高频焊接的基本原理

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一.高频焊接的基本原理:
    所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。
    集肤效应      是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。
    邻近效应     是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。

    这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。
二.固态高频焊机的典型拓扑结构及其工作原理
   固态高频焊机采用如图1所示的 “交－直－交” 变频拓扑结构。

图1 固态焊机的拓扑结构
1. 整流器：
① 三相晶闸管相控整流器（并联谐振型焊机）

         图2 三相晶闸管整流器及其输入输出波形（并联型焊机）
α=30°；直流侧采用大电感滤波； 直流侧对于逆变器而言相当于恒流源；网侧功率因数高低由整流器的触发角（直流电压的高低）决定。 直流电压：
              
② 三相晶闸管相控整流器（串联谐振型焊机）

               图3 三相晶闸管整流器及其输入输出波形（串联型焊机）
    直流侧采用电感和大电容滤波；直流侧对于逆变器而言相当于恒压源；网侧功率因数高低由整流器的触发角（直流电压的高低）决定。 直流电压：
            
③ 三相二极管不控整流器（串联谐振型焊机）  

    直流侧采用电感和大电容滤波；直流侧对于逆变器而言相当于恒压源；网侧功率因数高，基本不随负载大小而变化。 直流电压：
                                          
2. 谐振逆变器：① 串联谐振型逆变器，② 并联谐振型逆变器

③ 串联型和并联型谐振逆变器的对偶性





结论（ZVS）：
1）器件的开通是零电压、零电流，开通损耗为零；
2）器件的关断是零电压、非零电流，器件的关断损耗很小；
3）线路的杂散电感对逆变器的换流影响较小；
4）对MOSET的反并联二极管的反向恢复特性要求低，器件浪涌冲击电压小。