逆变焊机毕业设计论文

逆变焊机毕业设计 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 山东科技大学学士学位论文 摘 要 逆变式焊机具有独特的优点，在国 I 山东科技大学学士学位论文 Abstract This paper first introduces the developing history of the welding inverter. Due to the development of inverter circuit topology form of semiconductor devices and mature, there was the welding inverter The general principle is to use the rectifier-inverter-the process of rectifying again; Namely communication-dc-ac analysis the advantages and disadvantages of various welding machine and development of inverter welding power source direction。 Inverter type welder has special advantages at home and abroad, has generally recognized, and is a comprehensive promotion application of domestic some strong technical force development foundation good production experienced units and the enterprise has better solve the welding inverter type of project DingYi products manufacturing and no reliability problem such as security, however, entered the overall the promoted application, and a lot of the research unit and enterprise has not yet have a better understanding of the stability and reliability of the product quality。 Again, even if the already mastered the product quality reliability and stability of the research unit and enterprise, with the increase of the power output of the welding performance requirements improving and optimizing the demand such as performance to price, also need to use the new power components and digital technology, further improve product performance, product escalated, give full play to the superiority of the inverter type welding machine, and so on, ask inverter type welding machine technology further development。 II 山东科技大学学士学位论文 The design of main circuit through the analysis of the operation of rectifier filter, part of the circuit parameter, inverter circuit parameters, and the analysis of the internal each device that explains and analyzes and clear the performance of welding power structure and development direction Key word:Output characteristic;main circuit;drive circuit;weld IGBT III 山东科技大学学士学位论文 目录 摘要...............................................................................................I ABSTRACT.....................................................................................II 1 前 言 .....................................................................................1 1.1 逆变焊机的概述.....................................................................................2 1.1.1 国250A手弧焊机的设计............................................................7 2(1 工作原理.............................................................................................7 2.2 主电路的设计.......................................................................................7 2.2.1 主电路工作原理...........................................................................7 2.2.2 整流滤波部分电路参数的意义及工作原理...............................7 IV 山东科技大学学士学位论文 2.2.3 逆变部分电路参数的意义及工作原理.......................................9 2.2.4 IGBT的选择.................................................................................11 2.2.5 整流滤波电路参数的计算及其元器件的选择..........................12 2.2.6 逆变电路参数的计算及其元器件的选择..................................14 2.2.7 高频变压器的设计......................................................................14 2.2.7.1 磁芯的选择........................................................................15 2.2.7.2 磁芯规格及磁通密度B的选取........................................16 2.2.7.3 高频变压器的设计............................................................16 2.2.7.4 绕组导线线径的计算........................................................18 2.2.8 二次整流电路二极管(D19、D110)的选择.............................18 2.3、控制电路稳压电源的设计.................................................................19 2.3.1、 控制电路稳压电源原理图.......................................................19 2.3.2、工作原理.....................................................................................19 2.3.3、电路元器件的选择与计算.........................................................20 2.4 变压器的计算.......................................................................................20 2.4.1 变压器铁芯面积的选择...............................................................20 2.4.2 计算线圈绕组的匝数.......................................................................21 2.4.3变压器初、次级线圈直径的确定....................................................21 V 山东科技大学学士学位论文 3 过流过压保护电路...............................................................23 3.1、电压保护电路.................................................................................23 3.2、过流过压保护电路原理.................................................................23 3.3、电流保护电路.................................................................................24 4 经济与社会效益分析.............................................................25 参考文献.......................................................................................30 致谢...............................................................................................32 附录1 英文文献及其翻译........................................................33 附录2 整流桥原理....................................................................47 VI 山东科技大学学士学位论文 1 前 言 电力电子技术的高速发展，促进了器件、电路及其控制技术向着集成化、高频化、全控化、 电路弱电化、控制技术多功能化的方向发展。电力电子技术的发展史促进了逆变技术的发展。 目前，逆变技术广泛应用于电机驱动。变频调速、不间断电源、电化学、电焊机、电力静止 变换、电加热设备等工业领域的产业发展。极大的推动了这些领域的产业发展。在电焊机行 业，由于逆变技术的应用，电焊机一改昔日粗大、笨重、耗能的缺点，成为节能、轻巧、性 能更优的新型焊机，从而使逆变焊机成为今后的发展方向之一。 逆变式焊机与传统焊机相比，具有高效节能(约20,,35,)、省材(约80,,90,)、轻巧(输出l A焊接电流，传统焊机需0(5,l kg制造材料，而逆变式只需要0(06,0(12 kg)，而且动态特性和控制调节特性好、制造过程占地少、且加工量少等特点。因而它在国内得到迅速的推广应用。 1 山东科技大学学士学位论文 1.1 逆变焊机的概述 1.1.1 国2 山东科技大学学士学位论文 等地使用的焊机中占17%，其中在气体保护焊和TIG焊中占30%以上。到了1996年， 日本日立公司的IGBT逆变焊机已占MIG/MAG焊机的70%，占TIG焊机的95%以上，占切割机的100%，日本松下，大阪变压器公司的逆变式焊机都超过50%。以IGBT，MOSFET等为开关器件的弧焊逆变器，有着广泛的应用前景，是当前国际焊接电源设备发展的主流和方向。 在我国，逆变式焊机的研究工作始于 80年代初，紧跟国际研究开发的进程，水平差距也不大，已形成三代产品。第一代是以SCR为主开关器件的弧焊逆变器，其逆变频率为2000-5000Hz。第二代是以GTR或MOSFET为主开关器件的弧焊逆变器，其逆变频率为20kHz-50kHz。第三代为IGBT弧焊逆变器，逆变频率为20kHz-30kHz。到90年代初，多个规格的一、二、三代的弧焊逆变器已在多所高校和研究所研究成功，并逐渐进入小批量生产，但大批量生产和大面积推广应用逆变式焊机却比较缓慢。能进行批量生产厂家为数不多，并开始于大约90年代中后期。 1.1.2 逆变式弧焊机的优点 与弧焊变压器，直流弧焊发电机、弧焊整流器几种弧焊电源比较，逆变式弧焊机具以下几个突出优点。 1.1.2.1重量轻，体积小 ,——铁芯截面积; ,——铁芯中磁感应应强度的最大值( 根据变压器的基本 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 : ,一—,(,, f N S B 3 山东科技大学学士学位论文 式中,——电压; ,——频率; ,——绕组匝数; 逆变式弧焊机电源的逆变频率一般达几千赫到几十千赫，比工频提高了几十至上千倍，而电压,为一常数，那么,,就降低到工频时的几十分之一到上千分之一(因而逆变式弧焊电源的主变压器重量很轻(逆变式弧焊电源的总重量可以做到 同等电流容量的其它类型的弧焊电源的十分之左右(由于重量轻，体积也大大减少( 1.1.2.2 功率因数高 因为逆变式弧焊电源是将交流电源直接整流，并接有滤波电容器，同时主变压器体积小， 绕组匝数少，因而漏感小，加之输出回路的电感很小，故功率因数可以做得很高，甚至可以做到,(,,以上，即;,,φ. 1.1.2.3 高效节能 1、 空载损耗极小 一般焊接电源空载损耗约为几百瓦到几千瓦，而逆变式弧焊机的空载损耗仅为几十瓦，其原因是空载时除了维持一台小风扇冷却外，其它电路基本上不工作。 2、 效率高 由于逆变式弧焊机的控制功率较小，大功率开关元件处于开一关状态，其上的功率损耗很小(同时，由于主变压器很小，绕组匝数少，铜铁总量 4 山东科技大学学士学位论文 减少后，铜损铁损也相应下降，所以逆变式弧焊机的效率可达,,%—,,%。 1.1.2.4 具有良好的动特性和弧焊工艺性能 它通过电子控制电路保证整机持有良好的动特性，而且根据不同的焊接要求，设计出合适的外特性，从而满足弧焊工艺的需要，可作各种位置的焊接( 1.1.3 逆变焊机设计的意义 逆变式焊机具有独特的优点，在国设计的目的 1、 对课本上所学的知识进一步加深和巩固。 2、 了解逆变焊机的工作原理。 3、 学会分析电路、设计电路的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 和步骤。 4、 培养学生一定的动手与制图能力。 5 山东科技大学学士学位论文 2 250A手弧焊机的设计 2.1 工作原理 工作原理:输入端为50Hz、220V交流电，经整流滤波后得到310V左右逆变电路所需的较平滑的直流电流。再由逆变主电路中的两组大功率开关电子器件(IGBT)的交替开关作用变成几千至十几万赫的中高频高压电，再经(中)高频变压器降至适合于焊接的几十伏低电压，并借助于电子控制驱动电路和给定反馈电路(M、G、N等组成)，以及焊接回路的抗阻，获得弧焊工艺所需的外特性和动特性。经输出整流器整流和电抗器C的滤波，把(中)高频交流变换成为直流输出。 2.2主电路的设计 2.2.1 主电路工作原理: 开关K11，K12闭合，为主电路输入220V，50Hz交流电流，经全桥整流器(ZL11)，滤波网络(C11,R12,C12),得到约308V的直流电流，再经全桥式连结的逆变电路(V11、V12、V13、V14、T11)、二次整流电路(D19、D110)得到高频低压适合焊接的电流。 2.2.2 整流滤波部分电路参数的意义及工作原理。 6 山东科技大学学士学位论文 图(1)整流滤波部分电路图 为提高焊机的工作效率，ZL11部分采用全桥式连结。R11为启动电阻，因焊机启动时要给后面的滤波电解电容C11充电。为避免过大的开机浪涌电流损坏开关及触发空开跳闸，在开机时接入启动电阻，用以限制浪涌电流。开关接通之后，电流通过启动电阻给滤波电解电容充电，当电容电压达到一定值时，辅助电源开始工作提供24V电，使继电器吸合，将启动电阻短路。在关机以后，滤波电容中存有很高电压，为了安全，用电阻R12将存电放掉。C12为高频滤波电容，因在高频逆变中，需要给开关管提供高频电流，而电解滤波电容因本身电感及引线电感的原因，不能提供高频电流，因此需要高频电容提供。 经ZL11，C11，整流滤波后电流波形比较图如下: 7 山东科技大学学士学位论文 图(2)输入波形(上)、整形波形(中)、滤波波形(下) 2.2.3 逆变部分电路参数的意义及工作原理 逆变部分电路图: 图(3)逆变部分电路图 图中各器件的作用: 8 山东科技大学学士学位论文 V11、V12、V13、V14组成全桥逆变器，在驱动信号作用下，将308V直流转变成200KHz(20万赫兹)的交流电。C17为隔直电容，全桥电路由于存在偏磁现象，降低了其工作的安全性和可靠性。在全桥电路中，由于多种因素(如功率开关管的饱和压降、存储时间及控制电路的输出脉宽等不可能完全一致，反馈回路也可能引起不对称)导致2个半周 V11、V14导通， V12、V13关断 电流方向:正极变压器地 t2时段 V11、V14、V12、V13关断 无电流 t3时段 V11、V14关断，V12、V13导通 电流方向: 正极变压器地 t4时段 V11、V14、V12、V13关断 无电流 9 山东科技大学学士学位论文 从上述分析看，在t1与t3时段里，流过变压器T的电流方向正好相反，也就是将直流电变成了交流电 全桥逆变器工作原理波形图: 图(4)全桥逆变器工作原理波形图 2.2.4 IGBT的选择 绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是MOSFET与GTR的复合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点，是取代GTR的理想开关器件。从1986年至今，尤其是近几年来IGBT发展很快，目前因为V11，V14和V12，V13轮流导通，IGBT的的额已经被广泛地应用于各种逆变器中。定电压就是其允许的最高集射电压,用VCER,表示,也称为IGBT的耐压。本电路中整流滤波后输出的最高电压为Vmax 342，因此要求每对IGBT的耐压值为342V以上，额定电流在30A以上，在此选择IGBT型号如下表: 10 山东科技大学学士学位论文 则焊接功率为:P UI 30 250 7500W 由于逆变式弧焊机的控制功率较小，大功率开关元件处于开一关状态， 其上的功率损耗很小(同时，由于主变压器很小，绕组匝数少，铜铁总量 11 山东科技大学学士学位论文 减少后，铜损铁损也相应下降，所以逆变式弧焊机的效率可达,,%—,,%。 在这里我们取效率为80%。 则经整流滤波后，输入逆变电路的功率为:Pd P/80% 9375W 工频电流为220V 50Hz，经硅桥整流及RC滤波后直流电压为: Ud 2Uf 311V 则整流滤后输出峰值电流为:Id Pdd 9375/311 30A 由于电网频率为50Hz，则输出频率为100Hz; T f 10ms 要得到一个大的时间常数，即RLC必须大于10ms至少为其10倍以上，即 RLC不小于100ms。 满足此条件时，全波整流器可应用下列公式: 输出电压 : VDC 1,0.00417/(RLC) VP 取RLC=150ms;则VDC ?302v; 即输出VDC=300v 单相整流，滤波电路的时间常数必须为纹波中基波周期时间的6倍以上， 6~8 100即 : 6~8Id6~830Cd 5.79~7.72 10,3F100Ud100311RdCd 整流滤波电路的最大输出电压(考虑?10%的网压波动)为: Vmax 311 (1,10%) 342V 因此要求电解电容的最大耐压值为342V。 故选用电解电容为342V 8000μF就足够了。 12 山东科技大学学士学位论文 2.2.6 逆变电路参数的计算及其元器件的选择: 如图(3)所示，V11和V14同时导通，V12和V13同时导通。同时加在一组IGBT上的电压加上隔直电容的电压为整流滤波后的电压(311V)，因此加在每个IGBT上的电压为V11=V12=V13=V14=(311-VC17)/2。整流滤 波后的峰值电流为30A。因此IGBT应选电压高于155.5V，电流高于30A。 图(3)中C17为隔直电容，电容值由下式可以计算。 Cb 1 2224 fr(Lr,nL0) 式中Lr为变压器漏感;L0为输出电感;n为变压器原边与副边匝数比;fr为隔直电容谐振频率。为使隔直电容不致影响零压转换过程和输出电压，其谐振频率fr应大大低于开关频率fe，研究中取fr 0.05fe 1KHz。 电容工作电压近似为 Vc TeIp/2Cb 式中Ip为原边电流;Te 1/fe为逆变频率。 开关辅助电路参数的选择: 为了电容能够完全的充放电，应使其周期小于T/6; RT T/6; T 1/20000 0.5 10,4s; RC 5 10,4s; 要防止电阻发热过大则电容应小于1 F; 2.2.7 高频变压器的设计: 高频逆变式弧焊电源具有放率高、节能、体积小、重量轻等优点，已经成为一种新型的弧焊电源。其高频变压器(对弧焊电源变压器而言。工 13 山东科技大学学士学位论文 作频率在20KHz及其以上的频率即可称为高频)主要作用是电压变换、功率传递和输入输出之间的隔离。功能与普通弧焊变压器相仿。因其传递的是矩形交替脉冲。故可称为“脉冲功率变压器”。然而由于高频变压器工作在高频，高压、脉动传输状态，而且又与较为脆弱的高压开关器件相连，因此，其性能的优劣不仅关系到变压器本身的效率、发热，而且会左右整个弧焊逆变器的技术性能。 2.2.7.1 磁芯的选择 逆变式弧焊电源高频变压器的频率特点决定了其磁芯材料一般选用铁氧体或非晶、微晶合金。铁氧体饱和磁通密度不高(约4000Gs)，温度特性较差，居里点较低，机械性能不好。易损而碎。但其电阻率很高，高频铁损极小，而且相对价格比较便宜，目前高频化逆变弧焊电源中高频变压器大多采用铁氧体。 非晶、微晶合金具有饱和磁通密度Bs高、温度特性好，居里点高等优点(但电阻率低于铁氧体的电阻率)。是高频化逆变式弧焊变压器较为理想的磁芯材料，国内已有单位将非晶材料用于逆变电源。表1为铁氧体、非晶态和微晶合金主要的电磁性能。 表(1):三种磁性材料性能比较 14 山东科技大学学士学位论文 2.2.7.2 磁芯规格及磁通密度B的选取: 逆变式弧焊电源高频变压器磁芯材料结构的先择，应考虑漏磁尽可能小，便于绕制、安装以及有利通风散热等几个原则。目前，用于逆变式弧焊高频变压器磁芯结构铁氧体主要为EE型，非晶、微晶态合金多为CD型。 磁芯规格的选取通常可先估算效率，求得高频变压器的输入功率，然后按制选厂家给出的磁芯规格和功率的关系数据，查出所需的磁芯。也可通过原边匝数N1和磁芯有效截面的乘积N1Sc可从绕组计算公式 N1 V1t 102得到。 2BSc 高频变压器与普通变压器一样，若工作磁通密度选择不当，刚会产生合闸瞬间饱和。由于高频变压器与高压开关器件直接连接，高频高压的工作条件，即使只有几个周期的瞬间饱和，也会导致高压开关器件的损坏。1为此，设计中一般选择B Bs。既可避免合闸时瞬间磁饱和现象，同时又3 可减小励磁电流，降低磁芯损耗，提高变压器效率，降低变压器温升。 2.2.7.3 高频变压器的设计: 选高频变压器材料为铁基非晶态合金，设计主要技术参数如下: 原边绕组电压幅值:V1 Vmax 310V; 次级电压:V2 70V; 逆变频率:f 20KHz; 次级额定电流:I2 250A; 额定负载持续率:60%; 额定输出功率:P 7500W; 15 1 山东科技大学学士学位论文 变压器效率: 90%; 功率因数:cos 0.9。 绕组匝数计算: 逆变式弧焊电源的高频变压器为方波转换高频变压器，可用导通脉冲宽度公式来设计计算:即 N1 Vton1 2Bsc 102 式中，N1为绕组原边匝数(T);V1为施加在绕组上的电压幅值，即整流滤 波后的电压值，B为工作磁通密度(G);sc为磁芯有效截面积(cm2);ton为半周期 Sc6.4 取整数N1 18T。 副边绕组匝数N2 取整数N2 4T。 原边绕组重新修正为: 16 V270N1 18 4.07T V1310 山东科技大学学士学位论文 N1 V1310N2 4 17.71T V270 仍取N1 18，则V2略低于设计电压，V2=68.9V，对电源无不利影响。 2.2.7.4 绕组导线线径的计算: 由于电流的集肤效应，相当于导线有效截面积减少。因此在导线选择上应遵循原副边绕组导线线径小于两倍穿透深度。当导线要求截面大于穿透深度决定的最大有效直径时，应采用小直径的多股导线并绕，尤其是副边大电压器磁芯窗口的高度接近，厚度则以穿透深度的两倍来限制。 变压器原边绕组电流有效值为I1 J为电流密度，其可为2,5A/mm2 这里取电流密度j=5A/mm2.则:S1 7500 29.9A; 310 90% 0.9 29.9 5.98(mm2); 5 表(2) 高频电流穿透铜导线的深度 由表2知频率为20KHz时电流最大穿透深度Δ=0.4926mm，故允许最大线径dmax=0.934mm。其有效截面积Sm=0。685mm2.取直径为0.93mm，高强度漆包铜线，则需8。73股。取9股0. 93高强漆包铜线并绕之。 变压器副边电流有效值为:I2 S2 18 29.9 134.5A 4 134.5 13.45(mm2) 2 5 取标称直径为0。93mm的高强漆包铜线，则需19.35股，取20股。 2.2.8 二次整流电路二极管(D19、D110)的选择 17 山东科技大学学士学位论文 快恢复整流二极管具有开关特性好、反向恢复时间短、正向电流大、体积小等特点，适用于脉冲调宽器、交流电机变频调速器、开关电源、不间断电源等到电子装置中，作高频、高压、大电流整流及续流用。 二极管承受的最大反向电压: Umax 2U 70 2 140V 工最大浪涌电流为250A 因此选用二极管型号为:FR603 2.3 控制电路稳压电源的设计 2.3.1 控制电路稳压电源原理图: 图(6)驱动电路稳压电源 2.3.2 工作原理 输入电源(220V、50Hz)经变压器T2得到12.5V的交流电压，经ZL2与C21的整流滤波作用得到约15V的直流电压。送入W7815型集成稳压器，得到固定+15V的直流电。 2.3.3 电路元器件的选择与计算及变压器的计算 18 山东科技大学学士学位论文 为了使集成稳压器能正常工作，输入电压V2必须比输出电压V0高Vdrop，Vdrop称为电压降，它随稳压器品种与工作条件不同而异，78XX系列为2,3V。因此取输入电压V2=18V。 则整流滤波前，变压器原边线圈电压有效值V1 182 12.7V; 由表3可知每只整流二极管的反向峰值电压Vrm 1.41V1 18V; 根据RC 6,8I06,80.16,8 ，得C 0.0004,0.000533F; 100U010015f 二极管D21承受的最大反向电压Vmax=2V2=36V; 2.4 变压器的计算 2.4.1 变压器铁芯面积的选择: 变压器的输出功率为P2 U0I0 15 0.1 1.5W; 由于变压器都存在一定的漏磁，则必然有损耗，因此，次级绕组的总功率不能真正代表从变压器初级输入的功率大小，即变压器的功率传递效率不是100%，若设变压器的效率为 ，则变压器的初级功率P1 P2/ 。 变压器效率与功率的关系如表(3)所列，一般小功率变压器的损耗较大， 通常取0.6,0.8。 表(3)变压器效率与功率的关系 取 =70% 则P1 P2/70% 2.14W; 19 山东科技大学学士学位论文 电源电压器常用铁芯有E型和C型，C型铁芯由于Bm值高，所以具有体积小，重量轻，质量高等特点，但小功率电源变压器通常采用廉价的E型铁芯，可用下述经验公式来计算铁心的截面积: S KAP1(cm2); 式中P1为变压器初级功率;S为变压器铁心的截面积;KA为比例系数， 与初级功率的大小有关，在此取KA=1.9。 可算得: S=2.779(cm2) 根据S=ab，工为铁芯舌宽，b为叠厚，可选择变压器硅钢片的型号，以及舌宽a和叠厚b，且选b/a=1.5左右，使变压器形状较合理。这里选变压器铁芯型号为CEI-14。 2.4.2 计算线圈绕组的匝数 根据变压器的面积，采用下列经验公式计算每伏电压所需绕组的匝数N0。 N0 45/BS; 式中S为变压器铁心截面积(cm2)B为铁芯的磁感应强度(T)，普通硅钢片B取0.8,1T。根据N0可计算变压器初次级线圈绕组匝数N1和N2。 N1 N0 V1 45 220 3958; (0.9 2.779) 45 12.7 228; (0.9 2.779) N2 N0 V2 由于存在损耗，N2值要取大5%,10%，即: N2 (1.05,1.1)N0 V2 245; 2.4.3变压器初、次级线圈直径的确定 20 山东科技大学学士学位论文 变压器线圈直径d的大小与变压器的电流大小有关，即: d 1.13I(mm) j 式中，I为电流强度(A)， j为导线电流密度;一般取2,3A/mm2. 取j=2.5A/mm2 则 d2 1.13 0.1 0.226mm; 2.5 2.14 0.07mm; 220 2.5 d1 1.13 21 山东科技大学学士学位论文 3 电压保护电路 3.1 过流过压保护电路 分压电阻 R1-3，R1-8 因为输出电压为300v，提取讯号取约1v; 故有 R1-8/(R1-8+R1-3)?1/300„„„? U2/(R1-8+R1-3)<10w„„„? 1-14 解?，? 得: R1-8 >32Ω; 取R1-8 =100Ω; 则R1-3 =29900Ω;取R1-3 =30KΩ P=3002/(30000+100)=2.99<10w; 所以可取R1-3 =30KΩ，R1-8 =100Ω; 与提取讯号1v比较: 则给定讯号取1v; 这样可取R1-9=12KΩ; R1-10=3KΩ; 可获得给定讯号1v; P=15v/15KΩ=10-3w; 3.2 过流过压保护电路原理 过流，过压保护电路，其中A1及其外设电路为过压保护电路。 Ugu为电压给定讯号，Uu为电压反馈讯号，反映电源电压的高低。当Uu<Ugu时，A1 输出低电压。一旦Uu>Ugu时，A1输出高电压，过压指示灯亮，T1-1导通， 22 山东科技大学学士学位论文 J吸合，常闭触点J1断开，CJ失电而断开电源，同时A1输出电压经D1-12反馈给A1的 同向输入端，使A1自锁。 其中A2，A3及其外设电路组成过流保护电路，其中Ugi为电流给定讯号，Ui为电流反馈 讯号。Ui通过A3放大，其值与Ugi比较，一旦大于Ugi，A2就输出 高电压，过流指示灯亮，T1导通，J吸合，J1动作，切断主电源，保护电路。 3.3 电流保护电路 输入回路电流为6.96A; P=I2?R<10w; R<10/6.962=206mΩ; 取Rs2为100mΩ; P=6.962×100×10-3=4.84w; 提取电压讯号:U2=P?R=0.48v; U?0.7v; R1-18:10KΩ; 电流为:0.7/10000=0.07mA; 给定讯号设定为1mA; R1-19 :10 KΩ; 则A3放大率为1/0.07=14.3; 14.3=R1-17/R1-19+1; 则R1-17 =133 KΩ;取R1-15 为1 KΩ; 要得给定讯号1mA，则R1-16 取7.5 KΩ; 调节R1-20 可得1v电压，取R1-14 为1 KΩ; 则给定讯号为:1/1000=1mA; 23 山东科技大学学士学位论文 4经济与社会效益分析 1、逆变焊割设备和焊接自动化设备替代传统焊割设备是必然趋势。逆变焊割设备和焊接自动化设备具有传统焊割设备无法比拟的优点,国外有关技术发展相对于国 目前逆变焊割设备、焊接机器人以及焊接自动化装备已经成为世界各国重点发展的重要装备。随着我国装备制造业技术水平的提升,焊接设备领域向规模化、大型化、高参数化和精密化方向发展,传统手工焊接已不可能满足现代装备制造技术要求。逆变焊割和焊接自动化已经成为我国工业现代化发展的必然要求。 3、公司要保持不断的利润增长,必须进行焊割设备扩产及技术改造 随着社会经济的不断发展和新技术的综合应用,现代制造业对焊割设备的要求也越来越高,焊割设备的总体发展趋势是高效、优质、低成本、环保、适应新材料、新结构、新功能要求。公司作为国内规模较大的逆变焊焊割设备供应商,要保持不断的利润增长,必须进行焊割设备的扩产及技术改造。因此公司在实施自身项目建设扩产的同时也在积极寻求通过合作和投资等途径实现现有技术的改造。 24 山东科技大学学士学位论文 4、焊接自动化设备的生产面临巨大的资金壁垒,需要有资金和技术的企业支持。由于国内焊接自动化设备的生产厂商还处于起步阶段,我国焊接自动化设备的高端应用市场基本上被国外厂商占据,国内高端市场面临着巨大的市场替代空间。焊接自动化设备生产技术路线比较复杂,生产难度高于普通手工电焊机。企业需要在生产厂房、工艺设备、检测设备、研发设施以及人员储备方面进行较大投资。特别是项目研发周期相对较长,需要大量的研发资金投入;同时,焊接专机和焊接机器人大都采用订单生产,生产周期长,需要大量的流动资金,因此该行业有着较高的资金壁垒。珠海固得主要从事焊接机器人工作站系统和焊接专机等焊接自动化系统的研发、生产、销售。在未来的发展中,需要技术和资金的支持尤为迫切。 5、公司进入国际市场的必要条件就是要优化资源配置,提高规模效益近十几年来,国外一些焊割设备制造企业纷纷在国内设厂,并加大在中国投资力度,对国内焊接产业造成巨大冲击。国内一些企业由于体制、技术和资金等原因纷纷走入困境,尽管有一些企业在市场竞争中有了一定的进步,但远不如国外知名企业在市场中的实力。为了使我国焊接企业在市场竞争中求得生存和发展,必须抓紧时机,优化资源配置,组建一些具有很强竞争力,集焊材、焊割设备为一体的产品门类齐全、实力雄厚的知名大型企业;发展一些在某些具体产品门类具有相当规模和较强竞争力的企业和一些为上述企业提供配套的小型专业厂家,只有这样才能保证我国焊接产业整体进入国际市场。瑞凌股份以成为“全球逆变焊割设备首席供应商”为目标,致力于引领焊割行业技术革新、提升民族焊割技术。未来公司将在持续专注于逆变焊割设备的研发和生产的同时抓住我国制造业和逆变焊割设备行业发展的历史机遇,通过收购、合作等方式实现公司业务快速扩张以及资源的优化配置,从而为公司参与国际市场竞争打下基础,提升公司规模效益和整体竞争力。 2009 年 5 月,我国提出《装备制造业调整和振兴规划》,主要 目 25 山东科技大学学士学位论文 标是:装备制造产业实现平稳增长,市场份额逐步扩大;重大装备研制取得突破;组织结构优化升级等。 焊接技术是装备制造业中的核心技术之一,国家装备制造业的振兴,也必然会带动焊接设备领域的快速发展,为我国焊接设备生产企业提供了良好的发展机会。装备制造业调整和振兴规划中与焊接工艺直接相关的有以下方面:加快实施科技重大专项,重点研发新型焊接设备与自动化生产设备等主机产品;结合实施汽车产业调整和振兴规划,重点提高汽车冲压、装焊、涂装、总装四大工艺装备水平;结合实施船舶工业调整和振兴规划,重点提高焊接、涂装工艺装备水平; 高新技术产业方面,重点支持新型元器件等信息产业技术发展,这对我国逆变焊割设备的上游产业如 IGBT 的技术开发及市场普及有着重大的推进作用,上游产品的技术发展会降低焊割设备的制造成本。 2010 年 10 月 10 日,国务院发布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》国发[2010]32 号文,其中提到“根据战略性新兴产业的特征,立足我国国情和科技、产业基础,现阶段重点培育和发展节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车等产业。” 良好的政策环境有利于逆变焊割设备、焊接自动化设备技术的进步和行业未来的发展。 6、全球制造业持续向中国转移 随着全球经济一体化的发展,国家间经济的产业转移已成为必然的趋势。中国产业配套齐全,拥有大量熟练工人,材料、人工成本低廉,具有较强的制造成本优势,全球制造业持续向中国转移,带动中国制造业的快速发展,使得制造行业的焊接作业量出现快速增长,带动焊割设备全行业的快速增长。 7、我国加快工业化进程 26 山东科技大学学士学位论文 随着我国工业现代化的深入,以及城市化进程的加快,我国钢材消耗量不断增加,建筑、机械制造、车辆制造、管道等用钢行业增长迅速,对焊割设备的需求量也将呈稳定上升趋势,并提供巨大市场。几乎所有的产品,从几十万吨巨轮到不足 1 克的微电子元件,在生产中都不同程度地依赖焊接技术。装备制造业技术水平的提升促使焊接结构向规模化、大型化、高参数化和精密化方向发展。焊接已经渗透到制造业的各个领域,直接影响到产品的质量、可靠性、寿命以及生产成本。随着焊接技术的进步,越来越多的材料使用焊接技术来连接,焊接的用领域越来越广。逆变焊割设备以及焊接自动化设备的快速发展已经成为我国工业现代化的必然要求。 (二)项目的行业发展趋势 纵观世界发达国家的焊接发展历史和现状,我国焊接行业将逐步与国际接轨,将朝着逆变化、自动化、专业化、数字化方向发展,进一步适应焊接应用需求。在技术领域呈现如下发展趋势: 1、逆变焊割设备所占比重逐步扩大,向发达国家水平靠拢。逆变焊割设备因为其工作频率高而使焊割设备具有体积小、重量轻、节能、省材、动态响应快、效率高、焊接性能好、多功能、有利于实现焊接机械化和自动化等优点,正逐步成为焊割设备的主流。从我国逆变焊 割设备生产和销售情况来看,逆变焊割设备产量每年以大约 20%的速度增长,该发展速度大大高于传统焊割设备的增长速度,逆变焊割设备替代传统焊割设备的趋势明显。 2、自动、半自动焊接设备将得到快速的发展焊接自动化就是要通过先进的焊接工艺、材料、设备、自动化控制系统和焊接夹具、装卡定位及其运动系统的有机集成,实现对工件的高效率、高品质、低成本的批量化规模焊接作业,以保证高品质产品的一致、稳定的批量产出。面对每年几亿吨钢材需要焊接的庞大作业量和日益上涨的人工成本,追求焊接自动化和高效 27 山东科技大学学士学位论文 焊接将成为下一步焊接创新的主要方向之一。 3、专用焊接设备将保持良好发展势头专用焊接设备就是为用户专门定制的焊接设备。近年来,焊接设备行业在专用成套焊接设备制造方面有了一定的发展,除继续为汽车、冶金、石油化工、轻工等传统产业提供所需焊接设备外,还部分承担了国家重点工程焊接装备的供货任务,如西气东输工程中输气管道用的大直缝管焊接生产线的研制任务。此外,机器人焊接、切割已经在汽车、摩托车、工业电器、化工机械以及民用产品制造等众多领域得到应用。 4、数字化焊接电源快速发展 步入 21 世纪,在国外,数字化焊接已发展成一项成熟的技术,各种类型的数字化焊机已相继研制成功,并逐步应用于各种弧焊方法。 28 山东科技大学学士学位论文 参考文献 [1] 吴宪平 逆变焊机的研究现状与发展 长沙大学学报 2003年6月第17 卷第二期 [2] 吴宪平 洪波 逆变弧焊机中IGBT的防护 电焊机，1996(5)23,25 [3] IGBT逆变弧焊机可靠性的探讨 吴宪平,汪大鹏,夏卿坤(长沙大学 工程 系,湖南 长沙 410003)机电产品开发与创新 第17卷第2期 [4] 黄石生,《新型弧焊电源及其智能控制》 机械工业出版社 [5] 现代逆变技术及其应用 李爱文 张承慧 (编著) [6] 秦曾煌主编.电工学 下册:电子技术 北京:高等教育出版社，1999 [7] 弧焊电源的发展 浙江大学 冯瀚 徐德鸿 汪生 [8] 提高IGBT逆变焊机性能的研究 电焊机，Vol.31,2001(7):3,5 张滨， 王克争，龙光华(清华大学，北京 100084) [9] 大功率全桥式IGBT逆变焊机及其控制 齐铂金 刘玉池 辛军(北京航空航天大学 制造工程系)1996年12月第22卷第6期 [10] 黄继昌.电子元器件应用手册. 北京:人民邮电出版社，2004， [11] 郑宜庭，黄石生(弧焊电源[M]. 北京:机械工业出版社，1988 [12] 李中友，刘秀明，等.变极性方波电源的换向与控制[J].焊接学报，2002， 23(2):68,71. [13] 李爱文，张光先，等.现代通信基础开关电源的原理与设计 [M].北京:科技出版社，2001. [14] 陈树君，卢正祥，等.双零软开关弧焊逆变电源 [J].焊接学报，2002， 23 (3):1,5. [15] 俞尚知.焊接工艺人员手册[M].上海科学技术出版社，1991.2. [16] 王其隆.弧焊过程质量实时传感与控制[M].机械工业出版社，2000. [17] 王兆安，电力电子技术(第四版)[M].机械工业出版社，2005. 29 山东科技大学学士学位论文 [18] 刘锦波，张承慧，等.电机与拖动 [M].清华大学出版社，2006. [19] Dr. Frit Martin GmbH, Co. KG, Nurnberg. Power Electronics Leistungselektronik’99.SEMIKRON INTERNATIONAL,1998. [20] U. S. patent.5148001. System and method of short circuit Arc welding [P].2000. 30 山东科技大学学士学位论文 致 谢 为期近一个学期的毕业设计已近结束，这是我在大学里最后一次系统的学习。毕业论文的撰写是一项严肃和繁重的工作，我能较好好的完成这项工作，这里我要感谢很多帮助过我的人与单位。 首先，我要感谢我的指导老师——张纪良老师。在整个论文的撰写过程中他给了我很多的帮助，从论文主 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的选定到资料的搜集，从论文大体框架的指导到详细知识点的讲解，无不尽心尽力。另外他还认真的对我们论文撰写的进度进行了监督和督促，使我们始终保持认真严肃的态度。对于我们论文撰写所需的一些知识提供了很多的帮助。没有张老师的帮助，我的论文将不可能保质保量的完成。这里我要对张老师说一声“谢谢”。 其次，我要感谢我所在的机电工程系，系里对我们的毕业论文很重视，多次为此召开会议进行安排。系里的老师还为我们论文撰写的很多具体事务，如，论文格式的要求，纸张的供应等作了大量的工作。我的论文里有他们的一份功劳。 然后，我要感谢我的同学们，我永远也忘不了，我们在一起讨论问题的情景，也永远忘不了互相探讨如何利用各种应用软件完成毕业论文的情景。他们使我在毕业论文的撰写过程中感受到快乐。 最后，我要感谢学校图书馆，它为我提供了大量的资料。 总之，我感谢所有帮助过我的人，我要向他们说一声“谢谢”。 31 山东科技大学学士学位论文 附 录 1 英文文献原文 Inverter 1 Introduction An inverter is an electrical device that converts direct current (DC) to alternating current (AC); the converted AC can be at any required voltage and frequency with the use of appropriate transformers, switching, and control circuits.Solid-state inverters have no moving parts and are used in a wide range of applications, from small switching power supplies in computers, to large electric utility high-voltage direct current applications that transport bulk power. Inverters are commonly used to supply AC power from DC sources such as solar panels or batteries. There are two main types of inverter. The output of a modified sine wave inverter is similar to a square wave output except that the output goes to zero volts for a time before switching positive or negative. It is simple and low cost and is compatible with most electronic devices, except for sensitive or specialized equipment, for example certain laser printers. A pure sine wave inverter produces a nearly perfect sine wave output (<3% total harmonic distortion) that is essentially the same as utility-supplied grid power. Thus it is compatible with all AC electronic devices. This is the type used in grid-tie inverters. Its design is more complex, and costs 5 or 10 times more per unit power The electrical inverter is a high-power electronic oscillator. It is so 32 山东科技大学学士学位论文 named because early mechanical AC to DC converters were made to work in reverse, and thus were "inverted", to convert DC to AC.The inverter performs the opposite function of a rectifier. 2 Applications 2.1 DC power source utilization An inverter converts the DC electricity from sources such as batteries, solar panels, or fuel cells to AC electricity. The electricity can be at any required voltage; in particular it can operate AC equipment designed for mains operation, or rectified to produce DC at any desired voltageGrid tie inverters can feed energy back into the distribution network because they produce alternating current with the same wave shape and frequency as supplied by the distribution system. They can also switch off automatically in the event of a blackout.Micro-inverters convert direct current from individual solar panels into alternating current for the electric grid. They are grid tie designs by default. 2.2 Uninterruptible power supplies An uninterruptible power supply (UPS) uses batteries and an inverter to supply AC power when main power is not available. When main power is restored, a rectifier supplies DC power to recharge the batteries. 2.3 Induction heating Inverters convert low frequency main AC power to a higher frequency for use in induction heating. To do this, AC power is first rectified to provide DC power. The inverter then changes the DC power to high frequency AC power. 2.4 HVDC power transmission 33 山东科技大学学士学位论文 With HVDC power transmission, AC power is rectified and high voltage DC power is transmitted to another location. At the receiving location, an inverter in a static inverter plant converts the power back to AC. 2.5 Variable-frequency drives A variable-frequency drive controls the operating speed of an AC motor by controlling the frequency and voltage of the power supplied to the motor. An inverter provides the controlled power. In most cases, the variable-frequency drive includes a rectifier so that DC power for the inverter can be provided from main AC power. Since an inverter is the key component, variable-frequency drives are sometimes called inverter drives or just inverters. 2.6 Electric vehicle drives Adjustable speed motor control inverters are currently used to power the traction motors in some electric and diesel-electric rail vehicles as well as some battery electric vehicles and hybrid electric highway vehicles such as the Toyota Prius and Fisker Karma. Various improvements in inverter technology are being developed specifically for electric vehicle applications.[2] In vehicles with regenerative braking, the inverter also takes power from the motor (now acting as a generator) and stores it in the batteries. 2.7 The general case A transformer allows AC power to be converted to any desired voltage, but at the same frequency. Inverters, plus rectifiers for DC, can be designed to convert from any voltage, AC or DC, to any other voltage, also AC or DC, at any desired frequency. The output power can never exceed the input power, but efficiencies can be high, with a small proportion of the power dissipated as waste heat. 34 山东科技大学学士学位论文 3 Circuit description 3.1 Basic designs In one simple inverter circuit, DC power is connected to a transformer through the centre tap of the primary winding. A switch is rapidly switched back and forth to allow current to flow back to the DC source following two alternate paths through one end of the primary winding and then the other. The alternation of the direction of current in the primary winding of the transformer produces alternating current (AC) in the secondary circuit. The electromechanical version of the switching device includes two stationary contacts and a spring supported moving contact. The spring holds the movable contact against one of the stationary contacts and an electromagnet pulls the movable contact to the opposite stationary contact. The current in the electromagnet is interrupted by the action of the switch so that the switch continually switches rapidly back and forth. This type of electromechanical inverter switch, called a vibrator or buzzer, was once used in vacuum tube automobile radios. A similar mechanism has been used in door bells, buzzers and tattoo guns. As they became available with adequate power ratings, transistors and various other types of semiconductor switches have been incorporated into inverter circuit designs 3.2 Output waveforms The switch in the simple inverter described above, when not coupled to an output transformer, produces a square voltage waveform due to its simple off and on nature as opposed to the sinusoidal waveform that is the usual waveform of an AC power supply. Using Fourier analysis, periodic waveforms are 35 山东科技大学学士学位论文 represented as the sum of an infinite series of sine waves. The sine wave that has the same frequency as the original waveform is called the fundamental component. The other sine waves, called harmonics, that are included in the series have frequencies that are integral multiples of the fundamental frequency. The quality of output waveform that is needed from an inverter depends on the characteristics of the connected load. Some loads need a nearly perfect sine wave voltage supply in order to work properly. Other loads may work quite well with a square wave voltage. 3.3 Three phase inverters Three-phase inverters are used for variable-frequency drive applications and for high power applications such as HVDC power transmission. A basic three-phase inverter consists of three single-phase inverter switches each connected to one of the three load terminals. For the most basic control scheme, the operation of the three switches is coordinated so that one switch operates at each 60 degree point of the fundamental output waveform. This creates a line-to-line output waveform that has six steps. The six-step waveform has a zero-voltage step between the positive and negative sections of the square-wave such that the harmonics that are multiples of three are eliminated as described above. When carrier-based PWM techniques are applied to six-step waveforms, the basic overall shape, or envelope, of the waveform is retained so that the 3rd harmonic and its multiples are cancelled 4 History 4.1 Early inverters From the late nineteenth century through the middle of the twentieth century, DC-to-AC power conversion was accomplished using rotary converters 36 山东科技大学学士学位论文 or motor-generator sets (M-G sets). In the early twentieth century, vacuum tubes and gas filled tubes began to be used as switches in inverter circuits. The most widely used type of tube was the thyratron. The origins of electromechanical inverters explain the source of the term inverter. Early AC-to-DC converters used an induction or synchronous AC motor direct-connected to a generator (dynamo) so that the generator’s commutator reversed its connections at exactly the right moments to produce DC. A later development is the synchronous converter, in which the motor and generator windings are combined into one armature, with slip rings at one end and a commutator at the other and only one field frame. The result with either is AC-in, DC-out. With an M-G set, the DC can be considered to be separately generated from the AC; with a synchronous converter, in a certain sense it can be considered to be "mechanically rectified AC". Given the right auxiliary and control equipment, an M-G set or rotary converter can be "run backwards", converting DC to AC. Hence an inverter is an inverted converter. 4.2 Controlled rectifier inverters Since early transistors were not available with sufficient voltage and current ratings for most inverter applications, it was the 1957 introduction of the thyristor or silicon-controlled rectifier (SCR) that initiated the transition to solid state inverter circuits. The commutation requirements of SCRs are a key consideration in SCR circuit designs. SCRs do not turn off or commutate automatically when the gate control signal is shut off. They only turn off when the forward current is reduced to below the minimum holding current, which varies with each kind of SCR, through some external process. For SCRs connected to an AC power source, 37 山东科技大学学士学位论文 commutation occurs naturally every time the polarity of the source voltage reverses. SCRs connected to a DC power source usually require a means of forced commutation that forces the current to zero when commutation is required. The least complicated SCR circuits employ natural commutation rather than forced commutation. With the addition of forced commutation circuits, SCRs have been used in the types of inverter circuits described above applications where inverters transfer power from a DC power source to an AC power source, it is possible to use AC-to-DC controlled rectifier circuits operating in the inversion mode. In the inversion mode, a controlled rectifier circuit operates as a line commutated inverter. This type of operation can be used in HVDC power transmission systems and in regenerative braking operation of motor control systems. Another type of SCR inverter circuit is the current source input (CSI) inverter. A CSI inverter is the dual of a six-step voltage source inverter. With a current source inverter, the DC power supply is configured as a current source rather than a voltage source. The inverter SCRs are switched in a six-step sequence to direct the current to a three-phase AC load as a stepped current waveform. CSI inverter commutation methods include load commutation and parallel capacitor commutation. With both methods, the input current regulation assists the commutation. With load commutation, the load is a synchronous motor operated at a leading power factor. As they have become available in higher voltage and current ratings, semiconductors such as transistors or IGBTs that can be turned off by means of control signals have become the preferred switching components for use in inverter circuits. 4.3 Rectifier and inverter pulse numbers 38 山东科技大学学士学位论文 Rectifier circuits are often classified by the number of current pulses that flow to the DC side of the rectifier per cycle of AC input voltage. A single-phase half-wave rectifier is a one-pulse circuit and a single-phase full-wave rectifier is a two-pulse circuit. A three-phase half-wave rectifier is a three-pulse circuit and a three-phase full-wave rectifier is a six-pulse circuit。With three-phase rectifiers, two or more rectifiers are sometimes connected in series or parallel to obtain higher voltage or current ratings. The rectifier inputs are supplied from special transformers that provide phase shifted outputs. This has the effect of phase multiplication. Six phases are obtained from two transformers, twelve phases from three transformers and so on. The associated rectifier circuits are 12-pulse rectifiers, 18-pulse rectifiers and so on. When controlled rectifier circuits are operated in the inversion mode, they would be classified by pulse number also. Rectifier circuits that have a higher pulse number have reduced harmonic content in the AC input current and reduced ripple in the DC output voltage. In the inversion mode, circuits that have a higher pulse number have lower harmonic content in the AC output voltage waveform. 1 简介 逆变器是一种能将直流电转化为可变的交流电的电子装置，使用适当的变压器、开关以及控制电路可以将转化的交流电调整到任何需要的电压以及频率值。 固定的逆变器没有移动部件，其应用范围极其广泛，从小型计算机开关电源，到大型电力公司高压直流电源应用，运输散货。逆变器通常用于提供从诸如太阳能电池板或电池直流电源转换的交流电源.. 39 山东科技大学学士学位论文 逆变器有两种主要类型。对修改后正弦波逆变器输出是一个类似方波输出，输出去除了一时间为零伏特，然后才转到正或负。它的电路简单而且成本一般较低，并与大多数电子设备兼容，除了敏感或专用设备，例如某些激光打印机。纯正弦波逆变器产生一个近乎完美的正弦波输出“(<3,的总谐波失真)，它本质上与公用事业电网提供的相同。因此它与所有的交流电子设备兼容。这是网逆变器配合使用的类型。它的设计更为复杂，成本5人以上每单位功率。[1]电逆变器是一种高功率电子振荡器的10倍。它是如此命名是因为早期机械AC到DC转换器的工作作了相反，因此是“倒“，转换成直流到交流。变频器的整流执行相反的功能 2 应用 2.1 直流电源利用率 逆变器将直流电，如电池，太阳能电池板，燃料电池等转换为交流电直流电。转换的交流电可以是任意需要大小的交流电，特别是它可以操作交流设备用于电源操作，或者滤波产生任何需要的直流电压。 配电网络逆变器可以将能量反馈到分配网络，因为他们产生的交流电和分配网络提供的交流电的波形和频率可以是一样的。而且他们也可以自动关断输出当遇到停电事故时。微型逆变器将由个人太阳能电池板产生的直流电转化为交流电并入电网。接从个人的太阳能电池板的电流。它们使用默认的输电网设计。 2.2 不间断电源 不间断电源(UPS)当主电源无法使用时使用电池和逆变器提供交流电源。当主电源恢复时，一个整流器供应直流电源对电池进行充电。 2.3 感应加热 40 山东科技大学学士学位论文 逆变器将低频交流电源转化为更高的频率以用于感应加热使用。要做到这一点，首先交流电源经过滤波提供直流电源。该逆变器，然后更改为高频率的交流电源直流电源。 2.4 高压直流输电 随着高压直流输电，交流电源进行整流和高压直流电源被传输到另一个位置。在接收的位置，在一个静止变流器厂将直流电源转换回交流电 2.5 变频驱动器 一个变频驱动控制器通过控制供应给电机的电源电压和频率来控制交流电机的运行速度。逆变器提供控制信号。在大多数情况下，变频驱动器包括一个整流器，因而提供给逆变器的 直流电源可以由交流主电源提供。由于逆变器是关键部件，变频驱动器有时也被称为逆变器驱动器或只是逆变器 2.6 电动汽车驱动 调速电动机控制逆变器是目前用于电力牵引在一些电动和柴油电动轨道车辆以及一些电池电动汽车上的电机，如丰田Prius和菲斯克噶玛混合动力电动汽车高速公路交通工具。在变频技术的各项改善措施正在制定专门针对电动车辆的应用。与更新制动车辆，还需要从变频器的电机(现在作为发电机)和它储存在电池里的电源。 2.7 一般情况下 一个变压器允许交流电源被转换为任何所需的电压，但是却在相同的频率。逆变器，直流加整流器，可以设计成任何转换电压，交流或直流，在任何需要的频率，以任何其他电压，也可以是交流或直流。输出功率不能超过输入功率，但效率可以很高，可以允许作为一部分余热消耗掉功率很小的一部分。 41 山东科技大学学士学位论文 3 电路描述 3.1 基本设计 在一个简单的逆变电路中，直流电源通过初级绕组的中心抽头连接到变压器。开关以极高的频率来回切换，使电流回流在变压器的初级绕组里流过一个方向后再向另一个方向流动。初级绕组里电流方向的变化通过变压器在次级绕组里产生交变电流。 在开关设备机电版本包括两个固定触点和弹簧支撑移动接触点。弹簧持有一个可移动的触体来和固定触点接触，电磁铁拉动可移动的触体到对面的固定的触体。在电磁铁的电流中断的交换机中，使交换开关不断来回迅速切换迅速。这种机动逆变器式开关，称为一个振动器或蜂鸣器，曾经在真空电子管汽车收音机中使用。一个类似的电子装置已用于门铃，蜂鸣器和纹身枪。当开关管有有足够的额定功率，晶体管和半导体开关各种其他类型的的电子开关器件可用已纳入逆变器电路设计。 3.2 输出波形 上述简单的逆变器中的开关，当不耦合到输出变压器时，输出电压波形由于开关管简单的导通或关断产生一个方波电压输出，而不是交流电最常见的正弦波形，它是一个AC电源波形通常由于其简单。利用傅里叶分析，周期性波形表示为一个无穷级数的正弦波的总和。正弦波中和原始波形具有相同的频率的波称为基波。其他频率的正弦波，称为谐波，这是该系列中包括有频率是基波频率的整数倍。 输出波形是从一个逆变器所需的质量取决于逆变器所连接的负载特 性。一些载入需要一个近乎完美的正弦波电压供应才能正常工作。其他的负载可能使用方波电压也能工作的很好。 3.3 三相逆变器 42 山东科技大学学士学位论文 三相逆变器是用于变频驱动应用以及诸如高压直流输电高功率传输。一个基本的三相逆变器由三个单相开关每个连接到三个负载接线端子之一的逆变器组成。对于最基本的控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，对三个开关运作协调，以便在每一个开关输出波形的基本操作60度点。这将创建一个线到线输出波形有六个步骤。六步之间有一个波形的方波的正面和负面的部分零电压一步，这样的谐波，是三个被淘汰上述倍数。当载波脉冲调宽技术技术应用到六步波形时，在整体 上基本形状，或着波形的包络将被保留，以使三次谐波及其倍数被取消 4 历史 4.1 早期的变频器 从十九世纪晚期到二十世纪中叶直流到交流电源的转换使用旋转逆变器或者发电机组来完成。在二十世纪早期，真空电子管和充气管开始被作为逆变电路开关使用。应用最广的电子管的类型是闸流管。 机动电子逆变器一词解释了学术上逆变器的来源。早期的交流到直流转换器使用的感应或同步交流电动机直接连接到一台发电机(发电机)，使发电机的整流子扭转在正确的时间来产生直流电。一个后来的发展是同步转换器，其中电机和发电机绕组组合成一个电枢，一个滑环在电枢一端，整流子在另一端，只有一帧。这样的结果是交流输入，直流输出。随着设置，直流电可以被认为是分开的出现的交流电;具有同步转换器，在一定意义上讲，它可以被认为是“机械纠正交流“。只要有了正确的辅助和控制设备，设置或旋转转换器可“向后跑“，转换直流到交流。因此，逆变器是一个倒置的转换器。 4.2 整流逆变器控制 43 山东科技大学学士学位论文 自从1957年初以来晶体管没有足够的电压和额定电流可用于大多数逆变器应用，晶闸管或可控硅整流器的开始到固态逆变器电路过渡。 晶闸管换相的条件是在可控硅电路设计中考虑的关键因素。可控硅不关闭或整流时自动门控制信号被切断。只有当正向电流降至低于最低维持电流，他们才会关闭，通过外部加工，不同类型的晶闸管最低电流也会不同。对于连接到交流电源的可控硅，每一次整流源电压极性都会自然反转。连接到直流电源的可控硅整流通常需要强迫转换，迫使电流为零时，需要换一种途径。最不复杂的电路采用可控硅整流自然代偿，而不是强制。随着附加的代偿电路，可控硅已经用于上述逆变器种类。 在逆变电源将直流电转换为交流电的应用中，它可以使用交流到直流整流控制电路中的反演模式运行。在反转模式，可控整流逆变电路工作作为换一条线。这种类型的操作，可用于高压直流输电系统和再生制动电机控制系统的操作。 另一种类型的可控硅逆变电路是电流源输入的逆变器。电流源输入逆变器是一个双重的六个步骤电压源逆变器。用电流源逆变器，直流电源配置为电流源，而不是一个电压源。可控硅逆变器中切换一个六步序电流指示作为加强电流波形三相交流负载。电流源输入逆变器换相方法包括负载代偿和并联电容器代偿。随着这两种方法，输入电流调节辅助代偿。负载换向，负载是一个同步电动机在运行领先的功率因数。由于他们已能够为更高的电压和额定电流使用，如晶体管或可通过控制信号变成了绝缘栅双极性晶体管的半导体手段已成为首选的开关逆变器电路中使用的组件。 4.3 整流器和逆变器脉冲数 整流电路通常是每周期的交流输入电压流入的直流侧的直流帧数来分类。单相半波整流是一个脉冲电路和单相全波整流是双脉冲电路。一个三相半波整流是三脉冲电路和三相全波整流是一个六脉冲电路。对于三相整 44 山东科技大学学士学位论文 流器，有整流器两个或两个以上，有时串联或并联以获得更高的电压或电流额定值。整流器输入，提供从供应特种变压器移相输出。这具有倍增效应阶段。 6个阶段分别从两个变压器，从十二相从三个变压器等。相关的整流电路为12脉冲整流器，18脉冲整流器等。 当控制整流电路中的反向模式时，他们也按输出脉冲数分类。整流电路具有较高的脉冲数减少在交流输入电流，并减少直流输出电压纹波的谐波含量。在反向模式，电路具有较高的脉冲数有较低的交流输出电压波形的谐波含量。 45 山东科技大学学士学位论文 附录3 整流桥原理 整流桥就是将数个整流管封在一个壳内，构成一个完整的整流电路。当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时三相整流电路就被提了出来。三相整流桥分为三相全波整流桥(全桥)和三相半波整流桥(半桥)两种。选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。对输出电压要求高的整流电路需要装电容器，对输出电压要求不高的整流电路的电容器可装可不装。 三相全波整流桥 全桥是将连接好的桥式整流电路的6个整流二极管(和一个电容器)封装在一起，组成一个桥式、全波整流电路。 三相全波整流桥不需要输入电源的零线(中性线)。整流桥堆一般用在全波整流电路中。全桥是由6只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的，右图为其外形。全桥的正向电流有5A、10A、20A、35A、50A等多种规格，耐压值(最高反向电压)有50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、700V、800V、900V、1000V、1100V、1200V、1300V、1400V、1500V、1600V、等多种规格。图一是三相全波整流电压波形图和三相交流电压波形图的对比。在输出波形图中，N相平直虚线是整流滤波后的平均输出电压值。虚线以下和各正弦波的交点以上(细虚线以上)的小脉动波是整流后未经滤波的输出电压波形。 半桥是将连接好的3个整流二极管(和一个电容器)封装在一起，组成一个桥式、半波整流电路。三相半波整流桥必须输入电源的零线(中性线)。在半波整流电路中，三相中的每一相都和零线单独形成了半波整流电路，其整流出的三个电压半波在时间上依次相差叠加，并且整流输出波形不过点，其最低点电压Umin=Up×sin[(1/2)×(180?-120?)]=(1/2)Up。式中的 46 山东科技大学学士学位论文 Up是交流电压输入幅值。图三是三相半波整流电压波形图和三相交流电压波形图的对比。在输出波形图中，N相平直虚线是整流滤波后的平均输出电压值。虚线以下和各正弦波的交点以上(细虚线以上)的小脉动波是整流后未经滤波的输出电压波形。 由于三相半波整流在一个周期中有三个宽度为120?的整流半波，因此它的滤波电容器的容量可以比三相中的每一相的单相半波整流和单相全波整流时的电容量都小。 图四是三相半波整流桥的电路图(带电容)。 整流桥命名规则: 一般整流桥命名中有3个数字,第一个数字代表型号;后两个数字代表额定电流A额电压(数字*100),V 如:SQL4010 即40A，1000V QL507 即5A，700V ( QL)单相桥式整流器 (3QL)三相桥式整流器 (XSQ ) 旋转三相桥式整流器 7.三相四线制:在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，其中 三相四线制线路分别代表A,B,C三相，不分裂，另一条是中性线N(区别于零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构 成单相线路中电流的回路，而三相系统中，三相自成回路，正常情况下中性线是无电流的)，故称三相四线制;在380V低压配电网中为了从380V线间电压中获得220V相间电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。 8.整流桥原理:运用桥式逆变电路，将交流转化为直流 你所说的整流桥就是我所说的桥式逆变电路，它与整流在电路上相似 逆变电路有两种:一种是有源逆变(将直流电变成和电网同频率的交流电反送到电网中) 另一种是无源逆变(将直流电变成为某一频率或可变频率的交流电直接供负载使用).实现有源逆变有两个条件:(外部条件)直 47 山东科技大学学士学位论文 流侧要有直流电源，其方向要使晶闸管承受正向电压，直流的输出电压大小有控制角α决定。(内部条件)变流器工作在α,90?区域，能保证晶闸管的大部分时间在电源的负半周导通，变流器的输出电压Ud,0。 48