1、逆變焊機簡介

　　“逆變”與“整流”是兩個相反的概念。整流是把交流電變換為直流電的過程，而逆變則是把直流電改變為交流電的過程，采用逆變技術的弧焊電源稱為“逆變焊機”。

　　逆變焊割設備的工作過程，是將三相或單相 50Hz 工頻交流電整流、濾波后得到一個較平滑的直流電，由 IGBT或場效應管組成的逆變電路將該直流電變為15～100kHz 的交流電，經中頻主變壓器降壓后，再次整流濾波獲得平穩的直流輸出焊接電流（或再次逆變輸出所需頻率的交流電）。逆變焊割設備的控制電路由給定電路和驅動電路等組成，通過對電壓、電流信號的回饋進行處理，實現整機循環控制，采用脈寬調制PWM 為核心的控制技術，從而獲得快速脈寬調制的恒流特性和優異的焊割工藝效果。

　　1.1逆變焊機原理

　　逆變過程需要大功率電子開關器件， 采用絕緣柵雙極晶體管IGBT作為開關器件的的逆變焊機稱為IGBT逆變焊機。焊接時電路是閉合的，正是因為電路是閉合的才使得在整個閉合電路的電流處處相等；由于各處的電阻是不一樣的，特別是在不固定接觸處的電阻最大，這個電阻在物理學上稱為接觸電阻。根據電流的熱效應定律（也叫焦爾定律），Q=I2Rt可知，電流相等，則電阻越大的部位發熱越高，電焊在焊接時焊條的觸頭與被焊接的金屬體的接觸處的接觸電阻最大，則在這個部位產生的熱量自然也就最多，焊條又是熔點較低的合金，很快被熔化，熔化后的合金焊條芯沾合在被焊物體上后經過冷卻，就把焊接對象粘合在一塊了。

　　由于逆變焊機是一典型的開關電源（輸出特性又有很大特點），輸出功率大，工作環境變化大，所以要求元器件質量要好，這樣才能保證工作的穩定型，壽命長。

　　1.2逆變焊機用途

　　逆變直流手工弧焊機、逆變半自動氣體保護焊機主要用于低碳鋼、中碳鋼及合金鋼等多種金屬焊接。逆變氬弧焊機主要用于不銹鋼、鋁、鈦、鋯等的焊接，特別是不銹鋼薄板焊接。

　　逆變空氣等離子切割機用于切割碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鋁、銅等多種金屬。該產品可以切割絕大多數金屬和非金屬，因等離子弧能量集中，割件的熱影響區小，具有切割速度快、切割面光潔、熱變形小、切割成本低等特點。

　　焊接小車是根據不同客戶工件特點專門設計的包括焊機、工裝在內的一整套設備，通過控制焊接小車實現自動焊接。一臺自動焊接小車的焊接效率是人工焊接的 2 至 3 倍，一個操作工可以同時看管兩至三臺焊接小車，大大降低焊接人員工作強度，減少對高焊接技能人員的依賴，大幅提高了工作效率和焊接質量。

　　以上產品廣泛應用于建筑、機械制造、造船、鋼結構、車輛制造、電建、管道、化建、鍋爐、橋梁等行業的焊接及切割。

　　2、控制電路的設計

　　2.1UC3846電流控制芯片的工作原理

　　電流模式控制分為峰值電流模式控制和平均電流模式控制。UC3846采用的是峰值電流模式控制法，即將實際的電感電流和電壓外環設定的電流值分別接收到PWM比較器的兩段進行比較，如圖：

　　變壓器一次側電流采樣信號被放大三倍后與電壓誤差放大信號比較，然后去控制PWM脈寬調制信號的脈寬。電流內環和電壓外環同時起作用調節PWM脈寬，如果內環變壓器一次側出現過流，而外環電壓信號由于存在輸出電感響應速度比內環慢，這個電流信號被霍爾傳感器檢測到后經過放大與外環電壓誤差放大信號比較后會迅速調節PWM脈寬，因此UC3846比電壓型PWM控制芯片響應速度更快，在變壓器磁芯偏磁時，能同時調節變壓器一次側和二次側的電流。但是同時，UC3846同時擁有電流內環和電壓外環，因此從控制上來說更為復雜，在占空比大于50%時容易造成工作電流擾動，尖峰電流值和平均值誤差大，并且在二分之一開關頻率處容易發生次諧波振蕩，為了提高電路的穩定性有必要進行斜坡補償。

　　2.2斜坡補償電路設計

　　UC3846自身提供了良好的斜率補償實現平臺，因為在定時電容CT上恰好有一個正的與振蕩器同步、同頻率的斜坡電壓，只要將該電壓信號分壓之后與峰值電流信號進行疊加就可以實現補償。從UC3846的脈寬調制原理來看斜坡補償有兩種實現辦法，一種是將斜坡補償信號加到電流檢測信號中，另一種是將斜坡補償信號從誤差電壓信號中減去，第一種辦法在實現電流限制功能時易產生誤差，第二種方法中，必須電壓放大器的增益，實現起來比較麻煩。因此采用改進后的第一種辦法，如圖3接入射極跟隨器減小晶振端的輸出阻抗。射極電阻取R2的十分之一，為減少補償電路對CT上的斜坡電壓線性度和穩定性的影響，R2的阻值要足夠大。

　　下面計算R2參數值：

　　1．計算輸出電感電流斜坡下降斜率：

　　2．把輸出濾波電感電流下降斜率折算到變壓器一次側

　　3．計算折算到一次側的電流檢測信號電壓值

　　4．計算振蕩鋸齒波斜坡電壓的斜率