高频逆变电焊机原理

第２１卷第５期　２０ｏ７年９月　湖南Ｔ业大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏ！ｇｇｙ　ＶＯＩ．２１　Ｎｏ．５　望：　’　●　

基于Ａｔｍｅｇａ８的高频逆变电焊机控制系统设计　

海涛’，幸敏ｈ　，谌亮书　

（１．广西大学电气　Ｔ：程学院，广西南宁５３０００４；２．广西水利电力职业技术学院，广西南宁５３００２３）　摘　要：介绍Ａｔｍｅｇａ８单片机的主要性能和高频逆变电焊机的工作原理，论述了以Ａｔｍｅｇａ８为主控芯片的　高频逆变电焊机控制系统的实现方案。　关键词：Ａｔｍｅｇａ８；高频逆变；ＰＷＭ　中图分类号：ＴＧ４３４．３：ＴＰ３６８．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—９８３３（２００７）０５—００６２—０４　

Ｔｈｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｎｖｅｒｔｅｒ　Ｗｅｌｄｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｔｍｅｇａ８　

Ｈａｉ　Ｔａｏ　．Ｘｉｎｇ　Ｍｉｎ　、２　Ｃｈｅｎ　Ｌｉａｎｇｓｈｕ‘　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３００４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３００２３．Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ａｔｍｅｇａ８　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｗｅｌｄｅｒ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｉｔ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｗｅｌｄｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｔｍｅｇａ８．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｔｍｅｇａ８；ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ＰＷＭ　

逆变电焊机的基本工作原理：

逆变电焊机主要是逆变器产生的逆变式弧焊电源，

又称弧焊逆变器，

是一种新型的焊接电源。

是将工频（50Hz）交流电，

先经整流器整流和滤波变成直流，

再通过大功率开关电子元件（晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT），

逆变成几kHz~几十kHz的中频交流电，

同时经变压器降至适合于焊接的几十V电压，

再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。

其变换顺序可简单地表示为：

工频交流（经整流滤波）→直流（经逆变）→中频交流（降压、整流、滤波）→直流。

即为：AC→DC→AC→DC

因为逆变降压后的交流电，

由于其频率高，

则感抗大，

在焊接回路中有功功率就会大大降低。

所以需再次进行整流。

这就是目前所常用的逆变电焊机的机制。

逆变电源的特点：

弧焊逆变器的基本特点是工作频率高，

由此而带来很多优点。

因为变压器无论是原绕组还是副绕组，

其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁芯截面积S及绕组的匝数W有如下关系：

E=4.44fBSW

而绕组的端电压U近似地等于E，即：

U≈E=4.44fBSW

当U、B确定后，若提高f，则S减小，W减少，

因此，

变压器的重量和体积就可以大大减小。

就能使整机的重量和体积显著减小。

还有频率的提高及其他因素而带来了许多优点，

与传统弧焊电源比较，

其主要特点如下：

1.体积小、重量轻，节省材料，携带、移动方便。

2.高效节能，效率可达到80%~90%，比传统焊机节电1/3以上。

3.动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。

4.适合于与机器人结合，组成自动焊接生产系统。

5.可一机多用，完成多种焊接和切割过程。

电焊机之IGBT系列焊机工作原理

一、 功率开关管的比较

常用的功率开关有晶闸管、IGBT、场效应管等。其中，晶闸管（可控硅）的开关频率最低约1000次/秒左右，一般不适用于高频工作的开关电路。

逆变电焊机的原理及其特点优势

一、逆变（电）焊机

1、逆变电焊机原理

逆变与整流是两个相反的概念，整流是把交流电变换为直流电的过程，而逆变则是把直流电改变为交流电的过程，采用逆变技术的弧焊电源称为逆变焊机。逆变过程需要大功率电子开关器件，采用绝缘栅双极晶体管IGBT作为开关器件的的逆变焊机成为IGBT逆变焊机。

2、逆变焊机的工作过程

将三相或单相工频交流电整流，经滤波后得到一个较平滑的直流电，由IGBT组成的逆变电路将该直流电变为几十KHZ的交流电，经主变压器降压后，再经整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流。

由于逆变工作频率很高，所以主变压器的铁心截面积和线圈匝数大大减少，因此，逆变焊机可以在很大程度上节省金属材料，减少外形尺寸及重量，大大减少电能损耗，更重要的是，逆变焊机称重测长能够在微秒级的时间内对输出电流进行调整，所以就能实现焊接过程所要求的理想控制过程，获得满意的焊接效果。

虽然电路是闭合的，可正是因为电路是闭合的才使得在整个闭合电路和电流处处相等；但各处的电阻可是不一样的，特别是在不固定接触处的电阻最大，这个电阻在物理中叫接触电阻。根据电流的热效应定律(也叫焦尔定律)，Q=I方Rt可知，电流相等，则电阻越大的部位发热越高，电焊在焊接时焊条的触头也被接的金属体的接触处的接触电阻最大，则在这个部位产生的电热自然也就最多，焊条又是熔点较低的合金，自然的容易熔化了，熔化后的合金焊条芯沾合在被焊物体上后经过冷却，就把焊接对象粘合在一块了。

由于逆变焊机是一典型的开关电源（输出特性又有很大特点），输出功率大，工作环境变化大，所以要求元器件质量要好，这样才能保证工作的稳定型，寿命长。

二、逆变电源1、逆变电源的特点

弧焊逆变器的基本特点是工作频率高，由此而带来很多优点。这是因为变压器，无论是原绕组还是副绕组，其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁芯截面积S及绕组的匝数W有如下关系：

E=4.44fBSW

逆变电焊机的原理及其特点优势

 一、逆变（电）焊机

 1、逆变电焊机原理

 逆变与整流是两个相反的概念，整流是把交流电变换为直流电的过程，而

逆变则是把直流电改变为交流电的过程，采用逆变技术的弧焊电源称为逆变

焊机。逆变过程需要大功率电子开关器件，采用绝缘栅双极晶体管IGBT作

为开关器件的的逆变焊机成为IGBT逆变焊机。 2、逆变焊机的工作过程

 将三相或单相工频交流电整流，经滤波后得到一个较平滑的直流电，由

IGBT组成的逆变电路将该直流电变为几十KHZ的交流电，经主变压器降压

后，再经整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流。 由于逆变工作频率很高，所以主变压器的铁心截面积和线圈匝数大大减

少，因此，逆变焊机可以在很大程度上节省金属材料，减少外形尺寸及重

量，大大减少电能损耗，更重要的是，逆变焊机称重测长能够在微秒级的时

间内对输出电流进行调整，所以就能实现焊接过程所要求的理想控制过程，

获得满意的焊接效果。 虽然电路是闭合的，可正是因为电路是闭合的才使得在整个闭合电路和电

流处处相等；但各处的电阻可是不一样的，特别是在不固定接触处的电阻最

大，这个电阻在物理中叫接触电阻。根据电流的热效应定律(也叫焦尔定

律)，Q=I方Rt可知，电流相等，则电阻越大的部位发热越高，电焊在焊接

时焊条的触头也被接的金属体的接触处的接触电阻最大，则在这个部位产生

的电热自然也就最多，焊条又是熔点较低的合金，自然的容易熔化了，熔化