弧焊電源實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)一 弧焊電源結(jié)構(gòu)觀察 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解弧焊變壓器結(jié)構(gòu)，掌握各種弧焊變壓器下降外特性的獲得和焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)方法；2、熟悉晶閘管可控整流主電路形式和結(jié)構(gòu)，了解移相觸發(fā)控制電路工作原理，掌握晶閘管弧焊電源外特性、調(diào)節(jié)特性的控制方法；3、掌握弧焊逆變電源的基本組成、基本原理，熟悉逆變主電路及控制驅(qū)動、反饋電路、外特性、調(diào)節(jié)特性，以及動態(tài)特性的獲得方法、特點(diǎn)、分類等。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料1. BX1500交流弧焊變壓器一臺；2. ZX5500弧焊整流器一臺3. NB-500 （IGBT） MIG/MAG逆變焊機(jī)一臺；三、弧焊電源結(jié)構(gòu)及工作原理不同類型弧焊電源的結(jié)構(gòu)和組成各不相同，它們的外

2、特性調(diào)節(jié)方式也不相同。通過實(shí)際觀察電焊機(jī)結(jié)構(gòu)，能夠獲得對不同類型電焊機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的直觀認(rèn)識，對理解課堂理論教學(xué)內(nèi)容起到很好的幫助作用。1、 弧焊變壓器結(jié)構(gòu)組成及工作原理弧焊變壓器是一類特殊的變壓器，其基本原理與一般電力變壓器相同，但為滿足弧焊工藝要求又具有自身的特點(diǎn)。弧焊變壓器具有下降的外特性，根據(jù)獲得下降外特性的方法不同分為：串聯(lián)電抗器式弧焊變壓器和增強(qiáng)漏磁式弧焊變壓器。1） 串聯(lián)電抗器式弧焊變壓器這類弧焊電源由變壓器和電抗器組成。前者為正常漏磁的普通變壓器，將電網(wǎng)電壓降至所要求的空載電壓，變壓器本身的外特性是接近于平的，為了得到下降外特性及調(diào)節(jié)電流需要串聯(lián)電抗器，電抗器在交流電路中分擔(dān)一部分

3、電壓，通過調(diào)整電抗器的電抗值的大小，從而獲得所需要的下降外特性和電流。2） 增強(qiáng)漏磁式弧焊變壓器這類弧焊電源通過人為地增大變壓器的漏抗，而無需再串聯(lián)電抗器。按增強(qiáng)和調(diào)節(jié)漏抗的方式不同又可分為以下三種：(1) 動鐵心式 在一、二次惻繞組間設(shè)置可動的磁分路，以增強(qiáng)和調(diào)節(jié)漏磁。BX1系列弧焊變壓器即屬于此類。圖1 動鐵心式弧焊變壓器結(jié)構(gòu)鐵心可以移動，進(jìn)出于鐵心I的窗口(在圖中是垂直于紙面移動)以調(diào)節(jié)漏磁，從而可以獲得不同的下降外特性。 (2) 動線圈式 通過增大一、二次惻繞組之間距離來增強(qiáng)漏磁，改變繞組之間距離來調(diào)節(jié)。BX3系列弧焊變壓器屬于此類。圖2 動線圈式弧焊變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 通過改變變壓器繞

4、組1（下部）和繞組2（上部）之間的距離12，調(diào)節(jié)漏磁通的大小，從而改變漏抗值的大小，可以獲得不同的下降外特性。(3) 抽頭式 也是將一、二次繞組分開來增加漏磁，通過繞組抽頭來改變繞組匝數(shù)以調(diào)節(jié)樓抗。BX6-120型弧焊變壓器屬于此類。圖3 兩心柱抽頭式弧焊變壓器結(jié)構(gòu)示意圖一次側(cè)繞組由W1I和W1II兩部分繞組共同組成，通過調(diào)整一次側(cè)繞組W1I和W1II在一次繞組中所占的比率，使得一、二次側(cè)繞組耦合程度發(fā)生改變，從而起到調(diào)節(jié)變壓器漏磁量的作用，進(jìn)而獲得不同的下降外特性。2、 晶閘管弧焊整流器結(jié)構(gòu)及外特性調(diào)節(jié)原理一般晶閘管式弧焊整流器的組成，如圖4所示。主電路由三相主變壓器T、晶閘管整流器V和輸出

5、直流電感L組成。二極管組VD和限流電阻R構(gòu)成維弧電路?？刂齐娐酚山o定電路、檢測電路、比較電路和觸發(fā)電路組成。圖4 晶閘管式弧焊整流器基本原理圖閘管式弧焊整流器的輸出電流和電壓是通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)的。晶閘管式弧焊整流器的外特性可以是多種多樣，其外特性是采用閉環(huán)負(fù)反饋控制原理，采用電流反饋、電壓反饋或電流電壓聯(lián)合反饋獲得不同的外特性。3、 弧焊逆變器的基本組成及基本工作原理弧焊逆變器的主要組成包括：供電系統(tǒng)；電子功率系統(tǒng)；電子控制系統(tǒng)；給定與反饋電路。其基本組成方框圖如圖5所示。圖5 弧焊逆變器主要組成和基本原理方框圖 在供電系統(tǒng)中，單相220V（或三相380 V）50Hz的交流網(wǎng)壓，經(jīng)

6、輸入整流器整流和濾波器濾波之后，獲得逆變主電路所需的平滑直流電壓，單相整流約310V（或三相整流約520V）。該直流電壓在電子功率系統(tǒng)中經(jīng)逆變主電路的大功率開關(guān)電子器件(晶閘管、晶體管、場效應(yīng)管或IGBT)組Q的交替開關(guān)作用，變成幾千至幾十萬赫茲的中頻高壓電，再經(jīng)中頻變壓器（T）降至適合于焊接的幾十伏低電壓，并借助于電子控制系統(tǒng)的控制驅(qū)動電路和給定與反饋電路(M、G、N等組成)，以及焊接回路的阻抗，獲得弧焊工藝所需的外特性和動特性。如果需要采用直流電進(jìn)行焊接，還需經(jīng)輸出整流器整流和經(jīng)電抗器L、電容器C的濾波，把高(中)頻交流變換成為直流輸出。 四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 觀察BX1500交流弧焊變壓器外

7、觀，對照說明書熟悉前面板按鈕和旋柄；2、 拆卸BX1500交流弧焊變壓器側(cè)面板和頂蓋，認(rèn)識內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)；通過旋轉(zhuǎn)前面板手柄，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化情況；3、 觀察ZX5500弧焊整流器外觀，對照說明書熟悉前面板按鈕、旋鈕及指示儀表；4、 拆卸ZX5500弧焊整流器側(cè)面板和頂蓋，觀察內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，辨識焊機(jī)結(jié)構(gòu)中的三相變壓器、三相全控晶閘管整流器、輸出電抗器、電子控制線路板、電流反饋傳感器、通風(fēng)機(jī)組、接觸器等部件或電路系統(tǒng)；5、 觀察NB-500 IGBT逆變焊機(jī)外觀，對照說明書熟悉前面板按鈕、旋鈕及顯示儀表；6、 拆卸NB-500 IGBT逆變焊機(jī)側(cè)面板和頂蓋，觀察內(nèi)部電路，區(qū)分主電路和控制電路，辨識

8、主電路中的輸入整流器、濾波器、IGBT逆變開關(guān)組、中頻變壓器以及控制電路中的控制驅(qū)動電路、給定與反饋電路等；并依照逆變器的變流順序，對照焊機(jī)內(nèi)部電路敘述變流過程五、 實(shí)驗(yàn)方式與基本要求1、 由指導(dǎo)教師講解設(shè)備的結(jié)構(gòu)與組成，實(shí)驗(yàn)的目地及操作安全規(guī)程；2、 實(shí)驗(yàn)小組每組45人，學(xué)生自己動手，獨(dú)立操作。3、 要求學(xué)生掌握以上三種焊機(jī)的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)、工作及控制原理。六、 考核與報(bào)告1、 實(shí)驗(yàn)中學(xué)生要仔細(xì)觀察、認(rèn)真記錄，觀察完后恢復(fù)焊機(jī)原貌，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后才可離開實(shí)驗(yàn)室。2、 學(xué)生必須在課后獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，此次實(shí)驗(yàn)的報(bào)告內(nèi)容主要是繪制觀察過的焊機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和電路，敘述三種焊機(jī)的工作原理。3、 指導(dǎo)教

9、師對每一份報(bào)告進(jìn)行批改和評分，評分時(shí)考慮實(shí)際操作能力。實(shí)驗(yàn)二 弧焊電源外特性測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饩чl管弧焊整流器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；理解整流電路的工作原理；加深對觸發(fā)電路的同步、脈沖發(fā)生及觸發(fā)晶閘管原理的認(rèn)識；實(shí)際測定ZX5500弧焊整流器外特性，驗(yàn)證該類整流電源不同外特性獲得方法和調(diào)節(jié)原理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、ZX5500弧焊整流器一臺2、可變電阻箱一臺；3、雙蹤示波器、數(shù)字萬用表、分流器各一只.三、實(shí)驗(yàn)原理1、晶閘管弧焊整流器結(jié)構(gòu)及外特性調(diào)節(jié)一般晶閘管式弧焊整流器的組成，如圖1所示。主電路由三相主變壓器T、晶閘管整流器V和輸出直流電感L組成。二極管組VD和限流電阻R構(gòu)成維弧電路?？刂齐娐酚山o定電路、檢

10、測電路、比較電路和觸發(fā)電路組成。圖1 晶閘管式弧焊整流器基本原理圖晶閘管式弧焊整流器的輸出電流和電壓是通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)的。晶閘管式弧焊整流器的外特性可以是多種多樣，其外特性是采用閉環(huán)負(fù)反饋控制原理，采用電流反饋、電壓反饋或電流電壓聯(lián)合反饋獲得不同的外特性。2、ZX5500弧焊整流器陡降外特性獲得和調(diào)節(jié)原理ZX5系列弧焊整流器系供單人手工施焊用的晶閘管組整流的直流焊接電源，具有平滑陡降的外特性和良好動特性，從而保證了良好的焊接性能，并適用于各種用途的手工弧焊的需要。陡降外特性，就是當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，負(fù)載電壓迅速下降的外特性。1）ZX5500弧焊整流器開環(huán)外特性ZX5500弧焊整流器的

11、輸出電壓U0與控制角的關(guān)系為： U0=AU2cos 式中，A是與主電路結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)；U2為變壓器二次側(cè)相電壓；為控制角。當(dāng)控制角一定時(shí)，輸出電壓U0也一定，所以ZX5500弧焊整流器開環(huán)時(shí)的外特性為水平特性，如圖2所示。虛線所示為理論外特性，實(shí)線為實(shí)際外特性曲線。實(shí)際外特性曲線是略有下降的平特性曲線，是由于主電路中變壓器的漏抗以及電路導(dǎo)線電阻等分布參數(shù)所引起的壓降造成的。若用集中參數(shù)R0等效表示，則實(shí)際外特性可由下述方程表示： Uf=U0-IfR0 圖2 ZX5500弧焊整流器開環(huán)外特性 圖3 ZX5500弧焊整流器開環(huán)控制框圖再根據(jù)圖3所示ZX5500弧焊整流器開環(huán)控制框圖，可得弧焊電源的

12、輸出電壓（焊接電壓）Uf可由控制電壓（系統(tǒng)的輸入量）Uk調(diào)節(jié)。即Uf=A0Uk-IfR0其中A0Uk= U0，為弧焊電源的空載電壓。2）ZX5500弧焊整流器閉環(huán)外特性圖4所示為晶閘管弧焊整流器閉環(huán)反饋系統(tǒng)框圖。在這個系統(tǒng)中，含有電流、電壓反饋。由圖可得 Uk=Uku+Uki=Am(Ugu-mUf)+An(Ugi-nIf)所以 Uf=A0Am (Ugu-mUf)+An(Ugi-nIf)-R0If最終得 圖4 晶閘管弧焊整流器閉環(huán)反饋系統(tǒng)框圖在ZX5500弧焊整流器中，其輸出電流是通過電流采樣環(huán)節(jié)及放大環(huán)節(jié)，與給定量進(jìn)行比較和放大，由此形成控制電壓U k，Uk再作用于移相觸發(fā)電路和主電路，這樣便

13、構(gòu)成了閉環(huán)電流負(fù)反饋系統(tǒng)。此時(shí)的弧焊整流器外特性將由電流反饋環(huán)節(jié)所決定，即Uf=A0AnUgi-（nA0An+R0）IfU0=A0AnUgi ， Rn= nA0An+R0對于ZX5500弧焊整流器，通過電流反饋的方法獲得陡降特性，實(shí)質(zhì)上是用輸出電流通過負(fù)反饋控制輸出電壓，當(dāng)反饋系統(tǒng)放大倍數(shù)很大時(shí)（A0An做得很高），只要輸出電流有很小的變化，由于強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔镁蜁馆敵鲭妷寒a(chǎn)生很大的反向變化（電流上升 電壓下降，電流下降 電壓上升），由此形成了陡降的外特性。晶閘管弧焊整流器的外特性曲線，如圖5所示。其中曲線1為開環(huán)外特性曲線，曲線2為電流負(fù)反饋外特性曲線。ZX5500弧焊整流器的實(shí)際外特性為

14、，曲線由U0點(diǎn)至P，然后由P點(diǎn)沿曲線2向下轉(zhuǎn)折到Id點(diǎn)，得U0PId三點(diǎn)構(gòu)成的折線。這是因?yàn)閷?shí)際的ZX5500弧焊整流器，最高輸出電壓由開環(huán)特性曲線1所限制，控制角=0時(shí)，電流反饋實(shí)際不起作用。當(dāng)Uf=A0An（Ugi-nIf）= U0-R0If時(shí)，曲線1與曲線2相交于P點(diǎn)。當(dāng)Uf=A0An（Ugi-nIf）< U0-R0If時(shí)，控制角隨控制電壓U k變化而變化，電流反饋開始發(fā)揮作用，電源特性由開環(huán)特性曲線1轉(zhuǎn)向電流負(fù)反饋特性曲線2，從而得到折線式陡降的外特性曲線。圖5 陡降特性弧焊電源外特性曲線四、ZX5500弧焊整流器外特性測定實(shí)驗(yàn)步驟1、 仔細(xì)閱讀ZX5500弧焊整流器產(chǎn)品說明書，

15、熟悉其主要技術(shù)參數(shù)；2、 將ZX5500弧焊整流器接入電網(wǎng)，仔細(xì)檢查各部分的接線是否正確，特別是焊接電纜的接頭是否擰緊，以防過熱或燒損；3、 開啟電源開關(guān)使ZX5500弧焊整流器空載運(yùn)轉(zhuǎn)，首先聽其聲音是否正常，再檢查冷卻風(fēng)扇是否正常鼓風(fēng)，旋轉(zhuǎn)方向是否正確；4、 采用示波器和萬用表測量空載輸出電壓并記錄數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié)控制面板上的電流旋鈕，從小到大設(shè)置焊接電流為不同值（至少5個不同值）時(shí)測量并記錄空載輸出電壓數(shù)據(jù)；5、 關(guān)閉電源總開關(guān)，將分流器和可變電阻箱按正確的方式接入ZX5500弧焊整流器輸出回路中，并將示波器和分流器相接，以便測量回路電流；6、 開啟電源開關(guān)，從小到大調(diào)節(jié)焊接電流值（至少5個不同值），用萬用表和示波器依次測量并記錄可變電阻箱兩端的負(fù)載電壓及回路中的負(fù)載電流；7、 測試完成后，關(guān)閉ZX5500弧焊整流器總開關(guān)，將所有設(shè)備及儀表規(guī)整，完成實(shí)驗(yàn)操作過程。五、實(shí)驗(yàn)方式與基本要求1、 由指導(dǎo)教師講解設(shè)備的結(jié)構(gòu)與組成，實(shí)驗(yàn)的目地及操作安全規(guī)程；2、 實(shí)驗(yàn)小組每組45人，學(xué)生自己動手