逆变交流埋弧焊电源研制

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埋弧焊由于其熔深大、生产率高、机械化程度高,特别适合于中厚板结构的长焊缝,在造船、压力容器、桥梁、铁路车辆、工程机械、管道、核电站结构、海洋结构等领域有着广泛的应用,是当今焊接生产中最普遍使用的熔焊方法之一。但是,目前市场上大多为直流埋弧焊机,直流电弧存在着一个难以克服的问题--磁偏吹现象。一方面,在结构比较特殊的场合,如窄间隙埋弧焊,严重的磁偏吹会导致焊接不能正常进行;另一方面,在多弧多丝焊接系统中,电弧间磁场相互影响,难以控制成形。为克服这另方面的影响,引入交流电弧以控制磁偏吹。  传统的交流埋弧焊电源以串联电抗器式弧焊变压器(BX2系列)和增强漏磁式弧焊变压器(BX1系列)为主。其缺点是:控制精度较差,电流过零时间长,小电流时因波形畸变尤为严重,造成电弧不稳定;单相供电,一次电流大,功率因数低,对电网损害较大。  可控硅式互感式交流埋弧焊电源采用晶闸管整流、互感换向的方式实现了大电流的方波交流,输入电采用三相供电,克服了交流变压器式一次电流大,功率因数低以及对电网损害大的缺点,并且可控硅方波换向电流过零点时间相对较短,但是由于通过工频50Hz正向或反向导通来实现交流,在电流输出时存在150Hz的纹波,由于纹波存在,焊机交流输出频率不能调的太高,一般低于20Hz,占空比调节也不会太宽一般在35%~65%之间。这样电流在双丝(多)丝埋弧焊中,电弧磁偏吹的影响还会存在。  由于采用可控硅控制,系统响应速度相对较慢,分别调节交流正负电流值(电流偏置)变得很难。而且可控硅交流埋弧输入电流很大,1000A交流焊机满负载输出时输入电流在150A左右,能耗较高。  针对目前交流变压器式、可控硅互感换向式交流埋弧焊机存在的缺点,本课题设计一种逆变交流埋弧焊机。目前世界上只有美国Lincoln公司批量生产这种电焊机,而且投放市场不久,价格比较昂贵。  本课题在软开关逆变直流埋弧焊的基础上做适当更改,增加交流单元,使焊机输出交流1000A。由于采用软开关逆变技术,焊机的效率得到大大提高,系统的响应速度也有了很大提升,各项指标相对有了很明显的提升。  针对逆变焊机响应快的特点,特别设计的交流偏置功能偏置是上下移动方波来增加正向或反向部分电流的大小,偏置向正向偏移当对于正常的平衡方波相比增加熔深并且熔敷率会有轻微的减少。反过来,偏置向反向偏移会增加熔敷率而且减少熔深。本课题所设计焊机允许连续偏移在+30%到-30%之间。针对特殊的对接焊缝,通过此功能可以调节特殊电弧的特性,例如对接焊的每道焊缝(例如多道焊接中的打底、填充、盖面焊)进行调节使其得到更加完美的焊缝。  交流频率的提高可以提高交流电弧的稳定性,在双丝(多丝)埋弧焊接过程中,传统的埋弧焊机不能调节频率,固定为电网频率,这样在同样的峰值电流下,方波交流有更多的时间停留在峰值,而正弦波交流停留峰值时间较短。当方波交流的频率调节较低的时候,电流转换次数减少,能量增加。反之,频率调高时,能量减少,这样不仅对熔敷率、熔深有影响,而且对电弧的稳定性大有益处。  所以此课题对交流埋弧、双丝多丝埋弧焊的推广有着重大意义。
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