《高频引弧在逆变氩弧焊机中的作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频引弧在逆变氩弧焊机中的作用（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高频引弧在逆变氩弧焊机中的作用在弧焊电源中有两种起弧方式：一种是接触起弧，一种是非接触起弧。前者的起弧电流比后 者大得多，起弧时对焊机的干扰较小。但在某些场合，只能要求用非接触起弧。如坦克上的 反射透镜，火箭发动机等的焊接，由于工件很薄，通常厚度为 0.10.5 mm，若让钨极与 工件接触，会引起薄工件的烧伤，钨极烧损以及焊缝夹钨等缺陷。非接触起弧又分为高频高压起弧和高压脉冲起弧两种方式，传统的引弧装置为高频高压引弧 ，利用工频变压器将电网电压升压来获得高压，起弧时干扰特别大，经常损坏逆变功率器件 或控制板上的 CMOS电路，使系统工作极不稳定。在高频引弧电路的设计中，既要考虑使焊机容易起弧，
2、又要尽量减少对焊机的干扰，这样整 个系统才能稳定地工作。为此，本文提出一种新型引弧电路，可以很方便地控制高频强度， 减少对焊机的干扰，同时又能使焊机很轻松地起弧，大大提高了焊机工作的可靠性。1 高频引弧器对逆变直流氩弧焊机产生干扰的原理分析高频高压引弧电路和本文提出的一种高压脉冲引弧电路的原理图分别为图 1 和图 2 所示。逆变 直流氩弧焊机是高频开关焊接电源，从开关电源原理可知：在开关变压器的初、次级是一周 期方波，例如，以快速可控硅为逆变功率器件，采用 PFM 调制，开关频率可达 4-5Hz，以 MOS 场效应管或 IGBT 为逆变功率器件，采用 PWM 调制，开关频可达 20-50kHz
3、，根据 周期信号的傅立叶级数理论，此方波包含了频率分量 nW，这就决定了它含有大量高频谐波， 如果不对这些谐波加以抑制，它们就会以传导的方式进入电网或以辐射的形式发射出去，形 成干扰。另外，由于开关管的感性负载，相当于电感与开关管串联，在开关管快速开关时， 电感上产生很高的尖峰电压，这种尖峰电压不仅对开关管起破坏作用，也可形成大量谐波， 同样会形成传导干扰和辐射干扰。由于开关电源初、次级及匝间存在大量分布电容，系统中 器件与机壳之间，以及导线间也存在寄生电容，此电容在开关状态突然充放电，也是一种干 扰源。由此可见，高频开关电源本身就存在着干扰。从图 1 可知，高频高压引弧电路直接采用电网电压升
4、压，并经耦合而达到引弧的目的，这种电路会对焊机造成很大的干扰。由于直接从网压升压、耦合来使焊机起弧，一方面由于能量 比较强，焊机很容易起弧，另一方面，起弧时，又会将高压经变压器 B1、B2 耦合回送给电网 ，使 380V 的电网电压瞬时可达到 420V 以上，这样会造成两种后果，其一是加在逆变功率元件 上的直流高压会急剧上升，可能超过功率元件的耐压而损坏功率元件，使逆变失败，其二是 控制电路的工作电压瞬时上升，破坏 CMOS 集成电路，导致系统工作不稳定。另外，这种电路 起弧时有很多高频成分，可能形成辐射干扰。当然，传导干扰和辐射干扰相比较，传导干扰 要强得多。因此，在抑制干扰时主要考虑传导干
5、扰。下面都是针对传导干扰进行讨论的。对 上述干扰，可以在高频变压器次级加 LC 滤波器，但效果并不显著。从图 2 知，高频变压器 B1 的初级电压并不直接来自网压，而是将电源变压器的一组次级电压 经整流、开关管变换再作为 B1 的输入，这样就起了隔离作用，起弧时，高压就不会直接耦合 到电网，对功率元件和控制板上的 CMOS 集成电路的干扰就很小。当然，由于高频变压器 B1 的 初级电压不直接来自网压，起弧能量要弱得多，这可以通过调整火花塞的气隙来提高起弧电 压，达到起弧目的。2 两种高频引弧电路的原理图 1 是传统的高频高压引弧电路，图 2 是新型高压脉冲引弧电路。两者原理相似，都是利用高 压
6、击穿火花气隙，使之产生 LC 振荡，然后将高频振荡电压经耦合，升压加到电极与工件之间，达到引弧的目的 。图 2 中的输入电压为交流 40 伏，来自控制变压器的一组次级，控制变压器的初级为交流 380 伏 。输入电压经全桥整流，滤波后，C1 上的电压约为 56 伏，为直流电压。B1 为升压变压器，C2 为振荡电容，HF 为火花塞，B2 为耦合变压器，T1(即 BUY71)为大功率晶 体管GTR。当某一频率的方波信号(本文的频率为 50 千赫)作为驱动信号加到 T1 的基极和射极时，T1 的开 关作用将 56 伏的直流电压逆变为 2 000 多伏的交流方波电压。这个电压向 C2 充电，当 C2 上
7、电 压 超过火花塞的击穿电压时，火花塞放电，使 C2 和 B2 的初级构成 LC 振荡回路，产生的高频振荡 经 B2 耦合升压可达到七千多伏，加到工件与钨极间达到引弧的目的。图 3 是大功率晶体管 T1 的驱动电路，加上 15 伏电源电压，15 伏电压经 R7，D3，C5 形成充电回 路，对 C5 充电，充电时间 tcR7.C5，此时 NE555 的 3 脚为高电平。当充电到一定程度 ，NE 555 的 2、6 脚为高电平时，其 3 脚变成低电平，C5 经 R6 放电，放电时间 tdR6.C5，当 C5 放 电到 NE555 的 2、6 脚为低电平时，NE555 的 3 脚再次变高，如此循环，
8、形成振荡，再经 T2、T3 的放大，最后输出脉冲信号。3 引弧试验本文同时作了传统的高频高压引弧电路和新型高压脉冲引弧电路的引弧实验，实验时将高频 引弧器的输出和焊机的输出相串联，发现传统的高频引弧器由于其引弧高压来自 380 伏的网 压经耦合升压而得，能量很大，起弧很容易。但是高频高压对焊机的主电路和控制电路干扰 极大，通过示波器观察，发现起弧瞬间，工频变压器的输入由于高频耦合，由 380 伏升至 4 20 伏，甚至更高，加到 CMOS 电路上的电源电压也由 15 伏升至 17 伏以上，导致功率元件和控制 板上的集成电路受破坏。用新型高频引弧器引弧，能量较前者弱得多，起弧也较前者困难， 但是只要保持工件钨极距离不太远(约 3 毫米)，钨极磨尖，还是可轻松地起弧，成功率在 95% 以上。通过示波器观察，高频起弧时对主电路和控制电路的干扰极小，因此焊机工作非常稳定，大大降低了故障率。 (本文来源：上海等离子切割机厂)
