高焊機功率密實現 還得看大功率IGBT

　　電源工程師們多少都能了解分立式IGBT和MOSFET廣泛應用於功率范圍在1.5kW至6kW的手動金屬電弧焊(MMA)和鎢極惰性氣體保護焊(TIG)。這些焊機主要采用電流模式PWM控制和簡單的技術，例如雙管正激(TTF)、半橋(HB)式和全橋(FB)式，通常開通采用零電流開關(ZCS)且關斷采用硬開關。對於這些配置，為了提高性能和降低系統成本，高頻率是最重要的設計趨勢之一。由於關斷損耗大大減少，英飛淩TRENCHSTOP5的IGBT技氬焊機術成為最有前景的選擇，因為完全有能力滿足焊機強大的技術要求。相對於前代IGBT，TRENCHSTOP5的IGBT提高了性能，且能夠在高開關頻率下運行。同時還適用於在適當的布局中直接替換開關頻率達100kH*********的傳統高電壓MOSFET。在較高的開關頻率下運行能夠減少磁性元件的尺寸和電容器的數量。然而，由於較高的di/dt和dv/dt可能引發關斷時高壓過沖、導通時振蕩或EMI數據降級等問題，舊款IGBT並不總能找到簡單的“即插即用”替代品。

　　一般來說關斷損耗大幅度減少可能導致轉換器初級側發生巨大的機構變化，從而簡化了機構解決方案。這甚至會導致PCB布局和柵極驅動器設計的進一步改進。因此，可以明顯減少機器的尺寸和重量。由於電源環路和單回路的布局均得到適當的改善，在這種情況下，可在每個開關中用一個IKW50N65H5 TRENCHSTOP5的IGBT替代兩個40A/600V IGBT。此外，由於開關和導通損耗降低，器件溫度也明顯下降，甚至氬焊機可以使用絕緣箔片。進行的測試用於確定將關斷時電壓過沖保持在擊穿電壓80%以內的柵極電阻RG(off)，從而將集電極-發射極電壓限制在最大值VCE=520V。電路板的雜散電感越低，為滿足限值所能選擇的RG(off) 就越低。該測試同時考慮了最大集電極-發射極電壓的振蕩。事實上，本測試在低於200ns時的可接受值是-25V或者，可通過調整無源柵極網絡在未經優化的布局中使用TRENCHSTOP5。在這種情況下，通過引入關斷大柵電氬焊機阻和CGE/RCE柵極拑位結構，可再次將VCE與VGE過沖保持在可接受值的范圍內。但是，這樣做會明顯減少使用 TRENCHSTOP5的IGBT帶來的好處。由此也突顯出適當布局的重要性。

　　在設計中若要進一步減少電源板的雜散電感，可以在絕緣襯底的表面貼裝組裝中使用TRENCHSTOP5的IGBT技術。這樣得到的是更緊湊的解決方案，即高壓側和低壓側共用一個散熱區。因此，諸如IMS或Al2O3陶瓷等特殊的IGBT絕緣需要額外的加強絕氬焊機緣。引進的這些技術變化導致整個機器的尺寸和重量實現大幅度減少。這種理念使得整體雜散電感能夠達到40nH，如果采用不同的封裝組裝組合和全橋拓撲結構設計，則還可以進一步減少20nH。雜散電感的降低可使系統在超過100kH*********的開關頻率下運行，這意味著可以使用單個散熱區提高功率密度並降低變壓器尺寸，同時保證所需的直流母線電氬焊機容器數量。開發這種示范產品是為了簡化結構並提高功率密度。有了這種硬件，就可以顯示如何減少組裝過程的工作量，這能夠顯著提高可制造性從而實現批量生產並降低系統成本。減少組件和布局優化意味著與商業解決方案相比，材料成本可減少30%左右，尺寸可減少30%而且重量可減少35%。

安全評價師理論知識：電焊機安全性評價的檢查方法

1、設置目的
電焊機作業操作者接觸電的機會比較多，而電焊作業的環氬焊機境又千差萬別，由於電焊設備設施的狀態不良所造成的各類傷亡事故時有發生，其中尤以觸電傷害事故為多，為預防事故發生特設本項目。
2、適用范圍：
凡是使用電力進行焊接的固定式、移動式設備均屬於評價范圍。
3、查證方法：
3.1焊機電源進線端，一次輸出端應有屏護罩，且屏護可靠、有效。
3.2焊機外殼PE線接線正確，氬焊機連接可靠。接線故障保護電器的選擇應符合配電系統的接地形式，以及焊接設備容量等技術參數要求，接線正確，連接可靠。
3.3焊接變壓器一、二次線圈間，繞組與外殼間的絕緣電阻值不少於1兆歐。要求每半年至少應對焊機絕緣電阻搖測一次，記錄齊全。
3.4焊機一次線必須采用三芯（四芯）銅芯橡膠電線或絕緣良好的多股軟銅線，其接線長度不允許超過3米。如確需使用較長導線氬焊機，應在焊機側3米以內增加一級電源控制，並將電源線架空敷設，焊機一次線不得在地面拖拽使用。更不得在地面跨越通道使用。
3.5焊機二次線必須連接緊固，無松動，二次線上接頭不允許氬焊機超過三個，應根據焊機容量正確選擇焊接電纜（二次線）的截面積，以避免因長期過載而造成絕緣老化。
3.6焊鉗應符合國家有關規定，能保證在任何斜度下均可夾緊焊條，絕緣良好，手柄隔熱層完整，焊鉗與異線應連接可靠。連接處應保持輕便柔氬焊機軟，使用方便，無過熱現象，導體不外露，鉗柄屏護良好，嚴禁利用廠房金屬結構、管道、軌道等作為焊接二次回路使用。
3.7焊機應放置幹燥、通風的地點，如放置室外，除焊機本身罩殼外，必須另設防雨雪的遮護措施，焊機放置地點應保持整齊、清潔，無易燃易爆物堆放。
4、計分方法：
4.1本項目應得分為10分。
4.2對電焊機的安全性評價氬焊機采取否決條款式評價檢查表，列出7個否定條款來評價電焊機是否合格。凡有任一條款不符合要求時，被評價的電焊機視為不合格。

工程技術：建築施工交流電焊機操作規程

1、使用前，應檢查並確認初、次級線接線正確，輸入電壓符合電焊機的氬焊機銘牌規定。接通電源後，嚴禁接觸初級線路的帶電部分。
2、次級抽頭聯結銅板應壓緊，接線柱應有墊圈。合閘前，應詳細檢查接線螺帽、螺栓及其他部件並確認完好齊全、無松動或損壞。氬焊機
3、多台電焊機集中使用時，應分接在三相電源網絡上，使三相負載平衡。多台焊機的接地裝置，應分別由接地極處引接，不得串聯。
移動電焊機時，應切斷電源，不得用拖氬焊機拉電纜的方法移動焊機。當焊接種突然停電時，應立即切斷電源。

建築施工相關知識：建築施工對焊機安全操作規程

　　一、工作人員應熟知對焊機焊接工藝過程：
　　1、連續閃光焊：連續閃光、頂鍛，頂鍛後在焊機上通電加熱處理；
　　2、預熱閃光焊：一次閃光、燒化預熱、二次閃光、頂鍛。
　　二、操作人員必須熟知所用機械和技術性能（如變壓器級數、最大焊接截面、焊接次數、最大頂鍛力、最大送料行程），和主要部件的位置及應用。
　　三、操作人員應會根據機械性能和焊接氬焊機物選擇焊接參數。
　　四、焊件准備：清除鋼筋端頭120毫米內的鐵鏽、油汙和灰塵。如端頭彎曲則應整直或切除。
　　五、對焊機應安裝在室內並應有可靠的接地（或接零）。多台對焊機安裝在一起時，機間距離至少要在3米以上。並分別接在不同的電源上。每台均應有各自的控制開關。開關箱至機身的導線應加保護套管。導線的截面應不小於規定的截面面積。
　　六、操作前應對焊機各部件進行檢查。
　　1、壓力杠杆等機械部分是否靈活；
　　2、各種夾具是否牢固；氬焊機
　　3、供電、供水是否正常。
　　七、操作場所附近的易燃物應清除幹淨，並備有消防設備。操作人員必須戴防護鏡和手套，站立的地面應墊木板或其它絕緣材料。
　　八、操作人員必須正確地調整和使用焊接電流，使與所焊接的鋼筋截面相適應。嚴禁焊接超過規定直徑的鋼筋。
　　九、斷路器的接觸點應經常用砂紙擦拭，電氬焊機極應定期銼光。二次電路的全部螺絲應定期擰緊，以免發生過熱現象。
　　十、冷卻水溫度不得超過40°C，排水量應符合規定要求。
　　十一、較長鋼筋對焊時應放在支架上。隨機配合搬運鋼筋的人員應注意防止火花燙傷。搬運時，應注意焊接處燙手氬焊機。
　　十二、焊完的半成品應堆碼整齊。
　　十三、閃光區內應設擋板，焊接時禁止其它人員入內。
　　十四、冬季焊接工作完畢後，應將焊機內的冷卻水放淨，以免凍壞冷卻系統。

IGBT逆變焊機與其它類焊機的區別

　　一、與可控矽整流焊機的區別

　　1、可控矽整流焊機是將50HZ的交流電整流成直流電輸出，通過改變可控矽的導通角來改變輸出大小，輸出波形不平滑，氬焊機所以焊接效果不好，引弧及其他一些控制功能差。

　　IGBT焊機是將交流電整流後，經過IGBT逆變，再經中頻變壓器降壓，經過二次整流後輸出，輸出波形好，通過脈寬調制控制IGBT逆變器的導通時間改變輸出的大小。引弧及推力電流易於控制。

　　2、可控矽整流焊機體積大，較為笨重，不便於搬運和移動，而IGBT焊機由於逆變頻率高達20-30KHZ，所以變壓器氬焊機體積小，重量輕，易於搬運。

　　3、逆變焊機比整流焊機省電約30%左右。

　　4、IGBT逆變焊機控制及氬焊機主電路較為簡單。加之北京時代焊機采用軟開關的逆變技術，所以可靠性高，故障點少，易於維修。

　　二、與SCR逆變焊機的區別

　　1、可控矽是電流型控制元件，控制較複雜，也是半控元件，一般采用調頻方式來控制;IGBT是電壓型控制元件，易於控制，一般采用脈寬調制。

　　2、逆變頻率不同：由於SCR的開關時間較長，所氬焊機以頻率不能太高，一般在3-5KHZ左右，而IGBT器件的開關頻率較高。IGBT模塊可達30KHZ左右，IGBT單管開關頻率更高，達50KHZ以上。

　　3、由於頻率提高，焊機的輸氬焊機出特性及波形更易於控制，可以得到更好輸出特性，同時變壓器的體積也比SCR焊機小，減輕了焊機重量，更易於搬運。

　　4、 逆變焊機比普通可控矽整流焊機，焊機省電30%左右。

　　5、由於IGBT焊機控制及主電路較SCR焊機簡單，我公司又采用軟開關逆變技術，所以產品可靠性高，故障點較少，易於維修。

　　6、一般的可控矽逆變焊機，采用的是半橋式逆變氬焊機技術，IGBT焊機采用的全橋逆變。

　　7、IGBT控制技術已經非常成熟，是新一代逆變器的主流器件。

我國電焊機企業謀定而動

    說到電焊機企業與經濟的關系，就不能不提到國際金融風暴的影響。自2008年三季度以來，由於國際金融風暴席卷全球，全世界的經濟短時間內全面地陷入了危機之中。我國的電焊機行業也置身其中，它的狀況又如何呢？

    經對國內41家主要電焊機、切割機和兼業制造廠、大型焊接輔機具廠的調查統計，2008年焊接設備行業41家上報數據企業共完成工業總產值661173.41萬元，同比增長15.31%，增速下降接近16個百分點。工業銷售產值完成605022.08萬元，同比增長16.49%，比上年同期增速下降7個百分點；生產銷售均較上氬焊機年同期有一定增長，利潤總額隨之增長，增幅為 16.65%，但增速較上年同期大幅度下降，約回落了70個百分點。統計表明，2008年自動半自動焊機仍是市場銷售中的主導產品，其銷售額占總銷售額的 47.17%，比上年增加13.46個百分點，而低端、技術含量較低的產品在市場中已逐漸趨於落後。統計企業共銷售各種自動半自動焊機達426560台，銷售金額達氬焊機225235.53萬元，平均價格為0.5280萬元/台，較上一年平均價格下跌0.1465萬元/台。可見，隨著市場的變化，中、高技術含量產品已越來越受電焊機用戶的青睞。但隨著價格競爭的加劇，中低檔產品價格下滑，企業只有通過努力開發高技術含量、高附加值產品來獲取更高的盈利和市場占有率。

    受國際金融風暴的影響，電焊機行業和我國總體經濟形勢一樣，在2008年呈現出先高後低的態勢，尤其在11月，出現了急劇的下滑。由於只是在第四季度才出現明顯跡象，所以從總體數據上看，2008年我國焊接設備行業整體繼上年走勢，仍然呈現增長趨勢，但增長率出現較大下滑。

    2009年尚沒有詳細的數據統計。據初步了解，電焊氬焊機機行業經濟運行增速放緩、總體平穩。弧焊通用產品的市場需求與2008年比較有20%左右的下滑；電阻焊通用產品穩步增長；專用和成套產品的需求略有減少，但技術含量較高的設備需求量則有所增加。

    危機催生更加合理的產業結構和技術創新

    過去10年，鋼鐵和其他上遊產業的發展刺激著焊接設備行業的迅速發展。在焊接設備行業高速發展的過程中，行業同仁一直呼籲要解決行業中的一些共性問題，比如：缺乏核心技術、企業發展受限；產氬焊機品結構需進一步改善；市場競爭不規范；綜合實力有待提高等。危機來了，一方面會吃掉一些弱小或長期有問題的企業，造成一些不可避免的悲劇和傷痛。同時給所有企業敲響警鍾，在災難和傷痛面前人們更能記住教訓，並深度反思。另一方面，企業增加了風險意識，采取了更多積極的策略和調整措施，使企業克服很多在平時難以暴露的缺點，加強了內部的協調和管理，最終增強了危機應對和過冬禦寒的體力。

    由於充分認識到了技術創新對企業生存與發展的重要性，許多企業都加大了對新產品、新技術的投入，並重點開發具有本企業特色和優勢的發展之路：昆山華恒積極向機器人研發進軍；唐山開元機器人系統有限公司從唐山開元自動焊接裝備有限公司分立組建；南通三九充分發揮了老企業的技術和品牌優勢，在國際市場上打出了一片天地；南通振康、成都熊穀、北京時代、山大奧太等專注於通用產品的研發；氬焊機北京中電華強、焊研威達、焊研科技、廣州松興、無錫威華、深圳駿騰發、鄭州越大等在專用和成套設備的開發上加大投入，產品不斷創新；成都華遠、上海滬工、上海通用、上海東升的規模化和精細化管理；陽通集團和華聯集團的規模宏大、發展迅速；杭州凱爾達不僅在通用產品方面實力雄厚，而且還大力發展數控切割機業務；常州雙良的江南水鄉園林式的現代化焊機生產企業管理模式等，一個個具有鮮明特點的企業，勾勒出焊接設備行業調整產品結構、研發新產品新技術，為企業更上一層樓的發展宏圖。

    2008年，電焊機行業獲得國家專利局專利證書的產品70項，正在受理中的專利26項；獲得省級以上立項、資助的企業有6家；獲得省級以上新產品獎或通過省級以上鑒定的項目有13項，比以往具有較大幅度的增加。

    在前幾年的黃金發展期，由於忙於生產擴大規模，焊接設備行業還有不少的粗放性管理企業。但是企業面臨金融危機時氬焊機，精細化管理就成為必然，高效率和低成本更是行業的必須。不少企業都在通過各種手段減少庫存，按照訂單有計劃地組織生產。根據國家長遠發展規劃和近期利益相結合的要求，適度調整品種結構，抓大放小，進一步審視自己企業的條件，用長遠戰略的眼光來規劃自己的企業。