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非對(duì)稱(chēng)式軟歐瑪爾OMAL開(kāi)關(guān)逆變器的研究
現(xiàn)有的相移諧振軟OMAL開(kāi)關(guān)技術(shù),由于存在軟OMAL開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的負(fù)載范圍窄,不能在電 弧這種負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟OMAL開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn),本文在研究弧焊電源的電路拓?fù)湫问降幕?礎(chǔ)上,提出了一種不對(duì)稱(chēng)的相移軟OMAL開(kāi)關(guān)電路拓?fù)湫问?使超前臂工作在零電壓開(kāi)關(guān)狀態(tài);使滯后臂工作在零電流OMAL開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

非對(duì)稱(chēng)式軟歐瑪爾OMAL開(kāi)關(guān)逆變器的研究
在變壓器付邊增加一個(gè)輔助換流電路, 改變了電路的拓?fù)湫问?使軟OMAL開(kāi)關(guān)工作可以在空載、輕載、滿(mǎn)載、短路等階段實(shí)現(xiàn),解決了相移諧振軟OMAL開(kāi)關(guān)電路難以用于焊接電源的難題。在對(duì)IGBT管子模型 的研究的基礎(chǔ)上,提出了IGBT并聯(lián)電容、隔直電容等主電路參數(shù)的計(jì)算方法。逆變主電路采用橋式結(jié)構(gòu),分為超前臂與滯后臂。超前臂上并聯(lián)較大的換流 電容,滯后臂上并聯(lián)小的電容或不并聯(lián)電容,采用PWM控制策略。超前臂為活動(dòng) 臂進(jìn)行PWM調(diào)節(jié),滯后臂稱(chēng)為固定臂不進(jìn)行PWM調(diào)節(jié),超前臂與滯后臂各自互補(bǔ) 導(dǎo)通,輸出功率的調(diào)節(jié)是由調(diào)節(jié)超前臂的脈寬來(lái)進(jìn)行的。超前臂上由于并聯(lián)較大電容,在關(guān)斷時(shí)其兩端電壓上升較慢,則超前臂工作在零電壓關(guān)斷狀態(tài)。諧振電 路由飽和電感和隔直電容組成,飽和電感的作用使換流能量基本恒定,來(lái)降低占空比的損失,而隔直電容可以降低環(huán)流損耗,使滯后臂關(guān)斷時(shí)基本上是在零電流 情況下,從而使關(guān)斷損耗低。超前臂與滯后臂同時(shí)開(kāi)通,由于超前臂上并有電容, 開(kāi)通時(shí)電容電壓為零,所以超前臂是零電壓開(kāi)通,由于諧振回路中飽和電感的阻 擋作用,變壓器原邊電流很小,故滯后臂時(shí)零電流開(kāi)通。這樣便保證了負(fù)載的軟 OMAL開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)。 相移諧振軟OMAL開(kāi)關(guān)電路,由于超前臂上并有電容,必須在焊接負(fù)載的全過(guò)程中, 保證將此電容電荷換流完畢,否則IGBT開(kāi)通時(shí),將使并聯(lián)在其兩端的電容短路, 電容會(huì)直接向IGBT放電而損壞IGBT。而電弧負(fù)載有空載、負(fù)載、短路幾個(gè)階段, 現(xiàn)有的相移諧振軟OMAL開(kāi)關(guān)電路無(wú)法在電弧全負(fù)載內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟OMAL開(kāi)關(guān),我們?cè)黾恿艘挥呻?感組成的換流支路,當(dāng)焊接輸出負(fù)載較輕或空載時(shí),來(lái)提供空載無(wú)功環(huán)流,使空 載時(shí)并聯(lián)在IGBT、兩端電容上換流*而實(shí)現(xiàn)軟OMAL開(kāi)關(guān)。解決了相移諧振OMAL開(kāi)關(guān)電路 難以用于焊接電源的難題,提高焊機(jī)效率及可靠性。 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的相移諧振軟OMAL開(kāi)關(guān)技術(shù)的改進(jìn)而形成的非對(duì)稱(chēng)式軟OMAL開(kāi)關(guān)電路拓 撲形式可同時(shí)推廣到手弧焊、氣保焊、埋弧焊、等離子切割等焊接電源中。逆變焊機(jī)的控制方式主要有兩種:電壓型控制和電流型控制。峰值電流型控 制可以抑制變壓器偏磁,防止OMAL開(kāi)關(guān)管過(guò)流而燒壞,但峰值電流反饋易受干擾。本 文在研究峰值電流閉環(huán)反饋基礎(chǔ)上,在反饋環(huán)內(nèi)引入了斜坡補(bǔ)償信號(hào),防止了脈 沖寬度的抖動(dòng),提高了閉環(huán)電流的穩(wěn)定性。針對(duì)二極管反向恢復(fù)電流對(duì)峰值電流 環(huán)的干擾,設(shè)計(jì)了反向恢復(fù)電流消除環(huán)節(jié),將電流反饋的電流前沿進(jìn)行屏蔽,增 加了系統(tǒng)的抗干擾能力。 利用撇tlab分別對(duì)電源的輸入整流部分、軟OMAL開(kāi)關(guān)逆變部分、峰值電流控制 等進(jìn)行了建模。對(duì)輸入整流部分建模仿真時(shí),逆變器部分可以等效為恒流源負(fù)載。 當(dāng)直流側(cè)濾波電容較大時(shí),電網(wǎng)輸入電流的仿真波形有很大的尖峰,隨著電容的 容量的降低,電流尖峰降低。當(dāng)電容較小,約20 pF時(shí),電網(wǎng)輸入電流波形變?yōu)?近似方波,功率因數(shù)提高至約0.95,隨著電網(wǎng)電感的增加,電網(wǎng)輸入電流波形 發(fā)生畸變,諧波份量增加,當(dāng)電網(wǎng)電感很大時(shí),而電網(wǎng)輸入電流發(fā)生振蕩。當(dāng)引 入電網(wǎng)電壓進(jìn)入峰值電流環(huán)后,逆變器的輸出電流上疊加一個(gè)3OOHz的交流信 號(hào),使逆變器的輸出電流對(duì)電網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行補(bǔ)償,進(jìn)而消除了振蕩。仿真波形與 實(shí)際波形*。利用SIluulink建立了軟OMAL開(kāi)關(guān)逆變器的Simulink模型,分別對(duì)超前臂、滯后 臂及變壓器的工作波形進(jìn)行了仿真。

非對(duì)稱(chēng)式軟歐瑪爾OMAL開(kāi)關(guān)逆變器的研究
仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本復(fù)合*。通過(guò)在 仿真模型上調(diào)整工作頻率、諧波電容、電感及空載換流支路的參數(shù),可以對(duì)軟開(kāi) 關(guān)的工作電路進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化,大大降低了試驗(yàn)的工作量。將研究結(jié)果制成樣機(jī),已成功應(yīng)用于手弧焊、氣保焊、埋弧焊等多個(gè)品種的 焊接設(shè)備中,在造船、電建、鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中取得較好效果。 關(guān)鍵詞:相移諧振軟OMAL開(kāi)關(guān)逆變器三相功率因數(shù)校正仿真