弧焊电源3.pptx

第第 六章六章 晶闸管弧焊整流器晶闸管弧焊整流器 n n掌握晶闸管弧焊整流器的组成.应用、了解平衡电抗器。n n本章主要讲述晶闸管式弧焊整流器的单元电路，并以ZX5系列为例介绍这类弧焊整流器的电路及工作原理。6-1 概 述n n随着大功率晶闸管的问世，在60年代初，出现了以晶闸管为整流元件的弧焊电源晶闸管式弧焊整流器。由于其本身具有良好的可 控性，因而，对外特性形状的控制、焊接参数的调节，都可通过改变晶闸管的导通角来实现，而无需用磁放大器。它的性能更优于磁放大器式硅弧焊整流器，不仅有用于手弧焊，还有用于TIG、MIGMAGCO2 2焊的晶闸管式弧焊整流器，成为替代弧焊发电机的主要电源一、晶闸管弧焊整流器的组成1 1、主电路组成：、主电路组成：由主变压器由主变压器T T、晶闸管整流器晶闸管整流器URUR、输出电感输出电感L L。晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路AT AT。当要求得到下降外特性时，触发脉冲的相位由给定电压当要求得到下降外特性时，触发脉冲的相位由给定电压UgiUgi和和电流反馈信号电流反馈信号UfIUfI确定；确定；当要求得到平外特性时，触发脉冲相位则由给定电压当要求得到平外特性时，触发脉冲相位则由给定电压UguUgu和和电压反馈信号电压反馈信号UfuUfu确定。确定。此外，还有操纵、保护电路此外，还有操纵、保护电路CBCB。二、晶闸管式弧焊整流器的主要特点：晶闸管式弧焊整流器的主要特点：n n1 1动特性好动特性好动特性好动特性好 与弧焊发电机和磁放大器式弧焊整流器相比，内部电感要与弧焊发电机和磁放大器式弧焊整流器相比，内部电感要小得多，具有电磁惯性小、反应速度快的特点。小得多，具有电磁惯性小、反应速度快的特点。作平特性电源时，可以满足所需的短路电流增长速度；作平特性电源时，可以满足所需的短路电流增长速度；作下降外特性电源时，不致有过大的短路电流冲击。对动作下降外特性电源时，不致有过大的短路电流冲击。对动特性控制和调节。特性控制和调节。n n2 2控制性能好控制性能好控制性能好控制性能好 由于它可以用很小的触发功率来控制整流器的输出，并具由于它可以用很小的触发功率来控制整流器的输出，并具有电磁惯性小的特点，因而易于控制。通过不同的反馈方式有电磁惯性小的特点，因而易于控制。通过不同的反馈方式可以获得所需的各种外特性形状。可以获得所需的各种外特性形状。电流、电压可在宽广的范围内均匀、精确、快速地调节。电流、电压可在宽广的范围内均匀、精确、快速地调节。并且易于实现电网电压补偿。可用作弧焊机器人的配套电源。并且易于实现电网电压补偿。可用作弧焊机器人的配套电源。n n 3 3节能节能节能节能 弧焊发电机相比，没有机械损耗，而且其空载电压可以较弧焊发电机相比，没有机械损耗，而且其空载电压可以较低，其效率、功率因数较高，输入功率较小，因而可节约电低，其效率、功率因数较高，输入功率较小，因而可节约电能。能。n n 4 4省料省料省料省料 与弧焊发电机相比，无原动机。与磁放大器式硅弧焊整流与弧焊发电机相比，无原动机。与磁放大器式硅弧焊整流器相比，它没有磁放大器。因而可以节省材料，减轻重量。器相比，它没有磁放大器。因而可以节省材料，减轻重量。n n 5 5噪声小噪声小噪声小噪声小 弧焊发电机相比因其无旋转运动的部分，噪声明显减小。弧焊发电机相比因其无旋转运动的部分，噪声明显减小。n n 6 6电路较复杂电路较复杂电路较复杂电路较复杂 除主电路之外，还有触发电路，使用的电子元器件较多。除主电路之外，还有触发电路，使用的电子元器件较多。因而，元器件的质量、组装的水平等对电源使用的可靠性有因而，元器件的质量、组装的水平等对电源使用的可靠性有很大影响；同时，这种电源对调试和维修的技术水平要求也很大影响；同时，这种电源对调试和维修的技术水平要求也较高。较高。三、整流波形脉动问题三、整流波形脉动问题n n晶闸管弧焊整流器是通过改变晶闸管的导通角来调节电弧电压晶闸管弧焊整流器是通过改变晶闸管的导通角来调节电弧电压和电弧电流的，因而电流电压波形的脉动比硅弧焊整流器的大。和电弧电流的，因而电流电压波形的脉动比硅弧焊整流器的大。解决方法如下：解决方法如下：n n1 1、并联高压引弧电源、并联高压引弧电源、并联高压引弧电源、并联高压引弧电源 由变压器由变压器T T，三相半控整流器，三相半控整流器UR2UR2组成的组成的基本电源基本电源基本电源基本电源，由变压器由变压器T T：硅整流器：硅整流器URUR：组成的：组成的引弧电源引弧电源引弧电源引弧电源并联而成。并联而成。n n 前者在焊接时提供电弧功率，前者在焊接时提供电弧功率，空载电压低而电流大；空载电压低而电流大；n n 后者提供引弧所需能量，后者提供引弧所需能量，空载电压高而电流小，空载电压高而电流小，电路中电路中 串了电阻只以串了电阻只以 得到陡降外特性。得到陡降外特性。2 2在每个晶闸管上并联维弧电路在每个晶闸管上并联维弧电路 维弧电路由硅二极管和限流电阻组成，维弧电路由硅二极管和限流电阻组成，在晶闸管不导通期间，维弧电路仍有足在晶闸管不导通期间，维弧电路仍有足以维持电弧的电流流过，而不致影响以维持电弧的电流流过，而不致影响电弧的稳定燃烧。电弧的稳定燃烧。3 3在整流器的输出电路中串联输出电抗器在整流器的输出电路中串联输出电抗器 见图中的见图中的L L。经其。经其滤波后给负载提供的电压、电流波形可以是连续的，高次谐滤波后给负载提供的电压、电流波形可以是连续的，高次谐波成分受到了抑制。波成分受到了抑制。4 4选择适当的整流电路选择适当的整流电路 不同整流电路其输出波形的脉动程度不同整流电路其输出波形的脉动程度各异，选择适宜的电路可避免波形不连续及减小脉动。各异，选择适宜的电路可避免波形不连续及减小脉动。上述三相半波可控整流电路的整流波形，每周期只有三个波峰上述三相半波可控整流电路的整流波形，每周期只有三个波峰而脉动大。且在电阻性负载的情况下，当控制角。大于而脉动大。且在电阻性负载的情况下，当控制角。大于3030 时时整流波形即不连续。因此通常不宜采用。整流波形即不连续。因此通常不宜采用。6-2 主电路n n弧焊整流器必须提供低电压、大电流，具有一定弧焊整流器必须提供低电压、大电流，具有一定形状的外特性，输出的电流或电压值要有较宽的形状的外特性，输出的电流或电压值要有较宽的调节范围，波形应连续，且脉动要小。调节范围，波形应连续，且脉动要小。n n其主电路有：四种其主电路有：四种 三相桥式半控、三相桥式半控、三相桥式全控、三相桥式全控、六相可控半波六相可控半波 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，主要介绍：主要介绍：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路一、带平衡电抗器双反星形可控整流电路n n其基本电路见图其基本电路见图6 62323，可接成图，可接成图a a、b b形式，其工形式，其工作原理及组成是一样的。它需用六个晶闸管。主作原理及组成是一样的。它需用六个晶闸管。主变压器是三相的，其结构与六相半波整流电路中变压器是三相的，其结构与六相半波整流电路中的变压器相同，二次有两组绕组，各以相反极性的变压器相同，二次有两组绕组，各以相反极性联成星形，故称联成星形，故称“双反星形双反星形”。实际上，它只不。实际上，它只不过是通过平衡电抗器过是通过平衡电抗器LBLB，并联起来的两组三相半，并联起来的两组三相半波可控整流电路。构成的波可控整流电路。构成的VT1 3 5VT1 3 5三相半波整流电三相半波整流电路称为正极性组，路称为正极性组，VT2 4 6VT2 4 6构成者称为反极性组。构成者称为反极性组。平衡电抗器是带有中心抽头的电感，抽头平衡电抗器是带有中心抽头的电感，抽头OO两侧两侧的线圈匝数相等。的线圈匝数相等。n n接入接入LBLB有什么作用，分两种情况进行讨论：有什么作用，分两种情况进行讨论：n n1 1将将LBLB短接以图短接以图5 516a16a为例，为例，LBLB短接后就变成了图短接后就变成了图5 516b16b所所示的六相半波整流电路。该电路的晶闸管在每周中是依次轮流示的六相半波整流电路。该电路的晶闸管在每周中是依次轮流导电导电6060。有利用率不高的缺点。有利用率不高的缺点。n n在这种电路中为什么不能由两晶闸管同时导电呢在这种电路中为什么不能由两晶闸管同时导电呢?让我们看图让我们看图5 519a19a和图和图5 519a19a。先讨论在自然换相点触发晶闸管，即先讨论在自然换相点触发晶闸管，即a=O0a=O0的情况。例如在的情况。例如在Wt1+Wt1+时刻，时刻，uaua阿阿电压最高、阿阿电压最高、VT1VT1导电，导电，P P点的电压点的电压upuaupua。u-bu-b电压为次高，但电压为次高，但MM点与点与NN点同电位，点同电位，VT6VT6的阳极电位为的阳极电位为u-b u-b。因。因u-buau-bua，故，故VT6VT6承受反向阳极电压，势承受反向阳极电压，势不能导通。不能导通。n n2接入LB如图519b所示，在时刻wt1。ua最高，VT1导通，电流通过LB的OM流至负载，在OM上产生的感应电动势极性是右正左负。由于O点是LB的中心抽头，故NO段上感应电动势与OM段上的相等且极性一致。如此，uom与ua。极性相反，使VT1的阳极电位降低了uom，而uon与u-b。极性相同，将VT6的阳极电位提高了uon，从而使VT6能与VT1同时导通，这时有：n n从而，从而，LBLB将将uaua。与。与u-bu-b。之差以相反的极性平均分。之差以相反的极性平均分摊到两支路中，使摊到两支路中，使VT1VT1与与VT6VT6的阳极电位相等而能的阳极电位相等而能同时导通，以起平衡作用。同时导通，以起平衡作用。n n 当当uaua过了其峰值之后至过了其峰值之后至 wt2wt2之前，反极性组中之前，反极性组中u-cu-c。高于。高于u-b u-b，于是，于是VT2VT2导通而导通而VT6VT6关断，则该阶段关断，则该阶段由由VT1VT1与与VT2VT2同时导通。过了同时导通。过了wt2 wt2 是是u-cu-c，电压最高，电压最高，VT2VT2继续导通且该支路电流较大，于是继续导通且该支路电流较大，于是LBLB的感应的感应电动势极性如图电动势极性如图5 52020所示，借它提高了所示，借它提高了MM点和点和VT1VT1阳极的电位，而降低了阳极的电位，而降低了NN点和点和VT2VT2阳极的电位，阳极的电位，使二者阳极电位趋于相等。因而使二者阳极电位趋于相等。因而VT1VT1亦能继续导亦能继续导通。直到过了通。直到过了u-cu-c。的峰值之后，则正极性组中是。的峰值之后，则正极性组中是ubub电压最高，电压最高，VT3VT3导通导通VT1VT1关断关断,由由VT3VT3和和VT2VT2同时同时导通。六个晶闸管的导电顺序可依此类推导通。六个晶闸管的导电顺序可依此类推 n n即负载电压瞬时值等于与导通管相应的两相电压瞬时值的平均值。因此根即负载电压瞬时值等于与导通管相应的两相电压瞬时值的平均值。因此根即负载电压瞬时值等于与导通管相应的两相电压瞬时值的平均值。因此根即负载电压瞬时值等于与导通管相应的两相电压瞬时值的平均值。因此根据相电压波形可求出据相电压波形可求出据相电压波形可求出据相电压波形可求出UfzUfz的波形的波形的波形的波形(即即即即uopuop波形波形波形波形)，如图，如图，如图，如图5 523c23c中实线所示，每中实线所示，每中实线所示，每中实线所示，每周有六个波峰。该电路相当于两组三相半波可控整流电路的并联，所以整周有六个波峰。该电路相当于两组三相半波可控整流电路的并联，所以整周有六个波峰。该电路相当于两组三相半波可控整流电路的并联，所以整周有六个波峰。该电路相当于两组三相半波可控整流电路的并联，所以整流电压平均值与三相半波可控整流电路的相等，当负载为电感和电阻时有流电压平均值与三相半波可控整流电路的相等，当负载为电感和电阻时有流电压平均值与三相半波可控整流电路的相等，当负载为电感和电阻时有流电压平均值与三相半波可控整流电路的相等，当负载为电感和电阻时有:n n U=1.17 U2 cosa U=1.17 U2 cosa n n3 3、平衡电抗器是维持两组三相半波电路互不干扰各自正常工作所必须的、平衡电抗器是维持两组三相半波电路互不干扰各自正常工作所必须的、平衡电抗器是维持两组三相半波电路互不干扰各自正常工作所必须的、平衡电抗器是维持两组三相半波电路互不干扰各自正常工作所必须的。若若LBLB的感抗为零的感抗为零(即相当于用导线直接联起来即相当于用导线直接联起来)，则电路变成六相半波整流，则电路变成六相半波整流电路。电路。n n由上述分析可以看出：由上述分析可以看出：由上述分析可以看出：由上述分析可以看出：n n1 1、带平衡电抗器双反星形整流电路，相当于正极性和反极性两组三相半波、带平衡电抗器双反星形整流电路，相当于正极性和反极性两组三相半波、带平衡电抗器双反星形整流电路，相当于正极性和反极性两组三相半波、带平衡电抗器双反星形整流电路，相当于正极性和反极性两组三相半波整流电路的并联。各组输出电压波形如图整流电路的并联。各组输出电压波形如图整流电路的并联。各组输出电压波形如图整流电路的并联。各组输出电压波形如图 5 521a21a、b b中实线所示，是各相电中实线所示，是各相电中实线所示，是各相电中实线所示，是各相电压的包络线。压的包络线。压的包络线。压的包络线。n n每个整流元件最大导通角为每个整流元件最大导通角为每个整流元件最大导通角为每个整流元件最大导通角为120120，负载电流，负载电流，负载电流，负载电流IfzIfz同时由两个整流元件和两个变同时由两个整流元件和两个变同时由两个整流元件和两个变同时由两个整流元件和两个变压器绕组供给，提高了利用率压器绕组供给，提高了利用率压器绕组供给，提高了利用率压器绕组供给，提高了利用率。每个整流元件只负担。每个整流元件只负担。每个整流元件只负担。每个整流元件只负担1 16 6的的的的IfzIfz，适用于输适用于输适用于输适用于输出大电流的场合。出大电流的场合。出大电流的场合。出大电流的场合。n n2 2、任何瞬时，正、反极性组均有一支电路导通工作，故可将该主电路简化、任何瞬时，正、反极性组均有一支电路导通工作，故可将该主电路简化、任何瞬时，正、反极性组均有一支电路导通工作，故可将该主电路简化、任何瞬时，正、反极性组均有一支电路导通工作，故可将该主电路简化成图成图成图成图5 52323所示。图中所示。图中所示。图中所示。图中UAUA、UB UB，各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的，各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的，各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的，各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的变压器相电压瞬时值，晶闸管的正向压降略去不计，变压器相电压瞬时值，晶闸管的正向压降略去不计，变压器相电压瞬时值，晶闸管的正向压降略去不计，变压器相电压瞬时值，晶闸管的正向压降略去不计，n n以上分析可知，带平衡电抗器双反星形整流器在电路中有足够以上分析可知，带平衡电抗器双反星形整流器在电路中有足够电感电感(例如接有输出电抗器例如接有输出电抗器L L而不接续流管时而不接续流管时)有以下特点有以下特点有以下特点有以下特点：1)1)它相当于两组三相半波整流电路并联它相当于两组三相半波整流电路并联它相当于两组三相半波整流电路并联它相当于两组三相半波整流电路并联。利用率较高利用率较高利用率较高利用率较高 它的各相电流流通时间可延长至它的各相电流流通时间可延长至120120，而六相半波整流电路每，而六相半波整流电路每相电流流通时间只达相电流流通时间只达6060，显然前者的整流变压器和，显然前者的整流变压器和整流元件整流元件整流元件整流元件的的的的利用率较高利用率较高利用率较高利用率较高。带平衡电抗器的双反星形整流电路很适合于象。带平衡电抗器的双反星形整流电路很适合于象弧焊电源这样要求大电流低电压的场合。弧焊电源这样要求大电流低电压的场合。2)2)有六个晶闸管，有六个晶闸管，有六个晶闸管，有六个晶闸管，触发电路比三相桥式半控整流电路的要复杂，但比三相桥式全触发电路比三相桥式半控整流电路的要复杂，但比三相桥式全触发电路比三相桥式半控整流电路的要复杂，但比三相桥式全触发电路比三相桥式半控整流电路的要复杂，但比三相桥式全控整流电路的简单。控整流电路的简单。控整流电路的简单。控整流电路的简单。3)3)整流电压波形整流电压波形整流电压波形整流电压波形为每个周波六个波峰，其为每个周波六个波峰，其脉动程度比三相桥式半脉动程度比三相桥式半脉动程度比三相桥式半脉动程度比三相桥式半控电路的小控电路的小控电路的小控电路的小，最低谐波为六次，要求输出电感的电感量及体积都较小。最低谐波为六次，要求输出电感的电感量及体积都较小。4)4)需用平衡电抗器，且为保证电路能正常工作，其铁心不宜饱和需用平衡电抗器，且为保证电路能正常工作，其铁心不宜饱和需用平衡电抗器，且为保证电路能正常工作，其铁心不宜饱和需用平衡电抗器，且为保证电路能正常工作，其铁心不宜饱和。为此，应避免该铁心被直流成分所磁化，从而要求其抽头两边为此，应避免该铁心被直流成分所磁化，从而要求其抽头两边线圈的直流安匝相互抵消，即两组整流电路的参数线圈的直流安匝相互抵消，即两组整流电路的参数(主要是变主要是变压器的匝数和漏感压器的匝数和漏感)应对称，这就对变压器等的制造和元件的应对称，这就对变压器等的制造和元件的挑选增添了麻烦。挑选增添了麻烦。6-3 触发电路n n触发电路触发电路触发电路触发电路:产生脉冲信号施于晶闸管的控制极与阴极间，以控产生脉冲信号施于晶闸管的控制极与阴极间，以控制晶闸管的导通时刻。制晶闸管的导通时刻。n n 一、对触发电路的要求及触发电路的组成一、对触发电路的要求及触发电路的组成一、对触发电路的要求及触发电路的组成一、对触发电路的要求及触发电路的组成n n1 1生成足够功率的触发脉冲生成足够功率的触发脉冲生成足够功率的触发脉冲生成足够功率的触发脉冲 为保证晶闸管能可靠地触发，需有一定电压、电流和宽度的为保证晶闸管能可靠地触发，需有一定电压、电流和宽度的触发脉冲，它由其生成电路产生，有时还要经功率放大后输触发脉冲，它由其生成电路产生，有时还要经功率放大后输出。出。n n2 2 触发脉冲与晶闸管的阳极电压必需同步触发脉冲与晶闸管的阳极电压必需同步触发脉冲与晶闸管的阳极电压必需同步触发脉冲与晶闸管的阳极电压必需同步 为使晶闸管整流器能输出稳定的电压或电流给负载，并保持为使晶闸管整流器能输出稳定的电压或电流给负载，并保持各相的平衡供电，要求各相的晶闸管在各周期中有相同的控各相的平衡供电，要求各相的晶闸管在各周期中有相同的控制角制角a a。也就是说，各晶闸管的触发脉冲应与其阳极电压同频。也就是说，各晶闸管的触发脉冲应与其阳极电压同频率且有一定的相位关系，即在自然换相点之后的。作用于脉率且有一定的相位关系，即在自然换相点之后的。作用于脉冲生成电路以保证各晶闸管的控制角相同。这种产生和分配冲生成电路以保证各晶闸管的控制角相同。这种产生和分配同步信号的电路称为同步电路。同步信号的电路称为同步电路。n n3 3 触发脉冲应能移相并达到要求的移相范围触发脉冲应能移相并达到要求的移相范围触发脉冲应能移相并达到要求的移相范围触发脉冲应能移相并达到要求的移相范围 为了调节焊接参数和控制电源的外特性形状，需改变晶闸管为了调节焊接参数和控制电源的外特性形状，需改变晶闸管的控制角，这要靠触发脉冲移相来实现。的控制角，这要靠触发脉冲移相来实现。6-4外特性的控制电路n n晶闸管式弧焊整流器的不同外特性形状，是通过晶闸管式弧焊整流器的不同外特性形状，是通过以不同方式以不同方式控制晶闸管的导通角控制晶闸管的导通角实现的。实现的。n n而导通角的大小又是由触发电路的输入电压仉值而导通角的大小又是由触发电路的输入电压仉值确定的。所以只要以确定的。所以只要以不同方式确定不同方式确定utut，则可获得，则可获得不同形状的外特性。不同形状的外特性。晶闸管是种半导体元件，具晶闸管是种半导体元件，具有反应灵敏、易于控制的优点，因此常可利用电有反应灵敏、易于控制的优点，因此常可利用电流、电压反馈进行闭环控制。流、电压反馈进行闭环控制。第五节第五节ZX5系列晶闸管式弧焊整流器系列晶闸管式弧焊整流器n n 一、概述一、概述 ZX5ZX5系列晶闸管式弧焊整流器包括系列晶闸管式弧焊整流器包括ZX5ZX5800800、630630、500500、400400、250250多种规格，其工作原多种规格，其工作原 理基本相同，但不同厂家的产品在控制电路上却理基本相同，但不同厂家的产品在控制电路上却存在差别，现举一例，其电气原理图示于图存在差别，现举一例，其电气原理图示于图 6-716-71，主要组成见框图，主要组成见框图6 67272。这种电源采用了电。这种电源采用了电流负反馈具有下降外特性，动态性能良好，适用流负反馈具有下降外特性，动态性能良好，适用于手弧焊。电路中有电网电压补偿环节，为改善于手弧焊。电路中有电网电压补偿环节，为改善引弧性能，设置了引弧性能，设置了“引弧电路引弧电路”和和“推力电路推力电路”另外，还备有远控盒，以便在另外，还备有远控盒，以便在10m10m距离内调节电距离内调节电流。流。n n 二、主电路二、主电路二、主电路二、主电路 见图见图6 67171的右上部分。的右上部分。n nT1T1是主变压器：是主变压器：是主变压器：是主变压器：n n整流电路整流电路整流电路整流电路 ：是带平衡电抗器的双反星形形式。：是带平衡电抗器的双反星形形式。n n直流输出电路中接有电感直流输出电路中接有电感直流输出电路中接有电感直流输出电路中接有电感LzLz：它具有足够的电感量，不仅可使焊接电流波形的脉动减小，它具有足够的电感量，不仅可使焊接电流波形的脉动减小，且使整流装置具有且使整流装置具有R RL L负载。因而，当相电压变为负值时，负载。因而，当相电压变为负值时，晶闸管并不立即关断。这样，焊机从空载到短路所要求的触晶闸管并不立即关断。这样，焊机从空载到短路所要求的触发脉冲移相范围可减小至发脉冲移相范围可减小至0 0。9090。，使触发电路得以简化。，使触发电路得以简化(用两套触发电路用两套触发电路)。另外，该电感对于抑制电流冲击、改善动特性也有良好作用。另外，该电感对于抑制电流冲击、改善动特性也有良好作用。RSRS为分流器，除了用于电流测量之外，又用作电流负反馈的为分流器，除了用于电流测量之外，又用作电流负反馈的电流信号采样。电流信号采样。这种采样方式比较简单，无需增添专用元这种采样方式比较简单，无需增添专用元件件(例如互感器例如互感器)。但所取得的信号是毫伏级的，需经放大后才。但所取得的信号是毫伏级的，需经放大后才能用于控制。能用于控制。n n三、触发电路n n 触发脉冲的生成电路见图671的右下角。控制电压U。来自运算放大器N，经电阻R，。从点145输入晶体管V3,t的基极。左右两套触发电路各生成触发脉冲由口一6、cd输出，分别触发脉冲分配电路中的晶闸管VT，和VT。同步电路可见图671中部，每到同步点由v分别令Cm、Cs放电清零。它们的工作原理分析 n n工作原理分析 单结晶体管触发电路，n nZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路n n 如图623b所示，是接成共阳极的带平衡电抗器双反星形形式。因而可以用两套触发电路分别触发正极性组和反极性组的晶闸管。该触发电路如图635所示。n n 1 1脉冲产生和移相电路脉冲产生和移相电路 见图见图6 63535的右面部分，它的右面部分，它分成左右对称的两套，控制电压仉经分成左右对称的两套，控制电压仉经R15R15从点从点145145输入。输入。当有负的仉输入时，晶体管当有负的仉输入时，晶体管V V。、。、V V。通电，。通电，C C。、。、C C。充电。于是由。充电。于是由C C。和单结晶体管。和单结晶体管VUVU，、，、C C。和。和VUVU。组成的驰张振荡器产生振荡，。组成的驰张振荡器产生振荡，C C。和。和C C。不断充放。不断充放电，脉冲变压器电，脉冲变压器T T。、。、T T。有脉冲分别输出给两套脉。有脉冲分别输出给两套脉冲分配电路中的晶闸管冲分配电路中的晶闸管(见图见图6 63434中的中的VT)VT)。矾愈负，。矾愈负，则则c c。、。、CsCs充电愈快，产生第一个脉冲就愈早，充电愈快，产生第一个脉冲就愈早，n n主电路中相应晶闸管的控制角就愈小；反之，控制角主电路中相应晶闸管的控制角就愈小；反之，控制角就愈大只要改变就愈大只要改变utut值即可实现脉冲移相。单结晶体管值即可实现脉冲移相。单结晶体管和晶体管的参数都存在分散性。为避免两组晶闸管导和晶体管的参数都存在分散性。为避免两组晶闸管导通角不同造成三相不平衡，需精细调整触发电路参数。通角不同造成三相不平衡，需精细调整触发电路参数。图中电位器图中电位器RP4RP4和和RPRP。，是分别用以弥补。，是分别用以弥补VUVU，和，和VUVU。之间参数的不一致，并用。之间参数的不一致，并用RPRP。弥补。弥补V V。和。和V V。参数。参数的差异，这些电位器使两套电路输出的脉冲对称。的差异，这些电位器使两套电路输出的脉冲对称。第七章第七章 脉冲弧焊电源脉冲弧焊电源 n n了解脉冲电源的组成、特点、应用了解脉冲电源的组成、特点、应用;掌握掌握晶闸管关断的基本原理晶闸管关断的基本原理n n本章从焊接工艺要求出发，论述脉冲弧焊本章从焊接工艺要求出发，论述脉冲弧焊电源的特点、分类、原理和应用。电源的特点、分类、原理和应用。7-1 脉冲弧焊电源的概述n n一、脉冲弧焊电源的特点及应用范围一、脉冲弧焊电源的特点及应用范围n n(一一)特点特点:n n 1.提供的焊接电流是周期性.脉冲式的.基本电流(维弧电流)和脉冲电流n n2.可调节规范参数较多，例如：脉冲频率、幅值、宽度、电流上升速度和下降速度等，还可以变换脉冲电流波形，以便最佳地适应焊接工艺的要求。n n(二二二二)应用范围应用范围应用范围应用范围1)1)熔化极和不熔化极的气体保护焊接。熔化极和不熔化极的气体保护焊接。(熔化极、不熔化极、不熔化极的氩弧焊、混合气体保护焊，等离子弧焊和熔化极的氩弧焊、混合气体保护焊，等离子弧焊和微束等离子弧焊微束等离子弧焊.也可用于手弧焊。也可用于手弧焊。)2)2)窄间隙脉冲气体保护焊方法，对几十至窄间隙脉冲气体保护焊方法，对几十至150mm150mm以上以上的厚板焊接，可以通过微束等离子弧焊工艺，实现的厚板焊接，可以通过微束等离子弧焊工艺，实现对超薄金属板对超薄金属板(厚度仅为几十微米厚度仅为几十微米)的焊接。的焊接。3)3)适用于各种金属材料的焊接，适用于各种金属材料的焊接，(高合金钢、铝合金高合金钢、铝合金或稀有金属或稀有金属)。4)4)全位置自动焊，可调工艺参数很多，根据各个位置全位置自动焊，可调工艺参数很多，根据各个位置的成形要求，通过程控、数控和微计算机的自适应的成形要求，通过程控、数控和微计算机的自适应控制，选择最佳的规范参数进行焊接，获得优异的控制，选择最佳的规范参数进行焊接，获得优异的成形和接头质量。成形和接头质量。5)5)单面焊双面成形和封底焊等，保证质量又可提高工单面焊双面成形和封底焊等，保证质量又可提高工作效率。作效率。n n总之，应用广泛的。接头具有质量高、成形美观、总之，应用广泛的。接头具有质量高、成形美观、变形较小、合金元素烧损少和节约电能等等优点。变形较小、合金元素烧损少和节约电能等等优点。脉冲弧焊电源是一种很有发展前途的新型弧焊电脉冲弧焊电源是一种很有发展前途的新型弧焊电源。源。n n目前脉冲弧焊电源主要用于气体保护焊和等离子目前脉冲弧焊电源主要用于气体保护焊和等离子弧焊。它的控制线路一般比较复杂，维修比较麻弧焊。它的控制线路一般比较复杂，维修比较麻烦，在工艺要求较高的场合才宜于应用。但结构烦，在工艺要求较高的场合才宜于应用。但结构简单、使用可靠的单相整流式脉冲弧焊电源，也简单、使用可靠的单相整流式脉冲弧焊电源，也用在一般场合。用在一般场合。二、脉冲电流的获得方法n n四种基本方式来获得脉冲电流：四种基本方式来获得脉冲电流：n n(一一)利用电子开关获得脉冲电流利用电子开关获得脉冲电流如图71所示，在直流弧焊电源的交流侧或直流侧接上大功率晶闸管，分别组成晶闸管交流断续器或直流断续器Q，借助它们作为电子开关获得脉冲电流。n n(二二二二)利用阻抗变换获得脉冲电流利用阻抗变换获得脉冲电流利用阻抗变换获得脉冲电流利用阻抗变换获得脉冲电流1 1变换交流侧阻抗值如图变换交流侧阻抗值如图7 72a2a所示，设法使阻抗所示，设法使阻抗Z1Z1、Z2Z2、Z3Z3。数值不相等而获得脉冲电流。数值不相等而获得脉冲电流。2 2变换直流侧电阻值如图变换直流侧电阻值如图7 72b2b所示，采用大功率晶所示，采用大功率晶体管组来获得脉冲电流。在这里，大功率晶体管组体管组来获得脉冲电流。在这里，大功率晶体管组既可工作在放大状态，起着变换电阻值的作用，又既可工作在放大状态，起着变换电阻值的作用，又可工作在开关状态，起开关作用。可工作在开关状态，起开关作用。7-2晶闸管式脉冲弧焊电源n n晶闸管式脉冲弧焊电源可分为：晶闸管给定值式和晶闸管式脉冲弧焊电源可分为：晶闸管给定值式和晶闸管断续器式脉冲弧焊电源两种类型。晶闸管断续器式脉冲弧焊电源两种类型。二、晶闸管断续器式脉冲弧焊电源二、晶闸管断续器式脉冲弧焊电源二、晶闸管断续器式脉冲弧焊电源二、晶闸管断续器式脉冲弧焊电源n n组成组成组成组成:两个部分。两个部分。n n直流弧焊电源直流弧焊电源(弧焊整流器或直流弧焊发电机弧焊整流器或直流弧焊发电机)n n晶闸管断续器晶闸管断续器n n晶闸管断续器作用，相当于开关。正是依靠这种开晶闸管断续器作用，相当于开关。正是依靠这种开关作用，把直流弧焊电源供给的连续直流电流，切关作用，把直流弧焊电源供给的连续直流电流，切断变为周期性间断的脉冲电流。断变为周期性间断的脉冲电流。n n焊接电流比较大，大电流回路中，晶闸管的工作具焊接电流比较大，大电流回路中，晶闸管的工作具有有“开易关难开易关难”的特点，这可比喻为大河急流的特点，这可比喻为大河急流“放放易截难易截难”。闸管关断的基本原理入手，研究晶闸管。闸管关断的基本原理入手，研究晶闸管式脉冲弧焊电源的工作原理和特点。式脉冲弧焊电源的工作原理和特点。n n(一一一一)晶闸管关断的基本原理晶闸管关断的基本原理晶闸管关断的基本原理晶闸管关断的基本原理n n晶闸管同时具备下列两个条件，就可由不通晶闸管同时具备下列两个条件，就可由不通晶闸管同时具备下列两个条件，就可由不通晶闸管同时具备下列两个条件，就可由不通(阻断阻断阻断阻断)变变变变为导通为导通为导通为导通。1)1)晶闸管阳极加上正向电压。晶闸管阳极加上正向电压。2)2)控制极加上适当的同步正向触发电压。如图所示，控制极加上适当的同步正向触发电压。如图所示，当晶闸管当晶闸管VTVT导通后，只要正向电流，的大小等于或导通后，只要正向电流，的大小等于或大于晶闸管的维持电流，即使去掉控制极上的触发大于晶闸管的维持电流，即使去掉控制极上的触发电压，晶闸管也仍然维持导通状态。电压，晶闸管也仍然维持导通状态。n n晶闸管关断：两种方法晶闸管关断：两种方法(1)使晶闸管的阳极电流低于维持电流或切断阳极电流设法使阳极电流小于维持电流或为零时，晶闸管就由导通变为关断。但是，这仅适用于低频电路，在高频电路中并不适用。(2)在晶闸管阳极和阴极之间加一反向电压这是使晶闸管强迫关断常用的一种方法，也是晶闸管式脉冲弧焊电源通常所用的方法。n n晶闸管的关断电路:如下三种：n n(二二)晶闸管断续器式脉冲弧焊电源的分类和特点晶闸管断续器式脉冲弧焊电源的分类和特点n n 晶闸管断续器式脉冲弧焊电源，按晶闸管断续器的晶闸管断续器式脉冲弧焊电源，按晶闸管断续器的结构形式，可分为交流断续器和直流断续器两类。结构形式，可分为交流断续器和直流断续器两类。n n采用交流断续器的脉冲弧焊电源采用交流断续器的脉冲弧焊电源采用交流断续器的脉冲弧焊电源采用交流断续器的脉冲弧焊电源 如图如图7 76 6所示。所示。n n交流脉冲断续器交流脉冲断续器n n优点优点:可靠地关断，工作稳定、可靠。n n缺点缺点:脉冲波形的脉动很大;(指脉冲时间内脉冲电流的脉动)施焊工艺效果不够理想，需用基本电流电源提供维弧电流。电源的功率得不到充分的利用。n n2 2采用直流断续器的脉冲弧焊采用直流断续器的脉冲弧焊采用直流断续器的脉冲弧焊采用直流断续器的脉冲弧焊 图图7 71a1a所示所示n n即为直流断续器接在脉冲电流电源的直流侧，起即为直流断续器接在脉冲电流电源的直流侧，起开关作用。按一定周期触发和关断晶闸管，就可开关作用。按一定周期触发和关断晶闸管，就可获得近于矩形的脉冲电流波形，其内脉动大小与获得近于矩形的脉冲电流波形，其内脉动大小与直流弧焊电源的种类有关。直流弧焊电源的种类有关。n n特点：特点：电流的容量大，频率调节范围宽广，能较精确电流的容量大，频率调节范围宽广，能较精确地控制熔滴过渡。地控制熔滴过渡。n n应用应用:不熔化极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊不熔化极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊和微束等离子弧焊以及全位置窄间隙焊。和微束等离子弧焊以及全位置窄间隙焊。n n采用直流断续器的脉冲弧焊电源，可分为双电源采用直流断续器的脉冲弧焊电源，可分为双电源式和单电源式两种类型。式和单电源式两种类型。n n双电源直流断续器式脉冲弧焊电源双电源直流断续器式脉冲弧焊电源双电源直流断续器式脉冲弧焊电源双电源直流断续器式脉冲弧焊电源 如图如图7 77 7所示所示 它由并联工作的两个电源供电。它由并联工作的两个电源供电。基本电流基本电流:直流电源供电；直流电源供电；脉冲电流脉冲电流:直流弧焊电源和晶闸管断续器相串联或并联组直流弧焊电源和晶闸管断续器相串联或并联组 成的电源供电成的电源供电;n n特点特点:额定电流较大。小电流时电弧稳定，两个电源可分额定电流较大。小电流时电弧稳定，两个电源可分别调节工艺参数。别调节工艺参数。n n单电源直流断续器式脉冲弧焊电源单电源直流断续器式脉冲弧焊电源单电源直流断续器式脉冲弧焊电源单电源直流断续器式脉冲弧焊电源 如图如图7 78 8所示，所示，n n组成组成:直流弧焊电源、晶闸管直流断续器直流弧焊电源、晶闸管直流断续器QQ和电阻和电阻箱箱R R，。，。脉冲电流脉冲电流:断续器断续器 提供提供 基本电流基本电流:电阻电阻R R，提供，提供n n双电源直流断续器式脉冲弧焊电源，不如单电源式简单，故较少采用。n n下面着重分析一种在国内用得较多的单电源直流断续器式脉冲弧焊电源的具体电路。三、单电源直流断续器式脉冲焊电源的典型电路分析三、单电源直流断续器式脉冲焊电源的典型电路分析(一一)电路的主要组成电路的主要组成n n带直流断续器的一体式脉冲弧焊电源的典型电路带直流断续器的一体式脉冲弧焊电源的典型电路如图如图7 79 9。按电路的作用，可把。按电路的作用，可把整个电路分为如整个电路分为如整个电路分为如整个电路分为如下五个组成部分下五个组成部分下五个组成部分下五个组成部分：n n I I直流弧焊电源。直流弧焊电源。n n 直流断续器主电路。直流断续器主电路。n n 直流断续器触发电路。直流断续器触发电路。n n 同步关断电路。同步关断电路。n n V V基本电流输送和调节电路。基本电流输送和调节电路。n n 其中，由其中，由、电路组成直流断续器。电路组成直流断续器。n n3)3)工作原理工作原理n n当当当当VT2VT2触发导通时触发导通时触发导通时触发导通时，C1C1有了放电回路。有了放电回路。C1C1就给就给VT1VT1加上一个反加上一个反向的电压，保证作用在向的电压，保证作用在VT1VT1的反压将被强迫关断。的反