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逆變焊機原理及其發展
發布日期:2011-06-23 17:48

一、逆變(電)焊機

1、逆變電焊機原理

  逆變與整流是兩個相反的概念,整流是把交流電變換為直流電的過程,而逆變則是把直流電改變為交流電的過程,采用逆變技術的弧焊電源稱為逆變焊機。逆變過程需要大功率電子開關器件,采用絕緣柵雙極晶體管IGBT作為開關器件的的逆變焊機成為IGBT逆變焊機。

2、逆變焊機的工作過程

  將三相或單相工頻交流電整流,經濾波后得到一個較平滑的直流電,由IGBT組成的逆變電路將該直流電變為幾十KHZ的交流電,經主變壓器降壓后,再經整流濾波獲得平穩的直流輸出焊接電流。

 

  由于逆變工作頻率很高,所以主變壓器的鐵心截面積和線圈匝數大大減少,因此,逆變焊機可以在很大程度上節省金屬材料,減少外形尺寸及重量,大大減少電能損耗,更重要的是,逆變焊機能夠在微秒級的時間內對輸出電流進行調整,所以就能實現焊接過程所要求的理想控制過程,獲得滿意的焊接效果。

 

  雖然電路是閉合的,可正是因為電路是閉合的才使得在整個閉合電路和電流處處相等;但各處的電阻可是不一樣的,特別是在不固定接觸處的電阻最大,這個電阻在物理中叫接觸電阻。根據電流的熱效應定律(也叫焦爾定律),Q=I方Rt可知,電流相等,則電阻越大的部位發熱越高,電焊在焊接時焊條的觸頭也被接的金屬體的接觸處的接觸電阻最大,則在這個部位產生的電熱自然也就最多,焊條又是熔點較低的合金,自然的容易熔化了,熔化后的合金焊條芯沾合在被焊物體上后經過冷卻,就把焊接對象粘合在一塊了。

 

  由于逆變焊機是一典型的開關電源(輸出特性又有很大特點),輸出功率大,工作環境變化大,所以要求元器件質量要好,這樣才能保證工作的穩定型,壽命長。

 

二、逆變電源

1、逆變電源的特點

  弧焊逆變器的基本特點是工作頻率高,由此而帶來很多優點。這是因為變壓器,無論是原繞組還是副繞組,其電勢E與電流的頻率f、磁通密度B、鐵芯截面積S及繞組的匝數W有如下關系:

 

  E=4.44fBSW

 

  而繞組的端電壓U近似地等于E,即:

 

  U≈E=4.44fBSW

 

  當U、B確定后,若提高f,則S減小,W減少,因此,變壓器的重量和體積就可以大大減小。這樣,就能使整機的重量和體積顯著減小。不僅如此,還因為頻率的提高及其他因素而帶來了許多優點,與傳統弧焊電源比較,其主要特點如下:

 

  1.體積小、重量輕,節省材料,攜帶、移動方便。

 

  2.高效節能,效率可達到80%~90%,比傳統焊機節電1/3以上。

 

  3.動特性好,引弧容易,電弧穩定,焊縫成形美觀,飛濺小。

 

  4.適合于與機器人結合,組成自動焊接生產系統。

 

  5.可一機多用,完成多種焊接和切割過程。

 

  由于逆變電源具有上述一系列的優點,因此,自20世紀70年代后期問世以來發展極快,在美、日等工業發達國家,應用范圍已相當廣了。

 

  逆變電源現在所用的開關元件有SCR(晶閘管)、GTR(晶體管)、MOSFET(場效應管)及IGBT(兼有GTR和MOSFET優點的一種電子元件)。IGBT有取代其他幾種開關元件之勢,IGBT逆變焊機是當今世界焊機技術的重大進步,發展的新潮流。

 

  焊接機頭是將焊接能源設備輸出的能量轉換成焊接熱,并不斷送進焊接材料,同時機頭自身向前移動,實現焊接。手工電弧焊用的電焊鉗,隨電焊條的熔化,須不斷手動向下送進電焊條,并向前移動形成焊縫。自動焊機有自動送進焊絲機構,并有機頭行走機構使機頭向前移動。常用的有小車式和懸掛式機頭兩種。電阻點焊和凸焊的焊接機頭是電極及其加壓機構,用以對工件施加壓力和通電??p焊另有傳動機構,以帶動工件移動。對焊時需要有靜、動夾具和夾具夾緊機構,以及移動夾具和頂鍛機構。

2、逆變電源的發展方向

  逆變電源總的發展趨向是向著大容量、輕量化、高效率、模塊化、智能化發展并以提高可靠性、 性能及拓寬用途為核心,愈來愈廣泛應用于各種弧焊方法、電阻焊、切割等工藝中。高效和高功 率密度(小型化)是國際弧焊逆變器追求的主要目標自之一。高頻化和降低主要器件的功耗是實 現這一目標的主要技術途徑。當前,在日、歐等國和地區,20KHz左右的弧焊逆變器技術已經成 熟,產品的質量較高且產品已系列化。

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