固态高频电源在焊管行业中的应用

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1、ia态高频电源在焊管行业中的应用飞於三忻天塑形滋龙1 （Wn目前.我国设讣9耐造的岛频焊管设备都足采用电子管振藻话的单回路高频设备.通过调节电广营阳极电压大小.达到调节岛频输出功 率的目的电广管高频焊管设备不仅效率低体积大.而且存在使用前箔要侦热电子管便川寿甜短零诸多缺点.从二十世纪八十年代起.版牙务大功率半导体循件的发履和微电子技术.控制技术的捉高发达田家在研制网态岛频电源方而取 豺了很 大进展.目前作为高频电源功率开关器件主要有功*MOSFET和SIT 由于SIT存在高通态损耗（L：作于非饱和区,耐造1：艺 复杂、成本 岛、价格品贵、1：作频率限制在200kH二以下耶缺陷.闵此默关田家采用

2、的岛频功率8s件W MOSFET为主.KjjfXOSFET功率 器件的模块 化、大客凰化、高乐化.使功MOSFET的容圮和开关速度答杵能捉扁很快.biOil 36A.1000V功年XOSFET的关斯时间已小r75ns而JLFll F MOSFET井联容易因此采用功率XOSFET沟成曾频逆变器的同态品频电源在容僮和频率两方而都那到很人捉岛除在普符殊应用述域（如 岛频介质加热零行业）夕卜.同态岛趣电源完全能取代电广管祐频电诟而成为新代悠应加藤电猱的代农.大岛频化的同态岛频电谅主要域用述域足高频焊怯行业.由于我田岛频焊管行业存在愚应器开路、惫陨器时钢管短路筹夹麦恶劣匚况 |可时曾频焊管电源基本于满负

3、荷长期匚作制因此固态赢蜘乜源在焊管行业中的同用代发了固态庙频电源设计打制造的放岛水平.在焊管行 业中的应用以关田色玛图公可生产的同态高频电炼绘具代农性.无论在电源功率、频率和配盘性等方面都只有世界先进水平中田河北探定三 仍天星电气育限公njflfltt计制造的固态闵频焊管设笛已在功率6L300KW、频争300550KH：他闺内取得:T成熟的运行打设计经骏.本文以保定上伊天星电气有限公司研耐的采用功率XOSFET作为逆变开关器件的固态底频焊管为垄础对电炼的I：作炽理及九 在岛 频灯管行业中的应用进行的i寸论.并坊电广管赢频焊管电源和国外同态岛频灼管电浙进行了比较.2同态岛频电谅的匚作燎理固态高频

4、电源采用常优的交直交变频结构-相3SOV电源经开关柜中的降JK变爪话和上楼触器后.送入电源柜中的佬泳 照整 流器采用三相晶闸管全控整涌桥.通过控制晶何管导通if时ftj a.达到网节电源检出功率大小的II的.整渝后的立流电斥经滤波环节送入岛频逆变眼由嬴频逆受器逆变产生单相岛椀电源送入谐廉电豁.经灯接瞥压话和密应希输出伺频能fib完成钢管灯接高频逆变器可以育串联谐振型和并联谐抿型两种由F井联谐悔型逆变器在嬴频电源应用中育谄多困赂如册耍大功率快恢复借流二极管等闪此使其在大客fft岛频电源中的解川受到限制.H；联谐振型逆变话也称电斥谐报型逆变器-要求逆变番输入平港的旦渝电压波 系故小于庙）这点对焊符

5、来说疑非帘建要的丙为平清的直流电斥敝终将导致钢管焊.健内E刺尊常平楼通过挤斥欺匚艺调整.采用同态 电源灯接的钢管内毛刺将很小大容风化电源将通过两个途径来实现：共是功率乂 OSFET的并联构成逆变侨.目舸禺电斥01000V）的MOSFET A.JX电流客就只 脊36A 由于受到多管井联后器件均渝和动态分布步数的影响单逆变侨功率以设计和败为宜.更人客就的电源及备刖陨采取第二个扩容方法. 即并联逆变桥方式实现.由于电压谐报型逆变器多采用匹配变斥话付边牛联来合成功率输出.丙此对干藏频逆变得井联来说.输入和输出均为软 连接.定程度上放宽了对逆警器致性的要求因此从理论上来说.井联侨敌只不会受到瞅制.这徉解

6、决了固态岛频的大容51化问世.采用这 种方式合成功率的另个目的是对并联后的岛频逆变器实现r强制均渔.在恒斥源佻电的情况下.披大程度上实现了高频逆器的安全化.图1是同态岛频焊管设备的枢图.ii雌岛频焊管设备松图固态高频电源在焊管行业中的应用（续）3儿个持殊问世的介绍3.1 逆变器I：作状态的适同范国感网加热电源受负我的影响微序答效B1抗可能呈现容性、81性和感域三种状态.冈要求周频逆变器适合I：作干殍性、阻性和透 性.由于功t-MOSFET在耐造中存在反并联待生二极管.该营的反向恢翡时间的为2M2.在匚作频率为400kHz吐梵反向恢复时间超过3/4个报 荡冏期.当常规的H；联型迎变器匚作在容性时

7、.寄生二极在容性角度时间内流过能胳电淋山于其反向恢燮时间很长.在迪变器换向时I下桥 鸭出现用胳形成很大的坏沅导致功卒乂 OSFET损坏.这农明密规的牢联型逆变话不能匚作于容性状态.为了避免这种匚作状态.方面要求 逆变控制的频率典烁速度很快达到在动态过程中总足保MtfTW呈现感tt的目的-这融很闲堆的：另 一方面为了避免动态过程中进入容性状态整求正常工作时的班性角度很大2 3仇）这样造成功率MOSFET开关根耗增加逆变 器功率I人1故降低-从而失去固态设备岛效节能的粮本优势解决上述何趣的最佳办法足克服寄生二极符的膨响即通过外册串井联快 恢复二极管对H； 联型逆变话进行改适由外部井联的快恢复二极管

8、取代寄生二极管的作用,这样就可以使高频逆变器1：作干谐抿状态.从而达到捉岛逆变错功率闵敌和实现功率MOSFET软开关的11的.3.2 逆变器的频率跟踪图2逆变控制原理也图在高频焊管过程中.岛频逆变器总足二作在谐扳状态附近的.山于负优的杉响造成州烙答效多敌的变化.将使逆变/偏离赧住1：作点因而不仅造成功率XOSFET斤晰电加.引起关斯损触加大.而且当逆变番匚作点偏炎谐偷点较远时在定Q值下会使负取等效叭抗 增大.逆变器功奉容51不能充分利用 I 1此逆变赛具有优艮的频率门动跟腺能力足至关亚要的图2足采用HUH坏电路实现频率自动囹 踪和相角锁定的逆受控耐麻理图.根州互密淤检测到的逆变希触出电爪和电诡

9、的相位关系.经相位检测电路输出对应相位差的I片空比岛低电 平佶号.淀波后部到且诡电平.该电平反映了输出电斥电流的基波郴移.将直淹电平与设定的也位锁定位电平比较输出控制估号调节乐控按荡 器的检出频率.从而达到频率自动跟踪和锁定逆变番相位的目的.3 3设计输出功率伯大罔态周频设备所标称的功率位为总流侧功牟.这町电r管同频设备标称振荡功率足不同的.设备功率受负戏匹配条件的龄响较大.便好 的负拔匹配是功率触出的保证因为直渝侧电斥和电诡都不能超过只允许m 也孰足说存在和10 只有寺电爪和电流何时达到址大时.才 能保证输出址大功率对于问-卿管机组由于更换钢管规洛、讷怦壁邸的变化、采用不何的螺网话等祁会引起

10、负拔配问飓当然负取匹配 不可能也不必要做到无级凋节.在改计同态岛频灯管役备时应按照符合L程设计误签的原期充分考氏负取匹配何趣： 负戏匹配良好时.设备功率允许在11贰额定功率下K期运行： 负戏匹配股时,设备1：作保证在lOOVSft定功率下长期运行:负戏匹配牧绘时.设备功率保证在驱飙定功率下长期运行.3.4 安全裕fit大对干30kl逆芟器 Idmax=120A 逆变器侨愕采用S 36A功率MOSFET和16只100A快恢复二极管并联组成.尖并联能承受的獭定电流为2SSA.芳世均流系数和动态分布参数的影响粤综仟肉素设it I： (t电池在功* MOSFET可定电说的1/3-1/2区域内.保证岛频

11、迎变器育 合理的安全裕51 3.5 输出频率离固态高频焊管设备能够适闻的1：作频率代农设备制造水平这与垃制技术.主电胳话件选择、U艺水平等密切相关.从焊爸1：艺来 说.小口径.薄址例管需要牧高的焊接频率否则山于焊接频率过低.方面适成焊,健热熔区过宽.所3；的焊接功率端加.膨响焊接效率和谄管 焊接后的关观性：另方面由于焊梗变乐话(空芯)效率受频率龄响较大焊接频率降低.灼接变乐话耦介效率 降低.从而杉响整机效率.参照 电广管焊管设备频率设计* 固态设备根朋功率大小应设i十的输出频率为：对/60kWS备.输出频率500-550kH=：对TIOOxW 输出频 IOO-15OxH=：对干 15V200k

12、!设备.输出频率 33O()OkH=：对 T 200xW 以上设备.输出 W300-350xH=.4 9电子管高频焊管电源的比牧电广管岛频焊管设备枳累了长期的运行设汁经脸.设备皈!ft和运行稳定性已被广大灯符企业所接受.态焊管设备的推广胞用.兀高效 节能的强劲优势为淤烈的焊符行业交多刃辟了 乂新路.农1足两种焊管设备的设计和运行多数比较.农b两种炸管设备i殳计和运行步数比较KKXdF 电子音役 4 FD-911S )wow IM杏设备&讣般阳极电压：13. 5kV 闭棣电ill： 11. SA 阳极功155XV.灯仪功 Z： 2.5WF.报侏功单：UlkW1 丫世电民400V.山世电淋250A

13、.山涌功轧lOOkf出功率&0klN80 Mi配电客配ISOKVA120KVA廉机效率5(AN8O%抵傍 s电子管标称使用时何1500小时半辱体八件无珍命SR制衙要不裔耍冷却忒流尿A1201 din260L1H1佻水转?iftil A，3Ctt3冷却水池配套1.5 S3循坏水冷却越内毛金1J大内一例）小Wffi*修整何隔肘何短修电晒时何长大彳、使用安全性ffftMiftffilfi 绝垛要求金占大4X5与田外固态伺频焊管电源的比牧田外同态高频电源的发展已沓十几年的历史.山于耿关国家匚业化程岐牧高和设备配众性较好.在整机技术水Tfii 1：艺方而与国内役 笛相比仍右优势.但其品贵的设备价格、维修

14、费用岛和不符合中国田情的PfJnllB务体系祁敬制了国外灼机在中国的推广如何尽快提尚田产 固态焊机的技术匚艺水平.发娥民族匚业.足摆在赢频焊机制造企业而前的第迫问Jffi-iW外同态高频相比.国内设备应盼巫解决以下问题：岛频化：国内同态焊机匚作频率加焉550kH二.这9田外先进固态坤机.作频率已达到GOOSOOkHz tH比仍仃牧大羞即.在有色金屈管答特燃灯管方面无法取代电广管设卷I 1此捉玛U作频率旷大罔态坤机应用领域仍足田内固态焊机需进步探讨的方向Z大容皿化：掘报导国外已只备工产17OOUWIAI态岛频电炼的能力国内设备IliWM造水丫保持在400UW生产SOOkI态焊机估计仍苗2、3年时

15、间进步解决设备匚艺结构问题和器件并联技术、逆变桥并联技术何腿址发展人容fit同态岛椀设备的垦础.配金性勺智能化控朴随才务焊管生产线智能化程咚和对电源岛可熨性要求的提以必须加强固态焊机配套性的开发如设备水冷系 统、负拔匹配9感应器制作密封机箱设计、速度功率闭环控制系统等,同时同态网频设备正向智能化捽制方向发履,只有计算机智能接口.液胡显示屏人机界而.远程控制、故趟自动诊断等控制性能的同态设备正成为下一代发展目标.6结束谄凶态高频设备以共高效节能和运行维护费用低等夹出优点.在坤管行业正对传统电了管设备捉出强育力的挑战成为电子暂焊营设备 的更新换代产砧.这对节约能源、降低焊管成本、提岛灯管随fit都口有积极逢义和深远龄响.固态嬴频焊管设备足电力电广技术发展的结晶. 必将对焊管行业同频焊管电源产生次新的技术卒命.