输出耦合电感的电流调节逆变器对于交流弧焊机.doc

毕业设计(论文)英文翻译译文用纸第页
输出耦合电感的电流调节逆变器对于交流弧焊机

摘要：以一输出耦合电感的电流调节逆变器驱动交流弧焊机被拟议。输出耦合电抗器保持负载电流连续，并保留在换向期间的能量。换向时间可以因此而减少，以避免灭弧，并确保更好的焊接性能。储存的能量还可以被释放在未来的能源传输周期，提高转换效率。该电路操作和设计程序被彻底检查，对原型逆变器驱动100A交流弧焊机实验结果进行记录，以验证该拟议方案的有效性。

1、简介
弧焊机被广泛应用于建筑和汽车制造行业。有两种弧焊方法，分别是通过交流和直流电流驱动。对于直流正极性（焊接采用直流正极性）的方法，在电弧产生的热量期间主要是集中在焊接材料。相反，直流反极性（焊接采用直流反极性）的方法需要较长的时间来完成焊接工作，因为热量主要集中在电极末端。不过，在直流反极性周期，对工件表面的氧化物由于发射电子的能量而被揭去，暴露了清洁的金属进行焊接。该交流弧焊方法结合了直流正接和直流反接的优势。此外，惰性气体钨电极的焊接工艺要求交流电流用于焊接铝。交流弧焊机还提供平滑的焊接工艺和与他们的同行相比性能更高直流。
为了控制焊接特性，输出电流始终被调节，而不是电压。按照惯例，电流调节变频器被用于作为一个交流弧焊机的驱动电源。以前的一些研究重点是弧焊驱动的动态性能。数字控制新算法和新颖的控制策略是如此建议的。为了降低输入电流谐波，功率因数校正技术也可纳入驱动变频器的输入阶段。
图1a所示是一个流行的逆变器拓扑结构，主要是一个高频率（通常为20千赫兹以上）全桥DC/AC逆变器和一个低频率（通常从直流到几百赫兹）的半桥逆变器组成。在文章中进行了几个关于软开关半桥或全桥谐振逆变器作为输入级的使用为主题的讨论。零电压开关或零电流开关可以通过谐振回路或辅助开关获得。因此高转换效率和低应力设备可以在初端实现。然而，很少有人提及变频器输出级的设计和控图1传统交流弧焊逆变器
制。在交流弧焊应用中，负载电流Io幅度可高达数百安培。因此，IGBT是经常被用来作为他们的高电流能力开关设备。在大多数情况下，负载电流为方波。在换相期间负载电流变化率很高，是一个生产出标准方波和避免灭弧的根本要求。
如图1c，三种情况可能发生在换向时间tc后。第一种情况是IO逐渐减少或增加至零。因此，I0没有发生突变。然而，所需的时间间隔需要电感L完全放电且随着负荷电流的大小而变化。如果根据负载电流需要调整tc，该控制器将更加复杂。第二种情况是，换向时间足够长使电感L完全放电。唯一的缺点是，有一个死区I0仍为零。这将严重影响焊接性能。第三种情况是，tc太短，造成电感L在换向时间结束时仍残留有能量。然后，I0立即降低到零。因此，在换向时，不仅能量储存在电感L浪费，而且快速变化的I0可能会导致经常具有破坏性的高电压尖峰。Rc缓冲器可连接在电感L中来限制峰峰值。尽管如此，储存的能量在每个半周期结束时仍然完全消散。综上所述，传统的逆变器拓扑结构具有以下三个缺点。
不理想的负载电流Io方波；
更低转换的效率；
输出电抗器的高电压峰值出现在换向期间。
在本文中，对比较传统的操作原则和电流调节交流弧焊逆变器的方案进行描述。过滤器被一个扼流电感耦合所取代，进而保留储存的能量并产生一个合格的输出电流方波。由于残留的能量是由一个耦合电感线圈传送到其他线圈，而不是被消散在换向期间，所以转换效率可提高。在100A交流弧焊逆变器记录的实验结果，验证了该方案的有效性。
2、交流弧焊逆变器的常规说明
参考图1b，push–pullPWM控制器把检测到的整流负载电流比作参考电流I0、Iref，并产生一对门控互补信号QPWM1和QPWM2。以8051微处理器为基础的控制器根据所需频率发出Q5和Q6门信号、占空比和所需的换向时间。在换相期间，Q5和Q6都开启且初级侧的所有四个开关处于关闭状态。Q5和Q6在微处理器中异或之后，由此产生的信号和push–pullPWM信号可以被相与在一起，产生初级端开关所需的门控信号。门控信号Q1-Q4可以表达为：
图2常规交流弧焊逆变器在Q1/Q4=QPWM1·(Q5⊕Q6)（1）
正半周期的操作模式Q2/Q3=QPWM2·(Q5⊕Q6)（2）

图2显示了五个对于传统的交流弧焊逆变器在正半周期运行状态的传导路径。图3说明了在一个完整的正半周期的主要波形。状态1-4多次循环在稳定状态，而仅在状态5的正半周期减为负半周期运行。对于传统的电路拓扑，电路操作的5个状态描述如以下两个假设。
主动开关和二极管的导电电压分别被描述为Vcep（原边开关），Vces（二次侧开关）和Vd。
变压器的匝数比为n，这等于Ns与Np之比。
状态1（t0-t1）：图2a描绘了状态1的传导路径。Q1，Q4和Q5开启和D1导通。L被充电和I0断增加以跟踪参考常量水平