IGBT系列焊机工作原理
igbt逆变焊机与可控硅整流焊机的区别
IGBT逆变焊机与可控硅整流焊机的区别IGBT逆变焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。
由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
它与可控硅整流焊机的区别如下：1、可控硅整流焊机是将50HZ的交流电整流成直流电输出，通过改变可控硅的导通角来改变输出大小，输出波形不平滑，所以焊接效果不好，引弧及其他一些控制功能差。
IGBT逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。
50Hz 交流电经全桥整流变成直流，再经过IGBT逆变，将直流电逆变成20~30kHz的中频矩形波，中频变压器降压，经过二次整流后输出，成为稳定的直流，输出波形好，通过PWM脉宽调制或移相控制IGBT逆变器的导通时间，改变输出的大小。
供电弧使用，引弧及焊接电流易于控制。
2、可控硅整流焊机体积大，较为笨重，不便于搬运和移动，而IGBT焊机由于逆变频率高达20~30kHz，所以变压器体积小，重量轻，易于搬运。
3、逆变焊机比可控硅整流焊机省电约30%左右。
4、IGBT逆变焊机控制及主电路较为简单，所以可靠性高，故障点少，易于维修。
5、IGBT控制技术已经非常成熟，是新一代逆变器的主流器件。
但由于焊机电源的工作条件恶劣，频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中，因此IGBT逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题，也是用户最关心的问题。
6、对电网电压的波形影响：电焊机是非线性用电设备。
可控硅整流焊机的谐波产生的原因是由于整流本身有一个阀电压，在小于阀电压时，电流为零(如图所示)。
为了提供平稳的直流电源输出，在电焊机中加入了储能元件（滤波电容和滤波电感），从而使阀电压提高，加激了谐波的产生量。
为了控制焊机的输出电压和电流，在焊机中使用了可控硅，这使得电焊机的谐波污染更严重，而且谐波的次数比较低。
IGBT逆变焊机，在交流变直流过程中产生的谐波与上述的可控硅整流焊机一样，它在直流逆变成交流时又有逆变波形反射到交流电流，因此IGBT逆变焊机产生的谐波分量不仅有低次谐波，还有高次谐波(如图所示)。
IGBT工作原理
IGBT工作原理引言概述：IGBT是一种广泛应用于电力电子领域的功率半导体器件，具有高效率、高速度和高可靠性等优点。
了解IGBT的工作原理对于电力电子工程师和研究人员来说至关重要。
本文将详细介绍IGBT的工作原理，包括结构、工作方式和应用等方面。
一、IGBT的结构1.1 发射极结构：IGBT的发射极是由N+型硅衬底、N型漏极和P型基极组成的结构。
1.2 栅极结构：IGBT的栅极是由金属层和绝缘层组成的结构，用于控制电流流动。
1.3 集电极结构：IGBT的集电极是由N+型硅衬底和P型漏极组成的结构，用于集中电流输出。
二、IGBT的工作方式2.1 关态：当IGBT的栅极施加正向电压时，电流可以从集电极流向发射极，器件处于导通状态。
2.2 开态：当IGBT的栅极施加负向电压时，电流无法从集电极流向发射极，器件处于关断状态。
2.3 开关速度：IGBT的开关速度取决于栅极电压的变化速度，快速开关速度可以提高器件的效率和性能。
三、IGBT的特点3.1 高效率：IGBT具有低导通压降和低开关损耗，能够提高系统的能效。
3.2 高速度：IGBT的开关速度快，能够实现快速的电流控制和开关操作。
3.3 高可靠性：IGBT具有较高的耐压和耐热性能，能够在恶劣环境下稳定工作。
四、IGBT的应用领域4.1 变频调速：IGBT广泛应用于变频调速系统中，实现机电的精确控制和能量调节。
4.2 逆变器：IGBT可以用于逆变器中，将直流电源转换为交流电源，满足不同电器设备的电源需求。
4.3 电力传输：IGBT可用于电力传输系统中，提高电网的稳定性和效率，实现电力的远距离传输。
五、总结IGBT作为一种重要的功率半导体器件，在电力电子领域具有广泛的应用前景。
了解IGBT的结构、工作方式和特点对于电力电子工程师和研究人员来说至关重要，可以匡助他们设计和优化电力电子系统，提高系统的效率和性能。
希翼本文能够匡助读者更好地理解IGBT的工作原理，为他们在实际应用中提供指导和匡助。
IGBT系列焊机工作原理
IGBT系列焊机工作原理一、功率开关管的比较常用的功率开关有晶闸管、IGBT、场效应管等。
其中，晶闸管（可控硅）的开关频率最低约1000次/秒左右，一般不适用于高频工作的开关电路。
1、效应管的特点：场效应管的突出优点在于其极高的开关频率，其每秒钟可开关50万次以上，耐压一般在500V以上，耐温150℃（管芯），而且导通电阻，管子损耗低，是理想的开关器件，尤其适合在高频电路中作开关器件使用。
但是场效应管的工作电流较小，高的约20A低的一般在9A左右，限制了电路中的最大电流，而且由于场效应管的封装形式，使得其引脚的爬电距离（导电体到另一导电体间的表面距离）较小，在环境高压下容易被击穿，使得引脚间导电而损坏机器或危害人身安全。
2、IGBT的特点：IGBT即双极型绝缘效应管，符号及等效电路图见图12.1，其开关频率在20KHZ~30KHZ 之间。
但它可以通过大电流（100A以上），而且由于外封装引脚间距大，爬电距离大，能抵御环境高压的影响，安全可靠。
图12.1二、场效应管逆变焊机的特点由于场效应管的突出优点，用场效应管作逆变器的开关器件时，可以把开关频率设计得很高，以提高转换效率和节省成本（使用高频率变压器以减小焊机的体积，使焊机向小型化，微型化方便使用。
（高频变压器与低频变压器的比较见第三章《逆变弧焊电源整机方框图》。
但无论弧焊机还是切割机，它们的工作电流都很大。
使用一个场效应管满足不了焊机对电流的需求，一般采用多只并联的形式来提高焊机电源的输出电流。
这样既增加了成本，又降低了电路的稳定性和可靠性。
三、IGBT焊机的特点IGBT焊机指的是使用IGBT作为逆变器开关器件的弧焊机。
由于IGBT的开关频率较低，电流大，焊机使用的主变压器、滤波、储能电容、电抗器等电子器件都较场效应管焊机有很大不同，不但体积增大，各类技术参数也改变了。
四、IGBT焊机工作原理：1、半桥逆变电路工作原理如图12.2图12.2 图12.3工作原理：①tl时间：开关K1导通，K2截止，电流方向如图中①，电源给主变T供电，并给电容C2充电。
IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性
IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性本机采用三相交流380V电压经三相桥式整流、滤波后供给以新型IGBT为功率开关器件的逆变器进行变频（20KC）处理后，由中频变压器降压，再经整流输出可供焊接所需的电源，通过集成电路构成的逻辑控制电路对电压、电流信号的反馈进行处理，实现整机闭环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊接工艺效果。
ZX7—200/315/400 电原理图NBC系列CO2气体保护焊机NBC・630逆变式NBC系列C0：气体保护焊机分为普通型和数字化两种类型，包括250A、350A、500A、630A几种,用于焊接低碳钢、合金钢等。
主要特点采用波形控制技术，改善成形，降低飞溅；电流电压连续可调，调节范围宽；负载持续率高，可长时间连续焊接；焊接变形小，焊缝成形好；慢送丝引弧，引弧容易，成功率高；收弧时具有消球功能;焊接熔敷率髙；软开关变换，整机效率高；无源功率因数校正技术，功率因数高；高频逆变，体积小，重量轻；数显表头，焊接参数可精确预置；适用实芯/药芯焊丝；提供常规电流值、电压值匹配方案，方便操作人员调节；X型机具有下降特性，兼具手弧焊、碳弧气刨功能；z型机具有下降特性，兼具手弧焊、碳弧气刨功能，且电弧稳定性强, 特别适用于全位置自动焊接（此焊机需另配全自动焊送丝、行走控制系统）。
慢送丝引弧，引弧容易，成功率高；收弧时具有消球功能；焊接熔敷率髙；软开关变换，整机效率高；无源功率因数校正技术，刀架转盘回转角度- ±90°刀杆截面尺寸（四方刀架刀杆截面）mm 25X25主轴中心线至刀具支承面距离mm 26床尾主轴直径（尾座套筒直径）mm 75床尾主轴孔锥度（尾座套筒锥孔锥度）- 莫氏圆锥5号床尾主轴最大行程mm 150机床丝杠螺距mm 12加】丄公制螺纹范碉及种数mm 44 种:1-192加山英制螺纹范碉及种数牙/寸(tpi)21 种:2-24加工模数螺纹范碉及种数mm 39种:加丄径节螺纹范困及种数DP 37^： 1-96床身导轨宽度（导轨跨度）mm 400床身导轨硕度RC RC52主电机功率kW机床净重kg 2570机床毛重kg 3410机床轮廉尺寸（长X宽X高）mm 3668X1000X1267 机床包装尺寸（长X宽X商）mm 3850X1520X2010 加工精度- IT7表面光洁度u m产品名称普通午床木系列午床适用于牟削内外圆柱面，内锥血及其它旋转面°车削各种公制、英制、模数和 径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作。
逆变电焊机原理图的讲解
主电路电气原理图主控制板电器原理图：逆变触发电路图：脉冲及时序板原理图：本机采用三相交流380V电压经三相桥式整流、滤波后供应以新型IGBT为功率开关器件的逆变器进展变频〔20KC〕处理后，由中频变压器降压，再经整流输出可供焊接所需的电源，通过集成电路构成的逻辑控制电路对电压、电流信号的反应进展处理，实现整机闭环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊接工艺效果。
IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性这里介绍的逆变器〔见图〕主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。
其输出功率取决于MOS 场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。
下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。
--拓普电子1.电路图2.工作原理这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。
方波信号发生器〔见图3〕这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。
电路中R1是补偿电阻，用于改善图3由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。
电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。
其振荡频率为f=1/2.2RC 。
图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz 。
由于元件的误差，实际值会略有差异。
其它多余的反相器，输入端接地防止影响其它电路。
场效应管驱动电路。
由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V ，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V 。
如图4所示。
MOS 场效应管电源开关电路。
这是该装置的核心，在介绍该局部工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。
MOS 场效应管也被称为MOS FET ， 既Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor 〔金属氧化物半导体场效应管〕的缩写。
IGBT的工作原理和工作特性
IGBT的工作原理和工作特性IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。
IGBT的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
IGBT的工作特性包括静态和动态两类：1．静态特性IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs 越高，Id越大。
它与GTR的输出特性相似．也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3部分。
在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。
如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。
IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。
它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。
在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。
最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。
IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。
IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。
尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET 的电流成为IGBT总电流的主要部分。
此时，通态电压Uds(on)可用下式表示:Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh （2－14）式中Uj1——JI结的正向电压，其值为0.7～IV；Udr——扩展电阻Rdr上的压降；Roh——沟道电阻。
IGBT工作原理
IGBT工作原理IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种常用的功率半导体器件，它结合了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）的优点，具有高速开关特性和低导通压降，被广泛应用于电力电子领域。
1. IGBT结构IGBT由四个不同的区域组成：N+型注入区、P型基区、N型漂移区和P+型集电区。
这四个区域通过不同的掺杂和扩散工艺形成，其中N+区和P+区是为了提供电子和空穴注入的区域，P区和N区是为了形成PN结。
2. IGBT工作原理当IGBT的控制极（Gate）施加正向电压时，Gate和Emitter之间的PN结会被击穿，形成通道，电子开始注入N+区，空穴注入P+区。
此时，IGBT处于导通状态，可以通过电流。
当控制极施加零电压或负向电压时，Gate和Emitter之间的PN结处于正向偏置状态，通道被截断，IGBT处于关断状态，无法通过电流。
3. IGBT的工作特点- 高电压能力：IGBT的漂移区可以承受较高的电压，适用于高压应用。
- 高开关速度：IGBT的结构使得其具有较高的开关速度，适用于高频应用。
- 低导通压降：IGBT的导通压降比BJT低，能够减少功率损耗。
- 低输入电流：IGBT的控制极输入电流较小，可以降低功耗。
4. IGBT的应用领域IGBT广泛应用于各种功率电子设备中，包括电力变换器、变频器、电机驱动器、逆变器、电力调节器等。
具体应用包括：- 工业应用：工厂自动化设备、电机驱动、电焊机等。
- 交通运输：电动汽车、高速铁路、电动船舶等。
- 可再生能源：太阳能发电、风力发电等。
- 家电产品：空调、冰箱、洗衣机等。
5. IGBT的优势和劣势- 优势：- 高电压能力和低导通压降，适用于高功率应用。
- 高开关速度，适用于高频应用。
- 控制极输入电流小，功耗低。
- 结构简单，制造工艺成熟。
- 劣势：- 由于结构特殊，IGBT的开关损耗较大。
IGBT系列焊机工作原理
IGBT系列焊机工作原理IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）系列焊机是一种电力电子元件，可以在高电压和高电流的条件下进行开关操作。
它结合了金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）和双极晶体管（Bipolar Transistor）的优点，具有高输入阻抗、低输出阻抗、低开通电流和低饱和电压的特点。
IGBT系列焊机广泛应用于工业制造、电力系统和交通运输等领域。
在运行过程中，当输入信号与控制信号匹配时，IGBT芯片的通道会打开，高电压和高电流可以通过IGBT芯片。
与此同时，当输入信号和控制信号不匹配时，IGBT芯片的通道会关闭，最小电流只能流过。
IGBT芯片的主要功能是控制电流的流动和电压的变化。
当控制信号为高电平时，IGBT芯片的通道将打开，电流可以流过。
当控制信号为低电平时，IGBT芯片的通道将关闭，电流流动被阻断。
门极驱动电路的作用是将控制信号转换为能够控制IGBT芯片的驱动信号。
它可以提供足够的电压和电流来打开和关闭IGBT芯片的通道。
同时，门极驱动电路还负责保护IGBT芯片免受过电压和过电流的损害，以确保焊机的稳定运行。
电源电路为焊机提供电源能量，使得焊机能够正常工作。
电源电路将来自电网的变压器产生的低压交流电转换为高压直流电，以满足焊接过程中的能量需求。
控制电路是焊机的核心部分，负责生成控制信号并控制整个焊机的工作过程。
它可以根据焊接材料和焊接需求的不同，调整电流和电压的大小，以实现焊接过程中的自动控制和调节。
总之，IGBT系列焊机通过IGBT芯片、门极驱动电路、电源电路和控制电路的协同工作，实现对电流和电压的精确控制和调节，确保焊机稳定、高效地运行。
它具有体积小、重量轻、能耗低、效率高、可靠性强等优点，被广泛应用于各个行业的焊接工程中。
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第十一章IGBT系列焊机工作原理
一、功率开关管的比较
常用的功率开关有晶闸管、IGBT、场效应管等。
其中，晶闸管（可控硅）的开关频率最低约1000次/秒左右，一般不适用于高频工作的开关电路。
1、效应管的特点：
场效应管的突出优点在于其极高的开关频率，其每秒钟可开关50万次以上，耐压一般在500V以上，耐温150℃（管芯），而且导通电阻，管子损耗低，是理想的开关器件，尤其适合在高频电路中作开关器件使用。
但是场效应管的工作电流较小，高的约20A低的一般在9A左右，限制了电路中的最大电流，而且由于场效应管的封装形式，使得其引脚的爬电距离（导电体到另一导电体间的表面距离）较小，在环境高压下容易被击穿，使得引脚间导电而损坏机器或危害人身安全。
2、IGBT的特点：
IGBT即双极型绝缘效应管，符号及等效电路图见图11.1，其开关频率在20KHZ~30KHZ 之间。
但它可以通过大电流（100A以上），而且由于外封装引脚间距大，爬电距离大，能抵御环境高压的影响，安全可靠。
图11.1
二、场效应管逆变焊机的特点
由于场效应管的突出优点，用场效应管作逆变器的开关器件时，可以把开关频率设计得很高，以提高转换效率和节省成本（使用高频率变压器以减小焊机的体积，使焊机向小型化，微型化方便使用。
（高频变压器与低频变压器的比较见第三章《逆变弧焊电源整机方框图》。
但无论弧焊机还是切割机，它们的工作电流都很大。
使用一个场效应管满足不了焊机对电流的需求，一般采用多只并联的形式来提高焊机电源的输出电流。
这样既增加了成本，又降低了电路的稳定性和可靠性。
三、IGBT焊机的特点
IGBT焊机指的是使用IGBT作为逆变器开关器件的弧焊机。
由于IGBT的开关频率较低，电流大，焊机使用的主变压器、滤波、储能电容、电抗器等电子器件都较场效应管焊机有很大不同，不但体积增大，各类技术参数也改变了。
四、IGBT焊机工作原理：
1、半桥逆变电路工作原理如图11.2
图11.2 图11.3
工作原理：
①tl时间：开关K1导通，K2截止，电流方向如图中①，电源给主变T供电，并给电
容C2充电。
②t2时间：开关K1、K2都截止，负截无电流通过（死区）。
③t3时间：开关K1截止，K2导通，电容C2向负载放电。
④t4时间：开关K1、K2均截止，又形成死区。
如此反复在负载上就得到了如图11.3
的电流，实现了逆变的目的。
2、IGBT焊机的工作原理
①电源供给：
和场效应管作逆变开关的焊机一样，焊机电源由市电供给，经整流、滤波后供给逆变器。
②逆变：
由于IGBT的工作电流大，可采用半桥逆变的形式，以IGBT作为开关，其开通与关闭由驱动信号控制。
③驱动信号的产生：
驱动信号仍然采用处理脉宽调制器输出信号的形式。
使得两路驱动信号的相位错开（有死区），以防止两个开关管同时导通而产生过大电流损坏开关管。
驱动信号的中点同样下沉一定幅度，以防干扰使开关管误导通。
④保护电路：
IGBT焊机也设置了过流、过压、过热保护等，有些机型也有截流，以保证焊机及人身安全，其工作原理与场效应管焊机相似。