弧焊电源.pptx

第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求 工艺要求：工艺要求：1.引弧容易；引弧容易；2.保证电弧稳定燃烧；保证电弧稳定燃烧；3.保证焊接规范稳定；保证焊接规范稳定；4.可调节焊接规范可调节焊接规范电气性能的要求电气性能的要求:1.外特性；外特性；2.动特性；动特性；3.调节特性调节特性重点：外特性、动特性、调节特性。重点：外特性、动特性、调节特性。对弧焊电源对象对弧焊电源对象(负载是电弧负载是电弧)必须具备工艺适应性必须具备工艺适应性,满足满足下列要求：下列要求：21 对弧焊电源外特性的要求对弧焊电源外特性的要求电源指对焊接电弧供以电能的装置。电源指对焊接电弧供以电能的装置。外特性：在稳定状态下，电源的输出电压和输出电流的关系外特性：在稳定状态下，电源的输出电压和输出电流的关系曲线。曲线。Uy=f(Iy)称电源的伏安特性称电源的伏安特性。直流电源直流电源Uy和和Iy为平均值交流电源为有效值为平均值交流电源为有效值,一般直流电一般直流电源外特性方程式：源外特性方程式：Uy=E-Iy r r:内阻内阻 E。:电势电势 当内阻当内阻r。=0时时:是平行于衡轴的平特性，是平行于衡轴的平特性，Uy=E U不随不随I而变化而变化当内阻当内阻r。O Uy=f(1y)是一条下降的直线。是一条下降的直线。二、电源二、电源电弧电弧 系统稳定性系统稳定性1）“供电供电用电用电”系统处于平衡状态系统处于平衡状态 无干扰时，保证静态平衡；无干扰时，保证静态平衡；此时：此时：Uf=Uy，If=Iy 曲线交点曲线交点A。和。和A1此两点确定了静态稳定状态此两点确定了静态稳定状态 即：即：A。，。，A1必须有交点，必须有交点，但实际焊接过程中会破坏平衡。但实际焊接过程中会破坏平衡。2）当瞬时外界干扰破坏静）当瞬时外界干扰破坏静 态平衡应能自动达到新的平衡：态平衡应能自动达到新的平衡：系统动平衡方程式：系统动平衡方程式：如果在t=0时某种原因影响系统I弧(电弧空间游离程度改变)引起电流变化I，随后外界干扰电流变化I也变化，i偏差瞬时值，在t0时电流瞬时值应为:i=I+i 方程由(1)可写为：(2)把A。B1和A。B2近似认为是直线：则两特性曲线在A。点的效率分别为tgaf和tgay BI，、B2，点的电压为：Uy(1+i)=U+Uy=U+(dUyd1)i Uf(1+i)=U+Uf=U+(dUfd1)i代入(2)式得到：（3）令：系统稳定系数 简化变成简化变成：（4）当t=0 i=I 解为 由于L总是正的只有当Kw0时 电流偏差i才会随着t而消失。如图:i按指数曲线衰减。电源电源电弧系统稳定条件是：电弧系统稳定条件是：结论：电弧静特性静特性曲线的斜率斜率(dUd1)必须大于必须大于电源外特性外特性曲线的斜率(dUd1)。在在 A。点。点Kw0，是稳定燃烧点。，是稳定燃烧点。A1 点点KwUf (电源电弧)两者出现差值，供大于求使I则I恢复到A。平衡点。同理反之也可。A1：当I同样会出现UyU供大于求供大于求供大于求供大于求使I，直至作点移至A。点达到平衡不会回到A1点，如果I弧 到出现相反的情况，电流会I直至电弧熄灭。可见：A。是、稳定燃烧点，系统恢复稳定状态的速度 与U源 U弧的差值及回路电感有关差，回路L，V恢以上结论从直流电弧得出的，Kw条件也适用交流电源。三、对弧焊电源外特性曲线的要求三、对弧焊电源外特性曲线的要求根据稳定燃烧条件，根据稳定燃烧条件，外特性曲线形状和静特性曲线形状必须相配合，外特性曲线形状和静特性曲线形状必须相配合，静特性曲线分三段，焊接方法不同及规范不同，电弧可在不同的线段静特性曲线分三段，焊接方法不同及规范不同，电弧可在不同的线段上。要求外特性曲线形状也应不同上。要求外特性曲线形状也应不同。1)当(dUfd1)0时，小电流情况 U静下降的(dUyd1)0 U外曲线应是下降的。(陡的)2)当(dUfd1)=0，普通规范 U静曲线平的，(dUyd1)0，大电流情况 U静上升的(dUyd1)0 U外曲线应为平的或略上升的实际中，U外曲线有若干种 可供不同的焊接方法及工作条件具体分析和选用。（一）电弧焊对（一）电弧焊对U外外曲线形状的要求曲线形状的要求1、手工电弧焊、手工电弧焊 U静静是水平的，下降特性电源可以满足系统稳定的要求。是水平的，下降特性电源可以满足系统稳定的要求。什么外特性曲线更合适呢，如图：由于存在“电弧弹性”一L变化使I偏移，I越小，电弧弹性越好。Ll-L2，由于U外形状不同工作点不同，工作点由A。一A1，(I1)而A2点I偏移I2，显然I2I1 曲线3I小，电弧稳定。由此可见，L弧变化陡降的(Kw)U外 曲线偏移越小，焊接规范稳定，外特性曲线越陡，稳定性越好。垂直陡降(恒流)电源，电弧和规范稳定性最好。但Id过小；引弧困难，电弧穿透能力弱溶深浅。可用外拖提高Id。外特性过于平缓Id过大，飞溅大，电弧不稳。手弧焊应满足：1d：稳态短路电 If：焊接电流2、熔化极焊、熔化极焊(MIGCO2焊，埋弧焊焊，埋弧焊)方法不同送丝方式不同，分为两种方法不同送丝方式不同，分为两种：一种一种:：等速送丝控制系统等速送丝控制系统(电弧自身调节电弧自身调节系统系统)如图所示：如图所示：当当L1一一L2时，时，L变短变短 曲线曲线2一一I1 曲线曲线1一一1 2；I2I1 V熔，熔，V送送 I自身调节作用自身调节作用强队而使强队而使L恢复原来状态回到恢复原来状态回到A。点。点。在在Kw，0时都存在自身调节作用，但由于时都存在自身调节作用，但由于I不同不同,应尽应尽量采用平的或缓降的电源特性，量采用平的或缓降的电源特性，保证自身调节作用足够保证自身调节作用足够的强烈。的强烈。平的电源，易于引弧，利于防止焊丝回烧和粘丝，飞溅也平的电源，易于引弧，利于防止焊丝回烧和粘丝，飞溅也大大。二种：变速送丝控制系统二种：变速送丝控制系统(电弧电压反馈调节电弧电压反馈调节)利用电弧电压偏移来调节送丝速度，使电弧电利用电弧电压偏移来调节送丝速度，使电弧电压得到恢复。如图所示：压得到恢复。如图所示：L变化，如果引起的电压偏移变化，如果引起的电压偏移 越大越大(U)，V送送快，电弧电压恢复快，快，电弧电压恢复快，要求陡降的电源，又要求陡降的电源，又I小，焊接规范也比较稳定。小，焊接规范也比较稳定。3、不熔化极、不熔化极(TIG)W极Ar焊和等离子弧焊，U静是子的或略上升的，J一般影响不烙化极电弧稳定燃烧的主要参数是I，为了减少I，保证电流不变(I)宜采用陡降的外特性电源。采用恒流特性更好。4、熔化极脉冲焊、熔化极脉冲焊 (等速送丝自身调节来稳定规范)（1)，当受干扰，当受干扰L。一。一L1 维弧工作点一A1(恒压)自身调节作用强，U弧不变防止短路。脉冲工作点一B1(恒流)熔滴均匀。（2)当当L。一。一L2，A2，小，小I保证不断弧，保证不断弧，脉冲工作点左移脉冲工作点左移B2，电压不变，电压不变，I，V熔熔，不会烧穿，不会烧穿焊咀咀 可根据工艺要求，脉冲电弧和维弧工作点任意组合，可控特性、工作点不是静止的，可在焊接中进行切换，保证焊接艺要求。(三三)、对弧焊电源空载电压的要求、对弧焊电源空载电压的要求 确定确定U。的原则：。的原则：1、保证易于引弧、保证易于引弧 U。对电子发射，气体电离有利。对电子发射，气体电离有利。2、保证电弧稳定燃烧要求：、保证电弧稳定燃烧要求：U。(1.45-2.1)Uf3保证电弧功率稳定保证电弧功率稳定 2.5(U。Uf)1.754、符合经济性当、符合经济性当I一定时，一定时，P与与U。成正比，。成正比，P=U。I U。电源容量电源容量，材料消耗，材料消耗重量重量，电源效率，电源效率。5、保证安全限制、保证安全限制U。有国家标准。有国家标准 弧焊变压器弧焊变压器U。80伏伏 弧焊整流器弧焊整流器U。90伏伏 弧焊发电机弧焊发电机U。100伏伏(单头单头)多头多头U。=60伏伏U。过高时应有自动防触电装置。过高时应有自动防触电装置。22、对电源调节性的要求、对电源调节性的要求 焊接中，根据焊接材料的性质、要求。厚度、几焊接中，根据焊接材料的性质、要求。厚度、几何形状不同，选择不同的焊接规范，为满足何形状不同，选择不同的焊接规范，为满足U和和I电源应具备可以节的性能。电源应具备可以节的性能。一、电源的调节性能一、电源的调节性能 U静和静和U外交点，只有一个工作点外交点，只有一个工作点(I弧一定时弧一定时)。为了得到一定范围所需的为了得到一定范围所需的U、I,弧焊电源必须均匀弧焊电源必须均匀调节，与调节，与U静有一系列的交点，满足不同工作静有一系列的交点，满足不同工作U.I的需要。的需要。在稳态下：在稳态下：Uf=U。I Z Zf：等效阻抗：等效阻抗 可见调节规范：通过可见调节规范：通过U。或。或Z来实现来实现 a改变改变Z，U。不变，。不变，b，改变，改变U。，。，Z不变，不变，C，U。、。、Z同时改变。同时改变。不同的焊接方法采取的稳态下调节方法不同不同的焊接方法采取的稳态下调节方法不同。1手工电弧焊手工电弧焊 电流调节范围在电流调节范围在100-400之间，当之间，当 U不变也保证所要求的焊缝成型不变也保证所要求的焊缝成型焊接焊接不同的厚度时，不同的厚度时，U弧不变，只调节弧不变，只调节I.交流交流 U。=(1.8-2.25)Uf，外特性调节性能曲线陡的比较好外特性调节性能曲线陡的比较好 小小I时电子发射能力弱，需时电子发射能力弱，需U。，场发，场发射引弧。射引弧。大大I时热发射能力强，时热发射能力强，U。可增加。可增加COS，节电节能。，节电节能。2，埋弧自动焊埋弧自动焊 自动焊中，焊缝成型受焊接规范影响很大，当自动焊中，焊缝成型受焊接规范影响很大，当I，H，而，而Uf，B，为保证合适的焊缝几何尺寸，当，为保证合适的焊缝几何尺寸，当U，U。也。也以使电弧稳定。以使电弧稳定。I，U，则，则IU。；b图所示调节方式图所示调节方式1，而而Uf，B，为保证合适的焊缝几何尺寸，当，为保证合适的焊缝几何尺寸，当U，U。也。也以使电弧稳定。以使电弧稳定。3、等速送丝气体保护焊等速送丝气体保护焊(C02)U静静是上升的是上升的MIG可用于的外特性；可用于的外特性；U。不变有利于。不变有利于稳弧，对于细丝稳弧，对于细丝C02焊一般采用短路过渡过渡频率低：焊一般采用短路过渡过渡频率低：当当U。频率下降，稳定性频率下降，稳定性，但当，但当U。选择适当时，频。选择适当时，频率会增高，率会增高，可获得良好成型。可获得良好成型。二、可调参数二、可调参数（一）下降外特性电源的可调参数（一）下降外特性电源的可调参数 如图如图 1 工作电流工作电流I2 工作电压工作电压U是缓升的，是缓升的，手弧焊、埋弧焊：手弧焊、埋弧焊：当当I600A，U=44伏伏 TIG焊焊(W极极)：当当I600AU=34伏伏3 最大电流是电源调节的上限电流最大电流是电源调节的上限电流Imax4 最小电流最小电流 下下 Imin5 I的调节范围的调节范围:.（二）平特性电源可调参数1 工作与下降的相同：进行焊接时电源输出工作与下降的相同：进行焊接时电源输出If。2 工作电压工作电压Uf要求要求Uf随随而而。规定：规定：I600A Uf=443 最大最大Umax所能输出的与规定负载电压相对所能输出的与规定负载电压相对应最大电压应最大电压.4 最小最小min .与与 应最小电压应最小电压.5 工作范围：经规定负载条件下经调节获得的工作范围：经规定负载条件下经调节获得的工作电压范围。工作电压范围。（三）弧焊电源的负载持续率与额定值（三）弧焊电源的负载持续率与额定值电源电压输出功率与温度有密切关系，T过高，电源会烧损，温度取决于电流的大小，还和负荷状态，即连续通电时间有关。I.T通长，温升T间隙长，T升。一般T升。Rmf可略去。取可略去。取S=SF 可见靠改变空气气隙的大小来调电流可见靠改变空气气隙的大小来调电流XF漏磁少漏磁少,I缺点缺点:当当很小时，会引起动铁芯振动很小时，会引起动铁芯振动(电磁力电磁力)，造成电弧不稳噪声大，双间隙更为，造成电弧不稳噪声大，双间隙更为严重。严重。电抗器的作用 1）、获得陡降的外特性）、获得陡降的外特性 电抗较大，变压器内阻电源内阻，外特性。2）、调节焊接电流）、调节焊接电流 手弧焊主要调节电流不同材料和厚度要求I不同，调节电抗器来实现：U。一U U。一U Imax=-L最小；Imin：L最大 XZmin XZmaX 3）、限制短路电流）、限制短路电流Id 当U。一定时，Id取决于电抗器的大小。手弧焊：Id=1.25If、回路电感电抗值限制了电流的增长速度改善了动特性2、调节线圈绕组式调节线圈绕组式：P50 优点优点：无活动铁芯无振动问题，结构简单：XK NK2改变Nk可调XK有级调节、一般不用不方便。3、饱和电抗器、饱和电抗器：(无活动铁芯)L、S不变改变。铁磁是随饱和程度而变化的，铁芯两侧是电抗线圈，中间是直流控制绕组 改变钛芯饱和程度从而改变及Rm而调节XK。特点：特点：调节均匀，易控制实现了远距离调节。缺点；缺点；耗用材料多体积大。二、分体式弧焊变压器二、分体式弧焊变压器1，结结构；，结结构；P492、工作原理：、工作原理：N2空载空载UO UO=-U1 N1负载负载 变压器漏磁勿略，变压器漏磁勿略，U2=E2=U。UF=U0-JIXK 随随I，UK，获得下降的外特性。，获得下降的外特性。短路短路 Uf=0If=Iwd U0 Iwd=-XK XK限制短路电流限制短路电流3、规范参数的调节、规范参数的调节 细调：当细调：当XK，I,漏磁漏磁 粗调：改变粗调：改变NK还有多站式弧焊变压器还有多站式弧焊变压器三、同体式弧焊变压器三、同体式弧焊变压器(一一)结构特点结构特点:如图如图(二二)工作原理工作原理:略，与分体式相同略，与分体式相同(三三)负载时磁通分布及矢量图负载时磁通分布及矢量图 (图图320)1、顺联（非同名端相联）中间铁心两线圈产生磁通相反。、顺联（非同名端相联）中间铁心两线圈产生磁通相反。2、反联（同名端相联）、反联（同名端相联）中间铁心两线圈产生的磁通相同，不会使加大中间磁轭中间铁心两线圈产生的磁通相同，不会使加大中间磁轭但总磁通减少，不会使变压器发热但总磁通减少，不会使变压器发热 而损坏。而损坏。实际设计中必须实际设计中必须 反联。反联。3一3 动铁心式弧焊变压器 一、结构特点一、结构特点 它是一种增强漏磁式弧焊变压器，靠增强本身漏磁获得下降外特性，其结构见图。为增加漏磁需使一次绕组和二次绕组耦合得不紧密。各自分开绕在变压器铁心上的，之间相距。铁心可以移动，进出于铁心I的窗口(在图中是垂直于纸面移动)以调节漏磁，故称为动铁心式。二、工作原理二、工作原理 (一)空载 这时在一次绕组的两端施加电压U，建立了磁通，它可分成如下三部分：1=o+L1+FL1式中，0是经过变压器铁心闭合，主磁通；L1是经过空气闭合，本身耦合的漏磁通；FL1是由于设置动铁心(磁分路)而增加的漏磁通，称为一次附加漏磁通。磁通分布如图磁通分布如图323所示。变压器空载电压是。所示。变压器空载电压是。不仅与不仅与NzN1有关，还与有关，还与KM有关。动铁心位有关。动铁心位置不同，置不同，L1不变、而不变、而FL1是要随着变化的。是要随着变化的。当动铁心移出变压器铁心窗口时，磁路的磁阻增当动铁心移出变压器铁心窗口时，磁路的磁阻增大，使大，使FL1减小、减小、KM增大，于是增大，于是U.增大增大反之，则反之，则U。减小。减小。由于动铁心位置不同，由于动铁心位置不同，U。有几伏的差别。有几伏的差别。(二二)负载负载 这时除了一次绕组上施加有电压这时除了一次绕组上施加有电压U1，而磁势，而磁势IIN。能产生磁通之外，二次绕组接通负载而有。能产生磁通之外，二次绕组接通负载而有电流，电流，If，磁势，磁势IfN2也能产生磁通，它们的分布也能产生磁通，它们的分布如图如图324所示。所示。XL。+XL2是变压器漏抗；是变压器漏抗；其外特性方程式是：其外特性方程式是：靠变压器本身具有的总漏抗获得下降外特性靠变压器本身具有的总漏抗获得下降外特性.(三三)短路短路 这时这时Uf=O，If=Iwd，从外特性方程式可得：从外特性方程式可得：I=Uo/XzLXzL限制短路电流。限制短路电流。三、参数调节三、参数调节根据根据 可知，通过改变可知，通过改变XzL可调节可调节I，。具体地说，是，。具体地说，是通过移动动铁心来调节通过移动动铁心来调节XZL。与动铁心位置关，。与动铁心位置关，所以这只是调节了所以这只是调节了XIL。前已讲过：。前已讲过：所以所以 当动铁心移出时，当动铁心移出时，不变，而不变，而S减小使减小使XsL减小；矩形动铁式弧焊变压器，由于改变减小；矩形动铁式弧焊变压器，由于改变动铁心位置，电流调节范围不够宽，还要动铁心位置，电流调节范围不够宽，还要辅以改变二次绕组匝数进行粗调。辅以改变二次绕组匝数进行粗调。3一一4 动绕组式弧焊变压器动绕组式弧焊变压器一、结构特点一、结构特点 动绕组式弧焊变压器结构见图动绕组式弧焊变压器结构见图332。属于增强漏磁。属于增强漏磁式弧焊变压器。式弧焊变压器。二、工作原理二、工作原理它与动铁心式同属增强漏磁式，共同特点是变压器一、它与动铁心式同属增强漏磁式，共同特点是变压器一、二绕组间磁耦合不紧密。二绕组间磁耦合不紧密。(一一)空载空载 这时一次绕组磁势产生了磁通西。，其大部这时一次绕组磁势产生了磁通西。，其大部分经铁心闭合同分经铁心闭合同w。、。、w：匝链为空载主磁通：匝链为空载主磁通西。；少部分经空气闭合只与西。；少部分经空气闭合只与w，本身匝链为，本身匝链为漏磁通吼，。它们分布情况见图漏磁通吼，。它们分布情况见图333。故。故 KM=o1(-)负载负载这时一、二次绕组都有磁势，共同建立了主磁通这时一、二次绕组都有磁势，共同建立了主磁通西，又各自产生漏磁西，又各自产生漏磁L1、L2：而产生漏抗：而产生漏抗XL，、，、XL2，变压器总漏抗为，变压器总漏抗为 外特性方程式为：外特性方程式为：即靠变压器内部增强了的漏抗即靠变压器内部增强了的漏抗XzL获得下降外特性。获得下降外特性。(三三)短路短路这时这时Uf=O、I=Iwd。所以。所以1wd=U。XzL，靠，靠XzL限制短路电流限制短路电流。三、参数调节三、参数调节根据 以及空气漏抗的计算公式 式中K及A是与变压器结构数据有关的常数。由式子可得知，调节参数有如下办法 1改变，：以进行均匀调节对比图3-34与图335可知 2改变Nz以进行有级调节XzL是与；成比例的，因此改变。可作粗调。即为联合使用上述二法调节规范所得的外特性。图中1、2为小电流档，这时w。、Wz各自串联；3、4为大电流档，这时w，、W。各自并联。4一一1 弧焊发电机的基本原理和分类弧焊发电机的基本原理和分类一、基本原理一、基本原理直流弧焊机直流弧焊机:由一台电动机由一台电动机(或其它原动机或其它原动机)和弧焊发电机组成的机和弧焊发电机组成的机组。组。发电机部分，基于一般发电机原理，为满足弧焊工艺要求而有其发电机部分，基于一般发电机原理，为满足弧焊工艺要求而有其特殊性。目前弧焊发电机主要用于手弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊，特殊性。目前弧焊发电机主要用于手弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊，因此需具有下降的外特性。此外，亦需具有良好的调节性能和动因此需具有下降的外特性。此外，亦需具有良好的调节性能和动特性。特性。直流弧焊发电机和一般发电机一样，都是靠电枢上的导体切割磁直流弧焊发电机和一般发电机一样，都是靠电枢上的导体切割磁极和电枢之间空气隙内的磁力线而感应出电动势极和电枢之间空气隙内的磁力线而感应出电动势E为为 E=K=Cn (41)式中式中:为主磁极磁通量；为主磁极磁通量；K为常数，由电枢转速及结构确定。为常数，由电枢转速及结构确定。发电机电枢电压发电机电枢电压U。为。为 U。=EIaRa (42)式中：式中：I、R各为电枢电流和电阻。各为电枢电流和电阻。通常通常R很小可以忽略，一般发电机很小可以忽略，一般发电机与与Ia无关，所以外特性是平无关，所以外特性是平的。由式的。由式(41)、(42)可知，为获得下降外特性有以下几种办可知，为获得下降外特性有以下几种办法法1在电枢电路中串联镇定电阻在电枢电路中串联镇定电阻 如图如图41所示，所示，R 即为镇定电阻器，发电机本即为镇定电阻器，发电机本身外特性近于平的，即身外特性近于平的，即UaEU。负载电压。负载电压Uf与负载电流，与负载电流，(亦即电枢电流亦即电枢电流L)的关系是的关系是2改变磁极磁通改变磁极磁通 由式由式(41)可知，电枢电可知，电枢电动势动势E与与成正比，因而只要设法让成正比，因而只要设法让随随I的增大的增大而减小就可获得下降外特性。即令：而减小就可获得下降外特性。即令：式中：式中：p、b各为励磁、去磁磁通；各为励磁、去磁磁通；Ip”Np为励磁绕组的电流和匝数；为励磁绕组的电流和匝数；Rmp为励磁磁路的磁阻；为励磁磁路的磁阻；Nb为去磁绕组的匝数；为去磁绕组的匝数；Rmb为去磁磁路的磁阻。为去磁磁路的磁阻。考虑去磁作用的等效电阻。而且在弧焊发电机中考虑去磁作用的等效电阻。而且在弧焊发电机中R。很。很小，可以略去。所以小，可以略去。所以 即与负载电流成正比的去磁作用，可等效为在电枢串联即与负载电流成正比的去磁作用，可等效为在电枢串联了电阻。这样既可获得下降外特性又不增加能量损耗。了电阻。这样既可获得下降外特性又不增加能量损耗。改变改变U。(即改变即改变Ip)及及R。都可调节电流。都可调节电流 第第 五章五章 硅弧焊整流器硅弧焊整流器掌握硅弧焊整流器的组成、饱和电抗器原理及连接方法，掌握硅弧焊整流器的组成、饱和电抗器原理及连接方法，饱和电抗器原理饱和电抗器原理重点：在三相整流电路的整流理论基础上分析各重点：在三相整流电路的整流理论基础上分析各种磁放大器式弧焊整流器的结构、所获得的外特种磁放大器式弧焊整流器的结构、所获得的外特性形状和动特性。性形状和动特性。硅弧焊整流器是一种直流弧焊电源，硅弧焊整流器是一种直流弧焊电源，与直流弧焊发电机相比有以下优点：与直流弧焊发电机相比有以下优点：1)易造好修、节省材料、减轻重量、降低成本、提高效率。易造好修、节省材料、减轻重量、降低成本、提高效率。2)易于获得不同形状的外特性，以满足不同焊接工艺的要求。易于获得不同形状的外特性，以满足不同焊接工艺的要求。3)噪声小。噪声小。由于它有以上优越性，曾成为直流弧焊发电机的部分替代产品。由于它有以上优越性，曾成为直流弧焊发电机的部分替代产品。51 硅弧焊整流器的组成和分类硅弧焊整流器的组成和分类一、硅弧焊整流器的组成一、硅弧焊整流器的组成为了获得脉动小、较平稳的直流电，以及使电网为了获得脉动小、较平稳的直流电，以及使电网三相负荷均衡，通常都采用三相整流电路。其组三相负荷均衡，通常都采用三相整流电路。其组成见图成见图51。主变压器主变压器 电抗器电抗器 整流器整流器 输出电抗器输出电抗器 1主变压器主变压器 作用作用：降压，三相380V电压-空载电压。2电抗器电抗器 交流电抗器或磁放大器(磁饱和电抗器)。当主变压器为增强漏磁式或当要求得到平外特性时，则可不用电抗器。作用作用 1）控制外特性形状 2）调节焊接工艺参数的。3整流器整流器 作用作用：三相交流电整流成直流，常采用三相桥式电路。4输出电抗器输出电抗器 它是直流电感(由带空气隙的铁心和线圈构成)，作用作用：1）改善和控制动特性；2）其次是滤波。二、硅弧焊整流器的分类二、硅弧焊整流器的分类可按有无电抗器来分可按有无电抗器来分。(一一)有电抗器的硅弧焊整流器有电抗器的硅弧焊整流器 这类硅弧焊整流器所用的电抗器都是磁放大器式的。根据其结构特这类硅弧焊整流器所用的电抗器都是磁放大器式的。根据其结构特点不同又可分为：点不同又可分为：1)无反馈磁放大器无反馈磁放大器(或称为磁饱和电抗器或称为磁饱和电抗器)式硅弧焊整流器。式硅弧焊整流器。2)外反馈磁放大器式硅弧焊整流器。外反馈磁放大器式硅弧焊整流器。3)全部内反馈磁放大器全部内反馈磁放大器(自饱和电抗器自饱和电抗器)式硅弧焊整流器。式硅弧焊整流器。4)部分内反馈磁放大器部分内反馈磁放大器(内桥自饱和电抗器内桥自饱和电抗器)式硅弧焊整流器式硅弧焊整流器。(二二)无电抗器的硅弧焊整流器无电抗器的硅弧焊整流器 按主变压器的结构不同又可分为按主变压器的结构不同又可分为：1主变压器为正常漏磁的主变压器为正常漏磁的 外特性是近于水平的，外特性是近于水平的，用于用于C02、熔化极气体保护焊。、熔化极气体保护焊。按调节按调节U。的方法不同分：又分为抽头式、辅助变压器式、调压器。的方法不同分：又分为抽头式、辅助变压器式、调压器式。式。2主变压器为增强漏磁的主变压器为增强漏磁的 主变压器增强了漏磁，因而无需外加主变压器增强了漏磁，因而无需外加电抗器即可获得下降外特性并调节焊接参数。电抗器即可获得下降外特性并调节焊接参数。按增强漏磁的方法不同，可分为动线圈式、动铁心式、抽头式。按增强漏磁的方法不同，可分为动线圈式、动铁心式、抽头式。4.4普通硅弧焊整流器普通硅弧焊整流器是无交流电抗器的硅弧焊整流器普通硅弧焊整流器是无交流电抗器的硅弧焊整流器 4.4.1 动铁心式弧焊整流器动铁心式弧焊整流器 图图4-14 ZX-320电路原理图电路原理图4.4.2 动线圈式弧焊整流器动线圈式弧焊整流器 图图4-18 ZXG1-400电路原理图电路原理图4.4.3 抽头式弧焊整流器抽头式弧焊整流器 图图4-20 52无反馈磁放大器无反馈磁放大器(饱和电抗器饱和电抗器)硅弧焊整流器虽大都采用三相电路，先从单相交流电路硅弧焊整流器虽大都采用三相电路，先从单相交流电路入手进行分析，然后再讨论三相感性交流电源整流电路入手进行分析，然后再讨论三相感性交流电源整流电路的特点及其基本理论。的特点及其基本理论。磁放大器中，以无反馈式的工作原理作为基础先行讨论。磁放大器中，以无反馈式的工作原理作为基础先行讨论。一、单铁心式一、单铁心式 单铁心式磁放大器结构单铁心式磁放大器结构如图如图52所示，所示，由铁心和直流控制绕组由铁心和直流控制绕组WC和和 交流工作绕组交流工作绕组WA所组成。所组成。当忽略交流工作绕组的电阻时，当忽略交流工作绕组的电阻时，图图52所示交流电路的平衡方程式是：所示交流电路的平衡方程式是：平衡方程式是平衡方程式是：由于由于Uo是一定的，是一定的，越大即越大即UL越大，则输出至负载的越大，则输出至负载的电压电压Uf就越小。在调节空气隙式电抗器时，由于磁路有空就越小。在调节空气隙式电抗器时，由于磁路有空气隙而不致饱和。气隙而不致饱和。当当If，和和UL成正比成正比，使，使Uf随之随之而获得陡降外特性。而获得陡降外特性。若空气隙若空气隙，则磁路磁阻，则磁路磁阻，在一定的，在一定的If，下对应的，下对应的。此时此时If，使，使和和UL得少，输出的得少，输出的Ur就大，使外特性下就大，使外特性下降得较缓降得较缓。控制电源的外特性的方法：控制电源的外特性的方法：对于磁放大器，磁路中空气隙几近为零，铁磁材料构成的一定对于磁放大器，磁路中空气隙几近为零，铁磁材料构成的一定磁路，其磁阻取决于磁路，其磁阻取决于磁导率磁导率，而，而 是由磁放大器工作时铁心的是由磁放大器工作时铁心的磁状态磁状态(饱和程度饱和程度)，即工作于磁化曲线上的区段而定。设该磁，即工作于磁化曲线上的区段而定。设该磁放大器铁心的磁化曲线如图放大器铁心的磁化曲线如图425425中曲线中曲线1 1所示。所示。当磁场强度当磁场强度HH时，时，铁心将由不饱和铁心将由不饱和变得饱和变得饱和，即，即 由大变小，由大变小，磁阻则由小变大。因而只要控制铁心的磁状态，即令其工作于磁阻则由小变大。因而只要控制铁心的磁状态，即令其工作于磁化曲线的不同线段上，即可具有不同的磁阻，以致在相同的磁化曲线的不同线段上，即可具有不同的磁阻，以致在相同的I IA AN NA A作用下产生不同的作用下产生不同的，从而可以控制外特性。，从而可以控制外特性。控制铁心的磁状态方法：控制铁心的磁状态方法：是交流磁势是交流磁势I IA AN NA A和直流磁势和直流磁势I Ic cN Nc c共同磁化的。，共同磁化的。，I Ic cN Nc c确定了确定了在磁化曲线上的起始工作点在磁化曲线上的起始工作点(相当于晶体管输出特性上的静态工相当于晶体管输出特性上的静态工作点作点)，再叠加上不同波形、不同幅值的交流磁势以，再叠加上不同波形、不同幅值的交流磁势以I IA AN NA A，即确，即确定了在磁化曲线上的工作段。例如图定了在磁化曲线上的工作段。例如图5353中，中，2.控制电源输出的电流控制电源输出的电流。如图如图54所示，图中所示，图中1为磁化曲线为磁化曲线。当当IcO时，起始工作点时，起始工作点P。在原点，。在原点，对应的工作区面在非饱和对应的工作区面在非饱和区，由于磁阻小，只需不大的以区，由于磁阻小，只需不大的以(图中曲线图中曲线2所示所示)即可产生即可产生；当当Ic较大时，起始工作点为较大时，起始工作点为P。，为了产生同样的。，为了产生同样的，由于工作，由于工作区区ab靠近于饱和区，磁阻较大，就要求较大的靠近于饱和区，磁阻较大，就要求较大的Iab(图中曲线图中曲线3所示所示)。由此可知：由此可知：1)增大增大IcNc可使可使IANA增大。若使增大。若使NcNA，则可通过较小的，则可通过较小的Ic变化而引起较大的变化而引起较大的IA变化，变化，即磁放大器具有放大作用，而有利于控制。即磁放大器具有放大作用，而有利于控制。2)单铁心式磁放大器铁心中的交变磁通单铁心式磁放大器铁心中的交变磁通A，既穿过，既穿过WA也穿过也穿过WC会在会在WC中感应出交变中感应出交变电势，在控制绕组中产生交变环流，它会影响电势，在控制绕组中产生交变环流，它会影响磁放大器的正常工作、增加损耗，带来一系列磁放大器的正常工作、增加损耗，带来一系列不利后果。此外，不利后果。此外，ia的波形畸变较严重而不利的波形畸变较严重而不利于焊接于焊接(见图见图54中曲线中曲线3)，因此在结构上有，因此在结构上有必要改进。必要改进。二、双铁心式二、双铁心式为了克服单铁心式磁放大器存在的问题，实际使为了克服单铁心式磁放大器存在的问题，实际使用的是双铁心式的，其结构如图用的是双铁心式的，其结构如图55所示。图所示。图55a为两个单铁心式磁放大器，其为两个单铁心式磁放大器，其WA及及WC各各自串联。图自串联。图55b与图与图55a不同之处仅在于前不同之处仅在于前者的者的WA是并联联接。是并联联接。它们联接的原则都是使两个它们联接的原则都是使两个WC串联时，使它们串联时，使它们的交流感应电动势相互抵消。图的交流感应电动势相互抵消。图5-5所示：所示：这种联接方式使得两个铁心磁状态具有以下特点：这种联接方式使得两个铁心磁状态具有以下特点：交流电某一半周时的情况，交流电某一半周时的情况，铁心铁心1中中a与与c的方向相反，的方向相反，总磁通总磁通1ac，处于不很饱和的状态；，处于不很饱和的状态；铁心铁心2中中a与与c的方向相同，的方向相同，总磁通总磁通ac，处于较饱和的状态。，处于较饱和的状态。在交流电另一半周中，铁心在交流电另一半周中，铁心1较饱和，铁心较饱和，铁心2不很饱和。不很饱和。即同一个半周中，即同一个半周中，二铁心磁状态不同即互易其磁互易其磁状态状态。两种接法，对于每一半周来说总是由一较饱和的和另一两种接法，对于每一半周来说总是由一较饱和的和另一个不很饱和的磁放大器相串联或并联，所以总负载电流个不很饱和的磁放大器相串联或并联，所以总负载电流If的波形正负半周是对称的，避免了畸变的波形正负半周是对称的，避免了畸变。双铁心式磁放大器除有双铁心式磁放大器除有55图所示的结构图所示的结构形式之外，还可将两个铁心并在一起公用形式之外，还可将两个铁心并在一起公用一个控制绕组一个控制绕组wC，如图，如图56所示。所示。53 无反馈磁放大器式弧焊整流器的工作原理无反馈磁放大器式弧焊整流器的工作原理一、基本电路一、基本电路 图图57无反馈磁放大器式弧焊整流器的基本电路无反馈磁放大器式弧焊整流器的基本电路 二、工作原理二、工作原理(一一)外特性形状的分析外特性形状的分析 在上节中对简单无反馈磁放大器在单相交流电路中在上节中对简单无反馈磁放大器在单相交流电路中的作用做了定性分析。然而，这些基本概念和基本理的作用做了定性分析。然而，这些基本概念和基本理论是否也适用于三相整流电路呢论是否也适用于三相整流电路呢?现对这个问题作进一现对这个问题作进一步探讨。步探讨。对对UMN求平均值即得空载电压为：求平均值即得空载电压为：U。135Uzl234U2 (54)式中：式中：U2l及及U2各为主变压器二次线电压及相电压。各为主变压器二次线电压及相电压。2负载负载 图57中六个整流管的导电次序列于，设滤波电感足够大，则整流得到的负载电流 if=If，为稳定直流当接入WA时，L交流较大，使二极管导电的轮换不能瞬时完成，这就得出截然不同的结果。如图510a、b、e所示，此时VDl和VD3同时导电，这种现象称为重叠导电。ia+ibIf 其它换相点二极管轮换导电时也会同样出现重叠导电。重叠导电由 L 引起的。如图510a中实线所示。由于重叠导电期间WA上自感电动势形成的感抗压降UL的影响，使得UMNU。即UfUo。Uf与u。二者的差值UL是由图中画了影线部分的面积S所确定的，由于重叠导电期间由于重叠导电期间WA上自感电动势形成的感抗压降上自感电动势形成的感抗压降UL的的影响，使得影响，使得UMNU。即。即Uf0 起始工作点在起始工作点在P。靠近磁化曲线的饱和区，当。靠近磁化曲线的饱和区，当I达达到比到比If1。为小的。为小的If。(见图见图525)时工作段右端即达到时工作段右端即达到a点，点，这时产生了这时产生了1m。与。与Ic0的情况相比，外特性在更的情况相比，外特性在更小的电流下由陡降转为平缓，图小的电流下由陡降转为平缓，图526中的曲线中的曲线1。(3)当当IcIcNc等安匝关系不成立，不能用之以求If与Ic之间的关系。另外，这种“L”形外特性的整流器只用于等速送丝的熔化极气体保护焊，焊接电流是由送丝速度来确定的，而调节电源外特性的结果是调节了电弧电压。前已讲过，改变L可以改变外特性水平段电压的大小，从而调节Uf。不难理解Uf与Ic的关系调节特性将如图527中曲线1所示。可以看出，要使Uf能在较宽的范围内调节，就要将，Ic由一Ic1调至Ic2，即不仅需要调节Ic的大小，还要改变其方向，这将给控制带来不便。为此需设法避免改变如的方向。(电路中加入便移绕组便移绕组)二、部分内反馈磁放大器式弧焊整流器二、部分内反馈磁放大器式弧焊整流器 这里所用的磁放大器是介于无反馈和全反馈之间的磁放大器，其反馈系数是大于0而小于1的。按反馈方法不同，又有电阻内桥式、短路桥式和绕组桥式之分。下面以电阻内桥式为典型进行讨论。1基本电路基本电路 图532是它的基本电路。其与全反馈磁放大器的差别仅在于在两交流工作绕组之间联接了电阻内桥R。其余接线原则不变，也是令A与C的方向一致。各相电阻内桥磁放大器结构可参考图523，只是多3个电阻内桥。2工作原理工作原理 主要是分析这种整流器的外特性曲线形状。根据式(59)有：Uf=UoC。指的是什么呢?我们仍以VDl与VD3重叠导电时刻为例进行分析。这时ua与um之差为WA1上的感抗压降，而这压降是由于WA1，绕组中电流IA1在重叠导电期间的变化。从而引起磁通变化所感应出来的。前已证明它正比于该磁通变化幅度。因此，只要分析VD1和VD3重叠导电时IA1是怎么变化的，即可求得。图图533是当是当a相电压交变时，该相各相电压交变时，该相各支路中电流的变化情况。图支路中电流的变化情况。图533a为为VDl导电的情况，这时导电的情况，这时ia分两路：一路分两路：一路经经WA1形成形成 另一路经另一路经R 和和WA2为为In，同时同时In=I,