罗建坤1 范长信2 任永宁3 严正4 张学诚5 杨富6 王雨蓬1 1北京宏孚瑞达科技有限公司 2西安热工研究院有限公司 3北京电建公司4天津电建公司 5江苏省电建一公司6国家电力监管委员会安委会
摘要：设计了一种新型弧焊二次变流器，并介绍了其技术原理、性能参数、工作模式、应用方式及试验情况。通过T/P91、T/P92、Super304H等系列焊接材料试验表明，新型弧焊二次变流器焊接电流稳定、焊接成型良好、焊接接头质量优秀。实现了一款绿色、可靠、性能优秀的焊接变流器。
关键词：焊接；弧焊电源；弧焊二次变流器；电力建设
Abstract: A new type of secondary convertor of arc welding is designed and its technical principle and parameter, working mode, application and testing result are introduced. Its stable output current, better weld-forming, and excellent quality of welding joint are all approved by the welding material experiment with T/P91, T/P92 and Super304H etc. It is a kind of robust convertor with excellent welding performance, eco-energy and low EMI.
Keywords: Weld; Arc welding power source; Secondary convertor of arc welding; the electric power construction
1.概述
随着我国超（超）临界机组快速发展，T/P91、T/P92、Super304H、HR3C等新型耐热钢广泛应用，电站设备在制造、安装、运行、维修诸多方面对焊接工艺、焊接材料、焊接设备的要求提出了新的要求。对焊接设备输出电流的品质和输出功率稳定性、抗电网的扰动能力均在伴随高强度耐热钢的应用而加强。焊接设备的核心技术是焊接电源，其直接影响到焊机的质量、可靠性、生产成本及焊接效率。大功率电力电子元器件和集成电路技术的迅速发展，为弧焊电源的发展奠定了坚实的基础。近些年，以IGBT、MOSFET等为开关器件的逆变焊接电源有了很大的发展，其体积小、重量轻、焊接效率高、焊接性能优异，已经成为焊接电源发展的主流和方向[1-2]。但是，逆变焊接电源存在电路复杂、对电网有一定的谐波污染等缺点，可靠性有待进一步提高。而新型弧焊二次变流器是在吸收逆变焊接电源优点的基础上发展而来的，有着逆变焊接电源的优点，同时具有电路简单、可靠性高、对电网无污染等逆变焊接电源所不具有的优点。
2.技术原理及性能参数
2.1技术原理
传统焊机往往根据不同的焊接规范或工艺，采用专门的焊机对焊材进行焊接，即被动地适应电弧变化，焊机既要充当电源，又要满足工艺过程需要，不同的工艺方法或材料选择不同的焊机，因此传统焊机具有品种繁多，互换性差，固定资产投入大等缺点。同时传统焊机为了加强耐冲击力，而使得焊机设备复杂，降额使用。二次变流器是一种新型的焊接电源，其思想是通过超宽范围直流变换器，实现了宽范围输入电源输出稳定焊接参数。满足许多工艺要求。弧焊二次变流器简化了原焊接电源功能，规范了焊接电流或电压输出品质，让原焊接电源只承担一个稳定负载。弧焊二次变流器的原理如图2-1所示。
弧焊二次变流器主回路工作模式：当驱动脉冲为高时，IGBT导通，电流流经回路为输入+→可控硅SCR→IGBT→电抗器L→电弧负载→输入-；当驱动脉冲为低，IGBT截止，电流流经回路为电抗器L→电弧负载→二极管D→电抗器L。
弧焊二次变流器的整个控制电路由电压外环调节器、电流内环调节器、PWM波形发生器组成，外环是电压环保证焊接电压稳定，包括电子电抗器等动态调整电路结合内环电流环，用于恒压工作模式；内环是电流环，由多段外特性控制器和电流环来保证焊接电源的动特性，用于恒流工作模式。主回路中，功率可控硅控制主电流通断，同时避免输入接错对IGBT器件和变流器损坏现象。IGBT器件在PWM波驱动控制下实现对主电流的变频，电抗器主要用于保证焊接电流的连续，通过物理方式调整电源的动态响应速度和稳定性。此外，控制电路中还设计了电子引弧器、燃弧电子电抗器、输出****电流限定、过载、过流、欠压、VRD安全防护装置等保护电路。电子引弧器保证MMA和MIG/MAG焊接条件下可靠柔性起弧，各种保护电路保证了在异常条件下电源可靠运行或保护，确保设备安全可靠运行。
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