專利名稱：一種逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是逆變電焊機領(lǐng)域，尤其是一種逆變電焊機使用的逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有現(xiàn)狀下傳統(tǒng)逆變電焊機主電路形式主要有三種單端式、半橋式、全橋式；而尤以采用半橋式和全橋式作為逆變電焊機主電路為多見。且一般電焊機主電路采用硬開關(guān)工作方式，硬開關(guān)逆變器存在開關(guān)損耗大、容性開通問題、感性關(guān)斷問題及二極管反向恢復(fù)問題，可靠性低。為實現(xiàn)零電壓零電流必須采用軟開關(guān)，目前軟開關(guān)逆變電路大多采用全橋移相諧振電路，業(yè)內(nèi)也有采用移相全橋的軟開關(guān)逆變電源技術(shù)的逆變式焊割機；如中國發(fā)明專利公開號“CN 101618472”名稱為“一種軟開關(guān)逆變電焊機”的專利公開了一種包含軟開關(guān)的逆變電焊機、包括一次整流單元、逆變單元、二次整流及輸出檢測單元、控制單元和驅(qū)動信號隔離放大單元；在所述控制單元中包含驅(qū)動時序信號發(fā)生電路；輸出設(shè)定和二次整流及輸出檢測單元的輸出反饋共同輸入到所述控制單元，所述控制單元中的驅(qū)動時序信號發(fā)生電路產(chǎn)生驅(qū)動時序信號輸入到驅(qū)動信號隔離放大單元，驅(qū)動信號隔離放大單元的輸出信號輸入到所述逆變單元的電子開關(guān)器件控制端；其中逆變單元包括濾波電容C5，放電電阻 R5，電子開關(guān)器件Ql、Q2、Q3、Q4，諧振電容C6，逆變變壓器Tl初級繞組，其中濾波電容C5 與一次整流單元的輸出相連，放電電阻R5并聯(lián)在濾波電容C5兩端，電子開關(guān)器件Ql、Q2、 Q3、Q4組成逆變?nèi)珮虿⒙?lián)在濾波電容C5兩端，其中電子開關(guān)器件Ql和Q2構(gòu)成一個逆變橋臂作為滯后臂，電子開關(guān)器件Q3和Q4構(gòu)成一個逆變橋臂作為超前臂，諧振電容C6和逆變變壓器Tl的初級繞組串聯(lián)連接，諧振電容C6和逆變變壓器Tl的初級繞組的其余兩端分別連接到所述超前臂和滯后臂的公共連接點；其特征在于，所述驅(qū)動時序信號發(fā)生電路包括有誤差信號運算電路和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD ；誤差信號運算電路的輸入與輸出反饋信號和輸出設(shè)定信號相連，誤差信號運算電路的輸出與CPLD的輸入相連；誤差信號運算電路將所述輸出反饋信號和輸出設(shè)定信號進(jìn)行比較，計算出差異后，將和差異相對應(yīng)的信號送入CPLD，在CPLD內(nèi)部根據(jù)前述輸入信號運算，直接輸出有限雙極性控制時序的驅(qū)動時序信號作為所述逆變單元中電子開關(guān)器件Q1、Q2、Q3、Q4開通和關(guān)斷的控制信號。但是當(dāng)負(fù)載在低載或者空載狀態(tài)下，滯后橋臂會因為負(fù)載變化的影響，難以實現(xiàn)軟開關(guān)。傳統(tǒng)的解決方案是在逆變器原邊串聯(lián)一個隔直電容和飽和電感，但是當(dāng)逆變器處于低載或者空載狀態(tài)下開關(guān)損耗大，系統(tǒng)不能穩(wěn)定的工作。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)逆變器在低載或者空載狀態(tài)下的軟開關(guān)，減少開關(guān)損耗，從而保持系統(tǒng)穩(wěn)定工作的逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路，為達(dá)到以上目的本發(fā)明的技術(shù)方案
一種逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路，包括包括按照電流流向方向與電焊機的輸入濾波電路順序連接的全橋軟開關(guān)逆變電路、隔離變壓電路，其特征在于，還包括與該隔離變壓電路連接的功率變換器，以及與隔離變壓電路輸出端連接的輸入整流器和與該輸入整流器輸出端連接的負(fù)載；
所述隔離變壓電路包括具有一次側(cè)繞組和第一、第二二次側(cè)繞組的中頻變壓器； 所述全橋軟開關(guān)逆變電路包括第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件組成的主逆變電路橋，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第一諧振電容，連接在第三絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二諧振電容，所述第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的橋臂構(gòu)成滯后臂，所述第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的橋臂構(gòu)成超前臂；所述中頻變壓器的一次側(cè)繞組順序串接有諧振電感、隔直電容，該中頻變壓器第一二次繞組輸出逆變工作電源，該中頻變壓器第二二次繞組接入所述功率變換器； 所述功率變換器包括一個初級繞組，兩個次級繞組和磁芯。進(jìn)一步的，所述輸入整流器包括所述輸入整流器包括與所述中頻變壓器的第一二次側(cè)繞組連接的第一、第二整流二極管，與所述功率變換器的兩個次級繞組分別連接的第三、第四整流二極管。進(jìn)一步的，所述的負(fù)載包括所述的負(fù)載包括與所述第一整流二極管整流輸出端連接的負(fù)載電阻以及與該負(fù)載電阻串接的第四電感，該第四電感的另一端與所述中頻變壓器的第一二次側(cè)繞組連接。進(jìn)一步的，所述的第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件為絕緣柵雙極型晶體管，該第一、第二、第三、第四絕緣柵雙極型晶體管柵極和基極之間分別對應(yīng)連接有第一、第二、第三、第四穩(wěn)壓二極管。進(jìn)一步的，所述的功率變換器T2為由兩個UY型鐵氧體磁芯形成一個有氣隙的閉合磁回路。所述的功率變換器T2的匝數(shù)和線徑根據(jù)負(fù)載實際輸出電流大小而作相應(yīng)改變。本發(fā)明通過采用全橋軟開關(guān)逆變電路，以及與該隔離變壓電路連接的功率變換器，以及與隔離變壓電路輸出端連接的輸入整流器和與該輸入整流器輸出端連接的負(fù)載的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了減小了開關(guān)損耗，并且加大了軟開關(guān)工作范圍。


圖1.采用的本發(fā)明所述逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路的逆變電焊機主電路方框圖2.本發(fā)明所述逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路的電路原理圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例， 對本發(fā)明進(jìn)行本實施例中詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請參閱圖1至圖2，本發(fā)明逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路，包括按照電流流向方向與電焊機的輸入濾波電路順序連接的全橋軟開關(guān)逆變電路、隔離變壓電路，其中，還包括與該隔離變壓電路連接的功率變換器T2，以及與隔離變壓電路輸出端連接的輸入整流器和與該輸入整流器輸出端連接的負(fù)載；
所述隔離變壓電路包括具有一次側(cè)繞組m和第一、第二二次側(cè)繞組N2、N3的中頻變壓器Tl ；
所述全橋軟開關(guān)逆變電路包括第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 VTU VT2、VT3、VT4組成的主逆變電路橋，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件VTl兩極之間的第一諧振電容 Cl，連接在第三絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件VT3兩極之間的第二諧振電容C2，所述第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件VT1、VT2的橋臂構(gòu)成滯后臂，所述第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件VT3和VT4的橋臂構(gòu)成超前臂；所述中頻變壓器Tl的一次側(cè)繞組m順序串接有諧振電感Li、隔直電容Cb，該中頻變壓器Tl第一二次繞組N2輸出逆變工作電源，該中頻變壓器Tl第二二次繞組N3接入所述功率變換器T2 ； 所述功率變換器T2包括一個初級繞組，兩個次級繞組和磁芯。本具體實施方式
中，所述輸入整流器包括與所述中頻變壓器Tl的第一二次側(cè)繞組N2連接的第一、第二整流二極管D1、D2，與所述功率變換器T2的兩個次級繞組分別連接的第三、第四整流二極管D3、D4。本具體實施方式
中，所述的負(fù)載包括與所述第一整流二極管Dl整流輸出端連接的負(fù)載電阻Rf以及與該負(fù)載電阻Rf串接的第四電感L4，該第四電感的另一端與所述中頻變壓器Tl的第一二次側(cè)繞組N2連接。本具體實施方式
中，所述的第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 VTU VT2、VT3、VT4為絕緣柵雙極型晶體管，該第一、第二、第三、第四絕緣柵雙極型晶體管 VT1、VT2、VT3、VT4柵極和基極之間分別對應(yīng)連接有第一、第二、第三、第四穩(wěn)壓二極管VD1、 VD2,VD3,VD4。本具體實施方式
中，所述的功率變換器T2為由兩個UY型鐵氧體磁芯形成一個有氣隙的閉合磁回路。所述的功率變換器T2的匝數(shù)和線徑根據(jù)負(fù)載實際輸出電流大小而作相應(yīng)改變。具體工作狀態(tài)和過程如下對應(yīng)的工作過程是假定t=t0開始時，VT1、VT4導(dǎo)通， 變壓器原邊流過電流為Ιο。在t=tl時刻，VTl關(guān)斷，變壓器原邊電流在副邊電流作用下仍保持Io不變，此時電流從VTl轉(zhuǎn)移到超前臂并聯(lián)電容Cl和C2上，給Cl充電，使C2放電， VTl零電壓關(guān)斷，通過Cl、C2的電流均為Io/2。經(jīng)過若干時間后，Cl、C2充放電結(jié)束。當(dāng) t=t2時，Io在外加電壓作用下迅速變小，VT4實現(xiàn)零電流關(guān)斷。在t=t3時刻，C2電壓下降到接近為零，VT3反并聯(lián)二極管VD3自然導(dǎo)通，并將VT3兩端的電壓鉗位在零，此時VT3實現(xiàn)零電壓開通，逆變器處于續(xù)流狀態(tài)。當(dāng)Io減小到飽和電感Ll的飽和點電流時，Ll參與工作，VT2實現(xiàn)零電流開通。經(jīng)過一段時間后，飽和電感Ll反向飽和，變壓器又開始向副邊輸送能量，以后的工作過程與此類似。由于VT1、VT3工作時先于VT2、VT4關(guān)斷，故稱VT1、 VT3為超前臂，VT2、VT4為滯后臂。At可認(rèn)為與Io無關(guān)，而與電感Ll的飽和點電流有關(guān)， 并與VT2、VT3之間的死區(qū)時間相等。上述過程可見，只要主回路參數(shù)設(shè)計合理，就可以實現(xiàn)軟開關(guān)的轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的移相諧振相比，驅(qū)動更加簡單。整個工作過程逆變器有8種開關(guān)模態(tài)，前四個與后四個是對稱的，各開關(guān)模態(tài)的工作情況如下
模態(tài)1 逆變器VT1，VT4功率開關(guān)開通，屬于功率輸出階段，電流通路為
權(quán)利要求
1.一種逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路，包括按照電流流向方向與電焊機的輸入濾波電路順序連接的全橋軟開關(guān)逆變電路、隔離變壓電路，其特征在于，還包括與該隔離變壓電路連接的功率變換器，以及與隔離變壓電路輸出端連接的輸入整流器和與該輸入整流器輸出端連接的負(fù)載；所述隔離變壓電路包括具有一次側(cè)繞組和第一、第二二次側(cè)繞組的中頻變壓器；所述全橋軟開關(guān)逆變電路包括第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件組成的主逆變電路橋，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第一諧振電容，連接在第三絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二諧振電容，所述第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的橋臂構(gòu)成滯后臂，所述第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的橋臂構(gòu)成超前臂；所述中頻變壓器的一次側(cè)繞組順序串接有諧振電感、隔直電容，該中頻變壓器第一二次繞組輸出逆變工作電源，該中頻變壓器第二二次繞組接入所述功率變換器；所述功率變換器包括一個初級繞組，兩個次級繞組和磁芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路，其特征在于，所述輸入整流器包括與所述中頻變壓器的第一二次側(cè)繞組連接的第一、第二整流二極管，與所述功率變換器的兩個次級繞組分別連接的第三、第四整流二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路，其特征在于，所述的負(fù)載包括與所述第一整流二極管整流輸出端連接的負(fù)載電阻以及與該負(fù)載電阻串接的第四電感，該第四電感的另一端與所述中頻變壓器的第一二次側(cè)繞組連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路，其特征在于，所述的第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件為絕緣柵雙極型晶體管，該第一、第二、第三、第四絕緣柵雙極型晶體管柵極和基極之間分別對應(yīng)連接有第一、第二、第三、第四穩(wěn)壓二極管。
5.如權(quán)利要求4所述的逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路，其特征在于，所述的功率變換器為由兩個UY型鐵氧體磁芯形成一個有氣隙的閉合磁回路。
全文摘要
本發(fā)明一種逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路，包括按照電流流向方向與電焊機的輸入濾波電路順序連接的全橋軟開關(guān)逆變電路、隔離變壓電路，其中，還包括與該隔離變壓電路連接的功率變換器，以及與隔離變壓電路輸出端連接的輸入整流器和與該輸入整流器輸出端連接的負(fù)載；本發(fā)明為一種結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)逆變器在低載或者空載狀態(tài)下的軟開關(guān)，減少開關(guān)損耗，且可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定工作的逆變軟開關(guān)電焊機的功率變化器及無功吸收電路。
文檔編號H02M7/521GK102158089SQ20111004246
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者朱茂峰, 楊振文 申請人:深圳華意隆電氣股份有限公司