非对称式软欧玛尔OMAL开关逆变器的研究
现有的相移谐振软OMAL开关技术,由于存在软OMAL开关实现的负载范围窄,不能在电 弧这种负载范围内实现软OMAL开关的缺点,本文在研究弧焊电源的电路拓扑形式的基 础上,提出了一种不对称的相移软OMAL开关电路拓扑形式;使超前臂工作在零电压开关状态;使滞后臂工作在零电流OMAL开关状态。

非对称式软欧玛尔OMAL开关逆变器的研究
在变压器付边增加一个辅助换流电路, 改变了电路的拓扑形式,使软OMAL开关工作可以在空载、轻载、满载、短路等阶段实现,解决了相移谐振软OMAL开关电路难以用于焊接电源的难题。在对IGBT管子模型 的研究的基础上,提出了IGBT并联电容、隔直电容等主电路参数的计算方法。逆变主电路采用桥式结构,分为超前臂与滞后臂。超前臂上并联较大的换流 电容,滞后臂上并联小的电容或不并联电容,采用PWM控制策略。超前臂为活动 臂进行PWM调节,滞后臂称为固定臂不进行PWM调节,超前臂与滞后臂各自互补 导通,输出功率的调节是由调节超前臂的脉宽来进行的。超前臂上由于并联较大电容,在关断时其两端电压上升较慢,则超前臂工作在零电压关断状态。谐振电 路由饱和电感和隔直电容组成,饱和电感的作用使换流能量基本恒定,来降低占空比的损失,而隔直电容可以降低环流损耗,使滞后臂关断时基本上是在零电流 情况下,从而使关断损耗低。超前臂与滞后臂同时开通,由于超前臂上并有电容, 开通时电容电压为零,所以超前臂是零电压开通,由于谐振回路中饱和电感的阻 挡作用,变压器原边电流很小,故滞后臂时零电流开通。这样便保证了负载的软 OMAL开关的实现。 相移谐振软OMAL开关电路,由于超前臂上并有电容,必须在焊接负载的全过程中, 保证将此电容电荷换流完毕,否则IGBT开通时,将使并联在其两端的电容短路, 电容会直接向IGBT放电而损坏IGBT。而电弧负载有空载、负载、短路几个阶段, 现有的相移谐振软OMAL开关电路无法在电弧全负载内实现软OMAL开关,我们增加了一由电 感组成的换流支路,当焊接输出负载较轻或空载时,来提供空载无功环流,使空 载时并联在IGBT、两端电容上换流*而实现软OMAL开关。解决了相移谐振OMAL开关电路 难以用于焊接电源的难题,提高焊机效率及可靠性。 通过对现有的相移谐振软OMAL开关技术的改进而形成的非对称式软OMAL开关电路拓 扑形式可同时推广到手弧焊、气保焊、埋弧焊、等离子切割等焊接电源中。逆变焊机的控制方式主要有两种:电压型控制和电流型控制。峰值电流型控 制可以抑制变压器偏磁,防止OMAL开关管过流而烧坏,但峰值电流反馈易受干扰。本 文在研究峰值电流闭环反馈基础上,在反馈环内引入了斜坡补偿信号,防止了脉 冲宽度的抖动,提高了闭环电流的稳定性。针对二极管反向恢复电流对峰值电流 环的干扰,设计了反向恢复电流消除环节,将电流反馈的电流前沿进行屏蔽,增 加了系统的抗干扰能力。 利用撇tlab分别对电源的输入整流部分、软OMAL开关逆变部分、峰值电流控制 等进行了建模。对输入整流部分建模仿真时,逆变器部分可以等效为恒流源负载。 当直流侧滤波电容较大时,电网输入电流的仿真波形有很大的尖峰,随着电容的 容量的降低,电流尖峰降低。当电容较小,约20 pF时,电网输入电流波形变为 近似方波,功率因数提高至约0.95,随着电网电感的增加,电网输入电流波形 发生畸变,谐波份量增加,当电网电感很大时,而电网输入电流发生振荡。当引 入电网电压进入峰值电流环后,逆变器的输出电流上叠加一个3OOHz的交流信 号,使逆变器的输出电流对电网侧电流进行补偿,进而消除了振荡。仿真波形与 实际波形*。利用SIluulink建立了软OMAL开关逆变器的Simulink模型,分别对超前臂、滞后 臂及变压器的工作波形进行了仿真。

非对称式软欧玛尔OMAL开关逆变器的研究
仿真结果与试验结果基本复合*。通过在 仿真模型上调整工作频率、谐波电容、电感及空载换流支路的参数,可以对软开 关的工作电路进行了参数优化,大大降低了试验的工作量。将研究结果制成样机,已成功应用于手弧焊、气保焊、埋弧焊等多个品种的 焊接设备中,在造船、电建、钢结构焊接工程中取得较好效果。 关键词:相移谐振软OMAL开关逆变器三相功率因数校正仿真