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作为最早获得应用的机械化焊接方法,埋弧自动焊具有焊接电流大、熔深大、焊接范围广、生产效率高、焊缝质量优、劳动条件好、自动化程度高等优点,适用于焊接中厚板结构的长焊缝,可焊接的钢种包括碳素钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢及复合钢材等,也可用于镍基合金、铜合金焊接及耐磨耐蚀合金堆焊。因此埋弧焊在造船、锅炉与压力容器、桥梁、重型机械、石油机器、海洋结构、武器等制造部门得到了大力推广和应用。但目前弧焊变压器、磁放大器式弧焊整流器的应用仍占60%-70%。近年来,随着逆变技术的不断发展和成熟以及大容量功率开关管IGBT的出现,研制和生产大容量的逆变式埋弧焊机己成为发展的趋势。
本文首先介绍了埋弧自动焊的原理、特点、发展历史、目前国内外的研究现状。接着对弧焊逆变器的发展现状、趋向作了简要介绍,针对目前弧焊逆变器存在的主功率管开关应力大、整机损耗大、可靠性低以及对电网造成的污染等缺点,提出了用软开关技术来解决这些问题,对本文采用的方案——有限双极性控制的零电压零电流全桥变换器(ZVZCS PWM)的工作原理、微观变换过程进行了系统的理论分析。
本文在该电路拓扑的基础上,设计了该变换器的主电路及其控制系统,主电路采用有限双极性控制ZVZCS全桥拓扑,包括主变压器设计、输出滤波器设计、饱和电感设计等;控制系统采用了电流闭环PI调节系统,设计了控制芯片UC3846外围电路、主功率器件IGBT的驱动电路及各种保护电路。在各种电路的设计中充分考虑了可靠性,在实现所需功能的同时尽量使电路简洁。在此基础上,研制出了型号为MZ-1000 IGBT软开关逆变埋弧焊电源一台,对其进行了安装调试,并用数字示波器对其进行现场检测,控制电路各部分波形正常,四路输出驱动波形稳定,全桥变换器中超前桥臂和滞后桥臂的IGBT分别工作在零电压、零电流状态下,真正实现了逆变器的双零软开关。
该逆变器具有高效节能、重量轻、体积小、噪音小等特点。试验结果表明,该弧焊逆变器具有良好的静态特性和动态特性,恒流稳定,是一种发展前景广阔的新型电源。