[发明专利]变极性焊接电源二次逆变电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及变极性焊接电源技术领域，尤其是一种变极性焊接电源二次逆变电路及其控制方法。

背景技术

铝及其合金具有低温特性好、比强度高、节能环保等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、高速列车、船舶制造等工业领域的金属结构中。变极性焊接电源在铝及其合金的GTAW(钨极氩弧焊)焊接中具有去除氧化膜、减少钨极烧损、精确控制焊接热输入以及电弧稳定等综合优势，是一种焊接铝及其合金的理想电源。

变极性焊接电源的功率变换电路一般都采用两级逆变电路的结构(如附图1所示)。电网电压经整流滤波、一次逆变以及高频变压器降压之后，输出低压高频方波交流(20k Hz)，再经过次级整流、滤波以及二次逆变，输出频率较低(≤500Hz)的变极性交流焊接电流。二次逆变电路的结构、参数和控制方法对于变极性焊接电源的输出性能具有决定性的影响，而其中要解决的核心问题就是在输出电流的变极性过程中如何维持电弧的稳定，稳定的焊接电弧可以减小焊接噪声并且使焊缝成形美观。

在铝及其合金的交流(包括正弦波、方波以及变极性)GTAW焊接过程中，电流过零时电弧将瞬时熄灭，需要重新引燃电弧。而重新引燃电弧的难易与再引燃电弧瞬间电弧空间残余电离度、阴极电子发射能力以及再加电压的上升速度有关。

在采用正弦波(工频)交流进行铝及其合金的GTAW焊接时，由于电流过零速度太慢，以致电弧在电流过零熄灭后，电弧空间电离度大幅度下降，若不采取任何措施，电弧的再引燃相当困难，从而造成电弧的稳定性较差。因此，通常需要通过叠加高压脉冲来维持电弧的稳定。这不仅增加了设备的复杂性，还会给电源系统带来高频、高压干扰。

变极性焊接电源是一种特殊的方波交流电源，其焊接电流的正负半波时间和幅值4个参数均独立可调。由于其极性切换速度很快，在电流过零电弧熄灭的瞬间，电弧空间仍然保持很高的温度和残余电离度，因此电弧的再引燃与正弦波交流相比就容易得多，电弧的稳定也就相对容易。但是，即使采用变极性焊接电源，在进行铝合金的GTAW焊接时，仍然需要采取一定的措施来维持电弧的稳定。尤其是在小电流焊接时，此时电弧空间的温度较低，残余电离度较小，电弧的再引燃还是会存在一定的困难。

总的来说，维持变极性焊接电源焊接电弧稳定的关键有两个：其一，尽量加快电流的极性切换速度，维持电弧空间在电流过零瞬间的残余电离度，降低电弧再引燃的难度；其二，在电弧熄灭的瞬间，采取有效措施给电弧空间施加一定的再燃弧电压，重新引燃电弧，尤其是在小电流焊接的情况下。

发明内容

本发明提供了一种变极性焊接电源二次逆变电路及其控制方法，旨在克服全桥式二次逆变电路结构复杂、成本高以及系统效率低的缺点，并解决目前所采用的半桥式二次逆变电路在电流过零速度不够快、再燃弧电压不足等方面存在的问题。

本发明的技术方案是：一种变极性焊接电源二次逆变电路，其特征在于：所述电路包括第一续流电感L₁、第二续流电感L₂、IGBT半桥电路以及IGBT的RC缓冲电路；其中，L₁和L₂构成耦合电感，L₁的1端和L₂的1端构成同名端，L₁的2端和L₂的2端也构成同名端；L₁的1端连接到次级整流电路的正极性输出端，L₁的2端连接到半桥电路的IGBTQ₅的集电极C_Q5；L₂的2端连接到次级整流电路的负极性输出端，L₂的1端连接到半桥电路的IGBTQ₆的发射极E_Q6；作为RC缓冲电路的电阻R₅、电容C₅和电阻R₆、电容C₆分别跨接半桥电路的IGBTQ₅和Q₆的发射极和集电极上。

一种变极性焊接电源二次逆变电路控制方法，其特征在于：所述方法包括针对半桥电路中两个IGBT控制所采用的开关切换控制方法，以及在输出电流极性切换之前小于等于500μs的时间内，设定换向电流值控制输出电流的控制方法；