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1、毕 业 论 文学生姓名： 学 号： 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 题 目： ZX7-400逆变电源系统研究 指导教师： 评阅教师： 2012 年 6 月 河北科技大学毕业论文成绩评定表姓 名学 号成 绩专 业材料成型及控制工程题 目ZX7-400逆变电源系统研究指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 学院答辩委员会主任： 年 月 日 注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。毕 业 论 文 中 文 摘 要与传统焊接电源相比，逆变焊接电源具
2、有体积小、重量轻、节能省材、可实现熔滴的精细化控制等诸多优点，是电焊机的主要发展方向之一。通过对逆变焊接电源各部分的理论分析与计算，设计了基于IGBT的ZX7-400逆变焊接电源的主电路和控制电路。主电路部分设计了三相桥式整流电路、电解电容滤波电路、基于IGBT的全桥逆变主电路、以非晶合金为磁芯的中频变压器、基于快恢复二极管的全波整流电路以及直流电抗器等；控制电路部分设计了基于SG3525的PWM控制电路、基于EXB840的驱动电路以及过流、过热电路等。最后，通过对不同负载情况下的驱动波形以及相应的IGBT的管压降的检测，证明所设计焊机性能良好，符合使用要求。关键词 ZX7-400 全桥逆变
3、IGBT SG3525 EXB840毕 业 论 文 外 文 摘 要Title Study on ZX7-400 Inverter Welding Power Source AbstractCompared with the traditional welding power source, inverter welding power source with a small size, light weight, saving energy and materials, melt-droplet fine control and many other advantages becomes on
4、e of the main development directions of the welding machine. Based on the theoretical analysis and calculations of the inverter welding power source, the main circuit and control circuit of ZX7-400 which is based on IGBT are designed.On the one hand, the three-phase bridge rectifier circuit, the ele
5、ctrolytic capacitor filter circuit, the full-bridge inverter circuit based on IGBT, intermediate frequency transformer with an amorphous alloy core, full-wave rectifier circuit based on fast recovery diodes and a DC rector of the main circuit are designed; on the other hand, the PWM control circuit
6、based on SG3525, driving circuit based on EXB840, over-current and over-heart circuit of control circuit are designed. Finally, it is proved that the good performance of the welder designed and it meets the use requirements by the detection of the drive waveform and corresponding tube voltage drop o
7、f the IGBT under various load conditions.Key Words ZX7-400 full-bridge inverter IGBT SG3525 EXB840 本 科 毕 业 论 文 第 页 共 页目 录1 绪论11.1 焊接的发展及其在现代工业中的应用11.2 逆变弧焊机及发展应用现状11.3 本论文选题的意义及目的42 ZX7-400逆变电源主电路的设计62.1 总体设计62.2 主电路的设计与计算93 ZX7-400逆变电源控制电路的设计213.1 控制电路的组成213.2 外特性控制213.3 脉宽调制电路223.4 驱动电路263.5 保护电路2
8、84 逆变焊机的实验分析314.1 实验仪器与设备314.2 实验步骤314.3 实验结果及分析31结 论33致 谢34参考文献35 本 科 毕 业 论 文 第 36 页 共 36 页1 绪论1.1 焊接的发展及其在现代工业中的应用现代焊接方法的发展是以电弧焊和压力焊为起点的。电弧作为一种气体放电的物理现象，于19世纪被人们发现。而电弧焊真正应用于工业是在1892年发明了金属极电弧之后，特别是在20世纪30年代前后发明了薄皮焊条、厚板焊条、氩弧焊及埋弧焊以后。如今的焊接技术是一种现代化的传统加工技术，同时已发展成为一种将材料永久性连接并使焊接接头具有给定功能的先进加工技术。几乎所有的产品，从不
9、足1g的微型电子元器件到几十万吨级的巨型轮船，在生产过程中都不同程度地依赖着焊接技术。焊接技术已然渗透到了制造业的各个领域，焊接与金属切削加工、压力加工、热处理、铸造等其它方法一起构成的金属加工技术，已经成为汽车、船舶、飞机、航天、石油、化工电子等工业部门的基本生产手段，而且直接影响着产品的质量、可靠性、寿命、生产的效率、成本以及市场的反应速度等1。在21世纪，焊接技术作为先进制造技术的一个重要组成部分，仍将在制造业中起着举足轻重的作用2。焊接电源是实现焊接的最重要的设备，工业发达国家每生产1万吨钢就需要相应的生产2025台电焊机。因此，焊接电源性能的好坏、是否先进是一个国家工业发达与否的决定
10、因素之一3。1.2 逆变弧焊机及发展应用现状1.2.1 逆变基本概念把交流电转换成直流电的过程叫做整流，完成整流转换过程的电路叫做整流电路，把实现整流转换过程的设备叫做整流器。与此相对，把直流电转换为交流电的过程叫做逆变，完成逆变转换过程的电路叫做逆变电路，而把实现逆变转换过程的设备叫做逆变器4,5。1.2.2 逆变的分类现代逆变技术的种类很多，如表1.1所示为根据不同的形式，所进行的分类6,7。为了满足不同的负载需求，有如下几种逆变体制8：（1）ACDCAC把工频交流电整流成直流电后，再逆变成为交流电，不过后者的交流频率已不是原来的工频，而是中频或高频，其输出可以通过变压器进行降压或升压提供
11、给负载，也可表1.1 逆变技术的主要分类分类方式类别逆变器输出交流频率工频逆变、中频逆变和高频逆变逆变器输出的相数单相逆变、三相逆变和多相逆变逆变器输出能量的去向有源逆变和无源逆变逆变主电路的形式单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变主开关器件的类型晶闸管逆变式、晶体管逆变、场效应管式和IGBT式输出能量的稳定的参量电压型逆变和电流型逆变输出电压或电流的波形正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变控制方式调频式（PFW）逆变、调脉宽式（PWM）逆变和混合调节式逆变逆变开关电路的工作方式谐振式逆变、定频硬开关式逆变和定频软开关式逆变以直接接入负载。由直流电逆变回来的交流电同样可以是低频的，但它的频率或占空比
12、可以进行比较大范围的调节，从而满足负载的需要。（2）ACDCACDC将上述逆变成的交流电再次整流成直流电。此逆变体制可以用作直流驱动电机、电镀电源、稳压电源或电弧电源等。此逆变过程并非多此一举的，总的来说，就是要同时达到两个目的：一是变压，二是节能。即利用逆变原理把50Hz工频交流电逆变成高频交流电再进行变压（借助高频变压器）和整流，较直接把工频交流电进行变压（借助工频变压器）和整流，要节电得多。（3）ACDCACDCAC此种逆变体制主要用于提供矩形波交流电的场合，其它场合应用比较少。1.2.3 逆变焊机的优点逆变焊机的优点如下9：（1）体积小、重量轻由于逆变焊机的逆变频率较高，变压器重量降低
13、。现在逆变焊机变压器铁芯材料主要采用铁氧体材料和非晶材料，小功率逆变焊机已作为工具进入家庭。传统焊机中变压器的重量占焊机重量的80%以上，逆变焊机中变压器的重量占焊机重量的1/51/10。逆变焊机的重量是同容量整流焊机的1/21/4。（2）节能表1.2 逆变焊机与传统焊机参数对照表逆变焊机的节能体现在两方面：空载时节能和负载时节能。空载时逆变焊机可使主电路、风扇等全部进入停止状态，空载功耗只有几瓦。表1.2为输出电流为350A的某款IGBT逆变焊机和晶闸管整流焊机效率的对比。焊机参数逆变焊机传统的晶闸管整流焊机额定输入电压三相AC 380V/50Hz额定输入功率/有功功率13.7kVA/12k
14、W15.7kVA/14.1kW额定输入电流/A2124输出电流/ADC 60350DC 60350输出电压/VDC 1440DC 1640满载效率0.9160.78额定负载持续率（%）6060外形尺寸（长宽高）/636322584675436762重量/42100（3） 可实现熔滴过渡的精细控制由于逆变焊机的工作频率在20kHz以上，从而可以对熔滴过渡细分为多个阶段来进行控制。对于CO2气体保护焊，可大幅度降低飞溅；对于脉冲熔化极惰性/活性气体保护焊（MIG/MAG）而言，可有效地控制射流过渡的稳定性，此外还能将熔滴过渡与送丝机构的运动结合起来，从而进一步控制熔滴过渡的过程。这些都是传统整流焊机无法比拟的。1.2.4 逆变焊机的发展现状20世纪70年
