[实用新型]一种新型的软开关逆变式二氧化碳气体保护焊机

说明书

本实用新型是介绍一种新型的具有软开关技术逆变式CO₂气体保护焊机， CO₂气体保护焊是20世纪50年代初期发展起来的一种高效、低成本的焊接技术。 它的出现，立即引起世人的注目，多少年来也是我国重点发展和推广的焊接技 术。

CO₂气体保护焊接技术，经历了由可控硅控制式向逆变式CO₂气体保护焊 的发展过程，虽然CO₂气保逆变焊机具有高效、节能、省材、轻便，焊接性能 好等许多优点。但是，目前逆变式CO₂气体保护焊机绝大多数采用硬开关电路， 开关损耗大，降低了电路的效率。同时，大量的高次谐波、窜至电网，造成对 电网的污染，对空中产生大量的电磁干扰(EMI)和射频骚扰(RFI)，同时， CO₂气体保护焊仍存在着焊接飞溅物多、焊缝成形不理想，这些都是限制着CO₂气体保护焊接技术的进一步的发展和推广。

本实用新型的目的就是：将先进的软开关技术引入到焊接技术领域中来， 与逆变技术相结合，通过谐振切换的方式使功率开关器件在零电压或零电流下 开通和关断，使功率元器件的损耗减少到零，提高了效率，减少了功率器件的 损坏几率，电磁干扰和射频干扰显著减少，提高了产品的可靠性。因此，软开 关技术的利用，为CO₂气体保护逆变焊机的发展指明了前进的方向。

本实用新型的目的是这样来实现的：

本实用新型应用了一种采用磁开关启用优化的激磁电感，同时配合漏感和 分布电感以及对应的外接谐振电感电容，实现大功率软开关CO₂气保弧焊逆变 器，称其为移相控制全桥零电压软开关变换器。

激磁电感是受控于激磁电流的非线性元器件，高频功率变压器的漏感和激 磁电感都是弧焊逆变器中包含的电感元件，可以通过简单地调整磁心气隙，对 变压器的激磁电感值进行自由调整，配合对应的外接谐振电感、电容，充分利 用这些优化设置的激磁电感实现全桥电路的软开关的谐振变换。

激磁电感参与全桥变换器谐振换流的充要条件是：换流期间功率变压器的 二次侧电压不为零，即功率变压器处于能量输出状态或纯电感状态。

在这基本的移相控制全桥软开关电路中，当领先桥臂开关管换流时，功率 变压器正处于能量输出状态，激磁电感参与了领先臂的谐振换流过程。当激电 感值恰当设置时，可以保证领先臂在空载时仍然可以实现零电压软开关。当滞 后桥臂换流时，功率变压器正处无源状态，即处于续流状态，输出电感和激磁 电感都不能参与滞后臂的谐振换流。这是滞后臂难于实现零电压开关的根本原 因，改进的基本原理是使得变压器由续流状态转化为纯电感状态，从而启用激 磁电感参与滞后桥臂的串联谐振。最简单的办法就是采用磁开关，所谓磁开关， 就是指由伏秒数决定阻抗，在趋近零电流时饱和的非线性电感。

采用磁开关，启用适当的激磁电感，同时配合漏感及对应的外接谐振电感 电容，实现零电压软开关的新型电路，是一种简单、可靠、经济和实用的大功 率软开关直流变换器拓扑。解决了弧焊逆变器在空载以及焊接电流较小时无法 实现软开关换流的问题。当激磁电感中最大电流为1～5A时，即可保证移相全桥 变换器中领先桥臂和滞后桥臂，不论在任何负载下都达到零电压软开关，占空 比损失是相移零电压软开关全桥变换器中难以解决的问题，采用磁开关，启用 优化的激磁电感，不但在很宽的负载范围内实现零电压软开关，而且大大降低 一次侧电流对占空比的损失。

软开关变流技术在弧焊逆变器的实现是一项系统工程，涉及到诸多方面， 在此，主要介绍弧焊逆变器的主电路，功率输出电路，送丝机的调速电路，点 动送丝和焊枪开关电路，具有自锁功能的收弧电路及两步/四步程序控制电路， 焊接参数选择的一元化电路。

附图1，为本实用新型的原理方框图为：新型的软开关逆变式CO₂气体保护 焊机是由电源主电路，功率输出电路，送丝机的调速电路，点动送丝和焊枪开 关电路，具有自锁功能的收弧电路及两步/四步程序控制电路，焊接参数选择的 一元化电路等组成。

一、电源主电路

1、电源主电路