逆变电焊机电源的谐波抑制分析

一、逆变器及逆变式弧焊电源

将直流电转换成交流电的装置称逆变器。

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。如果用符号表示，即为：

AC→DC→AC→DC

一般都采用上述这种体制。这是因为如果直接用逆变降压后的交流电进行焊接，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。因此，还需再次进行整流。

二、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

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。这样，就能使整机的重量和体积显著减小。不仅如此，还因为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。

由于逆变电源具有上述一系列的优点，因此，自20世纪70年代后期问世以来发展极快，在美、日等工业发达国家，应用范围已相当广了。

逆变电源现在所用的开关元件有SCR(晶闸管)、GTR(晶体管)、MOSFET(场效应管)及IGBT(兼有GTR和MOSFET优点的一种电子元件)。IGBT有取代其他几种开关元件之势，IGBT逆变焊机是当今世界焊机技术的重大进步，发展的新潮流。

焊接机头是将焊接能源设备输出的能量转换成焊接热，并不断送进焊接材料，同时机头自身向前移动，实现焊接。手工电弧焊用的电焊钳，随电焊条的熔化，须不断手动向下送进电焊条，并向前移动形成焊缝。自动焊机有自动送进焊丝机构，并有机头行走机构使机头向前移动。常用的有小车式和悬挂式机头两种。电阻点焊和凸焊的焊接机头是电极及其加压机构，用以对工件施加压力和通电。缝焊另有传动机构，以带动工件移动。对焊时需要有静、动夹具和夹具夹紧机构，以及移动夹具和顶锻机构。

三、逆变电源的发展方向

逆变电源总的发展趋向是向着大容量、轻量化、高效率、模块化、智能化发展并以提高可靠性、 性能及拓宽用途为核心，愈来愈广泛应用于各种弧焊方法、电阻焊、切割等工艺中。高效和高功 率密度（小型化）是国际弧焊逆变器追求的主要目标自之一。高频化和降低主要器件的功耗是实 现这一目标的主要技术途径。当前，在日、欧等国和地区，20KHz左右的弧焊逆变器技术已经成 熟，产品的质量较高且产品已系列化。