[實用新型]一種波形柔性化控制的高頻軟開關方波逆變電源

無效

• 申請號: 200820202069.2
• 申請日: 2008-10-20
• 公開（公告）號: CN201286068Y
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 王振民;張芩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/5387;H02H7/122
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東;梁 瑩

技術領域

本實用新型涉及一種逆變電源，特別涉及一種波形柔性化控制的高頻軟開關方波逆變電源。

背景技術

隨著經濟和社會的快速發展，節能、減排、增效和資源化利用已經成為目前社會發展中的關鍵問題。在這一背景下，高性能輕合金材料的研發、生產和應用受到各國的高度重視，鎂、鋁、鈦等合金材料憑借其優良的性能，受到了國內外的廣泛關注。以鎂合金材料在汽車工業中的應用為例，為了降低對環境的污染，減輕汽車質量是最有效的一種方法，鎂合金以其低密度和高比強度、高比剛度和可再回收利用等優點成為人們關注的焦點，在汽車工業應用的年增長率達到20％。由于輕合金材料的物理性能以及自身的冶金特點，決定了輕合金材料的焊接性能較差，很難實現可靠連接，焊接時容易產生變形、燒穿、熱裂紋和氣孔等缺陷。輕合金結構件以及輕合金與其它材料結構件之間的連接，已成為制約輕合金材料應用的技術瓶頸和急待解決的關鍵技術之一。

國內外對輕合金材料焊接的研究也越來越多，應用的焊接方法包括TIG焊、MIG、攪拌摩擦焊(FSW)、摩擦焊(FW)、激光焊(LBW)、電子束焊(EBW)和電阻點焊(RSW)等，其中TIG和MIG焊工藝因為設備投入少，生產效率也比較高而應用廣泛。目前，輕合金材料TIG和MIG焊設備基本上還是采用以鋼結構材料為主要應用對象的傳統焊機，由于輕合金材料與以鋼為主的材料在物理性能和冶金特點等方面有較大的差異，以鋼結構為主要對象的傳統焊機在電弧的剛性、能量控制、焊縫熱影響區控制以及去氧化膜等方面還很難滿足輕合金材料的焊接需求，導致輕合金材料的焊接質量和生產效率難以得到進一步提高。由于輕合金材料的密度低，熔點低，熱導率和電導率大，熱膨脹系數大，化學活潑性很強，易氧化，且氧化物的熔點很高，為實現可靠焊接，焊機需要保證剛直的電弧挺度和良好的陰極破碎作用，以確保在焊接過程中具有足夠的陰極清理作用，能夠破除氧化膜，保持足夠的電弧穩定性和穿透能力，同時要兼顧陰極清理作用和兩極發熱量的合理分配，控制好熱影響區的范圍，減少變形、燒穿和裂紋傾向，提高焊縫金屬的性能，全面改善焊接接頭的質量。這一切都需要通過對方波焊機輸出電流波形的控制來實現。因此，焊機輸出波形的柔性化控制對輕合金材料的可靠焊接至關重要。

在我國高能耗工業領域(電解鋁、電解銅、電鍍、電解錳、電泳等)，其電能消耗超過生產總成本的一半以上，是當前主要的耗能特大用戶，主要能耗集中在電源裝備電能轉換過程及工藝實施過程。就其中的電解鋁來看，電解鋁是高能耗產業之一，其耗電量約占到整個有色金屬行業(包括占鋁、銅、鉛、鋅等10類高耗能產品總和)能耗的60％，出口電解鋁被稱為“出口國家電力”。據統計，電解一噸鋁的電能消耗約為14674度/噸，如采用傳統的硅整流電源設備，效率一般為65％，電解一噸鋁的電源裝備內部耗電為5136度/噸，如采用晶閘管電源設備，效率一般為75％，電解一噸鋁的電源裝備的內部耗電為3668度/噸。可見，電源裝備電能轉換過程中電能損耗巨大。而且基本上都是采用效率低、對網電沖擊大、無功損耗大的傳統硅整流式、可控硅式電源。它們自身消耗的銅鐵鋁材也特別多，而且其控制、調節性能和輸出穩定性較差，直接影響電解、電鍍生產效率與質量的提高。從電解電鍍技術發展情況來看，采用逆變電源已經是大勢所趨，尤其是通過脈沖電流多參數的匹配與控制，通過高頻下的低頻脈沖調制，獲得斷續的方波電流輸出以及通過斷比、峰值電流密度、脈沖頻率調節等，可以得到結晶細致、均勻、光亮、純度高的鍍層，通過脈沖多參數的優化匹配，不僅可提高質量，還可提高生產效率。它是今后大力發展和普及推廣的電鍍、電解技術。研究開發具備波形柔性化輸出的方波電源成為該項新技術推廣應用的前提條件。

因此，無論是在高性能合金材料的焊接領域，還是在高質量高效率的電解電鍍技術等先進制造技術領域，目前均迫切需要具備寬工藝適應性、高效和綠色化的方波電源。而高頻逆變技術以及數字化控制技術的出現和快速發展為該種方波電源的研制提供了可能。由于波形輸出的柔性化，該電源可以應用于鎂、鋁、鈦等高性能合金材料的焊接，也可以應用于高質量的電解和電鍍工藝。