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焊機知識你們了解多少呢?

首先,我們來聊聊焊機的總體結構,如下圖:

今天我们主要还是针对其中的逆变器部分以及IGBT的选择方面进行讨论。逆变技术从一开始的硬开关技术,到移相軟開關技术再到双零軟開關技术的发展,对IGBT都有着各自不同的要求,也正因为如此,IGBT的正确选择和使用显得很是重要。

硬開關拓撲

電路拓撲如下:

UDC爲直流母線電壓,R1~R4和C1~C4對應的串聯組合形成IGBT1~IGBT4的RC吸收網絡,TX1爲逆變中頻變壓器,VD1和VD2爲輸出全波整流二極管,R5、R6和C5、C6對應串聯組成VD1和VD2的吸收網絡,L爲輸出濾波電感,R爲輸出等效負載。

硬開關電路的工作方式如下:

IGBT1和IGBT4同时开通和关断,IGBT2和IGBT3同时开通和关断,在开关损耗中,关断损耗占比较大。因此在选择IGBT时,选择快速型IGBT,尤其时关断时间较短的较好。因为 时硬开关,我们开到开关部分的波形存在较为严重的振荡。

移相軟開關拓扑

電路拓撲如下:

與硬開關電路不同,逆變主變壓器的一次側增加了諧振電感,使用負載特性時不會導致輸出電壓波形畸變。

移相軟開關工作方式如下:

IGBT1和IGBT2輪流導通,各導通180°,IGBT3和IGBT4也是如此。但是IGBT1和IGBT4不同時導通,若IGBT1先導通,則IGBT4後導通,兩者之間存在一定的相位角,同組IGBT的開通和關斷存在一定的相位。因此,開關損耗較小,但是導通損耗會大,且續流二極管的工作時間較長,選擇IGBT時應選擇低通態型IGBT,並且續流二極管的通流能力要強。

双零軟開關拓扑

電路拓撲如下:

在AB段串入饱和电感Ls和阻断电容C,IGBT1和IGBT4同时开通,不同时关断,IGBT2和IGBT3亦是如此。根据双零軟開關的电路特点,零电压开通和零电流关断,使得IGBT的开关损耗非常小,所以,在损耗中,通态损耗的占比较大,选择低通态型IGBT较好。

工作方式如下:

02

IGBT選擇的幾點建議

下面聊聊焊機的中IGBT的選擇,因爲焊機的負載較爲特殊,具體選型建議如下:

①快速熱能響應

該特性反映了IGBT在單脈沖作用下將結溫傳遞給外殼的能力,對散熱器尺寸有重要意義;

②IGBT寄生電容參數

輸入電容Ciss,米勒電容Cres,輸出電容Coss,對于驅動功率,米勒效應等有著重要意義,所以選擇較小的米勒電容,輸入電容的IGBT較爲有利;

③盡可能選擇導通壓降較小的;

電壓、電流等級

三相380V的输入电压,母线为√2*380=537V左右,硬开关的情况下,IGBT的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍,这是考虑到硬开关尖峰电压较高的原因;而軟開關一般 1200V就可以了;

电流:如输出电流为400A,主变压器变比为K=37/5,变压器一次侧的平均电流为400A/K=54A。选择IGBT时,额定电流Ic=100A,考虑到增强引弧和推力功能,输出电流最大值 为500A.变压器一次侧为500A/K=67.6A,这也是IGBT中流过的最大电流ICM,而且维持时间小于1ms,使用时考虑两倍的裕量,选用额定ICM>150A即可。

焊機的工作情況可能比較特殊,其工作在“空載——短路——負載”的變化中,因此比較在意電流參數方面。

關于其他的一些,如驅動電阻,保護電路等外部的今天我就不再這裏再展開了。萬變不離其宗,再結合具有情況具體分析才是正理。

目前好像部分廠家都在往高頻率發展,有朋友跟我說他們正在考慮三電平的方案。高頻率主要可以大大地減小主變壓器的尺寸。

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