常利建，田立欣，吕凯锋，金英博

（内蒙古工业大学电力学院，内蒙古呼和浩特 010080）

0 前言

弧焊逆变电源因其质量轻、体积小、动态响应范围广、控制性能好，以及焊接过程中便于实时控制等优点得到广泛的应用[1]。半桥电路结构简单，功率器件少，常应用于中小功率场合。本研究的弧焊逆变电源额定功率为4.2 kW，输出电流160 A，开关频率20 kHz。通过小信号建模以及设计PI控制器补偿，使弧焊逆变电源系统输出稳定，达到满意的效果。

1 半桥型弧焊逆变电源主电路的分析与动态建模[2]

半桥型弧焊逆变电源原理如图1所示。设开关器件IGBT1和IGBT2的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补。当IGBT1导通时，VDa由于承受正压而导通，经L、C3滤波后完成逆变。IGBT2导通时，同理。当VD1或VD2为通态时，变压器一次侧中贮藏的能量向直流侧反馈，反馈的能量暂时储存在直流侧电容器中，故而直流侧电容起缓冲无功的作用。

图1 半桥型弧焊逆变电源原理

1.1 工作模态1

当IGBT1导通时，一次电流由异名端流入，二次电流从异名端流出。当IGBT2导通时，一次电流由同名端流入，二次电流从同名端流出，方向一致，故可等效为同一工作模态，如图2所示。

图2 工作模态1原理

根据状态空间平均法，选电感电流、电容电压作为状态变量 x（t），ug为输入量 u（t），ig、uo为输出量y（t）。分析工作模态1，对二次侧回路列KVL方程

对电感L右侧节点列KCL方程

将式（3）和式（7）写成矩阵方程的形式：

输入量、输出量的关系为

1.2 工作模态2

工作模态2原理如图3所示。当IGBT1、IGBT2均关断时，变压器二次侧由于上下两电感异名端并联且完全耦合，可相互抵消，因此可等效为导线[3]。……