使逆變焊機高效節能的電源設計方案

3 開(kāi)關(guān)整流器SMR

大功率電源功率因數校正器的最好方案是開(kāi)關(guān)整流器SMR(Switch Mode Rectifier)，開(kāi)關(guān)整流器不但適合單相電源的功率因數校正，而且也適合于三相電源的功率因數校正。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只討論單相開(kāi)關(guān)整流器，單相SMR的基本電路如圖6所示。

由圖6可知，開(kāi)關(guān)整流器和Boost斬波器式的功率因數校正器的不同點(diǎn)是：將全波整流橋的一個(gè)臂用IGBT器件代替，同時(shí)電感移至交流電源線(xiàn)上，使它的工作條件由直流工作變?yōu)榻涣鞴ぷ?。另外，在L^c的前面還要加一級由k和Cr構成的高頻濾波器，組成了一個(gè)完整的開(kāi)關(guān)整流器，它的工作過(guò)程可分為四個(gè)模式，如圖7所示。

(1)模式1：相對于交流市電的正半周，IGBT2導通，以IGBT2一VD2為短路通路，向電感充電積蓄能量;

(2)模式2：當IGBT2關(guān)斷后，以IGBTl的旁路二極管和VD：為通路，電感疊加在交流電源電壓上，向濾波電容器C和負載放電，如此，IGBT2以20kHz開(kāi)關(guān)速度工作向負載輸送功率，等同于直流Boost;

(3)模式3：在交流電源的負半周。開(kāi)通，以IGBT-一VD。為短路通路，使電感反向充電，積蓄能量;

(4)模式4：當IG肌l關(guān)斷后，以IGBT2的旁路二極管和VDl為通路，電感疊加在交流電壓上，向濾波電容器C和負載放電，與直流Boost相同，IGBT。和IGBT2的開(kāi)關(guān)頻率是一樣的，兩者的PWM驅動(dòng)波形也是一樣的，只是IGBTz在交流50 Hz電源的正半周連續開(kāi)關(guān)工作，IGBTl關(guān)斷;IGBTl在交流50 Hz電源的負半周連續開(kāi)關(guān)工作，IGBT：關(guān)斷。如此反復，圖8表示的開(kāi)關(guān)整流器波形就是開(kāi)關(guān)整流器的基本工作過(guò)程。

開(kāi)關(guān)整流器SMR的控制方法和調整原理與有源功率因數校正器Boost的控制原理相同，都需要電壓環(huán)路和電流環(huán)路控制。電壓反饋放大器的輸出，與電流波形信號在乘法器中相乘以后，給出電流參考值(或稱(chēng)給定信號)，在電流放大器中與電流反饋信號相比較放大后，電流放大器的輸出波形就是一個(gè)調制波(見(jiàn)圖8)，這個(gè)調制波的波形是經(jīng)過(guò)電流放大器放大并反相了的正弦整流電壓波形，其幅度由電壓負反饋回路的電壓放大器輸出決定，這個(gè)調制波信號與PWM調整器中的三角波載波比較后。產(chǎn)生PWM驅動(dòng)信號。在SMR中，驅動(dòng)信號要以50 Hz交流過(guò)零點(diǎn)分為兩路，在50 Hz的正半周內使IGBT2受驅動(dòng)，ICr]玎1截止;在負半周內使IC.B11I受驅動(dòng)，IGBT2截止。IGBTl、IGBT2的驅動(dòng)信號要經(jīng)過(guò)光耦或驅動(dòng)變壓器的隔離放大環(huán)節處理后，才能驅動(dòng)IGBT。

以上是對單相SMR的說(shuō)明，參照單相電路，可引伸過(guò)渡到三相電源的SMR。

有源功率因數校正器Boost電路只適用于單相整流電路的應用，它對于三相整流負載，得不到有效的校正效果，只能起到單純的DE/DC Boost效果。大功率三相焊機電源的功率因數校正器。首選方案應當是三相電路的開(kāi)關(guān)整流器(三相SMR)。

4 結論

有源功率因數校正是早已發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，只是在焊機電源中還很少應用。隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展以及國家相關(guān)標準的制訂和完善，它必將逐步地被人們認識和重視。有源功率因數校正器從表面上看，是一個(gè)在逆變器之外的獨立環(huán)節，增加了焊機電路的復雜性，增加了設計成本。但是，它使逆變器的直流母線(xiàn)電壓升高并穩壓，這就顯著(zhù)改善了逆變器的供電環(huán)境，提高了效率，也降低了成本。最重要的效果是，它可以使逆變焊機具有高達0.99的功率因數，對電網(wǎng)無(wú)污染，因而有助于提高供電質(zhì)量，達到高效、節能的效果，所以可以稱(chēng)有源功率因數校正器是電網(wǎng)的綠化帶。