第四章直流弧焊發(fā)電機(jī)與硅整流器演示文稿

第四章直流弧焊發(fā)電機(jī)與硅整流器演示文稿1現(xiàn)在是1頁\一共有56頁\編輯于星期一2優(yōu)選第四章直流弧焊發(fā)電機(jī)與硅整流器現(xiàn)在是2頁\一共有56頁\編輯于星期一

4.1弧焊發(fā)電機(jī)的基本原理和分類4.2硅弧焊整流器的組成和分類4.3普通硅弧焊整流器4.4磁放大器式弧焊整流器4.5無反饋磁放大器式弧焊整流器4.6有反饋磁放大器式弧焊整流器4.7交直流兩用及脈沖式硅弧焊整流器現(xiàn)在是3頁\一共有56頁\編輯于星期一4.1弧焊發(fā)電機(jī)的基本原理和分類

弧焊發(fā)電機(jī)的基本原理

分類現(xiàn)在是4頁\一共有56頁\編輯于星期一4.1.1弧焊發(fā)電機(jī)的基本原理

通常稱之為直流弧焊機(jī)的，是指由一臺電動機(jī)（或柴油、汽油驅(qū)動的其它原動機(jī)）和弧焊發(fā)電機(jī)組成的機(jī)組。目前弧焊發(fā)電機(jī)主要用于手工弧焊、埋弧焊和鎢極氬弧焊，因此需具有下降的外特性，也需具有良好的調(diào)節(jié)性能和動特性。獲得下降外特性有以下幾種辦法：

在電樞電路中串聯(lián)鎮(zhèn)定電阻

改變磁極磁通Φ現(xiàn)在是5頁\一共有56頁\編輯于星期一1．在電樞電路中串聯(lián)鎮(zhèn)定電阻

Rz即鎮(zhèn)定電阻器，發(fā)電機(jī)本身外特性近于平的，即Ua≈E≈U0。負(fù)載電壓Uf與負(fù)載電流If

（亦即電樞電流Ia）的關(guān)系是：

Uf＝Uo－If(Ra+Rz)由上式可知，當(dāng)If增大將引起電阻壓降增大，并使Uf減小而得到下降外特性。改變Rz值可調(diào)節(jié)外特性。這種方法的缺點是能量損耗大，只用于多站式直流弧焊發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)在是6頁\一共有56頁\編輯于星期一2．改變磁極磁通Φ直流弧焊發(fā)電機(jī)電樞電動勢E與Φ成正比：

Ｅ＝4.44fNφ

只要設(shè)法讓Φ隨If的增大而減小就可獲得下降外特性且不增加能量損耗．現(xiàn)在是7頁\一共有56頁\編輯于星期一弧焊發(fā)電機(jī)的分類

根據(jù)產(chǎn)生去磁磁通的不同方法分類

（1）它勵差復(fù)勵式弧焊發(fā)電機(jī)

（2）并勵差復(fù)勵式弧焊發(fā)電機(jī)

（3）換向極式弧焊發(fā)電機(jī)現(xiàn)在是8頁\一共有56頁\編輯于星期一它勵差復(fù)勵式弧焊發(fā)電機(jī)為它勵繞組，WE為串聯(lián)去磁繞組、二者產(chǎn)生的磁通方向相反。其外特性方程：Uf=U0—IfRb規(guī)范調(diào)節(jié)方法改變IPU0、If改變改變NEIf改變Rb是考慮去磁作用的等效電阻，RE是去磁磁路的磁阻。而：現(xiàn)在是9頁\一共有56頁\編輯于星期一并勵差復(fù)勵式弧焊發(fā)電機(jī)WH為并勵繞組，但它不是接在兩個主電刷a和b之間。因為Uab會隨著If的增大而下降，將不利于穩(wěn)弧。為避免這種弊病而在發(fā)電機(jī)加輔助電刷c，勵磁繞組WH接在a、c電刷之間?，F(xiàn)在是10頁\一共有56頁\編輯于星期一換向極式弧焊發(fā)電機(jī)這種發(fā)電機(jī)設(shè)有它勵繞組Wp，利用換向極磁通去磁作用而獲得下降外特性。除有四個主磁極N－S－N－S外，還有四個換向極NM－SM－NM－SM。3－4為換向極繞組2與3之差為去磁磁通電刷左移，去磁作用增強(qiáng)電刷右移，去磁作用減弱現(xiàn)在是11頁\一共有56頁\編輯于星期一硅弧焊整流器是以硅二極管為整流元件，將交流電整流成直流的一類直流弧焊電源。

特點：設(shè)備制造成本低易于獲得不同形狀的外特性現(xiàn)在是12頁\一共有56頁\編輯于星期一4.2硅弧焊整流器的組成和分類主變壓器電抗器整流器輸出電抗器現(xiàn)在是13頁\一共有56頁\編輯于星期一硅弧焊整流器的分類有電抗器無電抗器無反饋磁放大器式硅弧焊整流器外反饋磁放大器式硅弧焊整流器全部內(nèi)反饋磁放大器式硅弧焊整流器部分內(nèi)反饋磁放大器式硅弧焊整流器主變壓器為正常漏磁式（平外特性）主變壓器為增強(qiáng)漏磁式（下降外特性）現(xiàn)在是14頁\一共有56頁\編輯于星期一4.3普通硅弧焊整流器指的是無交流電抗器（磁放大器）的硅弧焊整流器。等于在相應(yīng)弧焊變壓器的輸出端增加了一個整流系統(tǒng)。

動鐵心式弧焊整流器

動線圈式弧焊整流器

抽頭式弧焊整流器普通硅弧焊整流器的特點是控制原理比較簡便，但電源笨重且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。現(xiàn)在是15頁\一共有56頁\編輯于星期一采用三柱式鐵心，在窗口中放入兩個動鐵心，可在窗口內(nèi)移進(jìn)或移出。動鐵心的作用可增加漏磁，獲得下降特性。動鐵心式弧焊整流器采用星-三角啟動星形：相電壓為線電壓1/繞組匝數(shù)可減少，絕緣可降低三角：相電流為線電流1/可減少導(dǎo)線截面積，容易繞制電抗器作用：1.減小輸出電流的脈動，起濾波作用2.限制電流電流增長速度，減小瞬態(tài)短路電流峰值，改善動特性現(xiàn)在是16頁\一共有56頁\編輯于星期一抽頭式弧焊整流器的組成抽頭式弧焊整流器的外特性UfIf0空載電壓：U0=1.35U21二次側(cè)為三角形接法：U21=U2a=U1aN2/N1一次側(cè)為星形接法：U1a=U11/0.57所以：U0=0.78U11N2/N1改變一、二次繞組的N1、N2可調(diào)節(jié)電壓，由于一次導(dǎo)線較細(xì)，故抽頭設(shè)在一次側(cè)。為了方便調(diào)節(jié)，采用滑動變壓器式。抽頭式弧焊整流器主要應(yīng)用于二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊→采用電抗器控制短路電流增長速度，減少金屬熔滴的飛濺和改善焊縫成形。抽頭式弧焊整流器的特點和應(yīng)用范圍：1.結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省材料，易于制造，使用可靠2.具有平特性，U0≈Uf，引弧困難3.調(diào)節(jié)電壓有級，且不易在負(fù)載情況下調(diào)節(jié)，不能遙調(diào)4.對電網(wǎng)電壓波動的影響不能采取補償措施應(yīng)用：細(xì)絲二氧化碳焊現(xiàn)在是17頁\一共有56頁\編輯于星期一

三相動繞組式弧焊變壓器a）鐵心b）繞組及其傳動機(jī)構(gòu)左側(cè)為立體結(jié)構(gòu)，右側(cè)為平面結(jié)構(gòu)，三相磁路平衡，整流電流平穩(wěn)。調(diào)節(jié)過程中：調(diào)節(jié)一次繞組，因為其比二次繞組細(xì)、軟。與磁放大器式比特點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)及線路簡單、節(jié)省原材料、質(zhì)量較輕，動特性好，飛濺少，可不用電抗器缺點：有輕微振動，不易實現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)，不便于進(jìn)行電網(wǎng)電壓補償。現(xiàn)在是18頁\一共有56頁\編輯于星期一ZXG1-400三相動圈式變壓器三相橋式整流浪涌電路浪涌電路作用：正常焊接時：繞組Ⅲ兩端電壓為14V，低于U0和Uf，故VD7反向截止，對焊接無影響。引弧或熔滴過渡時：VD7導(dǎo)通，輸出浪涌電流，助引弧和熔滴過渡現(xiàn)在是19頁\一共有56頁\編輯于星期一4.4磁放大器式弧焊整流器

飽和電抗器——鐵心工作在磁飽和狀態(tài)的電抗器。

單鐵心式磁放大器

雙鐵心式磁放大器現(xiàn)在是20頁\一共有56頁\編輯于星期一與普通電抗器相比，多了個直流控制繞組。WAWC現(xiàn)在是21頁\一共有56頁\編輯于星期一μ的大小與Ic

有關(guān)。WAWCNc遠(yuǎn)大于NA，改變Ic，改變鐵芯強(qiáng)度H或μ，進(jìn)而改變X，控制IA,實現(xiàn)用小的IC控制大的IA?，F(xiàn)在是22頁\一共有56頁\編輯于星期一Ic=0時，ΔФ大，外特性陡降。Ic較大時，ΔФ小，外特性下降平緩。UIfΔΦ小ΔΦ大ΔΦ＝0Ic大Ic小改變Ic，可以起到控制焊接電流If的作用。Uf＝U0－C

ΔФM現(xiàn)在是23頁\一共有56頁\編輯于星期一焊接電流波形畸變單鐵心式磁放大器工作時的弊端現(xiàn)在是24頁\一共有56頁\編輯于星期一由If產(chǎn)生的交變磁通ΦA(chǔ)，會在WC中感應(yīng)出交變環(huán)流，影響磁放大器的正常工作，并且if的波形畸變嚴(yán)重，因此單鐵心磁放大器的應(yīng)用受到限制。現(xiàn)在是25頁\一共有56頁\編輯于星期一........兩WC繞組串聯(lián)且同名端相連，故交流感應(yīng)電動勢相互抵消。

交流繞組中電流正負(fù)半周時，鐵心1、2交替飽和，使if

波形畸變減小?，F(xiàn)在是26頁\一共有56頁\編輯于星期一1WA2WA1WC實際磁放大器多數(shù)采用共用直流控制繞組的方式，相應(yīng)交流繞組為同名端相連。這是無反饋磁放大器弧焊整流器的通用形式。交流繞組采用同名端相連，共用直流控制繞組。這樣if在中間鐵心中的磁通相互抵消。由IcNc所產(chǎn)生的磁通使左、右鐵心輪流飽和，使if

波形畸變減少?，F(xiàn)在是27頁\一共有56頁\編輯于星期一控制繞組三相共繞結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是28頁\一共有56頁\編輯于星期一4.5.2無反饋磁放大器式硅弧焊整流器511335511446622446三個共陰極二級管VD1、VD3和VD5中，陽極電位最高的那個二極管導(dǎo)通。三個共陽極二級管VD2、VD4和VD6中，陰極電位最低的那個二極管導(dǎo)通。（箝位作用）磁放大器的結(jié)構(gòu)圖N現(xiàn)在是29頁\一共有56頁\編輯于星期一U0=1.35U21=2.34U2aU21、U2a分別是二次線電壓、相電壓。輸出電壓為上下包絡(luò)線之差?，F(xiàn)在是30頁\一共有56頁\編輯于星期一圖5－10負(fù)載時的電壓、電流波形圖a)整流電壓波形b)變壓器有漏感時相電流波形重疊導(dǎo)電，uM介于ua

與ub

之間。受回路電感控制，電流緩升、緩降。511335511446622446在重疊導(dǎo)電期間，交流繞組中各相的電流變化量之和為零，故不會影響直流繞組的正常工作?，F(xiàn)在是31頁\一共有56頁\編輯于星期一圖5－12無反饋磁放大器鐵心中磁通的變化幅度外特性方程：Uf＝U0–CΔФMUIfIc＝0IcN＞飽和點IC=0:Rf較大時：If較小→鐵心飽和Rf↓→If↑→ΔΦ↑→UL↑→Uf↓→陡降外特性Rf↘→If↗→鐵心飽和→緩降外特性IC≠0:正半波：Φ1=ΦA(chǔ)+ΦC負(fù)半波：Φ1=ΦA(chǔ)-ΦCRf較大時：If較小→鐵心處于飽和區(qū)Rf↓→If↑→ΔΦ↑→UL↑→Uf↓但較小→緩降外特性Rf↘→If↗→鐵心進(jìn)入非飽和區(qū)→陡降外特性現(xiàn)在是32頁\一共有56頁\編輯于星期一Ic=0時,起始工作點在原點，磁放大器工作在非飽和區(qū)，If

變化時，ΔΦm大，外特性陡降（曲線1）。Uf＝U0－CΔΦmIc

較大時，起始工作點在P0′點，磁放大器工作在飽和區(qū)，If變化時ΔΦm小，外特性下降緩慢（見曲線2頂部）。繼續(xù)增大If，磁化曲線左端點伸入到非飽和區(qū)，對應(yīng)ΔΦm變大，外特性曲線轉(zhuǎn)入陡降（見曲線2中、下部）。外特性曲線可看作將磁化曲線繞垂直軸旋轉(zhuǎn)而成。Ic1∠Ic2∠Ic3IC增大→工作點深入飽和區(qū)→需If很大才能進(jìn)入非飽和區(qū)→使外特性轉(zhuǎn)入陡降。Ic增大→外特性右移→If增大→IC調(diào)節(jié)If現(xiàn)在是33頁\一共有56頁\編輯于星期一負(fù)載特性曲線對于具有理想磁化曲線的鐵心，當(dāng)磁放大器起始工作點在飽和區(qū)時，焊接電流If與控制電流Ic之間滿足等安匝關(guān)系：現(xiàn)在是34頁\一共有56頁\編輯于星期一實際調(diào)節(jié)特性：無反饋磁放大器的控制特性理想的實際的由于負(fù)載電阻及變壓器內(nèi)阻限制If不能隨Ic無限增大。無反饋磁放大器的特點如下：1.WA中流過交流電，保證兩鐵心中ФAФC一個相同一個不同。2.可用較小的Ic控制較大的IA，由于Ic或Nc

都不宜過大，因此設(shè)備功率有限。3.可獲得垂直陡降的外特性4.外特性曲線陡降，由于短路電流太小，引弧不易，不宜用于手弧焊?，F(xiàn)在是35頁\一共有56頁\編輯于星期一主繼電器開關(guān)空冷電機(jī)保護(hù)線路現(xiàn)在是36頁\一共有56頁\編輯于星期一4.6有反饋磁放大器式弧焊整流器

無反饋磁放大器只能獲得陡降的外特性，短路電流太小，電流放大倍數(shù)小，應(yīng)用范圍有限。解決上述問題可采用有反饋的磁放大器。

4.6.1全部內(nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器（自飽和電抗器）

4.6.2部分內(nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器現(xiàn)在是37頁\一共有56頁\編輯于星期一4.6.1全部內(nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器兩個WA繞組的非同名端接在一起以后再接交流電源，另兩端則各接一個整流元件后再接負(fù)載，因此在WA繞組中只能通過單方向電流。通過同名端的標(biāo)注可以看出，當(dāng)WA中有電流通過時，在鐵芯中所產(chǎn)生的磁場方向始終與直流控制繞組的磁場方向相同?，F(xiàn)在是38頁\一共有56頁\編輯于星期一兩交流繞組輪流導(dǎo)通，交流電流在左、右鐵心中所產(chǎn)生的ФA

方向始終與ФC

方向一致。焊接電流越大，鐵心的飽和程度越高，交流繞組起著電流正反饋作用，故稱之為全部內(nèi)反饋磁放大器。由于W1~6繞組在WC中產(chǎn)生的交變磁通相位不同而相互抵消，因此不會影響直流控制繞組的正常工作?，F(xiàn)在是39頁\一共有56頁\編輯于星期一全反饋磁放大器的WA中，If

總是單向?qū)?，故ΔΦm總是出現(xiàn)在起始工作點的一側(cè)（圖中上側(cè)）。外特性方程：

Uf=U0-CΔФm外特性曲線在焊接電流較小時是陡降的，進(jìn)入磁飽和區(qū)之后，外特性曲線呈水平狀。

Ic=0，起始工作點為P0，其位置越低（Ic越小），進(jìn)入磁飽和區(qū)（圖中a點）所對應(yīng)的If

值越大，外特性下降段越長。Ic>0，起始工作點在P0’,外特性在更小電流下轉(zhuǎn)為平緩。IC<0，起始工作點在P0’’,要在較大的電流值下才發(fā)生外特性轉(zhuǎn)變現(xiàn)在是40頁\一共有56頁\編輯于星期一P1P2P3ФHIc=0Ic>0Ic<0外特性曲線可看作將磁化曲線繞水平軸旋轉(zhuǎn)而成。旋轉(zhuǎn)軸現(xiàn)在是41頁\一共有56頁\編輯于星期一弧焊整流器的穩(wěn)定工作點一般處在外特性的水平段上，IfNA》IcNc

等安匝關(guān)系不成立。送絲速度S1S2（S2>S1）等速送絲電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)的等熔化曲線這種“L”狀外特性只能用于等速送絲的熔化極氣體保護(hù)焊，焊接電流大小由送絲速度控制，調(diào)節(jié)Ic大小主要是改變電弧電壓?，F(xiàn)在是42頁\一共有56頁\編輯于星期一調(diào)節(jié)Uf的大小，不僅要改變IC的大小，而且要改變IC的方向，對設(shè)計控制系統(tǒng)帶來很大的不便。為此在磁放大器上增加一個偏移繞組Wp使其產(chǎn)生的磁勢與Ic相反。偏移繞組的作用是產(chǎn)生一個負(fù)的磁勢使調(diào)節(jié)IC只改變大小不改變方向.偏移繞組還有穩(wěn)定輸出電壓與改善焊機(jī)的動特性作用。現(xiàn)在是43頁\一共有56頁\編輯于星期一·主回路控制電路電弧繼電器工作電路過載保護(hù)電路·現(xiàn)在是44頁\一共有56頁\編輯于星期一4.6.2部分內(nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器現(xiàn)在是45頁\一共有56頁\編輯于星期一·b)VD1和VD2都不導(dǎo)電時·單一交流繞組中通過的是正負(fù)半波不對稱的交流，但總體焊接電流保持穩(wěn)定。部分交流電流起反饋作用Rn減小，外特性變陡Rn增大，外特性下降變緩Rn→+∞時，成為全部內(nèi)反饋現(xiàn)在是46頁\一共有56頁\編輯于星期一IC1>IC2>IC3實際外特性曲線IfIc0部分內(nèi)反饋式電源的調(diào)節(jié)特性無反饋式可用于哪種焊接方法？控制電流Ic可以比無反饋時小一些IC較小→工作點在非飽和區(qū)→Rf↓→If↑→ΔΦ↑→UL↑→Uf↓→陡降外特性IC較大→工作點在過渡區(qū)→

R較大→If較小→陡降；→R較小→If較大→右邊進(jìn)入飽和區(qū)，左邊過渡區(qū)→平緩；→R很小→If很大→左邊進(jìn)入非飽和區(qū)→陡降；現(xiàn)在是47頁\一共有56頁\編輯于星期一圖5－39ZXG-400型弧焊整流器電路圖現(xiàn)在是48頁\一共有56頁\編輯于星期一磁放大器式弧焊整流器小結(jié)磁放大器在硅弧焊整流器中是作為控制和調(diào)節(jié)元件。通過控制鐵心的磁飽和程度來調(diào)節(jié)外特性形狀改變焊接電流電弧電壓現(xiàn)在是49頁\一共有56頁\編輯于星期一Uf用于鎢極氬弧焊用于等速送絲CO2焊用于手弧焊或埋弧焊P0在飽和區(qū)段P0在不飽和區(qū)段P0在過渡區(qū)段現(xiàn)在是50頁\一共有56頁\編輯于星期一磁放大器式弧焊整流器動特性特點：1.短路電流上升率和峰值較大，而衰減較慢，造成引弧沖擊大和熔滴飛濺嚴(yán)重；2.從短路到負(fù)載時瞬態(tài)負(fù)載電流最小值較低，降低電弧穩(wěn)定性，減弱電弧的挺度和穿透力。產(chǎn)生原因：多個繞組，電磁慣性較大所致防止措施：在主回路中串聯(lián)直流輸出電抗器現(xiàn)在是51頁\一共有56頁\編輯于星期一4.7交直