逆变焊机的特点概述

一、概述：

电弧焊机是化工、机械、造船、轻工、机电、建筑等制造行业中进行基础加工的焊接设备。逆变式电弧焊机具有较高的技术特性，能任意地对焊接参数实行精密控制，满足各类焊接要求，有利于实现焊接自动化；优异的焊接性能，提高了焊接质量和生产效率；显著的节能节材，重量轻、体积小等一系列优点，决定了这种新一代的焊接电源必将取代笨重、耗能低效的传统焊接设备，发展前景极其广阔，引起了国内外焊接行业和焊机制造业专家们的高度重视，在工业发达国家中逆变技术已广泛地应用于手工电弧焊、TIG 焊、MIG 焊、MAG焊等弧焊电源中。目前世界上主要焊机制造厂商都基本完成了全系列逆变式弧焊机的商品化，并成为先进与高技术的标志之一。据统计日本日立公司逆变焊机占焊机产量的85％；日本松下公司，大坂变压器公司逆变式焊机占焊机产量的65％；美国米勒公司成立了一个专业生产逆变焊机的工厂，1998 年开始大批量生产IGBT 逆变式焊机，其他工业发达国家发展速度也相当迅速。

二、特点：

逆变焊机的优异性能和特点，决定了它必然取代传统焊机的事实。

1、焊接性能好，电弧挺直，适应范围广。

2、频率响应快，动特性好，有利于实现焊接自动化。

3、能任意地对焊接能量进行精密控制，满足各类焊接的参数要求。

4、输出电压、电流稳定平滑，抗干扰能力强。

5、引弧可靠，防断弧，飞溅少。

6、焊接速度快，功能齐全，安全可靠。

7、功率因数高，可达0．9 以上。

8、效率高，可达80％以上，降低了电能的损耗。

9、节约了大量的钢、铝、铁等金属材料，使体积和重量大大减少，仅为传统焊机的40％-50％。

三、技术新点及先进性：

1、新颖的高频脉宽调(PWM)逆变线路：

逆变式弧焊机的工作原理可概括为工频交流(AC)一高压直流(DC)一高中频交流(高压AC)一高、中频变压器降压(10KHZ 以上)一直流(DC)或交流(AC)的电能传递。传统的弧焊机均采用工频来传递能量和变换能量，而逆变弧焊机则采用几千到几万赫来进行电能传递。根据变压器在正弦波情况下的基本公式：U=4．44fNSBm 式中：U 一工作电压有效值，f 一工作频率，N 一绕组圈数，S一铁心截面积，Bm 一磁感应强度最大值。可明显看出，当Bm 值固定后，频率从工频50Hz 提高到20KHz，则绕组匝数与铁心截面积之乘积则为原来的1／400，而主变压器在弧焊机中通常所占重量达整机的1／3—2／3，提高频率后，整机重量大大减少，体积显著缩小，铜、铁等材料和能量损耗大幅度降低。同时电源的动态响应时间提高了两个数量级以上，带来了焊接性能的提高。实现PWM 高频控制，关键是控制方式，目前市场销售的逆变弧焊机大都采用硬开关PWM 控制方式，由此导致功率器件在开关瞬间电压电流同时交叠，产生极大的开关损耗和开关应力，致使经常发生电子器件损坏的恶性故障。在产品设计中，针对弊端，我们在全桥逆变电路基础上，添加谐振电感和谐振电容，将传统的逆变电路PWM 控制转为移相控制，采用MOTOROIA 公司的开关电路，和三菱公司的驱动电路，使功率器件在零电流及零电压状态下开关，实现了谐振技术和软开关功率变换技术的排版拓朴，大大改善了功率器件的工作环境，进一步提高了逆变弧焊机的可靠性，降低故障率。

2、新一代的电子电力器件(IGBT)：

研制和应用新一代IGBT 逆变器集成化控制电路的弧焊机是我国机械行业“九五”科技发展规划中提出发展方向。随着微电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上，相互结合产生了新一代高频化全控型的功率集成器件一GBT。它具有功率(MOSFEI)管的高输入阻据，高速响应，热稳定性好，躯动功率小的特点，又具有功率晶体管（GTR）的通泰电压低，导通损耗小而耐压高的优点。所以使用新型的功率器件IGBT 于弧焊电源中，是为生产无工频变压器，系列化大功率输出的高频逆变控制的弧电源开拓了新路，解决了以往无法生产大功率输出电源的难题，推动了焊接电源更趋于高频集成化全控制技术，节能省材，小型轻便的发展进程， 此项电子电力器件(IGBT)的应用价值，早己被国外普遍看好，广泛应用于实际产品中，但是在国内靠自身能力，敢于使用的企业为数不多，限制了众多企业开发高电压、大电流功率输出电源系列化规格的形成。其关键点是目前该器件价格昂贵，合理的驱动电路和可靠的保护电路设计是难点，稍有不测，前功尽弃。课题攻关组反复实践实验，找到突破点，确立方案，群策群力，一整套实用性强，可靠性高的控制电路运用在逆变弧焊机上，精确地控制IGBT 的开关状态，使逆变弧焊电源大功率输出的开发应用技术又上了一个新的台阶。

3、超时代热管冷却技术：

任何一个功率器件在工作状态下都将产生热量，随着功率输出的增大而热量的产生呈几何级数升高，为确保器件工作在温升允许的范围内，必须采用散热措施，强制降温。传统散热方式是利用浇铸及挤压成形的有色金属型材或块型，与功率器件接触，强制排风来达到散热效果，由于材质和形状及工作条件的局限，热阻较大，表现出热传导慢，散热不均匀，消耗有色金属材料最多，体大笨重，时有功率器件烧毁的事恶性故障。为了有效地改善散热效果，充分利用资源，课题攻关组大胆地把目前工业发达国家尚使用在航天、航空、航海、高速交通及电力传输中的热管技术，巧妙地运用在逆变焊机的关键器件散热环境中。

热管是利用密封的真空容器内所加的少量液态介质，进行“相变传热”一即介质在热传递中，发生循环的状态变化实现传热。如热管在运行中，加热端的液太介质吸收了热量而蒸发成气体，因管内处于真空状态，沸点比常规大气压下低得多而蒸发快，携带气化潜热迅速流向放热端，冷凝成液体，回流至加热端，周而复始，实践证明，热管介质以“潜热方式”传递热量是实体金属以“显热方式”传递热量的538 倍，及真空状态下液体沸点低，传导快的特性，课题攻关小组运用智慧，把热管加热病端固定在散热块上，放热端镶套栅栏式薄铝片，增大了散热面积，经实际使用，不仅大大缩小了体积减轻了重量，更是减少了金属材料消耗，降低了成本，提高了散热效果，均匀快速，使弧焊机的新技术含量和产品可靠性的程度大大的迈进一大步。

四、工艺技术：

逆变式弧焊机是微电子、电力、电子、控制技术在各自发展的基础上相结合的机电一体化产物。研制中，充分考虑到产品技术与工艺要求的合理性和可靠性，采取措施予以完善。

1、尽量选用集成化程度高，已普及应用的元器件，提高可靠性。

2、实行通用件，模块化设计，为系统化规格扩展打好基础。

3、安装、高度简单易操作，为流水线作业做准备。

4、走线简短合理，防止电磁干扰。

5、外型新潮有特色，需适应任何环境中使用。

五、与晶闸管控制的同类产品比较：

晶闸管控制的C02 焊机与IGBT 逆变控制的C02 焊机在能耗(用电量)上的对比

晶闸管控制直流脉冲TIG 焊机与IGBT 逆变控制直流脉冲TIG 焊机在能耗(用电量）上的对比。