多用等离子切焊机中的软开关主电路

多用等离子切焊机中的软开关主电路 安徽电力电子新设备开发公司 吴登青(230031) 摘要：根据多用等鸯子切焊机的开关电源变压器漏盛大的特点，采用全桥移 相电路，并在其两臂之间串联D—L—R电路，实现摹电匾切换。 关健词：款开关等离子切焊机 l 引言 随着柔性制造技术的发展，设备的小型亿、多功能已是维修和小规模企业的 迫切需求。研制1681逆变式多用等离子切焊机的目的，是在本公司已生产、销售 多用等离子切焊机(50H7．)的基础上，用IGBT逆．变电源代替其主电源，以期达到小 型、高效、更易广泛应用．由于切、焊是制造工艺的两个相反的加工过程。开关 电据变压器次级抽头多，次级需经转换开关、线路迂回长，寄生电容大，变压器 漏感大，是该设备的固有特缸．如果采用硬开关电踌，不但IOBT的损耗太，电磁 干抗和强射频干扰更大，甚至使整个电路无法正常工作。 桥式移相电路，恰是利用变压器的漏感和IGBT的电客进行谐振，使108T处于 零电压或零电源的软开关状态，降低了电应力和栅一射极间的密勒效应．从而提 高了设备效率和稳定性。 2主电路愿理 桥式移相电路通常在轻负载时不易实现ZVS。实际上，轻负载有两种形式， 一种设定值大，而负载实际吸收能量小，此时穆相角小，导通角大，这种形态不 论是否实现了ZVS，电应力都不大．另一种形式是设定值小，移相角太，导通角 小，开关变压器流过的脉冲电流峰值大。开关的状态如何，直接影响效率和稳定 性． 如上文所述，多用等离子切焊机的开关变压器潺感大是由其工艺决定的．如 何有效地利用，它是解决问题的关键．为此，采用图一所示的原理图．该图与通 常的移相电路不同之处，是在前后桥臂之间串联二个小电感L1．L2，并在电感上 并联二报管和无感电阻串联的支踌．为了简化叙述，用带箭头的折线示流经变 压器及相应位置IGBT、二极管和并联电容中电流方向。折线中水平部分的两点位 置分别对应开关管及其并联电容二投管的位置．标有on或off表示对应位置的开 关管在此模态中开通或美断。设有标ON或off，则表示对应位置的IOBT维持前一 模态的通断状态。如图二所示。根据穆帽电桥的控制方式，四个16BT于f关的顺序， ——214-- 如图三所示． ① off 0 回 @ l l @L—————一off ⑦ o“l i 0 翻1 柏移PVH主电路宙 of[’ 0n off 图二楣穆电路的电流方向 一215一 =罩一 b PVT2'一VTl●一VTs+一VT。‘-1 l l L—一VT4●一VTI’一VT3●一VT4'一_J 图三移相桥中IOBT栅压开通与关断顺序 在图三中，VTi+表示该管栅压升高，VTi●表示橱压降低，i一1．2．3、4． 前臂VTI零压开通，是借助状态⑦，由变压压器次级电感储髓和L1储能续流， 使Ct放充电后，导通VDt箝位，使VT，零电位开通．显然。在此刻电感Lt的存在有 利于延长续流时间，增加VTl的开通范围．为保证VTl的零电压开通：在图1中C1 ID 应满足：C1≮——td其中Us为电源电压，td为同一桥臂td死区时间，Ip为 2US 达到稳态初级电流的幅值，为拓宽零压开通范围，Ip通常对应于常用轻负载的初 级电流值。同理，VT3零压开通，也是借助于②模态中，VD2导通箝位实现的，一 般取Cl=C2。 前臂VTl的零压关断，是由于C1在其并联管导通放电：电位降至零，而在关 断时不能突升，进而使VTl实现零压关断的。VT3关断与VTl同理． 当开关电源设定为轻负载时，VT3的开启到VT2的截止的时问问隔增大．充电 的隔直电容C可能使VT3(或V03)VD2(或VT2)L充放电，引起振荡，L—D—R的 存在，将阻尼这种振荡，或使其很快衰减为零．使VT2增加零电流关断的机会。 当开关电源为重载时。与VT：并联的Cz电压不髓突变使VTz近似零电压关断． 在VT。关断后，由于L2的储能加强C2的充电，同时在开关变压器漏感能量作用下。 使泵升电流经L。C、VD·、Rt、D5．US、VDa回到L构成回赂，使VD‘导通箝位。此 时VTt的开通将是零压开通，与R，、Ds并联的L，，在模态④开始的瞬间，对突升 的泵升电流产生很大的阻抗，电流主要Dl、Rl构成回路，泵升电流趋缓后，Ll有 部分续流，当这电流加速衰减时，Ll又会阻碍其衰减，从而延长VD4的导通时间， 弼宽VT4的零电压开通范围。Rl的第一个作用是限制流经D5的电流，实际上，只 要泵升的电漉存在，VD。就会导通箝位，与漉经VD4的电流大小无关，从而阵低对 D5要求．R1的第二作用是R1上有压降，使L1有电流经过。第三个作用，当电流换 向，瞬问减小D5的反向恢复电流，从而减轻该电流对VT4的冲击。VT4导通后，蒇 经Ll的电流方向突变。L1呈现较大的感抗，使经VT4一B—A—VT3的di／dr减少， 使Vr4近似零电开通．同理可知，VTt关断和VT2的开通机理。通常，由于R—D— L相互补充，至使实际这个两套共6个器件体积很小，即使在很大功率的电路中， 亦不发热，便于制作和安装． 采用桥式移相电路，且电流或电压大范围地调节，开关变压器偏磁是不可避 --216-- 免的．隔直电容C的作用之一是：防止变压器偏磁：其二，在轻负载状态下。 有 利：T-VT4或VTz实现近似零电流关断． 3电路的实现 空气等离予切割的空载电压一般为220—300V；而等离子焊接、手工弧好、 瓴弧焊的空载电压通常为?0V，亦即切割的空载电压是焊接空载电压的4倍．显然 在同一功率开关变压器中，切割转换为焊接时，电流将增加4倍． 为了有效地利 J|J开关变压嚣的容量和符合安全要求，需在开关变压嚣的次级增加抽头，经转换 开关转换后再整流．这样做带来负效应是：次级线路迂回长，漏感增加明显，因 此．：f：E切婚机采用穆相电路，不仅是为了提高效率，更为重要的是使其可靠工作． 在该切焊机中的移相控制电路不是采用专用的移相电路虬4818，或UCl875芯 "：m}是用常用集成块组成．这样不但价格低廉，芯片易得．而且，可输出4路 以上的移帕波形，各路波形第一个脉冲次序排定，所以可以在频繁起动、停止的 情况下，顼测变压器的剩磁方向，减少励磁电流的冲击． 在该切焊机中，驱动电路采用M579591．．该驱动电路、负压由电源独立确定。 为了增强抗干扰能力，本机采用一gV作为驱动块的藏止电源．反馈采样电路，由 分流器采样，经放大补偿后，由光电隔离电路传输到圭控电路．实效表明，它端 最有灵敏度高、干扰小、线性好、成本低的特点． 在移相调节电路中，负载的变化将产生电流dt，电压dv，占空比d一三十扰动 虽t．易产生调节畸变．或超调，影响系统的稳定性，轻者会产生较大噤杂音，重 则报坏功书器件。尤其在多用机中，这个问题表现更为奥dI．因此，在滚切捍饥 的小信号电路叶1采用了多重补偿、零、搬点校正电路。优化各元件的参敏．从而 挝高了系统的稳定裕量和列外扰的抑制能力．加快了系统的瞬态响应．达到了全 过程动态静啻嗣节与运行．率系统还包括引弧、气控系统．其方柜图如图四所述． [至互圃一 圈四多用等离子切焊机『lcj基率组成方框图 一217— 典型切焊机的参数为 逆变频率：21I【}lZ 输入功率：12KvA 额定输入电流：18A 切割电流：20—90k 焊接电流：5—320A 功率因素：0．9B 效 率：92％ 整机重量：41kg 体 积：24×36×44cm3≈0．0413 4结论 本文对固有漏感寝大的开关电源，采用桥式移相电路，并在两桥臂之问串接 TRO—L电路，拓宽了款开关的工作范围，提高了效率．达到了动态静音谰节与 运行．在一些漏感较大的电源中有良好应用前景． 参 考 资 料 1．1{IsUBLs硅lSEMI∞船U研ORsP侧ER蛳咖LE璃0sO盯^嘲KFeb． FirstEdiclOn1995 。 2．张占播摹．开美电漂的原理与设计．电手工业出版社，1998． 3．胨延明等．款开关C02焊机的研制．电力电子技术。1998．8 4．陈廷明等．一种新型的移相软开关变援电路．电力电子柱术，1999．1 安囊电力电子新设备开炭公司 通信地址：舍肥市濉滇路312号 埤 叠：230031 联系人：是登青 联系电话：055l一5145134 —218— 多用等离子切焊机中的软开关主电路 作者： 吴登青 作者单位： 安徽电力电子新设备开发公司 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_249309.aspx