一種新型逆變式三相電暈機的製作方法
2023-10-10 20:44:19 1
專利名稱：一種新型逆變式三相電暈機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電暈機，特別是一種新型逆變式三相電暈機電源。
背景技術：
電暈機也稱為電暈處理機、電子衝擊機、電火花機,在學術上被稱為介質阻擋放電，主要用於塑料薄膜類或塑料板材類製品的表面處理，當要對上述材料進行油墨印刷、複合、吹膜、塗布、膠接、材料改性、接枝、聚合、鍍膜、流延、粘貼加工前，為了使產品的表面具有更強粘附力，防止原材料在生產過程中出現印刷甩色、複合粘貼不牢固、塗布漏膠不均勻等現象，影響了產品質量，必須先進行電暈衝擊處理。電暈機由機械系統、伺服系統和電源 電路三大部分組成，機械系統在伺服系統的帶動下對工件進行加工，伺服系統的電源輸入端接電源電路。目前製造的三相電暈機電源的工作原理是三相交流電通過濾波電感送入三相橋式整流電路，通過可控矽調壓、電感、電解電容濾波後送入由大功率IGBT模塊組成的半橋式逆變電路，逆變成頻率約為20KHZ的交流中壓，再經升壓變壓器升壓後產生15KV、20KHZ的高頻高壓送至電極架。此種結構的電源存在以下缺點1.由於輸入側整流濾波部分採用電解電容濾波，對電網的衝擊電流較大、需要複雜的啟動電路、功率因數低，同時電解電容壽命低；2.由於逆變電路採用半橋式電路，開關管即IGBT模塊工作在硬開關狀態，存在以下缺點①功率器件在開通和關斷過程中，產生較大開關損耗，而且隨著頻率的提高而增力口，散熱相對比較困難；②由於換流迴路中存在雜散電感，如引線電感、變壓器漏感等寄生電感或實體電感，當開關器件關斷時，器件關斷的di/dt會在雜散電感上形成電壓尖峰，這導致開關器件關斷時有很高的尖峰電壓，並伴隨振蕩，容易造成開關器件的過壓而擊穿，一般電路中需要加很大的RC吸收電路由於吸收電容的使用，當開關管突然開通時，這些能量將瞬時全部耗散在開關器件內，從而增加開關器件的開通損耗，而且du/dt很大，將產生嚴重的開關噪聲，這會影響開關器件驅動電路，使電路工作不穩定，由於功率器件開關損耗比較大，這種控制方式在一定程度上制約了逆變電暈機的高頻化。
發明內容
本發明的主要目的是克服現有技術的缺點，提供一種啟動電路簡單、功率因數高、CBB電容壽命長、對電網衝擊小,且可減少開關損耗、降低散熱量、有效減少電磁幹擾、大大提高相應變換器的功率密度，可很大程度的提高整機可靠性的新型逆變式三相電暈機電源。本發明採用如下技術方案一種新型逆變式三相電暈機電源，包括有順次連接的整流電路、濾波電路、逆變電路、變壓電路及功率輸出電路，所述整流電路的信號輸入端連接於三相交流電，所述功率輸出電路的信號輸出端連接於電暈機的電極架，所述逆變電路採用全橋軟開關電路。還包括有通過驅動電路連接於逆變電路信號輸入端的控制電路，所述功率輸出電路通過反饋電路連接於控制電路的信號輸入端，所述電極架通過檢測電路連接於控制電路的信號輸入端，所述控制電路的信號輸入端還連接有功率調節電路。所述濾波電路包括有濾波電容和濾波電感，所述濾波電容採用無極性的CBB電容。所述全橋軟開關電路包括有由四個IGBT開關管模塊構成的全橋電路，該全橋電路中組成超前臂的兩IGBT開關管上均並聯有電容，組成滯後臂的兩IGBT開關管上不並聯電容。所述IGBT開關管模塊包括有一 IGBT開關管及一與該IGBT開關管反向並聯的續
流二極體。
所述變壓電路包括有一升壓變壓器，在該升壓變壓器一次迴路中串聯有諧振電容和飽和電感，在該升壓變壓器二次迴路中設有一用於為逆變器提供換流通路的換向電感支路。所述超前臂通過PWM信號控制，滯後臂不進行PWM控制。所述全橋軟開關電路的超前臂與滯後臂之間還並聯有用於吸收雜散電感的IGBT電容吸收電路。由上述對本發明的描述可知，與現有技術相比，本發明的有益效果是由於濾波電路中的濾波電容採用無極性的CBB電容，因此啟動電路簡單、功率因數高、CBB電容壽命長、對電網衝擊小。同時，由於逆變電路採用全橋軟開關電路，在超前臂上並聯電容，在升壓變壓器一次迴路中串聯諧振電容和飽和電感，在升壓變壓器二次迴路中設置一用於為逆變器提供換流通路的換向電感支路，使開關管IGBT模塊工作在軟開關狀態，由於諧振原理，開關器件中的電流或電壓按正弦或準正弦規律變化，從而實現超前臂的零電壓關斷及滯後臂的零電流關斷，可減少開關損耗、降低散熱量、有效減少電磁幹擾、大大提高相應變換器的功率密度，很大程度的提高了整機的可靠性。
圖I是本發明具體實施方式
的整體結構示意圖；圖2是本發明具體實施方式
的整體電路原理圖；圖3是本發明具體實施方式
的全橋軟開關電路的主電路圖；圖4是本發明具體實施方式
的IGBT開關管NpN2、N3、N4的驅動波形圖。圖中1.整流電路，2.濾波電路，3.逆變電路，4.變壓電路，5.功率輸出電路，6.電極架，7.驅動電路，8.控制電路，9.反饋電路，10.檢測電路，11.功率調節電路。
具體實施例方式以下通過具體實施方式
對本發明作進一步的描述。參照圖I和圖2，一種新型逆變式三相電暈機電源，包括有順次連接的整流電路I、濾波電路2、逆變電路3、變壓電路4及功率輸出電路5，所述整流電路I的信號輸入端連接於三相交流電，所述功率輸出電路5的信號輸出端連接於電暈機的電極架6,所述逆變電路3採用全橋軟開關電路。還包括有通過驅動電路7連接於逆變電路3信號輸入端的控制電路8，所述功率輸出電路5通過反饋電路9連接於控制電路8的信號輸入端，所述電極架6通過檢測電路10連接於控制電路8的信號輸入端，所述控制電路8的信號輸入端還連接有功率調節電路11。所述濾波電路2包括有濾波電容Cwl、Cw2和濾波電感Lw，所述濾波電容Cwl、Cw2均採用無極性的CBB電容。參照圖I和圖2，所述全橋軟開關電路包括有由四個IGBT開關管模塊構成的全橋電路，每個IGBT開關管模塊包括有一 IGBT開關管及一與該IGBT開關管反向並聯的續流二極體，即由IGBT開關管％、N2, N3、N4及對應的續流二極體Dp D2, D3、D4構成所述全橋電路。該全橋電路中NpN3組成超前臂，N2、N4組成滯後臂，超前臂NpN3上分別並聯有電容CpC3,滯後臂N2、N4上不並聯電容。所述變壓電路4包括有一升壓變壓器，在該升壓變壓器一次迴路中串聯有諧振電容Cx和飽和電感Lxi，在該升壓變壓器二次迴路中設有一用於為逆變器提供換流通路的換向電感Ls支路。所述超前臂通過PWM信號控制，滯後臂不進行PWM控制。所述全橋軟開關電路的超前臂與滯後臂之間還並聯有用於吸收雜散電感的IGBT電容吸收電路，該IGBT電容吸收電路包括有兩分別並聯於超前臂和滯後臂的吸收電容Cal和Ca2。
參照圖I和圖2，本發明的工作原理是電網三相交流電經整流電路I整流後送入濾波電路2進行濾波，轉化成高壓直流信號，經逆變電路3逆變成高頻交流信號，再經變壓電路4升壓後通過功率輸出電路5送至電極架6實現電暈功能。控制電路8根據檢測電路10對電極架轉速信號的判斷啟動驅動信號，並且根據功率調節電路11輸出的功率調節信號與反饋電路9輸出的反饋信號疊加後的信號送至驅動電路7控制電暈電流的大小。參照圖I和圖2，本發明的主電路中，由於滯後臂由變壓器漏抗形成的環流電流來換流，換流能量受負載影響較大，負載輕時不易實現軟開關，負載重時存在佔空比丟失、通 態損耗大等問題，因此本電路在變壓器一次迴路中增加了諧振電容Cx和飽和電感LX1，用來產生滯後臂零電流關斷的條件。由於諧振電容上的電壓可將逆變器的電流進行衰減，降低通態損耗，串入的飽和電感將產生固定的換流能量以及固定的佔空比，佔空比丟失不會隨負載電流的增加而增加。超前臂是負載換流，換流充分，超前臂易實現零電壓關斷，而在逆變器空載時，變壓器一次電流很小，超前臂換流失敗，超前臂中IGBT開通時其並聯的電容剩餘電壓較高，並聯電容直接向IGBT放電，會造成IGBT損壞，為此本電路在變壓器二次迴路中增加一個換向電感Ls支路，用以產生空載或輕載時的無功電流，給逆變器提供環流通路，使超前臂的電容進行換流。由於此電路中的負載電壓很低時，超前臂換流時間加長，擴展了超前臂軟開關電路的工作範圍。參照圖I、圖2、圖3和圖4，本發明中N1、N3、N2、N4均選用大功率IGBT，T為升壓變壓器，Lx2為升壓變壓器一次迴路等效漏電感，Lx3為升壓變壓器二次迴路等效漏電感，U1為輸入電壓，U0為輸出電壓。本發明的逆變電路3實現軟開關的控制方式為Νρ N3與N2、N4為互補導通，K、N3為PWM控制，N2, N4不進行PWM控制。其工作過程分為八個階段，前四個與後四個階段是對稱的。①階段IN1^N4 導通，電流通路為 U1 (+) — N1 — Lxi — Lx2 — Cx — T — N4 — U1 ㈠，假設飽和電感Lxi此階段已飽和，對電路影響可以忽略，Lx3足夠大，即電感量Lx3 ^ Lx2，可等效為恆流源且折算至一次電流為Itl，此階段工作原理等效為恆流源給Cx充電，Cx上的電壓線性上升。②階段2N1 截止，電流通路為 U1 (+) — C1 — Lxi — Lx2 — Cx — T — N4 — U1 ㈠，N1 兩端電壓上升。當N1截止時，Lx3仍作為恆流源折算至變壓器一次側，由於N1的關斷，電流通路由支路N1轉移至C1和C3支路上，電流Itl仍給C1充電同時給C3放電，C1上電壓線性變化，電壓上升率與負載電流Itl有關，負載電流大，電壓上升率高，N1關斷是應力高。由於有C1和C3,N1是零電壓關斷。③階段3當N1兩端電壓升至U1時，D3導通，電路通路為U1㈠一D3 — Lxi — Lx2 — Cx — T — N4 — U1㈠，當C1上的電壓升高至U1時，電流支路由C1移至D3,電路等效為有LX1、LX2及Cx造成的LC振蕩電路，由於Cx上電壓的阻擋作用，迴路中的電流在不斷衰減，以減少環流引起的通態損耗，當電流小到Lxi的飽和電流值時，Lxi參與工作，Lxi是飽和電感，一旦退出飽和，電感值將增加至很大，此時迴路中的電流基本上衰減為很小，為滯後臂零電流關斷創造了條件。
④階段4N4 截止，電流通路為 U1 ㈠一D3 — Lxi — Lx2 — Cx — T — D2 — U1 (+)，當 N4 截止時，N4支路中流過的是Lxi飽和電流，電流很小，N4可等效成零電流關斷，N4關斷後，D3導通進行換相。電流支路由N4轉至D2。上述為前半個周期N1和N4的工作狀況，後半個周期N2和N3的工作狀況與前半個周期N1和N4的工作狀況對稱。上述僅為本發明的一個具體實施方式
，但本發明的設計構思並不局限於此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬於侵犯本發明保護範圍的行為。
權利要求
1.一種新型逆變式三相電暈機電源，包括有順次連接的整流電路、濾波電路、逆變電路、變壓電路及功率輸出電路，所述整流電路的信號輸入端連接於三相交流電，所述功率輸出電路的信號輸出端連接於電暈機的電極架，其特徵在於所述逆變電路採用全橋軟開關電路。
2.如權利要求I所述的一種新型逆變式三相電暈機電源，其特徵在於還包括有通過驅動電路連接於逆變電路信號輸入端的控制電路，所述功率輸出電路通過反饋電路連接於控制電路的信號輸入端，所述電極架通過檢測電路連接於控制電路的信號輸入端，所述控制電路的信號輸入端還連接有功率調節電路。
3.如權利要求I所述的一種新型逆變式三相電暈機電源，其特徵在於所述濾波電路包括有濾波電容和濾波電感，所述濾波電容採用無極性的CBB電容。
4.如權利要求I所述的一種新型逆變式三相電暈機電源，其特徵在於所述全橋軟開關電路包括有由四個IGBT開關管模塊構成的全橋電路，該全橋電路中組成超前臂的兩IGBT開關管上均並聯有電容，組成滯後臂的兩IGBT開關管上不並聯電容。
5.如權利要求4所述的一種新型逆變式三相電暈機電源，其特徵在於所述IGBT開關管模塊包括有一 IGBT開關管及一與該IGBT開關管反向並聯的續流二極體。
6.如權利要求4所述的一種新型逆變式三相電暈機電源，其特徵在於所述變壓電路包括有一升壓變壓器，在該升壓變壓器一次迴路中串聯有諧振電容和飽和電感，在該升壓變壓器二次迴路中設有一用於為逆變器提供換流通路的換向電感支路。
7.如權利要求4所述的一種新型逆變式三相電暈機電源，其特徵在於所述超前臂通過PWM信號控制，滯後臂不進行PWM控制。
8.如權利要求4所述的一種新型逆變式三相電暈機電源，其特徵在於所述全橋軟開關電路的超前臂與滯後臂之間還並聯有用於吸收雜散電感的IGBT電容吸收電路。
全文摘要
一種新型逆變式三相電暈機電源，包括有順次連接的整流電路、濾波電路、逆變電路、變壓電路及功率輸出電路，所述整流電路的信號輸入端連接於三相交流電，所述功率輸出電路的信號輸出端連接於電暈機的電極架，所述逆變電路採用全橋軟開關電路，所述濾波電路包括有濾波電容和濾波電感，所述濾波電容採用無極性的CBB電容。本發明的啟動電路簡單、功率因數高、CBB電容壽命長、對電網衝擊小，同時，開關管IGBT模塊工作在軟開關狀態，開關器件中的電流或電壓按正弦或準正弦規律變化，從而實現超前臂的零電壓關斷及滯後臂的零電流關斷，可減少開關損耗、降低散熱量、有效減少電磁幹擾、大大提高相應變換器的功率密度，很大程度的提高了整機的可靠性。
文檔編號H02M1/44GK102801336SQ20121031176
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者陳金海, 饒啟銀 申請人:泉州市永裕機械科技有限公司