日朗焊機逆變電焊機原理詳解圖

2021-03-04 03:57:58 字數 3229 閱讀 1671

主電路電氣原理圖

主控制板電器原理圖:

逆變觸發電路圖:

脈衝及時序板原理圖:

本機採用三相交流380v電壓經三相橋式整流、濾波後供給以新型igbt為功率開關器件的逆變器進行變頻(20kc)處理後,由中頻變壓器降壓,再經整流輸出可供焊接所需的電源,通過積體電路構成的邏輯控制電路對電壓、電流訊號的反饋進行處理,實現整機閉環控制,採用脈寬調變pwm為核心的控制技術,從而獲得快速脈寬調變的恆流特性和優異的焊接工藝效果。

igbt逆變電焊機工作原理及輸出特性

這裡介紹的逆變器(見圖)主要由mos 場效電晶體,普通電源變壓器構成。其輸出功率取決於mos 場效電晶體和電源變壓器的功率,免除了煩瑣的變壓器繞制,適合電子愛好者業餘製作中採用。下面介紹該逆變器的工作原理及製作過程。

--拓普電子

1.電路圖

2.工作原理

這裡我們將詳細介紹這個逆變器的工作原理。

方波訊號發生器(見圖3) 這裡採用六反相器cd4069構成方波訊號發生器。電路中r1是補償電阻,用於改善由於電源電壓的變化而引起的振盪頻率不穩。電路的振盪是通過電容c1充放電完成的。

其振盪頻率為f=1/2.2rc。圖示電路的最大頻率為:

fmax=1/2.2×3.3×103×2.

2×10-6=62.6hz;最小頻率fmin=1/2.2×4.

3×103×2.2×10-6=48.0hz。

由於元件的誤差,實際值會略有差異。其它多餘的反相器,輸入端接地避免影響其它電路。

場效電晶體驅動電路。

由於方波訊號發生器輸出的振盪訊號電壓最大振幅為0~5v,為充分驅動電源開關電路,這裡用tr1、tr2將振盪訊號電壓放大至0~12v。如圖4所示。

mos場效電晶體電源開關電路。

這是該裝置的核心,在介紹該部分工作原理之前,先簡單解釋一下mos 場效電晶體的工作原理。

mos 場效電晶體也被稱為mos fet, 既metal oxide semiconductor field effect transistor(金屬氧化物半導體場效電晶體)的縮寫。它一般有耗盡型和增強型兩種。本文使用的為增強型mos 場效電晶體,其內部結構見圖5。

它可分為npn型pnp型。npn型通常稱為n溝道型,pnp型也叫p溝道型。由圖可看出,對於n溝道的場效電晶體其源極和漏極接在n型半導體上,同樣對於p溝道的場效電晶體其源極和漏極則接在p型半導體上。

我們知道一般三極體是由輸入的電流控制輸出的電流。但對於場效電晶體,其輸出電流是由輸入的電壓(或稱電場)控制,可以認為輸入電流極小或沒有輸入電流,這使得該器件有很高的輸入阻抗,同時這也是我們稱之為場效電晶體的原因。

為解釋mos 場效電晶體的工作原理,我們先了解一下僅含有乙個p—n結的二極體的工作過程。如圖6所示,我們知道在二極體加上正向電壓(p端接正極,n端接負極)時,二極體導通,其pn結有電流通過。這是因為在p型半導體端為正電壓時,n型半導體內的負電子被吸引而湧向加有正電壓的p型半導體端,而p型半導體端內的正電子則朝n型半導體端運動,從而形成導通電流。

同理,當二極體加上反向電壓(p端接負極,n端接正極)時,這時在p型半導體端為負電壓,正電子被聚集在p型半導體端,負電子則聚集在n型半導體端,電子不移動,其pn結沒有電流通過,二極體截止圖7a圖7b

對於場效電晶體(見圖7),在柵極沒有電壓時,由前面分析可知,在源極與漏極之間不會有電流流過,此時場效電晶體處與截止狀態(圖7a)。當有乙個正電壓加在n溝道的mos 場效電晶體柵極上時,由於電場的作用,此時n型半導體的源極和漏極的負電子被吸引出來而湧向柵極,但由於氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個n溝道之間的p型半導體中(見圖7b),從而形成電流,使源極和漏極之間導通。我們也可以想像為兩個n型半導體之間為一條溝,柵極電壓的建立相當於為它們之間搭了一座橋梁,該橋的大小由柵壓的大小決定。

圖8給出了p溝道的mos 場效電晶體的工作過程,其工作原理類似這裡不再重複。

下面簡述一下用c-mos場效電晶體(增強型mos 場效電晶體)組成的應用電路的工作過程(見圖9)。電路將乙個增強型p溝道mos場效電晶體和乙個增強型n溝道mos場效電晶體組合在一起使用。當輸入端為低電平時,p溝道mos場效電晶體導通,輸出端與電源正極接通。

當輸入端為高電平時,n溝道mos場效電晶體導通,輸出端與電源地接通。在該電路中,p溝道mos場效電晶體和n溝道mos場效電晶體總是在相反的狀態下工作,其相位輸入端和輸出端相反。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。

同時由於漏電流的影響,使得柵壓在還沒有到0v,通常在柵極電壓小於1到2v時,mos場效電晶體既被關斷。不同場效電晶體其關斷電壓略有不同。也正因為如此,使得該電路不會因為兩管同時導通而造成電源短路。

由以上分析我們可以畫出原理圖中mos場效電晶體電路部分的工作過程(見圖10)。工作原理同前所述。這種低電壓、大電流、頻率為50hz的交變訊號通過變壓器的低壓繞組時,會在變壓器的高壓側感應出高壓交流電壓,完成直流到交流的轉換。

這裡需要注意的是,在某些情況下,如振盪部分停止工作時,變壓器的低壓側有時會有很大的電流通過,所以該電路的保險絲不能省略或短接。

3.製作要點

電路板見圖11。所用元器件可參考圖12。逆變器用的變壓器採用次級為12v、電流為10a、初級電壓為220v的成品電源變壓器。

p溝道mos場效電晶體(2sj471)最大漏極電流為30a,在場效電晶體導通時,漏-源極間電阻為25毫歐。此時如果通過10a電流時會有2.5w的功率消耗。

n溝道mos場效電晶體(2sk2956)最大漏極電流為50a,場效電晶體導通時,漏-源極間電阻為7毫歐,此時如果通過10a電流時消耗的功率為0.7w。由此我們也可知在同樣的工作電流情況下,2sj471的發熱量約為2sk2956的4倍。

所以在考慮散熱器時應注意這點。圖13展示本文介紹的逆變器場效電晶體在散熱器(100mm×100mm×17mm)上的位置分布和接法。儘管場效電晶體工作於開關狀態時發熱量不會很大,出於安全考慮這裡選用的散熱器稍偏大。

4.逆變器的效能測試

測試電路見圖14。這裡測試用的輸入電源採用內阻低、放電電流大(一般大於100a)的12v汽車電瓶,可為電路提供充足的輸入功率。測試用負載為普通的電燈泡。

測試的方法是通過改變負載大小,並測量此時的輸入電流、電壓以及輸出電壓。其測試結果見電壓、電流曲線關係圖(圖15a)。可以看出,輸出電壓隨負荷的增大而下降,燈泡的消耗功率隨電壓變化而改變。

我們也可以通過計算找出輸出電壓和功率的關係。但實際上由於電燈泡的電阻會隨受加在兩端電壓變化而改變,並且輸出電壓、電流也不是正弦波,所以這種的計算只能看作是估算。以負載為60w的電燈泡為例

假設燈泡的電阻不隨電壓變化而改變。因為r燈=v2/w=2102/60=735ω,所以在電壓為208v時,w=v2/r=2082/735=58.9w。

由此可折算出電壓和功率的關係。通過測試,我們發現當輸出功率約為100w時,輸入電流為10a。此時輸出電壓為200v。

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