逆变式直流/交流方波埋弧焊电源及其特点

焊接技术的发展是与近代工业和科学技术的发展紧密相连的。弧焊电源作为弧焊技术发展水平的主要标志，它的发展与弧焊技术的发展也是互相促进、密切相关的^[23，24]。

按电流类型分，用于埋弧自动焊的电源有直流和交流两种。直流弧焊逆变电源，电弧稳定，控制精度高，能达到较好的焊接效果，但是直流电弧存在一个难以克服的问题即磁偏吹现象，严重的磁偏吹会导致不能正常焊接。克服磁偏吹的最好方法是采用交流电弧焊接，因为交流电弧的磁偏吹现象比直流小得多。普通交流焊由于结构上的原因在性能上难以达到高要求的焊接，交流正弦波过零时间长是造成电弧不稳定的主要原因。交流方波逆变弧焊电源可较好地克服上述不足，其原因有以下两个方面：①交流方波电流属于交流，基本上不产生磁偏吹；②交流方波电流过零时间极短，不会产生电弧不稳定的情况，交流方波电弧稳定性不比直流电弧稳定性差^[25-30]。

目前，在埋弧焊领域，由于其工艺所需要的大电流、大功率的埋弧焊交流方波电源主要以晶闸管电抗器式交流方波弧焊电源为主，其电源工作相对可靠，技术上也比较成熟，但设备体积庞大、笨重、能耗高、效率低，过零点的速度不理想直接影响着交流电弧的稳定性，且由于其结构原因，动静态特性方面也不够理想。大容量IGBT的出现改善了这种状况，采用IGBT逆变技术是解决这些问题的最好办法^[31]。IGBT比晶闸管具有开关速度快，控制电流能力强，导通损耗低，所需驱动功率小等综合优点，因此特别适用于交流方波弧焊电源的大电流逆变电路中，并具有如下特点^[32]：

1）采用IGBT作为交流方波弧焊电源的逆变元件，可提高弧焊电源输出电流在极性转变时的速度，对改善交流电弧的稳定燃烧非常有利。(www.xing528.com)

2）采用IGBT模块技术实现交流方波电流输出，容易通过数字化控制技术提高控制电气性能和控制精度，实现数字化、智能控制。

3）IGBT开关管饱和压降比较低，有利于减少管子功率损耗。

但是，目前国内市场上出现的单管或者模块IGBT的容量限定在一定范围内，其耐压1200V，且最大容量为600A，此外，鉴于国内当前磁性材料生产能力所限，单只高频变压器只能实现25～30kW的功率输出，限制了单个IGBT逆变器在大功率焊接场合的应用。目前市场上出现的1000A级埋弧焊逆变电源，是通过两个二次逆变器并联的逆变式直流/交流方波埋弧焊电源，实现1000A级以上的交流方波大电流输出。本章后面小节将详细介绍其原理和技术。