)的措施,高頻成分的諧波信號(hào)很容易竄入控制系統(tǒng),使電源不能正常工作,甚至損壞。

2.諧波的特點(diǎn)及危害

弧焊逆變電源以其高效率電能轉(zhuǎn)換著稱,隨著功率控制器件向?qū)嵱没痛笕萘炕较虬l(fā)展,弧焊逆變電源也將跨入高頻化、大容量的時(shí)代?；『改孀冸娫磳?duì)電網(wǎng)來說,本質(zhì)上是一個(gè)大的整流電源,由于電力電子器件在換流過程中產(chǎn)生前后沿很陡的脈沖,從而引發(fā)了嚴(yán)重的諧波干擾。逆變電源的輸入電流是一種尖角波,使電網(wǎng)中含有大量高次諧波。高次電壓和電流諧波之間存在嚴(yán)重相移,導(dǎo)致焊機(jī)的功率因數(shù)很低。低頻畸變問題是當(dāng)前電力電子設(shè)備的一個(gè)共性問題，在通信行業(yè)、家電行業(yè)都已引起相當(dāng)?shù)闹匾?。另?逆變焊機(jī)多采用硬開關(guān)方式,在功率元件的開關(guān)過程中不可避免地對(duì)空間產(chǎn)生諧波干擾。這些干擾經(jīng)近場和遠(yuǎn)場耦合形成傳導(dǎo)干擾,嚴(yán)重污染周圍電磁環(huán)境和電源環(huán)境,這不僅會(huì)使逆變電路自身的可靠性降低，而且會(huì)使電網(wǎng)及臨近設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。

逆變電焊機(jī)弧焊逆變電源常用的諧波抑制措施

1.無源濾波器(PassiveFilter,簡稱PF)

傳統(tǒng)的諧波抑制和無功功率補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ请娏o源濾波技術(shù),又稱間接濾除法,即使用電力電容器等無源器件構(gòu)成無源濾波器,與需要補(bǔ)償?shù)姆蔷€性負(fù)載并聯(lián),為諧波提供一個(gè)低阻通路,同時(shí)提供負(fù)載所需的無功功率。具體而言是將畸變的50Hz正弦波分解成基波及相關(guān)的各次主諧波成分,然后采用串聯(lián)的諧振原理，將由L，C(或者還有R)組成的各次濾波支路調(diào)諧(或偏調(diào)諧)到各主要諧波頻率形成低阻通道而將其濾除。它是在已產(chǎn)生諧波的情況下,被動(dòng)地防御,減輕諧波對(duì)電氣設(shè)備的危害。

無源濾波方案成本低,技術(shù)成熟，但是也存在以下不足：(1)濾波效果受系統(tǒng)阻抗的影響；(2)由于其諧振頻率固定,對(duì)于頻率偏移的情況效果不好；(3)與系統(tǒng)阻抗可能發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振,造成過負(fù)荷。在中小功率場合，正逐步被有源濾波器所替代。

2.有源濾波器(ActiveFilter,簡稱AF)早在20世紀(jì)70年代初,就有學(xué)者提出有源功率濾波器的基本原理,但由于當(dāng)時(shí)缺乏大功率開關(guān)元件和相應(yīng)的控制技術(shù),只能用線性放大器等方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流,存在著效率低、成本高、難以大容量化等致命弱點(diǎn)而未能實(shí)用化。隨著電力半導(dǎo)體開關(guān)元件性能的提高,以及相應(yīng)的PWM技術(shù)的發(fā)展,使得研制大容量低損耗的諧波電流發(fā)生器成為可能,從而使有源濾波技術(shù)走向?qū)嵱没?當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波發(fā)生源時(shí),用某種方法產(chǎn)生一個(gè)和諧波電流大小相等、相位相反的補(bǔ)償電流,且和成為諧波發(fā)生源的電路并聯(lián)連接來抵消諧波發(fā)生源的諧波,使直流側(cè)的電流僅為基波分量,不含有諧波成分。當(dāng)諧波發(fā)生源產(chǎn)生的諧波不能被預(yù)計(jì)出是何種高次諧波電流,且隨時(shí)發(fā)生變化時(shí),則必須從負(fù)載電流il中檢測出諧波電流ih信號(hào),經(jīng)檢測后的諧波電流ih信號(hào),經(jīng)過調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制,并按制定的方法轉(zhuǎn)換為開關(guān)方式控制電流逆變器工作方式,使電流逆變器產(chǎn)生補(bǔ)償電流并注入到電路中,以便抵消諧波電流逆變主電路一般采用DC/AC全橋式逆變器電路,其中的開關(guān)元件可用GTO、GTR、SIT或IGBT等大功率可控型電力半導(dǎo)體元件,借助開關(guān)元件的通斷,控制輸出電流波形,產(chǎn)生所需的補(bǔ)償電流。

電力有源濾波器作為抑制電網(wǎng)諧波和補(bǔ)償無功功率，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量最有希望的一種電力裝置，與無源電力濾波器相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)；(2)可同時(shí)對(duì)諧波和無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，且補(bǔ)償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)；(3)補(bǔ)償無功功率時(shí)不需儲(chǔ)能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需儲(chǔ)能元件容量也不大；(4)即使補(bǔ)償對(duì)象電流過大，電力有源濾波器也不會(huì)發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)償作用；(5)受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振；(6)能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能不受頻率變化的影響；(7)既可對(duì)一個(gè)諧波和無功功率單獨(dú)補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波和無功功率集中補(bǔ)償。

逆變電焊機(jī)軟開關(guān)技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)向著高頻率、高功率密度方向發(fā)展,硬開關(guān)工作方式的開關(guān)損耗及諧波干擾問題日益突出。從提高變換效率、器件利用率,增強(qiáng)電磁兼容性以及裝置可靠性著眼，軟開關(guān)技術(shù)對(duì)任何開關(guān)功率變換器都是有益的。在某些特殊情況(如有功率密度要求或散熱條件限制場合)下尤為必要。在無源與有源兩大類軟開關(guān)技術(shù)中，不使用額外開關(guān)元件、檢測手段和控制策略的無源方式有著附加成本低，可靠性、變換效率及性能價(jià)格比高等諸多優(yōu)勢,在工業(yè)界單端變換器制造領(lǐng)域基本確立了主流地位。對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，串電感和并電容的方法是唯一的無源軟開關(guān)手段，由此演變而來的所謂無源軟開關(guān)技術(shù)，實(shí)際上就是無損耗吸收技術(shù)。就橋式逆變電路而言，從早期的耗能式吸收到后來提出的部分饋能式、無損耗方案，都存在負(fù)載依賴性強(qiáng)，工作頻率范圍窄，附加應(yīng)力高，網(wǎng)絡(luò)過于復(fù)雜等問題，實(shí)用性較差。同時(shí)在開關(guān)功率器件模塊化潮流下，可供放置吸收元件的空間越來越小，適于逆變模塊的無損耗吸收技術(shù)也很少見諸文獻(xiàn)?？偟膩砜矗m用于逆變模塊化的無源吸收技術(shù)因其特殊結(jié)構(gòu)和難度而仍處在進(jìn)一步研究和發(fā)展中 。

逆變式弧焊電源，又稱弧焊逆變器，是一種新型的焊接電源。這種電源一般是將三相工頻（50Hz）交流網(wǎng)路電壓，先經(jīng)輸入整流器整流和濾波，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）的交替開關(guān)作用，逆變成幾kHz~幾十kHz的中頻交流電壓，同時(shí)經(jīng)變壓器降至適合于焊接的幾十V電壓，后再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當(dāng)平穩(wěn)的直流焊接電流 。

弧焊逆變器的基本特點(diǎn)是工作頻率高，由此而帶來很多優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)樽儔浩?，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(dāng)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。這樣，就能使整機(jī)的重量和體積顯著減小。不僅如此，還因?yàn)轭l率的提高及其他因素而帶來了許多優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)弧焊電源比較，其主要特點(diǎn)如下：

1.體積小、重量輕，節(jié)省材料，攜帶、移動(dòng)方便。

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

3.動(dòng)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(jī)器人結(jié)合，組成自動(dòng)焊接生產(chǎn)系統(tǒng)。

5.可一機(jī)多用，完成多種焊接和切割過程。

由于逆變電源具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，因此，自20世紀(jì)70年代后期問世以來發(fā)展極快，在美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，應(yīng)用范圍已相當(dāng)廣了。

逆變電源所用的開關(guān)元件有SCR(晶閘管)、GTR(晶體管)、MOSFET(場效應(yīng)管)及IGBT(兼有GTR和MOSFET優(yōu)點(diǎn)的一種電子元件)。IGBT有取代其他幾種開關(guān)元件之勢，IGBT逆變焊機(jī)是當(dāng)今世界焊機(jī)技術(shù)的重大進(jìn)步，發(fā)展的新潮流。

焊接機(jī)頭是將焊接能源設(shè)備輸出的能量轉(zhuǎn)換成焊接熱，并不斷送進(jìn)焊接材料，同時(shí)機(jī)頭自身向前移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊接。手工電弧焊用的電焊鉗，隨電焊條的熔化，須不斷手動(dòng)向下送進(jìn)電焊條，并向前移動(dòng)形成焊縫。自動(dòng)焊機(jī)有自動(dòng)送進(jìn)焊絲機(jī)構(gòu)，并有機(jī)頭行走機(jī)構(gòu)使機(jī)頭向前移動(dòng)。常用的有小車式和懸掛式機(jī)頭兩種。電阻點(diǎn)焊和凸焊的焊接機(jī)頭是電極及其加壓機(jī)構(gòu)，用以對(duì)工件施加壓力和通電?？p焊另有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以帶動(dòng)工件移動(dòng)。對(duì)焊時(shí)需要有靜、動(dòng)夾具和夾具夾緊機(jī)構(gòu)，以及移動(dòng)夾具和頂鍛機(jī)構(gòu) 。

逆變電源總的發(fā)展趨向是向著大容量、輕量化、高效率、模塊化、智能化發(fā)展并以提高可靠性、 性能及拓寬用途為核心，愈來愈廣泛應(yīng)用于各種弧焊方法、電阻焊、切割等工藝中。高效和高功 率密度（小型化）是國際弧焊逆變器追求的主要目標(biāo)自之一。高頻化和降低主要器件的功耗是實(shí) 現(xiàn)這一目標(biāo)的主要技術(shù)途徑。當(dāng)前，在日、歐等國和地區(qū)，20KHz左右的弧焊逆變器技術(shù)已經(jīng)成 熟，產(chǎn)品的質(zhì)量較高且產(chǎn)品已系列化。

弧焊逆變電源中存在大量諧波,危害嚴(yán)重。為了抑制諧波,提高功率因數(shù)，必須采取相應(yīng)的抑制措施。傳統(tǒng)的PF方式存在明顯不足，限制了它的應(yīng)用，而AF方式能彌補(bǔ)PF的不足，有效抑制弧焊逆變電源的諧波，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。軟開關(guān)技術(shù)在一定程度上，也可以實(shí)現(xiàn)良好的濾波效果 。

公司是專業(yè)生產(chǎn)各種焊接設(shè)備，是一家集設(shè)計(jì)、制造、銷售為一體的實(shí)業(yè)公司。具有雄厚的開發(fā)設(shè)計(jì)能力的生產(chǎn)能力，在自主開發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)國內(nèi)處先進(jìn)技術(shù)，緊跟國際潮流。

公司生產(chǎn)的產(chǎn)品有ZX7-系列直流手弧焊機(jī)、ZX7-ST系列手工焊/氬弧焊兩用機(jī)、WSM-系列脈沖/直流氬弧焊/手工焊三用機(jī)、ZX5-系列硅整流直流弧焊機(jī)、NB-系列二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)、LG-系列空氣等離子切割機(jī)、BX1-系列交流弧焊機(jī)、BX6-系列交流弧焊機(jī)。

公司具有完善的檢測手段，產(chǎn)品生產(chǎn)工藝先進(jìn)，品種齊全，品質(zhì)優(yōu)良，結(jié)構(gòu)合理，造型新穎。產(chǎn)品通過國家強(qiáng)制性安全認(rèn)證（CCC）,SA認(rèn)證。企業(yè)通過ISO9001：2000國際質(zhì)量管理體系認(rèn)證。銷售網(wǎng)絡(luò)遍布全國二十多個(gè)省、市、自治區(qū)，部分產(chǎn)品出口北美、歐洲市場。

公司始終認(rèn)為，客戶的評(píng)價(jià)才是產(chǎn)品質(zhì)量最好的證明 ，在生產(chǎn)過程中實(shí)行每道工序'三檢'方案（工位自檢、工位互檢、質(zhì)量檢驗(yàn)部終檢），同時(shí)實(shí)行質(zhì)量檢驗(yàn)'一票否決制'；焊機(jī)入庫前進(jìn)行全面檢測、老化、試焊，焊接效果合格、各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定方可入庫；焊機(jī)出廠前，必須經(jīng)過嚴(yán)格檢測、重復(fù)試焊后才能出廠。

產(chǎn)品內(nèi)部主要元器件均來自世界著名廠商，如IGBT模塊采用西門子模塊，快恢復(fù)二極管選用摩托羅拉元件，其他元器件也大多選用進(jìn)口件。

圣路易公司一直致力于全天候自適應(yīng)型系列電焊機(jī)的研發(fā)，以適應(yīng)中國大陸嚴(yán)酷的焊接作業(yè)環(huán)境。出于對(duì)圣路易焊機(jī)質(zhì)量的充足信心，圣路易公司承諾，用戶購買焊機(jī)七天內(nèi)，若未損壞，可無條件退款退貨，公司不問任何緣由。2100433B