[实用新型]一种波形柔性化控制的高频软开关方波逆变电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种逆变电源，特别涉及一种波形柔性化控制的高频软开关方波逆变电源。

背景技术

随着经济和社会的快速发展，节能、减排、增效和资源化利用已经成为目前社会发展中的关键问题。在这一背景下，高性能轻合金材料的研发、生产和应用受到各国的高度重视，镁、铝、钛等合金材料凭借其优良的性能，受到了国内外的广泛关注。以镁合金材料在汽车工业中的应用为例，为了降低对环境的污染，减轻汽车质量是最有效的一种方法，镁合金以其低密度和高比强度、高比刚度和可再回收利用等优点成为人们关注的焦点，在汽车工业应用的年增长率达到20％。由于轻合金材料的物理性能以及自身的冶金特点，决定了轻合金材料的焊接性能较差，很难实现可靠连接，焊接时容易产生变形、烧穿、热裂纹和气孔等缺陷。轻合金结构件以及轻合金与其它材料结构件之间的连接，已成为制约轻合金材料应用的技术瓶颈和急待解决的关键技术之一。

国内外对轻合金材料焊接的研究也越来越多，应用的焊接方法包括TIG焊、MIG、搅拌摩擦焊(FSW)、摩擦焊(FW)、激光焊(LBW)、电子束焊(EBW)和电阻点焊(RSW)等，其中TIG和MIG焊工艺因为设备投入少，生产效率也比较高而应用广泛。目前，轻合金材料TIG和MIG焊设备基本上还是采用以钢结构材料为主要应用对象的传统焊机，由于轻合金材料与以钢为主的材料在物理性能和冶金特点等方面有较大的差异，以钢结构为主要对象的传统焊机在电弧的刚性、能量控制、焊缝热影响区控制以及去氧化膜等方面还很难满足轻合金材料的焊接需求，导致轻合金材料的焊接质量和生产效率难以得到进一步提高。由于轻合金材料的密度低，熔点低，热导率和电导率大，热膨胀系数大，化学活泼性很强，易氧化，且氧化物的熔点很高，为实现可靠焊接，焊机需要保证刚直的电弧挺度和良好的阴极破碎作用，以确保在焊接过程中具有足够的阴极清理作用，能够破除氧化膜，保持足够的电弧稳定性和穿透能力，同时要兼顾阴极清理作用和两极发热量的合理分配，控制好热影响区的范围，减少变形、烧穿和裂纹倾向，提高焊缝金属的性能，全面改善焊接接头的质量。这一切都需要通过对方波焊机输出电流波形的控制来实现。因此，焊机输出波形的柔性化控制对轻合金材料的可靠焊接至关重要。

在我国高能耗工业领域(电解铝、电解铜、电镀、电解锰、电泳等)，其电能消耗超过生产总成本的一半以上，是当前主要的耗能特大用户，主要能耗集中在电源装备电能转换过程及工艺实施过程。就其中的电解铝来看，电解铝是高能耗产业之一，其耗电量约占到整个有色金属行业(包括占铝、铜、铅、锌等10类高耗能产品总和)能耗的60％，出口电解铝被称为“出口国家电力”。据统计，电解一吨铝的电能消耗约为14674度/吨，如采用传统的硅整流电源设备，效率一般为65％，电解一吨铝的电源装备内部耗电为5136度/吨，如采用晶闸管电源设备，效率一般为75％，电解一吨铝的电源装备的内部耗电为3668度/吨。可见，电源装备电能转换过程中电能损耗巨大。而且基本上都是采用效率低、对网电冲击大、无功损耗大的传统硅整流式、可控硅式电源。它们自身消耗的铜铁铝材也特别多，而且其控制、调节性能和输出稳定性较差，直接影响电解、电镀生产效率与质量的提高。从电解电镀技术发展情况来看，采用逆变电源已经是大势所趋，尤其是通过脉冲电流多参数的匹配与控制，通过高频下的低频脉冲调制，获得断续的方波电流输出以及通过断比、峰值电流密度、脉冲频率调节等，可以得到结晶细致、均匀、光亮、纯度高的镀层，通过脉冲多参数的优化匹配，不仅可提高质量，还可提高生产效率。它是今后大力发展和普及推广的电镀、电解技术。研究开发具备波形柔性化输出的方波电源成为该项新技术推广应用的前提条件。

因此，无论是在高性能合金材料的焊接领域，还是在高质量高效率的电解电镀技术等先进制造技术领域，目前均迫切需要具备宽工艺适应性、高效和绿色化的方波电源。而高频逆变技术以及数字化控制技术的出现和快速发展为该种方波电源的研制提供了可能。由于波形输出的柔性化，该电源可以应用于镁、铝、钛等高性能合金材料的焊接，也可以应用于高质量的电解和电镀工艺。