简单实用的逆变电源制作，附电路图、计算方法
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简单实用的逆变电源制作，附电路图、计算方法
描述：本文引用地址：简单实用的源(包括逆变器的设计计算方法)这是一种性能优良的家用逆变电源电路图，材料易取，输出功率150W。本电路设计频率为300Hz左右，目的是缩小逆变变压器的体积、重量。输出波形方波。这款逆变电源可以用在停电时家庭照明，电子镇流器的日光灯，开关电源的家用电器等其他方面。电容器 C1、C2用涤纶电容，三极管 BG1-BG5可以用.1A 0.5W，BG6-BG7可以用场效应管IRF150：100V 40A 150W 0.055 欧姆。变压器B的绕制请参考逆变器的设计计算方法，业余条件下的调试；先不接功率管，测 A点、B点对地的电压，调整R1或R2使A、B两个点的电压要相同，这样才能输出的方波对称，静态电流也最少。安装时要注意下列事项：BG6、BG7的焊接，必须用接地良好的电烙铁或切断电源后再焊接。大电流要用直径2.5MM以上的粗导线连接，并且连线尽量短，电瓶电压12V、容量12AH以上。功率管要加适当的散热片，例如用100*100*3MM铝板散热。如果你要增加功率，增加同型号的功率管并联使用，相应地增加变压器的功率。逆变器的设计计算方法晶体管的选择：考虑到安全因素，要具有一定的安全系素。经验资料如下：直流电源电压：晶体管集射极耐压BVCEO 6～8V ≥20～30V 12～14V ≥60～80V 24～28V ≥80～100V计算晶体管集电极电流：ICM（A）=输出功率P（W）÷ 输入电压V（V）× 效率。式中输入电压即电源电压。效率与选择的电路有关，一般在百分之60～80之间。铁芯截面积：S（平方厘米）=k×变压器额定功率的平方根， k的选择见下表：变压器铁芯的选择：业余制作对变压器铁心要求并不严格。不过硅钢片最好选用薄而质地脆的，或者采用铁氧体磁心。漆包线用高强度的，绕线需用绕线机紧密平绕。安插硅钢片时要严格平整。初级绕组两端电压与铁心截面积和工作频率等参数的关系可以用公式表示如下：V=4.44×10-8SKFBN式中 S --- 铁心截面积（平方厘米）； K --- 硅钢片间隙系数（0.9～0.95）； F --- 逆变器工作频率（赫兹）； B --- 饱和磁通密度（T）； N --- 线圈的匝数（圈）； V --- 初级绕组的电压（伏特）。K的数值与硅钢片的厚度及片与片之间的间隙有关，铁心层迭越紧，K值越高， 一般K取0.9即可。逆变器的工作频率，主要由所选择的铁心决定。采用硅钢片铁心， 逆变器工作频率低于2KHZ。采用不同的铁氧体磁心，工作频率在2KHZ～40KHZ之 间。如果工作频率超出了磁心的固有频率，则高频损耗十分严重。饱和磁通密度 B，对不同规格的硅钢片，其值不同，一般在0.5～1.4T之间。硅钢片薄而质地脆， 则磁性好，B可取大些；硅钢片厚而质地软，则磁性差，B可取小些。铁氧体磁心的B取0.2～0.5T左右。 初级绕组双线并绕，绕制变压器时，人们习惯于使用每伏匝数，这可用下式表达： 每伏匝数 N =2500/SKFB ； 式中K为硅钢片间隙系数（0.9～0.95）； 线 径 D(mm)=0.715×I的平方根。
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关于逆变器的一些基本小知识
1.什么是逆变器，它起什么作用？
简单地说，逆变器就是一种将低压（12、24、48伏等）直流电转变为220伏交流电的电子设备。日常生活中通常是将220伏交流电整流成直流电使用，逆变器的作用就与此相反，所以得名“逆变器”。我们处在一个“移动”的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲移动娱乐。在移动的生活状态下，不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，也更需要在日常环境中不可或缺的220伏交流电，逆变器就是满足我们这方面需要。
2.按输出波形划分，逆变器分为几类？
主要分两类，正弦波逆变器和方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。特别是负载能力差，仅为额定负载的40－60％，不能带感性负载。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。应对这些缺点，出现了准正弦波也叫改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形还是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总的来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本也高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价便宜，是市场中的主流产品。
3.什么是“感性负载”？
简单的说，用电磁感应原理制作的大功率电器产品，如电动机、压缩机、继电器、日光灯等等。这类产品在启动时需要一个比维持正常运转所需电流大得多（大约在3-7倍）的启动电流。比如一台在正常工作时耗电100瓦左右的电冰箱，启动功率可高达900瓦以上。由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反电动势电压，这种电压的峰值远远大于逆变器所能承受的电压值，很容易引起逆变器的瞬时超载，影响逆变器的使用寿命。所以这类电器对供电波形的要求较高。
4.修正弦波逆变器可以用于哪些电器？
修正弦波也分为若干种，从与方波相差无几的方形波到比较接近正弦波的圆角梯形波。在这里仅讨论方形波，这也是目前大部分高频逆变器能够提供的波形。这类修正弦波逆变器可应用于笔记本电脑、电视机、组合式音响、摄像机、数码相机、打印机、各种充电器、掌电上脑、游戏机、影碟机、移动DVD、家用治疗仪等等，输出功率较大的逆变器还可以应用于小型电热器具如电吹风机、电热杯、厨房电器等等。但对感性负载类电器如电冰箱、电钻等则不宜长时间使用修正弦波逆变器供电。否则，将可能对逆变器和相关电器产品造成损坏或缩短预期使用寿命。我们看一下修正弦波逆变器应用于电视机的情况。电视机对逆变器有以下三条要求：首先，电视机在开机时，消磁电路对电能有极大的瞬间需求，因此对逆变器的峰值功率要求很高。一台29英寸数字彩电，正常工作状态下的功耗约为80瓦，而开机的瞬间功率高达1450瓦。其次，因为电视机的场频等于交流电网频率，逆变器输出交流电的频率必须准确。第三，逆变器不应对电视机产生干扰。即使能满足以上三个条件，电视机在使用准正弦波交流电时，画面仍会有几条固定的干扰纹，色彩也会轻微偏绿。
5.什么是逆变器的效率？
逆变器在工作时其本身也要消耗一部分电力，它的输入功率要大于它的输出功率。也就是说逆变器的效率是逆变器输入功率与输出功率之比。一台逆变器输入了100瓦的直流电，输出了80瓦的交流电，那么，它的效率就是80％。
6.什么是持续输出功率？什么是峰值输出功率？
一些使用电动机的电器或工具，如电冰箱、洗衣机、电钻等，在启动的瞬间需要很大的电流来推动，一旦启动成功，则仅需较小的电流来维持其正常运转。所以对逆变器来说，也就有了持续输出功率和峰值输出功率的概念。持续输出功率就是额定输出功率；一般峰值输出功率为额定输出功率的2倍。值得只有的是像空调、电冰箱等其启动电流相当于正常工作电流的3-9倍。必须有能够满足电器启动峰值功率的逆变器才能保障工作正常。
7.应该怎样连接逆变器与电源和负载？
使用100瓦以下的电器可直接将150瓦逆变器插头插至点烟器插座后使用。超过150瓦的逆变器通过鳄鱼夹导线直接接到电瓶上，红线接电瓶正极，黑线接电瓶负极（不可接反，切记！）如果用电地点离电瓶较远，逆变器的连线原则是：逆变器和电瓶的连线应尽可能的短，而220伏交流电的输出线长些没有关系。
8.汽车点烟器插口能够输出多大功率的电能？
一般从点烟器插口取电，逆变器应该能够驱动功率为一百瓦的用电器具。
9.关闭汽车发动机的情况下可以使用逆变器吗？
可以的，在使用300瓦以下小功率电器时，一般的汽车电瓶可在关闭发动机的情况下提供大约25-55分钟的电力，比如只用一台耗电40瓦的笔记本电脑，使用时间就要长一些。一般逆变器内都设有欠压警示和欠压保护电路，长时间使用电瓶导致电压下降至10伏时，欠压保护电路启动，输出电压被切断并报警，以防止电瓶因为电压过低而无法启动发动机的事故。
10.如果想较长时间地使用逆变器而不启动发动机，怎么办？
另备一块付电瓶，正负极分别用足够粗的导线同原车电瓶的正负极连接起来，逆变器的独立使用时间可以延长一倍。
11.使用逆变器有什么危险性？
从汽车电瓶到逆变器输入端这一段导线承载着很大的电流，假如导线的质量不好或者导线过细和负载超标都容易导致铜丝发热而起火酿成事故。所以在逆变器的使用过程中要规范操作。
12.怎么知道电瓶的容量？
电瓶上印有很多字母和数字，只要找到XXAH的字样就可以知道这是一块多大容量的电瓶。先说AH的含义，A代表安培（amp.），即电流的单位，H代表小时（hour）。两个字母在一起的意思就是"安培小时"，即在一小时的时间内可持续输出多少安培的电流。前面的XX通常为两个数字，即安培的数量。例如，120AH代表这块电瓶可以在一个小时的时间内输出（12伏）120安培的电流。至于这块电瓶可以输出的功率，我们用12伏乘以120安培，得出1440瓦，这就是这块电瓶的输出功率的理论值，实际要小于这个数值。
13.家用车使用什么规格的电瓶？
大多数排量1.3升以下的小型车配备了40-45安时的电瓶，1.6-2.0升的中型车配备了50-60安时的电瓶，2.0升以上的中大型车配备了60－80安时的电瓶。越野车、多功能车配备的电瓶一般比同体积发动机的轿车的电瓶容量要大些。电瓶的电压一般小车使用12伏电瓶。
14.怎样配备合适的逆变器？
如果电瓶的规格是12伏120安时，我们用12伏乘以120安时，得出电瓶的输出功率为1440瓦。如果逆变器的效率为80％，那么我们再用80％乘以1440瓦，得出1152瓦。这就说明这块电瓶可推动一台输出功率最大为1440瓦的逆变器（实际没有这个数值的，也就是用1200瓦）。还有一个重要的注意事项，使用逆变器时，不要长期满载运行，否则会大大缩短逆变器的寿命，逆变器的故障率也显著上升。最好在不超过额定功率80％的状态下使用逆变器，不要长时间连续使用。
15.使用逆变器须要注意些什么？
首先，按规范来用逆变器；其次，逆变器的输出电压是220伏交流电，在一个小的空间并处于可移动状态，以防触电。不使用时，切断输入电源。第三，逆变器的工作环境温度不要超过45度。第四，逆变器工作时会发热，不要在附近或上面放置物品。第五，逆变器怕水不要撒上水。
16.为何使用普通万用表测量准正弦波逆变器的交流输出时，显示的电压比220伏低？
这个现象是正常的，因为测量准正弦波交流电电压时应该使用具有‘真有效值’档的万能表才能得出正确读数。
17.怎么挑选逆变器产品？
逆变器是一种工作在大电流、高频率环境下的电源产品，潜在故障率相当高。购买时一定要慎重。先从逆变器输出波形上选，最好不要低于修正弦波；再有，逆变器要有电路保护功能；最后，厂家知名度很重要。
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专利名称无硅钢片铁芯直流电焊机的制作方法
现在常用的弧焊电焊机分交流和直流两种类型。交流电焊机结构简单、牢固可靠，它实际上是一台允许输出端可瞬时短路运行、输出电流可调的变压器、直流电焊机结构比较复杂，价格昂贵，但直流焊接质量较好。直流电焊机现有两种形式一种为直流发电机式，一种为变压器降压整流式，常用为直流发电机式，现有电焊机都存在以下一些缺点一是重量大，一般每台重量都在100公斤以上，最重的达数百公斤以上，除工作中移动十分不方便外，还需耗费大量硅钢片及铜线;二是功率因数低，无功功率损耗大;三是铁损铜损较大，效率不高。
本发明的目的，是采用现有电子技术，研制一种主体部分不含硅钢片的新型电焊机，从而使这种电焊机达到重量轻、省铁省铜、高效、节电的效果。
由于绝缘栅双极高压高速大功率半导体器件(简称IGBT)的出现，这种把电焊机彻底电子化的梦想已经由本发明的成功而成为现实。本发明采用开关逆变原理，把三相工频交流电压整流逆变为频率15-20KHz左右的高频电压，再由高频变压器降低电压以取得大电流，然后进行高频整流，取得可供焊接用的直流电流。本发明采用了完善的过流过压自动保护技术，使逆变电源电焊机达到了实用化程度，这种电焊机具有体积小、重量轻、无噪音、无振动、节能、效率高的优点，比传统电焊机省铁省铜达80%-90%以上，具有潜在的巨大社会经济意义。
二、工作原理本发明的工作原理方框图见附附图说明
图1，380伏的三相交流电源由各相整流器分别整流成为脉动直流电压，此直流电压经IGBT大功率晶体管逆变而成为频率达15-20千赫芝左右的高频矩形波，此高频电压经高频变压器降压，变成数十伏的高频低压后，由快速整流二极管整流、滤波而成为可供焊接用的直流电压。
由于采用高频逆变，变压器的体积、重量与同容量工频变压器相比可以小得多。高频变压器的导磁材料采用铁氧体，铁氧体是一种与陶瓷烧制工艺类似方法制造的导磁材料，其部分物理性质类似陶瓷，俗称磁芯。传统电焊机采用硅钢片作导磁材料，俗称铁芯。因此，这种由高频变压器组成的电焊机是一种无硅钢片铁芯的电焊机。
本发明的工作原理虽然简单，但实现起来却不容易，这是因为电焊机是一种工作经常处于短路-负载-空载-短路循环状态的电器工具，当焊条接触工件时，相当于短路，由于是直流，焊接回路无交流阻抗，直流电阻很小，因此短路电流很大，反映到高频变压器高压侧的电流也大，当焊条由短路状态转为起弧(负载)状态，或者电弧突然拉断，由于电流突变，会产生强烈的暂态过程，在高频变压器初级产生比电源电压高得多的暂态电压，而担负逆变任务的晶体管(IGBT)是一种对电流、电压非常敏感的器件，极易因过流过压而损坏。因此，本发明的主要任务之一是妥善解决逆变晶体管的过电流过电压保护问题。
本发明的具体原理线路图见图2，图2中只示出了A相原理图，B、C相原理图与A相完全相同，整机由三相组合而成，各相的整流输出+、-端并联在一起，以增大输出电流，并减小纹波。在未滤波情况下，整机输出电压由高频矩形波组成，但为工频桥式整流脉动电压所调制，其波形(见图4(d))与普通三相桥式整流波形相同。
本机各相线路由单相工频整流电路、高频逆变电路、高频整流电路、脉冲宽度调制(PWM)电路、过流过压保护电路、抗干扰电路等组成。
1、单相工频整流电路(见图2)主要由二极管D101-104组成一个桥式整流电路。220V交流电压经高频扼流圈EQ1、双向可控硅SCR、起焊限流电阻R101进入整流器、C102为抗干扰电容，空载时，C102两端电压等于交流电压峰值;负载时，C102滤波作用不大，主要起抗干扰作用，整流输出电压为脉动直流电压，其平均电压值小于或等于输入交流电压有效值的0.9倍。R102为放电电阻，其作用是停电时将C102所充电荷迅速放电，以防检修人员误碰触电。
2、高频逆变、变压整流电路由绝缘栅双极高压高速晶体管(IGBT)BG1-2、高频变压器B、快速整流二极管D107、D108组成。
IGBT是近年来出现的新型高压高速大功率晶体管，它具有VMOS管电压激励和达林顿管低饱和压降的优点，还具有高速、高可靠、低形状损耗、低脉冲拖尾电流、对温度不敏感等优点，是当前十分理想的大功率电力电子器件。
BG1-2与高频变压器B的初级线圈组成推挽式逆变电路，这种逆变电路与采用4个管子的桥式逆变电路相比，具有线路简单、用管子少、激励方便、造价较低的优点，但亦具有管子承受电压高的缺点。
推挽逆变电路的工作原理(见图2)在BG1-2两个管子的栅极上加上互为反相的矩形触发脉冲，使BG1-2轮流导通与截止，在脉冲正半周时，上面的管子(BG1)导通，下面的管子(BG2)截止，此时直流电源向高频变压器B的初级上半个线圈供电，于是在B的次级产生一个正方波电压;在脉冲负半周时，上面的管子(BG1)由导通变截止，下面的管子(BG2)由截止变导通，直流电源向B的初级下半个线圈供电，于是在B的次级产生一个负方波电压。这样，在连续触发脉冲的作用下，在B的次级便能得到交流矩形波电压，触发脉冲频率这里可选择为15-20KHz，比工频50Hz高得多，因此可称为高频，此高频交流电压经快速整流管D107-108组成的全波整流电路整流后，再经三相电路公用的电容C105及低频扼流圈EQ2滤波后，就可用来焊接了。电容C105用于对高频方波滤波，扼流圈EQ2滤除的是工频的6次(300Hz)以上的谐波，因此仍采用硅钢片铁芯，但由于滤去的频率较高，EQ2的体积可以做得比较小。
高频变压器次级两端电压波形见图4(a)-(b)，其中图4(a)是在示波器上用20KHz同步电压观测到的波形，由图可见这是交流方波。图4(b)是用50Hz同步电压观测到的波形，由图4(b)可见，这是高频方波被工频桥式整流脉动电源调制的波形，在20KHz时，每个工频周期包含有400个高频方波。
高频变压器次级电压全波整流后的波形见图4(c)-(d)，此两图都是在示波器上用50Hz同步电压观测到的，其中图4(c)是单相整流波形;图4(d)是A、B、C三相整流电压迭加后的波形图，可见与普通三相桥式整流波形相同，其中除直流分量外，还包括工频6次为主的谐波。这些波形中包含的高频矩形波，由电容C105滤波;6次谐波则由低频扼圈EQ2进行滤波。
推挽变压器的两个初级线圈匝数相等，同名端顺向串联，因此当一个线圈通电时，会在另一个线圈上产生一个相位相同的电压，此电压与电源电压相加，等于两倍电源电压正向加于截止的逆变管集电极、发射极上。在220V电源情况下，逆变管正向电压峰值为622V，加上尖峰电压，一般达800V左右，因此管子耐压至少应在千伏以上。
3、脉冲宽度调制电路该电路的作用一是产生两路互为反相的脉冲，用以触发逆变晶体管;二是通过调节触发脉冲的宽度，达到调节焊接电流的目的。所谓脉冲宽度调制(PWM)，就是控制逆变晶体管导通截止时间比(占空比)，导通脉冲宽时，从直流电源吸收功率大，导通脉冲窄时，吸收功率小，因此通过调节逆变管激励脉冲的宽度，即可调节高频变压器B的输出功率，功率变了，焊接电流也就变了，这是本机电流调整的原理。
脉冲宽度调制器采用现成的集成电路，其型号为TL494，国内同类产品型号为CW494，该集成电路是理想的形状电源控制集成电路，已获得广泛应用，其内部原理图见图3(a)。
TL494工作原理该电路的主要部分是脉冲宽度比较器(PWM比较器)，比较器的反相输入端与振荡器相接，从该端输入标准锯齿波，振荡器的振荡频率可从100Hz至400KHz。比较器同相输入端接至误差放大器的输出端，两个误差放大器结构相同，输出端用二极管隔离，每个放大器可独立使用，这两个放大器可用作过流保护器，但本机暂未用上。TL494设置了一个死区时间比较器，其反相输入端接至振荡器，同相输入端作0.12V电平偏移后引出至4脚，利用外接控制电压除可大范围改变调制器的死区时间外，还可利用它设计软起动电路、欠压或过压保护电路，死区时间比较器和PWM比较器通过或门控制输出级，它的控制能力极强，控制范围极广，本机利用4脚作电流调整和电流自动限制之用。输出级由触发器将PWM脉冲分成两相脉冲，分别控制两路晶体管(Q1、Q2)输出级。触发器后输出方式控制可使它工作在单端或双端输出两种方式，13脚高电平时为双端输出，低电平时为单端输出，双端输出时，输出电流可达200mA。输出级可接成共发射极或共集电极方式，本机接成共集电极方式，以使无脉冲时输出为低电位，可防止逆变管误导通。片内+5V基准电源由14脚引出，供外部电路使用。
TL494的5、6脚所接的C204、R207为振荡频率调整元件，振荡频率由下式决定f＝1/(0.817RC+1.42×10
) (Hz)在本机中，振荡频率可取为15-20KHz。
TL494的4脚为脉冲宽度调制端，当4脚调制直流电压由0-3V变化时，脉冲占空比由50%-0%变化，调制曲线见图3(b)。调制电压由分压电阻R203-205取得，电位器R204用于调整脉冲宽度，此电位器一共有三个，每相一个，三个电位器要求同步动作。R203的作用，是保证脉冲占空比小于50%，因占空比等于50%时，逆变管因有延时效应而可能致两管同时导通，发生短路事故。
TL494的9、10脚为脉冲输出端，两路脉冲是互为反相的，即一路输出为0时，另一路输出为1，反之亦然，这样就能够保证逆变管BG1-2轮流导通。两路脉冲经电阻R210、R211分别送到BG1-2的栅极，栅极具有MOS管性质，不耗电流，虽然不串电阻R210、R211，直接连通亦可触发BG1-2，但BG1-2集电极尖峰电压太大，对管子耐压不利;实践证明，栅极所串电阻也不能过大，否则BG1-2会因触发脉冲不正常而短路烧坏，BG1-2栅极接地电阻R212、R213的作用，是在栅极回路可能断线、栅极悬空时保证栅极仍能接地(本相的整流输出负极)，防止管子误导通引起短路，因此R212、R213必须离BG1-2越近越好。
由图3(b)调制曲线可知，当TL494的第4脚调制直流电压等于或大于3V时，占空比为零，9、10脚无脉冲输出，此时BG1-2的栅极电位为0，两管均截止，逆变器停止工作。
发光二极管LED1-2，其亮度与脉冲宽度成正比，用于概略显示脉冲宽度。
4、过电流保护电路前面说过，电焊机起焊时相当于短路，在高频变压器B的初级次级都会产生很大电流，因此必须设置限流保护。限流的办法有多种，本机采用在工频交流电源侧串联阻抗的方式，阻抗可采用感性阻抗，或采用纯电阻，如果采用感性阻抗，则要消耗硅钢片及铜线，增加造价和重量。采用电阻方式价最廉，因此本机采用这种方式。也许认为电阻限流会消耗大量电能，其实不然，因为起焊最多只需几秒钟，引弧成功正常焊接后，在起焊限流电路的作用下，限流电阻自动退出，因此限流电阻耗能很少。
(1)、起焊限流电路(见图2)这部分电路由串接于交流电源上的双向可控硅SCR、限流电阻R101及虚线框Ⅱ内的起焊检测电路组成，起焊检测电路为三相公用。
起焊检测电路工作原理此电路由三个光耦合双向可控硅(A、B、C每相一个)GSCR1-3、三极管BG3等元件组成，此电路不是通过检测电流而是通过检测电焊机输出端电压的大小来鉴别电焊机的空载、负载、起焊三种状态当电焊机空载时，其输出直流电压在70-80V左右，此时电位器R114动臂的电压使稳压管WD101导通，于是三极管BG3也导通，把光耦双向可控硅GSCR1-3中的控制回路(发光二极管)短路，于是三个光耦双向可控硅全部截止，使交流电源回路中的双向可控硅SCR无触发信号而断开，限流电阻R101被串接于交流电源回路中，流过的是空载电流，由于空载电流极小(数十毫安)，因此限流电阻在空载时几乎不耗电。
开始焊接时，焊条芯接触工件，电焊机的输出端相当于短路，输出电压由80V突然下降至0V，光耦双向可控硅GSCR1-3因无工作电压而继续保持截止状态，使限流电阻R101仍串接于交流电源回路中，此时短路电流虽然大，但被限流电阻所限制，不会超出逆变管子的最大承受能力，此时电源电压大部分降落在限流电阻上。
电弧引燃后，进入正常焊接状态，电焊机输出端电压维持在20-50伏之间，R114动臂电压不足以使稳压管WD101导通，于是BG3截止，电焊机的输出电压通过R112使光耦双向可控硅GSCR1-3导通，电源回路的双向可控硅SCR因控制极回路有触发电流而导通，限流电阻R101被SCR短接退出运行，此时电源电压全部加到单相桥式整流器上，焊接电流的大小由脉宽调制电路的电位器R204调节。
焊接过程中，如负载过重，电流过大，致使输出电压低于15-20伏时，稳压二极管WD102截止，光耦可控硅GSCR1-3亦截止，SCR被关断，自动串入R101进行限流。
(2)、过电流自动减脉宽电路这部分电路由光电耦合器GB、整流器D109-112、电阻R116-118、稳压管WD103等组成。
前已述及，当起焊时，由电阻R101进行限流。有时起焊引弧不顺利，焊条可能与工件粘住，或者输出电缆短路，如果限流时间长，不但消耗功率，而且使逆变管、高频整流器过热，此时采用自动减小脉冲宽度的办法进行保护。
工作原理发生过流时，R101上的压降与其所通过的电流成正比，通过检测这个电压降，即可知道是否过电流。这里，电阻R116-118、稳压管WD103、光电耦合器GB内的发光二极管构成电压检测电路，电阻R118用于对动作电压(电流)进行整定。光电耦合器GB的接收部分，即光敏三极管接成射极跟随器形式，射极电压通过D205、R202加到脉冲宽度调制器TL494的第4脚上，参与脉冲宽度的调节。
正常焊接时，双向可控硅SCR将R101短接，R101两端电压为O，光电耦合器GB因无控制电压而截止，R201两端电压为O，D205反向截止，对脉宽调制器无影响。
空载时，由于空载电流很小，空载电流在R101上的电压降也很小，电路状况与正常焊接时相同。
当起焊输出端短路或负载过重时，电源电压大部分降落在限流电阻R101上，分压电阻R117上的电压反映了过流情况，该电压大，过电流也大。此电压经整流器D109-112整流及C107滤波后，使稳压管WD103、光电耦合器GB导通，R201上电压由O变正，这个电压经D205、电阻R202接到脉冲宽度调制器的第4脚上，与电位器R204调定的调制电压相加，促使触发脉冲占空比减少，脉冲变窄，于是电焊机的输出电流减少，起到了自动保护作用。
5、过电压保护
(1)、外部过电压保护外部过电压是指从电源传入的远高于电源电压值的脉冲波，防范措施是在电焊机电源进线处设置氧化锌压敏电阻BL，以吸收从交流电源线路窜入的雷电感应或其他原因引起的过电压。
(2)、内部过电压保护前面说过，电焊机由短路状态或负载状态突然拉断电弧时，由于电流突变，会在高频变压器初次级上产生时间很短、但幅值很高的自感应电压，称为暂态电压，极易击穿逆变晶体管及快速整流二极管，因此必须设置内部过电压保护。本机采取的办法在逆变管集电极、发射极上并接阻容吸收元件C103-104、R103-104，用以降低高频变压器上的尖峰脉冲;二极管D105-106用于消除逆变管上的反压;起重要作用的主要是并联在逆变管BG1-2上的双向过压保护二极管BD1-2，过压保护二极管的特性是当其两端电压低于动作电压时，管子截止，当其两端电压超过动作电压时，管子导通，并能通过很大电流，导通特性与可控硅相同，以上过程是可逆的，与BD1-2串联的电阻，用以限制过压保护二极管的导通电流。
对于快速整流二极管D107-108的保护，主要是防止反压过高击穿，办法是在整流二极管的两端并联过压保护二极管BD3-4，当反压升高时，保护二极管先导通，把整流管上的反压短路，整流管就不会被反压击穿了。
6、抗干扰电路(1)抗外界干扰电路当前电网可能有许多可控硅整流设备，这些设备的使用，会给电源带来污染，造成电压波型畸变，表现为正弦波出现毛刺或缺口，这些都对本机安全造成威胁，因此要采取抗干扰措施。
实践证明，脉冲宽度调制器TL494调制电压输入端即第4脚极易受电源不良波形的影响。曾发生过使用可控硅设备而使接在同一电源线上的样机逆变管频繁烧坏事故，查明原因后，在4脚并联一个电容器C203即解决了问题。
并联在单相工频整流器输出端的电容器C102其作用也主要是为了抗干扰。
(2)、防止向外界干扰本机逆变器工作时，会产生相当强的广谱谐波，如不采取措施，这些谐波会顺着电源线幅射传播，干扰附近的广播接收设备，这个任务由串联在电源线上的高频扼流圈EQ1完成，EQ1两线圈的极性按图2连接，对干扰谐波的共模电压起扼流作用，非共模电压由电容器C101滤除，起防止向外界传播干扰的作用。EQ1两线圈的接法，对工频来说，其产生的磁通互相抵消，工频阻抗为零，不产生任何压降。
以上详细叙述了各部分电路的工作原理和功能，现对整机工作过程概述如下接通电源后，220V交流电压通过高频扼流圈EQ1、限流电阻R101加于由D101-104组成的桥式整流器上，整流器输出的脉动电压作为逆变器的电源。逆变晶体管BG1-2的激励脉冲频率和脉宽由脉冲宽度调制电路决定。逆变器产生的高频电压经高频变压器B降低电压后，由快速整流二极管D107-108进行全波整流，并由电容C105、低频扼流圈EQ2进行滤波。刚接通电源，处于空载状态，此时输出直流电压为70-80伏左右，此电压在电位器R114动臂上的分压使稳压管WD101导通，于是三极管BG3也导通，将光耦可控硅GSCR1-3的发光二极管短路，使其不发光，光耦可控硅截止，导致主回路中的双向可控硅SCR无触发信号而截止，此时限流电阻R101串在交流主回路中，准备随时起焊。
开始焊接时，焊条碰触工件，输出端正负极短路，此时高频变压器的初次级线圈、工频回路都通过很大电流。此时由于输出电压由70-80V突降为0V，光耦可控硅保持截止，导致SCR仍截止，限流电阻R101仍串联在交流主回路中，限制起焊电流不超过逆变管的额定电流。
起焊引弧成功，转入正常焊接后，输出电压由0V上升至20-50V左右，此电压在电位器R114动臂上的分压不足以使WD101导通，导致BG3截止，电焊机输出电压通过电阻R112、稳压管WD102使光耦可控硅GSCR1-3导通，于是双向可控硅SCR也导通，傍路了R101上的电压降，使交流电压全部用于逆变，增强了焊接功率，并减少了无用功耗。
如果起焊时焊条粘住工件，时间稍长，则限流电阻R101上的压降使光耦合器GB导通，电阻R201上的电压由0V升为正电压，此电压与R204动臂上的分压相加后加于脉宽调制器TL494的4脚上，使激励脉冲宽度变窄，从而自动减少了电焊机的输出电流，使限流电阻、逆变管、整流管不过热，所以即使较长时间短路对本机也没有影响。
1.一种由绝缘栅双极大功率晶体管构成的开关电源式无硅钢片铁芯直流电焊机，其特征在于包括过电流保护电路和抗干扰电路；
2.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于工频交流电源回路的串联限流元件的阻抗值小于100欧姆;
3.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于以电焊机输出电压的大小作为启动限流元件的条件;
4.根据权利要求1所述的抗干扰电路，其特征在于接在脉冲宽度调制器的调制电压输入端的抗干扰电容器的电容量大于100微微法拉。
无硅钢片铁芯直流电焊机是一种电子化的电焊机，适于电弧焊接用，属电力电子技术领域。其原理是先把交流市电整流为直流，然后由绝缘栅晶体管逆变为高频交流，再经高频变压器降压整流后成为焊接用的直流电。其特点是取消传统电焊变压器的硅钢片铁芯，使本型电焊机具有重量轻、无噪音、无振动、高效节能等优点，特别是省铁省铜达80％以上，经济意义大。本发明完满地解决了逆变管严重的过流过压问题，使开关电源式电焊机达到了实用化。
文档编号B23K9/10GK11137
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者陈甲标 申请人:陈甲标}