摘 要：介绍了一种用逆变方式和倍压整流方式构成的中频逆变式引弧器，并对其工作原理及参数设计进行了分析。试验表明该装置体积小、质量轻、引弧能力强，实现了无火花放电器引弧。
关键词：中频；逆变；引弧；倍压整流
分类号：TG434.1 文献标识码：B
文章编号：1001－2303(2000)01－0025－02
Study on Medium Frequency Inverter Starting Arc Unit
GAI Wei－dong et al
(11th Research Institute of China Aerospace Corporation)
Abstract：The medium frequency inverter starting arc unit that is formed of inverter and double voltage way are introduced.The work principle and the parameter design of the starting arc unit are analyzed.The volume of the unit is small and the weight is light and the starting arc is strong.The starting arc of not spark is realized.
Key words：medium frequency;inverter;starting arc;double voltage rectification▲
1 前言
目前高频引弧器广泛应用于TIG焊或等离子焊接与切割中，但由于高频引弧器存在如下缺点：(1)高频引弧器的火花放电器容易烧蚀，间隙难以调整；(2)体积大、质量重；(3)高频引弧器对快速开关管和快速整流管干扰严重，难以与弧焊逆变器良好兼容；(4)高频引弧器对人体伤害严重，容易造成大气污染。因此，为了克服上述缺点，我们用倍压整流取代升压变压器，用逆变技术取代脉冲振荡电路和火花放电器，研制了超小型中频逆变式引弧器。
2 超小型中频逆变式引弧器基本原理
图1是所研制的引弧器电路原理框图，它是由倍压整流电路输出直流高压(大约600 V)，通过逆变电路输出交变电压，经耦合变压器输出高压电(大约3000 V)，从而达到引弧目的。
图1 引弧器电路原理框图
2.1 倍压整流的工作原理
倍压整流是利用二极管的整流和导引作用，将电压分别贮存到各自的电容上，然后把它们按极性相加的原理串接起来，输出高于输入电压的高压来。图2是一个2倍压整流电路。
图2 2倍压整流电路
图中R1、R2为限流电阻，RL为负载的折算值。首先在第一半周E2经V1对C1充电至E2的峰值E2m，第二半周C1上的电压与电源电压相加经V2对C2充电至2E2m。当然开始几个周期电容上的电压并不能真正充到这样高，但经过几个周期以后，C2上的电压渐渐能稳定在2E2m左右，这就是2倍压整流的原理。
2.2 逆变电路
逆变电路的主回路采用的是半桥式串联电路，如图3(a)，直流输入电源Ud因接有较大电容滤波，可把逆变主电路看成接在恒压源上，晶闸管VT1、VT2，换流电容C3、C4。二极管V3、V4，电阻R3、R4组成过压保护，限制du/dt。T为中频变压器。为便于分析，把它简化成等效电路，如图3(b)、(c)，L为负载条件下的变压器漏感，R为负载在变压器初级的折算值，并假设VT1、VT2为理想开关，C3=C4，电路工作在自然换流状态。
设在o～t1时，VT1导通。由图3(b)可知，C4的充电电流经电源Ud-VT1-R-L-C4-Ud;同时，C3的放电电流由C3-VT1-R-L-C3。因此，在中频变压器T中流过正半波电流i1。同理，在t2～t3时，VT2导通。由图3(c)可知，C3的充电电流经电源Ud-C3-L-R-VT2-Ud;同时，C4的放电电流由C4-L-R-VT2-C4。因此，在中频变压器T中流过负半波电流i2。
依此类推，在输出端获得交变电压，如图3(d)。
图3 逆变电路
2.3 触发控制电路
本文采用它励触发控制电路，如图4。
图4 触发控制电路
它主要是通过方波发生器产生方波，再由脉冲分配电路把单列的它励信号转换成两列互差180°的方波，由微分电路把方波转换成尖脉冲，脉冲功放电路把触发脉冲提高到足以对晶闸管进行强触发。定时电路用来控制逆变管获得触发信号的时间，以保证晶闸管的安全工作。
2.4 试验值
本文经过反复试验给出如下表所示的试验值。在表中所述参数下测得晶闸管两端的电压波形如图5，测得的输出频率为f=400 Hz左右。
表 元件参数试验值
图5 电压波形
3 结论
(1)本文研制的超小型中频逆变式引弧器，用倍压整流和逆变方式取代了升压变压器和火花放电器，体积和质量大大减小，在不含耦合变压器的条件下，可安装在100×100 mm2的印刷电路板上，质量仅为0.1 kg。
(2)由于用逆变方式代替了传统的火花放电器，避免了由于火花放电器的烧蚀或间隙调整不到造成引弧困难，使引弧能力和可靠性得到提高。
(3)引弧试验表明：引弧击穿能力强、噪声低。
(4)本文研制的超小型中频逆变式引弧器，是中频起弧，减少了高频干扰和对大气臭氧层的破坏等问题。
本文研制的超小型中频逆变式引弧器，由于具有引弧能力强、可靠性高、体积小、质量轻，因此它有希望取代老式高频引弧器，成为更新换代的产品。
