逆變電焊機用電抗的設計

王 志

。。。。

　逆變電焊機對輸入電抗的要求不是很高,但對輸出電抗的要求很高。眾所周知,電焊機的輸出電流很大,且經常處于短路狀態,如果輸出電抗設計不合理,則逆變器的開關器件受損的可能性很大。

一、對輸出電抗的基本要求

確保工作在線性區
可抗擊短路的沖擊
重量輕,體積小,損耗小

二、電感量的大小

輸出電抗的電感量取決于能否抗擊短路的沖擊,能否抑制短路輸出電流的上升率。
Ui - Uo = L (dI/dt)

電抗工作在線性區,則Ui - Uo = L (ΔI/Δt)

其中,Vi為電焊機的空載輸出電壓。ΔI取電焊機的最大輸出電流。短路狀態下,輸出電壓Uo = 0, Δt = tON, tON為最大脈寬,則有

L = Ui.tON/ΔI ,

一般而言,電感量取L值的2~5倍左右,太大也不好。

三、計算電抗的匝數

以前很多的資料總要先假設電抗的氣隙lg,然后計算匝數N,再核算Bm是否OK,不行再調整氣隙。
下面給出的公式不用顧及氣隙lg,計算出的匝數N直接一次搞定。不用核算Bm是否OK。事先要預選一定尺寸的磁芯,憑經驗測算其窗口面積要能放得下N匝線圈。

N = L.IMAX.F/(Bm.Ae)

式中,L,電感量

IMAX,電焊機最大輸出電流 F,氣隙邊緣效應,對于大電流電抗,取值很難計算,可憑經驗估算

Bm,磁芯的工作磁感應強度

Ae,磁芯的磁路面積。

四、氣隙的大小

氣隙的主要作用是讓電抗工作在線性區,防止磁芯飽和。磁芯出現飽和后,高頻變壓器會出現尖叫聲,易導致開關器件受損。在確定電抗線圈的匝數N后,磁芯的氣隙

lg = μo.N.IMAX/Bm
式中,μo ,空氣磁導率

五、電抗磁芯的選擇

一般情況下,二次整流器都采用全波整流,通過電抗磁芯的交流成分的頻率fs取決于逆變器的拓樸結構和工作頻率fn,對于單端正反激逆變電路,fs=fn,對于其它電路,fs=2fn。而fn則由開關器件的性能決定,對于功率MOSFET器件,fn可達到50kHz以上,對于IGBT器件,fn取20~25kHz。
如果fs<50 kHz,為降低重量、體積,磁芯可選用硅鋼片鐵芯,Bm取1.2T左右。如果fs≥50 kHz,為降低鐵損,磁芯可選用鐵氧體(Bm取0.4T)或非晶合金(Bm取0.8T)。

六、輸出電容

電焊機的輸出與普通電源不同,它要承受大電流的沖擊,但對精度等其它參數幾乎無要求。輸出電容的作用是用于吸收電抗的能量,不是用于濾波。另外,在氬弧焊、等離子割中,輸出電容還用于旁路高頻引弧電流。

當焊機焊接電流最大,突然中止焊接時,電容的大小要能限制電容兩端電壓ΔU的上升

C = L.IMAX2/ΔU2 ,可取ΔU ≤ 200V。

電容的耐壓高于ΔU即可。