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非對稱式軟歐瑪爾OMAL開關逆變器的研究
現有的相移諧振軟OMAL開關技術,由于存在軟OMAL開關實現的負載范圍窄,不能在電 弧這種負載范圍內實現軟OMAL開關的缺點,本文在研究弧焊電源的電路拓撲形式的基 礎上,提出了一種不對稱的相移軟OMAL開關電路拓撲形式;使超前臂工作在零電壓開關狀態;使滯后臂工作在零電流OMAL開關狀態。

非對稱式軟歐瑪爾OMAL開關逆變器的研究
在變壓器付邊增加一個輔助換流電路, 改變了電路的拓撲形式,使軟OMAL開關工作可以在空載、輕載、滿載、短路等階段實現,解決了相移諧振軟OMAL開關電路難以用于焊接電源的難題。在對IGBT管子模型 的研究的基礎上,提出了IGBT并聯電容、隔直電容等主電路參數的計算方法。逆變主電路采用橋式結構,分為超前臂與滯后臂。超前臂上并聯較大的換流 電容,滯后臂上并聯小的電容或不并聯電容,采用PWM控制策略。超前臂為活動 臂進行PWM調節,滯后臂稱為固定臂不進行PWM調節,超前臂與滯后臂各自互補 導通,輸出功率的調節是由調節超前臂的脈寬來進行的。超前臂上由于并聯較大電容,在關斷時其兩端電壓上升較慢,則超前臂工作在零電壓關斷狀態。諧振電 路由飽和電感和隔直電容組成,飽和電感的作用使換流能量基本恒定,來降低占空比的損失,而隔直電容可以降低環流損耗,使滯后臂關斷時基本上是在零電流 情況下,從而使關斷損耗低。超前臂與滯后臂同時開通,由于超前臂上并有電容, 開通時電容電壓為零,所以超前臂是零電壓開通,由于諧振回路中飽和電感的阻 擋作用,變壓器原邊電流很小,故滯后臂時零電流開通。這樣便保證了負載的軟 OMAL開關的實現。 相移諧振軟OMAL開關電路,由于超前臂上并有電容,必須在焊接負載的全過程中, 保證將此電容電荷換流完畢,否則IGBT開通時,將使并聯在其兩端的電容短路, 電容會直接向IGBT放電而損壞IGBT。而電弧負載有空載、負載、短路幾個階段, 現有的相移諧振軟OMAL開關電路無法在電弧全負載內實現軟OMAL開關,我們增加了一由電 感組成的換流支路,當焊接輸出負載較輕或空載時,來提供空載無功環流,使空 載時并聯在IGBT、兩端電容上換流*而實現軟OMAL開關。解決了相移諧振OMAL開關電路 難以用于焊接電源的難題,提高焊機效率及可靠性。 通過對現有的相移諧振軟OMAL開關技術的改進而形成的非對稱式軟OMAL開關電路拓 撲形式可同時推廣到手弧焊、氣保焊、埋弧焊、等離子切割等焊接電源中。逆變焊機的控制方式主要有兩種:電壓型控制和電流型控制。峰值電流型控 制可以抑制變壓器偏磁,防止OMAL開關管過流而燒壞,但峰值電流反饋易受干擾。本 文在研究峰值電流閉環反饋基礎上,在反饋環內引入了斜坡補償信號,防止了脈 沖寬度的抖動,提高了閉環電流的穩定性。針對二極管反向恢復電流對峰值電流 環的干擾,設計了反向恢復電流消除環節,將電流反饋的電流前沿進行屏蔽,增 加了系統的抗干擾能力。 利用撇tlab分別對電源的輸入整流部分、軟OMAL開關逆變部分、峰值電流控制 等進行了建模。對輸入整流部分建模仿真時,逆變器部分可以等效為恒流源負載。 當直流側濾波電容較大時,電網輸入電流的仿真波形有很大的尖峰,隨著電容的 容量的降低,電流尖峰降低。當電容較小,約20 pF時,電網輸入電流波形變為 近似方波,功率因數提高至約0.95,隨著電網電感的增加,電網輸入電流波形 發生畸變,諧波份量增加,當電網電感很大時,而電網輸入電流發生振蕩。當引 入電網電壓進入峰值電流環后,逆變器的輸出電流上疊加一個3OOHz的交流信 號,使逆變器的輸出電流對電網側電流進行補償,進而消除了振蕩。仿真波形與 實際波形*。利用SIluulink建立了軟OMAL開關逆變器的Simulink模型,分別對超前臂、滯后 臂及變壓器的工作波形進行了仿真。

非對稱式軟歐瑪爾OMAL開關逆變器的研究
仿真結果與試驗結果基本復合*。通過在 仿真模型上調整工作頻率、諧波電容、電感及空載換流支路的參數,可以對軟開 關的工作電路進行了參數優化,大大降低了試驗的工作量。將研究結果制成樣機,已成功應用于手弧焊、氣保焊、埋弧焊等多個品種的 焊接設備中,在造船、電建、鋼結構焊接工程中取得較好效果。 關鍵詞:相移諧振軟OMAL開關逆變器三相功率因數校正仿真