第五章晶闸管弧焊整流器

1、第五章 晶闸管弧焊整流器1第五章 晶闸管弧焊整流器2第一节第一节 概述概述第二节第二节 主电路主电路第三节第三节 触发电路触发电路第四节第四节 外特性控制电路外特性控制电路第五节第五节 晶闸管式脉冲及矩形波交流弧焊电源晶闸管式脉冲及矩形波交流弧焊电源第六节第六节 晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍第五章 晶闸管弧焊整流器3第一节第一节 概述概述二极管：一个PN结三极管：PNP，NPN晶闸管：两个PN结 阳极A 阴极K 控制极G P N P N A G N N P P KPN一个晶闸管等效为两个三极管。一个晶闸管等效为两个三极管。第五章 晶闸管弧焊整流器4 晶闸管导通条

2、件：晶闸管导通条件： 1）晶闸管）晶闸管阳极加上正向电压阳极加上正向电压U； 2）控制极控制极加上适当的加上适当的同步正向触发电压同步正向触发电压Ug 。 晶闸管导通后，只要正向电流晶闸管导通后，只要正向电流 I 的大小等于或大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于晶闸管的维持电流，即使去掉控制极上的触发电压电压 Ug ，晶闸管也仍然维持导通状态。晶闸管也仍然维持导通状态。 晶闸管关断方法：晶闸管关断方法： 1）使晶闸管的阳极电流低于维持电流）使晶闸管的阳极电流低于维持电流或切断阳极电流（适合于低频电路）。或切断阳极电流（适合于低频电路）。 2）在晶闸管阳极和阴极之间加一反

3、向在晶闸管阳极和阴极之间加一反向电压电压（常用的方法）。（常用的方法）。第五章 晶闸管弧焊整流器5图图5-1 晶闸管式弧焊整流器基本原理图晶闸管式弧焊整流器基本原理图晶闸管弧焊整流器输出电压和电流的大小决定于整流器中晶闸管的导通角，晶闸管的导通角越大，电源输出电压和电流越大。晶闸管导通角的大小是由其触发脉冲的相位所决定的。下降外特性：下降外特性：触发脉冲的相位由给定电压和电流反馈信号确定。触发脉冲的相位由给定电压和电流反馈信号确定。平外特性：平外特性：触发脉冲相位则由给定电压和电压反馈信号确定。触发脉冲相位则由给定电压和电压反馈信号确定。任意外特性任意外特性：调节电压、电流反馈信号的比例：调节

4、电压、电流反馈信号的比例而触发脉冲的相位是由电流给定信号Ugi、电压给定信号Ugu和电流、电压反馈信号 Ufi、Ufu通过电子控制电路C得到的控制信号Uk所确定的。Uk决定着晶闸管触发脉冲的相位，也就决定了晶闸管导通角的大小。Uk的变化规律决定了弧焊电源输出电压和电流的变化规律，通过对Uk的控制，可以控制晶闸管式弧焊整流器的输出特性。晶闸管式弧焊整流器的主要组成晶闸管式弧焊整流器的主要组成第五章 晶闸管弧焊整流器6 晶闸管整流器的主要特点晶闸管整流器的主要特点 1 . 动特性好，响应速度快动特性好，响应速度快 2 . 控制性能好控制性能好电流电压控制范围大电流电压控制范围大 3 . 调节特性好

5、调节特性好-不同外特性不同外特性 4 . 节能、省材节能、省材 5. 噪声小；噪声小； 6. 电路较复杂电路较复杂 第五章 晶闸管弧焊整流器7三、整流波形脉动问题三、整流波形脉动问题三相半波电阻性负载控制角三相半波电阻性负载控制角60时整流电压波形时整流电压波形 晶闸管弧焊整流器输出电压和电流的大小决定于整流器中晶闸管的导通角，晶闸管的导通角越大，电源输出电压和电流越大。 小规范焊接时，导通角小规范焊接时，导通角小，整流波形的脉动加小，整流波形的脉动加剧，波形不连续，引起电剧，波形不连续，引起电弧不稳定。弧不稳定。第五章 晶闸管弧焊整流器83 3并联高压引弧电源；并联高压引弧电源；4.4.在每

6、个晶闸管上并联维孤电路；在每个晶闸管上并联维孤电路； 防止措施：防止措施： 1.采用直流电抗器采用直流电抗器-滤波滤波 2.选择合适的整流电路选择合适的整流电路第五章 晶闸管弧焊整流器9第二节 晶闸管式弧焊整流器主电路一、一、 三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路二、二、 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三、三、 六相半波整流电路六相半波整流电路四、四、 带平衡电抗器双反星形可控整流电路带平衡电抗器双反星形可控整流电路第五章 晶闸管弧焊整流器10一、三相桥式半控整流电路 电阻性负载电阻性负载 电阻电感性负载电阻电感性负载 第五章 晶闸管弧焊整流器111 1、 电阻性负载电阻性负载

7、TVT1VT3VT5VD2VD4VD6abcRfzifzufz图6-6 电阻性负载的三相桥式半控整流电路= 0= 60 VT1、3、5：三个共阴极晶闸管，三个共阴极晶闸管，其管子导通规律是阳极电位最高且其管子导通规律是阳极电位最高且控制极加有有效脉冲的管子导通；控制极加有有效脉冲的管子导通； VD2、4、6：三个共阳极二三个共阳极二极管，其管子导通规律是阴极极管，其管子导通规律是阴极电位最低的管子导通。电位最低的管子导通。第五章 晶闸管弧焊整流器12abacbcbacacbabaca) 相电压u2uauaubucott1t2t3t4t5t6t1t2t3tb)电流电压oufzifzc)触发电压t

8、ug1ug3ug5ug1ug3ugd)管子导通顺序图6-7 a=0 三 相 半 控 电 阻 负 载 波 形 1351344626三个二极管导通情况三个二极管导通情况三个晶闸管导通情况三个晶闸管导通情况负载电压为三相电压信号上包络线与下包络线之差。负载电压为三相电压信号上包络线与下包络线之差。控制角控制角 = 0相电压波形负载电压波形触发脉冲时序SCR导通顺序三相半控桥电阻性负载触发角=30的波形图第五章 晶闸管弧焊整流器14acbacba) 相 电 压u2uauaubuco t t1 t3 t5 tb)电 流 电 压oufzifzc)触 发 电 压 tug1ug3ug5ug1ug3ugd)管

9、子 导 通 顺 序图 6-8a=60 三 相 半 控 电 阻 负 载 波 形 1351446265a6060 后便会发生波形不连续了后便会发生波形不连续了。Ufz 控制角控制角 = 60三个晶闸管导通情况三个晶闸管导通情况 t1 时，三个共阴极晶闸管中VT1阳极电位Ua最高，VT1导通，其电位钳位到VT3、VT5的阴极，使VT5的阴极电位比阳极电位高而截止。t1 至t3中点处之后，出现UbUa，但仍然是VT1导通，是因为此时尽管Ub最大，但VT3触发端没加触发脉冲，故仍截止。t3时，VT3阳极电位Ub最高，且控制极加触发脉冲，VT3导通；VT3导通后阳极电位钳位到VT1阴极使它截止。每个管子导

10、通角为120，导通顺序为1、3、5循环三个二极管导通情况三个二极管导通情况t2时，Uc最低，对应的二极管VD6导通，导通后Uc钳位到VD2、VD4阳极使VD2、VD4截止。依次类推每个管子导通角为120。管子导通顺序为6、2、4、6循环。负载电压为：负载电压为：Ufz = 1.17 U2 ( 1 + cos ) U2是相电压的有效值。移相范围为是相电压的有效值。移相范围为180电阻性负载三相桥式半控整流电路的电流波形在一个周期中只有电阻性负载三相桥式半控整流电路的电流波形在一个周期中只有三个波峰，脉动大，甚至出现不连续，因此不能满足弧焊要求。三个波峰，脉动大，甚至出现不连续，因此不能满足弧焊要

11、求。第五章 晶闸管弧焊整流器15TVT1VT3VT5VD2VD4VD6abcRfzifzufz图6-9 电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路LVT7VD7 2 、 电阻电感性负载L足够大时，负载电压足够大时，负载电压 Uf z 为零为零时，负载电流减少产生自感电势时，负载电流减少产生自感电势，i f z不中止。在不中止。在VT1、VD6继续导继续导通。至通。至 t4时，虽然时，虽然Uac=0，但二但二极管中由极管中由VD6自然换相为自然换相为VD2导导通，于是通，于是L、Rfz、VD2和和VT1之之间构成回路，由间构成回路，由L上的自感电动上的自感电动势继续为势继续为VT1提供正向电压使其提供

12、正向电压使其不能及时关断。不能及时关断。VT1继续导通多继续导通多长时间取决于长时间取决于L中存储的能量的中存储的能量的大小，甚至延长到大小，甚至延长到VT3被触发为被触发为止。止。与纯电阻负载相比，晶闸与纯电阻负载相比，晶闸管的导通角失控，不能正管的导通角失控，不能正常关断。常关断。避免失控的方法：避免失控的方法： 在负载两端接上在负载两端接上续流续流二极管二极管VD7，这样当整流这样当整流电压间断时，由电压间断时，由L、Rfz和和VD7构成回路续流，既使构成回路续流，既使ifz不中止，又使晶闸管按不中止，又使晶闸管按时关断。时关断。第五章 晶闸管弧焊整流器16三相桥式半控整流电路特点： 优

13、点： 制造简单、可靠、经济和较易调试缺点： 调至低压或小电流时波形脉动较明显，需配置大电感量的输出电抗器。第五章 晶闸管弧焊整流器17二、三相桥式全控整流电路TVT1VT3VT5VT4VT6VT2abcRfzifzufz图6-12 三相桥式全控整流电路L 电阻性负载电阻性负载 电阻电感性负载电阻电感性负载第五章 晶闸管弧焊整流器18abacbcbacacbabaca) 相电压u2aabcott1t2t3t4t5t6t1t2t3tb)负载电流、电压oufzifzc)触发电压t1ugd)晶闸管导通顺序图6-13 a=0 三 相 桥 式 全 控 整 流 电 路 波 形 135144626234561

14、23355116262电阻性负载电阻性负载控制角 = 0 各晶闸管分别导通各晶闸管分别导通120第五章 晶闸管弧焊整流器19控制角控制角 =0时的触发脉冲信号时的触发脉冲信号a)双窄脉冲触发ugottb)单宽脉冲触发otug图6-14 三 相 桥 式 全 控 整 流 电 路 触 发 方 式ugtug6123456562134560o1356246第五章 晶闸管弧焊整流器20ufz taab ac bc ba cacb ab aca=60ug t6516213243546516baaufzbcacababcbcaaca=90ug t t6562311235445661图 6-15 电 阻 性负

15、载 三 相 桥 式 全控 电 路 不 同 a角时 负 载 电 压 波 形a) a=60 时b) a=90 时电阻性负载三相桥式全控电路a=60时负载电压波形时负载电压波形TVT1VT3VT5VT4VT6VT2abcRfzifzufz图6-12 三相桥式全控整流电路L各晶闸管依然分别导通各晶闸管依然分别导通120，但输出功率降低。，但输出功率降低。 第五章 晶闸管弧焊整流器21ufz taab ac bc ba cacb ab aca=60ug t6516213243546516baaufzbcacababcbcaaca=90ug t t6562311235445661图 6-15 电 阻 性负

16、 载 三 相 桥 式 全控 电 路 不 同 a角时 负 载 电 压 波 形a) a=60 时b) a=90 时电阻性负载三相桥式全控电路电阻性负载三相桥式全控电路a=90时时的负载电压波形的负载电压波形TVT1VT3VT5VT4VT6VT2abcRfzifzufz图6-12 三相桥式全控整流电路L各晶闸管导通时间不足各晶闸管导通时间不足120，输出波形不再连续。，输出波形不再连续。 电路特点电路特点：1 1、每周有、每周有6 6个波峰，脉动较小，配用的输出电感量也较小；个波峰，脉动较小，配用的输出电感量也较小；2 2、整流输出电压、电流在控制角为、整流输出电压、电流在控制角为6060o o时，

17、临界连续；时，临界连续；3 3、6 6只晶闸管，电路复杂，调试和维护困难。只晶闸管，电路复杂，调试和维护困难。4 4、整流电路的移相范围为、整流电路的移相范围为120120第五章 晶闸管弧焊整流器22 电阻电感性负载电阻电感性负载baaufzbcacababcbcaaca=90to图6-16 a=90电阻电感性负载三相桥式全控整流电压波形三相桥式全控整流电路的负载电压平均值： Ud = 2.34 U2 cos 移相范围移相范围90第五章 晶闸管弧焊整流器23三、六相半波整流电路TVT3bRfz图6-18 六相半波整流电路aVT1cVT5-c-b-aVT2VT6VT4o+-bufz-ca-b-b

18、c-aat0-ct1t2t3t4t5t6t1t2a）ufz波形0612345612b）晶闸管导电顺序图6-20 a=0时六相半波可控整流波形铁心有三个心柱，每个铁心有三个心柱，每个心柱上各有一个一次绕心柱上各有一个一次绕组和两个二次绕组（如组和两个二次绕组（如a和和-a），两个二次绕），两个二次绕组的非同名端相连。组的非同名端相连。只要控制级有触发信号，只要控制级有触发信号，六个共阴极晶闸管的导六个共阴极晶闸管的导通规律是阳极电位最高通规律是阳极电位最高的管子导通。只需单管的管子导通。只需单管导通即可构成回路。六导通即可构成回路。六个管子轮流导通。个管子轮流导通。第五章 晶闸管弧焊整流器24

19、电阻性负载电阻性负载 =0 相电压相电压60时为自然换相点。时为自然换相点。六个管子轮流导通各六个管子轮流导通各60 。bufz-ca-b-bc-aat0-ct1t2t3t4t5t6t1t2a）ufz波形612345612b）晶闸管导电顺序图6-20 a=0时六相半波可控整流波形第五章 晶闸管弧焊整流器25bufz-ca-b-bc-aato-ca）ufz波形b）ug波形图6-21 a=60时三相半波可控整流波形ugota561234561 =60时时 六相半波可控整流波形六相半波可控整流波形6060 后后,便会发便会发生波形不连续了生波形不连续了。 =120时，时，输出电压输出电压 Ufz=0

20、TVT3bRfz图6-18 六相半波整流电路aVT1cVT5-c-b-aVT2VT6VT4o+-第五章 晶闸管弧焊整流器26 （ 2）电阻电感性负载）电阻电感性负载baufz-ca-b-bc-aaa=90to图6-22 a=90六相半波可控整流电路ufz波形-c六相半波整流电路的负载电压平均值：六相半波整流电路的负载电压平均值： Ud =1.35U2cos =0 时，时， Ufz =1.35U2 ； =90时，时， Ufz = 0第五章 晶闸管弧焊整流器27四、带平衡电抗器双反星形可控整流电路1、 组成2、平衡电抗器LB的作用3、管子导通的波形图4、不同控制角情况下波形图5、晶闸管弧焊整流器主

21、电路的比较第五章 晶闸管弧焊整流器28Rfza)ZDK-500型焊机主电路VT1、3、5oabc-a-c-bVT2、4、6PLMNLBb)ZX5-400型焊机主电路VT1、3、5MoLBVT2、4、6PRfzNLabc-a-c-b图6-23 带平衡电抗器双反星形电路图VT1、3、5VT4、6、2VT1、3、5组成三相半波整流电路，称为正极性组；组成三相半波整流电路，称为正极性组； VT2、4、6组成三相半波整流电路，称为反极性组。组成三相半波整流电路，称为反极性组。平衡电抗器平衡电抗器第五章 晶闸管弧焊整流器29（ 1）将将LB短接短接 成六相半波整流电路。 = 0 ，t1+时Ua最高，U-b

22、次高，VT1导通后因 Ua U-b， 故VT6承受反向电压而截止。平衡电抗器平衡电抗器LB的作用的作用bufz-ca-b-bc-aat0-ct1t2t3t4t5t6t1t2a）ufz波形0612345612b）晶闸管导电顺序图6-20 a=0时六相半波可控整流波形第五章 晶闸管弧焊整流器30 （2）接入）接入LB t1+时时Ua最高，最高，VT1导通，电导通，电流通过流通过LB的的OM流至负载，在流至负载，在OM上产生的电势极性是右正左上产生的电势极性是右正左负。在负。在ON上也是右正左负。上也是右正左负。UOM与与Ua极性相反，使极性相反，使VT1的阳的阳极电位降低了极电位降低了UOM；而而

23、UON与与U-b极性相同，使极性相同，使VT6的阳极电位提的阳极电位提高了高了UON。从而使从而使VTI、VT6阳极阳极电位相同而同时导通。电位相同而同时导通。 UON=UOM=（Ua-U-b）/22BAfzuuu第五章 晶闸管弧焊整流器31bufz-ca-b-bc-aat0-ct1t2t3t4t5t6t1t2a）ufz波形0612345612b）晶闸管导电顺序图6-20 a=0时六相半波可控整流波形Rfza)ZDK-500型 焊 机 主 电 路VT1、 3、 5oabc-a-c-bVT2、 4、 6PLMNLBb)ZX5-400型 焊 机 主 电 路VT1、 3、 5MoLBVT2、 4、

24、6PRfzNLabc-a-c-b图 6-23 带 平 衡 电 抗 器 双 反 星 形 电 路 图VT1、3、5VT4、6、2图6-26 t2-时刻LB上感应电动势极性oVT1aMPVT2-cNLB-+-+u-c-ua+ t2+时时 当当Ua过了峰值之后至过了峰值之后至wt2之前，反极性组中之前，反极性组中u-c高于高于u-b，于是于是VT2导通而导通而VT6关断，则该阶段由关断，则该阶段由VT1、VT2同时导通。过了同时导通。过了wt2之后之后u-c电压最高，电压最高，VT2继续导通且该支路电继续导通且该支路电流较大，于是流较大，于是LB的感应的电动势极性的感应的电动势极性如右所示。如右所示。

25、借此提高了借此提高了M点与点与VT1阳极电阳极电位，而降低了位，而降低了N点与点与VT2阳极阳极电位，使二者阳极电位趋于相电位，使二者阳极电位趋于相等。因而等。因而VT1继续导通。直到继续导通。直到过了过了U-c的峰值之后，则正极性的峰值之后，则正极性组中组中Ub电压最高，于是电压最高，于是VT3导导通，通，VT1关断，由关断，由VT3与与VT2同同时导通。时导通。第五章 晶闸管弧焊整流器32MP tcabcaa) t1 t3 t5 t1 t3正 极 性 组 的 整 流电 压 波 形 t2b)uNP-b t6 t4 t2-a-c-b反 极 性 组 的 整 流电 压 波 形 t-cc)ufz t

26、负 载 电 压 波 形-ba-cb-ac-bad)uMN平 衡 电 抗 器 两 端电 压 波 形56162123434565612132e)整 流 元 件 导 通 次序图 6-27 带 平 衡 电 抗 器 双 反 星 形 整 流 器 波 形 图(a=0 时 ） 特特 点：点：1）每个整流元件）每个整流元件最大导通角为最大导通角为120度，负载电流度，负载电流Ifz同同时由两个整流元件时由两个整流元件和两个变压器组提和两个变压器组提供，提高了利用率，供，提高了利用率，也提高了电源功率。也提高了电源功率。2）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。3）平衡电抗器是维持两组三相半波电

27、路互不干扰各自正常工作所必需的。平衡电抗器两端电压近似于三角波，频率为电网电压的三倍。第五章 晶闸管弧焊整流器334、不同控制角情况下波形图uM P tabcaa )正 极 性 组 电 压 波 形b )uN P- a- c- b反 极 性 组 电 压 波 形 t- cc )uf z t负 载 电 压 波 形a = 3 0 a图 6 - 2 9 带 平 衡 电 抗 器 双 反 星 形 整 流 电 路a = 3 0 时 整 流 电 压 波 形 = 30 第五章 晶闸管弧焊整流器34uta=60a-ba -c b -a c -ba -cMPNPfz图6-30 带平衡电抗器双反星形整流电路a=60时整

28、流电压波形 = 60 第五章 晶闸管弧焊整流器35uMPtabcduNP-a-c-bt-ca-b = 90 此时他们的平均值此时他们的平均值均为零，因此控制均为零，因此控制角的调节范围为角的调节范围为0-90带平衡电抗器双反带平衡电抗器双反星形整流电路的负星形整流电路的负载电压平均值：载电压平均值： Ud =1.17U2cos 第五章 晶闸管弧焊整流器36 带平衡电抗器双反星形整流器的特点带平衡电抗器双反星形整流器的特点 （1）它相当于两组三相半波整流电路并联，各相电流流通时）它相当于两组三相半波整流电路并联，各相电流流通时间可达间可达120，因此变压器和整流元件的利用率高。每个晶闸，因此变压

29、器和整流元件的利用率高。每个晶闸管只分担六分之一负载电流。管只分担六分之一负载电流。 （2）触发电路比三相桥式半控整流电路的复杂，比三相桥式）触发电路比三相桥式半控整流电路的复杂，比三相桥式全控整流电路的简单。全控整流电路的简单。 （3）整流电压波形为每个周波六个波峰，其脉动程度较小，）整流电压波形为每个周波六个波峰，其脉动程度较小，因此输出电抗器体积较小。因此输出电抗器体积较小。 （4）应避免铁心被直流成分所磁化，需用平衡电抗器，要求）应避免铁心被直流成分所磁化，需用平衡电抗器，要求两组整流电路的参数（变压器匝数和漏感）应基本对称。两组整流电路的参数（变压器匝数和漏感）应基本对称。 第五章

30、晶闸管弧焊整流器37晶闸管弧焊整流器主电路比较晶闸管弧焊整流器主电路比较30第五章 晶闸管弧焊整流器38第三节 触发电路一、对触发电路的要求二、需要的触发电路套数三、单结晶体管触发电路四、晶体管触发电路 第五章 晶闸管弧焊整流器39 一、对触发电路的要求 1. 生成足够功率的触发脉冲。生成足够功率的触发脉冲。 2. 触发脉冲与晶闸管的阳极电压必须同步。触发脉冲与晶闸管的阳极电压必须同步。 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。 4.触发脉冲应有一定宽度触发脉冲应有一定宽度 5.多路触发脉冲之间应有电气隔离多路触发脉冲之间应有电气隔离 三相桥式全控、带

31、平衡电抗器双反星形与六相半波可控整流三相桥式全控、带平衡电抗器双反星形与六相半波可控整流电路要求触发脉冲移相范围为电路要求触发脉冲移相范围为090度；三相桥式半控整流电度；三相桥式半控整流电路触发脉冲移相范围为路触发脉冲移相范围为0180度。度。第五章 晶闸管弧焊整流器40 二、需要的触发电路套数二、需要的触发电路套数 1. 六套六套 移相范围为移相范围为090度度 主电路适用的形式：三相桥式全控、六相半波主电路适用的形式：三相桥式全控、六相半波可控整流电路。可控整流电路。 适用于适用于ZDK-500型、型、GS400SS型弧焊整流器。型弧焊整流器。 缺点：触发套数过多，难以保证三相电路平衡，

32、缺点：触发套数过多，难以保证三相电路平衡，增加电路故障的可能性。增加电路故障的可能性。第五章 晶闸管弧焊整流器412. 三套三套u2tabca-a-b-c-bug1t180ug2t180120ug3t120180b)波形图bacVT1L-a-b-cRfzVT2VT6VT4VT3VT5ug3ug2ug1ug3ug2ug1a)电路图图6-32 三套触发电路的触发脉冲分配第五章 晶闸管弧焊整流器42u2tabcug1t120b)LBabcRfzVT5VT3VT1120LRVTVD5VD3VD1oa)c)图6-34 一套触发电路触发一组三相半波可控整流电路时脉冲的分配 a）电路图 b）相电压波形 c）

33、触发脉冲波形ug13. 两套两套一套触发正极性组一套触发正极性组a、b、c所对应的晶闸管所对应的晶闸管VT1、3、5；另一另一套触发负极性组套触发负极性组-a、-b、-c所对应的晶闸管所对应的晶闸管VT2、4、6。当第一个触发脉冲当第一个触发脉冲Ug1出现时，出现时，Ua最负，使最负，使VT1导通，其正向电压很导通，其正向电压很小，且电阻小，且电阻R上的压降忽略不计，因而上的压降忽略不计，因而o点的电位近似为点的电位近似为Ua。VT5、VT3承受反向压降而截止。因而承受反向压降而截止。因而VT阳极不与阳极不与VT3、5的阴极相通。的阴极相通。VT承受相隔承受相隔120度的一系列脉冲触发。在度的

34、一系列脉冲触发。在wt1+时时VT触发脉冲触发脉冲1使使VT导通，从而使导通，从而使VT1控制极承受其阳极电压控制极承受其阳极电压ua的一部分，也导通。的一部分，也导通。VT1一旦导通，其正向压降只有一旦导通，其正向压降只有1V左右，不足以维持左右，不足以维持VT继续导通，继续导通，而使其关断，为触发另一晶闸管做准备。而使其关断，为触发另一晶闸管做准备。wt2+时，脉冲时，脉冲2触发触发VT，ub最负，最负，VT3导通。最后导通。最后VT5导通导通Q第五章 晶闸管弧焊整流器43 三、单结晶体管触发电路三、单结晶体管触发电路 1. 1. 单结晶体管单结晶体管 一个一个PN结，两个基极。结，两个基

35、极。 B2 RB2 E RB1 B1B2B1E单结晶体管导通原理单结晶体管导通原理第五章 晶闸管弧焊整流器44 VA=rb1/(rb1 rb2)vbb=Vbb分压比 由管子内部结构决定的常数，一般为0.3-0.85。第五章 晶闸管弧焊整流器45T2R13C13VS1610111213VD14V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图6-35 ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路2. 2. ZX5ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路系列晶闸管弧焊整流器的触发电路 脉冲产生与移相电路同步信号产生电路第五章 晶闸管弧焊整流器4

36、6 脉冲产生与移相原理脉冲产生与移相原理 当当Uk输入负值时，晶体输入负值时，晶体管管V3、V4导通，导通，C4、C5充充电，到达电，到达VU1、VU2的峰值的峰值电压时，电压时， VU1、VU2导通。导通。由于由于C4 和和VU1、C5和和VU2组成驰骋振荡电路，组成驰骋振荡电路，C4、C5不断的进行充放点，在不断的进行充放点，在脉冲变压器脉冲变压器T4、T3两端产两端产生两套触发脉冲。生两套触发脉冲。 移相原理：移相原理：Uk越负，则越负，则C4、C5充电越快，产生充电越快，产生第一个脉冲越早，主电第一个脉冲越早，主电路中相应的晶闸管的控路中相应的晶闸管的控制角就越小；反之控制制角就越小；

37、反之控制角越大。因而控制角越大。因而控制Uk的的大小就控制了脉冲的移大小就控制了脉冲的移相。相。T2R13C13VS1610111213VD14V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图6-35 ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路Uk值确定控制角的大小值确定控制角的大小第五章 晶闸管弧焊整流器47T2R1 3C1 3VS1 610111213VD1 4V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图 6-35 ZX5系 列 晶 闸 管 弧 焊 整 流

38、器 的 触 发 电 路 同步电路的工作原理同步电路的工作原理 要求产生两套触发脉冲，同套之间相邻脉冲相位相差要求产生两套触发脉冲，同套之间相邻脉冲相位相差120度，两套之间相度，两套之间相邻脉冲之间相位相差邻脉冲之间相位相差60度。通过度。通过C4、C5两端各并联一个晶体管两端各并联一个晶体管V1、V2，控控制制C4、C5的充放电实现的充放电实现 。在各自的同步点上，由同步信号使。在各自的同步点上，由同步信号使V1、V2瞬间瞬间饱和导通，则饱和导通，则C4、C5 瞬即放完电，起清零作用，以便在同步点后按瞬即放完电，起清零作用，以便在同步点后按Uk 确定确定的速度从零开始充电。这样产生第一个有效

39、脉冲。的速度从零开始充电。这样产生第一个有效脉冲。1）T2三相次极电压信号三相次极电压信号Ua、Ub、Uc经经R1-3分压，分压，VS1-6正、反方正、反方向双向稳压，在向双向稳压，在10、11、12对点对点13之间各得正、反方向矩形波之间各得正、反方向矩形波如下图所示。如下图所示。2）各矩形波经过各矩形波经过C1-3、R58构成的微分电路，在正矩形波的上升构成的微分电路，在正矩形波的上升沿、负矩形波的下降沿分别产生尖的脉冲与负脉冲信号。沿、负矩形波的下降沿分别产生尖的脉冲与负脉冲信号。3）每个）每个正脉冲（或负脉冲）之间相差正脉冲（或负脉冲）之间相差120度。度。4）在在R58上产生正、负脉

40、冲相间，相位相差上产生正、负脉冲相间，相位相差60度的脉冲信号。度的脉冲信号。5）正脉冲经正脉冲经VD1、VD4连接到连接到V1的基极；负脉冲经的基极；负脉冲经VD3、VD2连连接到接到V2的基极，控制的基极，控制V1、V2的导通，从而满足同步要求。的导通，从而满足同步要求。u2 tabcaa )bu1 0- 13 tb )u1 1- 13c ) tu1 2- 13d ) tuR5 8e ) tabbccaaaccbbcab图 6- 36 同 步 电 路 波 形 图a )相 电 压 波 形 图b )、 c） 、 d） 各 项脉 冲 波 形e )R5 8脉 冲 波 形第五章 晶闸管弧焊整流器48

41、u2tabcaa)bu10-13tb)u11-13c)tu12-13d)tuR58e)tabbccaaaccbbcab图6-36 同 步 电 路 波 形 图a)相电压波形图b)、c）、d）各项脉冲波形e)R58脉冲波形第五章 晶闸管弧焊整流器49四、晶体管触发电路矩形波触发电路脉冲形成环节脉冲放大当uk=0V4截止 V5、V6分别经R11、R10供给足够的基极电流使之饱和导通，因此点电位为-13.7 V(二极管正向压降以0.7 V，晶体管饱和压降以0.3 V计算)，V7、V8处于截止状态， 无触发脉冲输出。此时，电容C3经R11C3V5发射结V6VD4充电至接近30 V，极性为左正右负。当uk

42、=0.7vV4导通 A点电位为1.1V,C3不可突变 为-30VV5 截止 点电位为2.1V V7、V8导通， 有触发脉冲输出。此时，电容C3经R14C3 VD3 V4放电和反向充电。脉冲前沿由V4导通时刻确定，V5或V6截止持续时间为脉冲宽度，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。1.脉冲形成及放大环节第五章 晶闸管弧焊整流器502.锯齿波的形成和脉冲移相环节 电路中采用恒流源（V1、V9、R3、R4）对电容C2充电来形成锯齿波电压。 当V2截止时，恒流源电流I1C对C2恒流充电，电容两端电压为tCItiCuCCC66611d1调节电位器R3即可调节锯齿波斜率 V2截止时，对C2充电

43、；V2饱和导通时，由于R4阻值小，电容C2经R4、V2管迅速放电，因此，只要V2管周期性关断导通，电容C2两端就能得到线性很好的锯齿波电压。V4管基极电位可看成锯齿波电压ue3（）、控制电压Uc（正值）、偏移电压Ub（负值）三者单独作用的叠加。当V4基极b4断开，只考虑锯齿波电压ue3时，其等效电路如图4-13(a)所示。直接作用到b4点的电压为调节锯齿波斜率恒流源第五章 晶闸管弧焊整流器513398798355.0)/(/eeeuuRRRRRuc97897c15. 0)(UURRRRRUcbb879873 . 0)/(/UURRRRRUb443444434)(1bebbcebebebbecb

44、eebRuUUuRRURURuI第五章 晶闸管弧焊整流器52同步环节由变压器和同步开关V2组成。当二次电压负半周的下降段时，VD1导通C1充电V2截止在二次电压负半波上升段时，+15V经R1给C1反向充电VD1截止V2导通Q点电位从同步电压负半周上升段开始时刻到达1.4V的时间越长，V2的截止时间就越长，锯齿波就越宽充电时间有R1C1决定。第五章 晶闸管弧焊整流器53双窄脉冲形成环节V5、V6构成一个“或”门。只要V5、V6有一个截止，V7、V8就可以导通，输出脉冲。第一个脉冲：由Uk对应的控制角所产生。第二个脉冲相隔60后产生。所以得到窄脉冲R17 VD4防止双脉冲信号相互干扰。第五章 晶闸

45、管弧焊整流器54触发电路X、 Y端的连接 TVT1VT3VT5VT4VT6VT2abcRfzifzufz图 6-12 三 相 桥 式 全 控 整 流 电 路L 对于三相全控桥式整流主电路， 电源a、 b、 c为正相序时，则元件触发的次序为VT1VT2VT3VT4VT5VT6，彼此相隔60。为了得到内双脉冲，6块触发板的X、Y端可按图4-15所示方式连接，使后相的X端与前相的Y端相连。这样，当2CF触发电路工作，对VT2管发出第一个脉冲Ug2的同时，由X端到1CF的Y端送出负跳变，使1CF对VT1补发一个滞后60的附加脉冲。依此类推，每一块触发块都能输出相隔60的两只窄脉冲，保证三相桥式电路正常

46、工作。 第五章 晶闸管弧焊整流器55数字式触发电路Tfdtn0计数器电压-频率转换器功率放大同步信号发生器ukupusf电压-频率转换器：V/F将控制电压转化为频率计数器：输出n达到m时，输出触发脉冲同步信号：对计数器清零作用改变f，则计数器输出n从0到m所用的时间T发生改变，则控制角发生改变；而改变f是通过uk实现的，所以uk改变可以改控制角。第五章 晶闸管弧焊整流器56C、F1、R1构成积分器，V放电开关，F2、R3、R4 构成施密特比较器。uk为0，F1输出0，F2输出低电平，V截止ukuH， F2输出由低电平变为高电平，V导通，C放电，充电时间比放电时间长。第五章 晶闸管弧焊整流器57

47、集成触发电路脉冲移相脉冲形成脉冲分选及功率放大同步电路：Us经R20加到V1、V2基极。Us的正半周，V1导通，电流+15VR3VD1V1地us负半周，V2、V3导通，+15VR3VD2V3R5R21 -15V因此，正负半波 A/B低电位 V4截止只有|us|+0.7V，V6导通，设uc5、Ub为定值，改变Uc，则改变V6导通时刻，从而调节脉冲相位。脉冲形成：V7导通，C2由+15V经R7 VD5 V7 充电；当V6由截止转为导通时，C2使V7截止，经+15VR25V6地反向充电第五章 晶闸管弧焊整流器58触发脉冲的传递方式一.电磁耦合-采用脉冲变压器脉冲变压器作用：1.阻抗匹配2.触发多个晶

48、闸管可输出多路隔离的触发脉冲3.实现主电路与控制电路之间的电气隔离二.光电耦合优点：1. 驱动晶体管不承受感性负载产生的反电压，工况得到改善2.可以输出任意波形脉冲信号3.光电耦合器件与脉冲变压器比，成本低，体积小，易于在电路板上安装焊接三、直接传输第五章 晶闸管弧焊整流器59第四节 外特性控制电路一、闭环控制基本原理一、闭环控制基本原理二、闭环控制电路举例二、闭环控制电路举例第五章 晶闸管弧焊整流器60晶闸管式弧焊整流器开环控制框图控制电压控制电压Uk系统传递函数系统传递函数电源的等效内阻电源的等效内阻Rf为负载电阻为负载电阻f =0k -f0外特性控制方程：外特性控制方程：第五章 晶闸管弧

49、焊整流器61晶闸管式弧焊整流器的闭环特性晶闸管式弧焊整流器的闭环特性 f =0k -f0外特性控制方程：外特性控制方程：Uk = Uk u + Uk i = Am（Ug u - m Uf ）+ An（Ugi - n If ）陡降特性弧焊电源外特性曲线陡降特性弧焊电源外特性曲线电流、电压负反馈外特性电流、电压负反馈外特性常用外特性常用外特性弧压负反馈弧压负反馈电流负反馈电流负反馈fm00n0m0gin0gum0fIAmA1RAnAAmA1UAAUAAU第五章 晶闸管弧焊整流器62 不同外特性控制原理：不同外特性控制原理： （1）恒流外特性：）恒流外特性：只采用电流负反馈只采用电流负反馈 Am（

50、Ug u m Uf ）= 0 I f = U g i （2）恒压外特性：恒压外特性：只采用电压负反馈只采用电压负反馈 An（Ug i n If）= 0 Uf = Ug u （3）混合反馈：混合反馈： 1）采用电流与电压联合反馈采用电流与电压联合反馈 Am( U g u m Uf ) + An( Ug i - n I f ) = 01n1m 2）按电压大小采用反馈按电压大小采用反馈 当电压大于一定值时只采用电流负反馈，当电压大于一定值时只采用电流负反馈， 当电压小于一定值时采用电压与电流联合反馈形式。当电压小于一定值时采用电压与电流联合反馈形式。mAnAIUmnfffm00n0m0gin0gum

51、0fIAmA1RAnAAmA1UAAUAAU第五章 晶闸管弧焊整流器63 oUI52314图6-63 闭环控制所获得的外特性只用电压负反馈只用电压负反馈只用电流负反馈只用电流负反馈用电流截止负反馈用电流截止负反馈同时采用电流、同时采用电流、电压负反馈电压负反馈上端采用电流负反馈，上端采用电流负反馈， 下端同时采用电流负下端同时采用电流负 反馈与电压负反馈。反馈与电压负反馈。采用闭环控制后所获得的外特性第五章 晶闸管弧焊整流器64外特性控制电路外特性控制电路a) 分流器采样与放大电路分流器采样与放大电路b) 误差放大器电路误差放大器电路Uk= - R2 / R1 ( Ugi +Ufi )电流采样

52、反馈控制电路（陡降外特性）电流采样反馈控制电路（陡降外特性）Uk = - k（ Ugi n If ）采用两级放大：一级为采样放大；一级为误差放大，每级放大倍数均为20左右第五章 晶闸管弧焊整流器65电压反馈控制电路（电压反馈控制电路（平特性控制电路）采用一级放大就可满足要求第五章 晶闸管弧焊整流器66电流负反馈带截止电流负反馈带截止 145点与接地之间接有稳压点与接地之间接有稳压管管VS7，使电流负反馈带截止。使电流负反馈带截止。If很小时，很小时，|Uk |很大，若很大，若|Uk |大大于于VS7的稳压值，的稳压值，145点与接地点与接地间的电压将维持为间的电压将维持为VS7的稳压的稳压值，

53、即电流负反馈作用被截止。值，即电流负反馈作用被截止。只有在只有在If达到某个临界电流值达到某个临界电流值之后，使之后，使|Uk |小于小于VS7的稳压值的稳压值时，时，145点与接地的电压才与点与接地的电压才与nIf有关，才有电流负反馈作用。有关，才有电流负反馈作用。 T2R13C13VS1610111213VD14V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图6-35 ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路电流截止负反馈电流截止负反馈Uk = Am（Ug u - m Uf ）+ An（Ugi - n If ）第五章 晶闸管弧

54、焊整流器67第五节 晶闸管式脉冲及矩形波交流弧焊电源一、晶闸管式脉冲弧焊电源一、晶闸管式脉冲弧焊电源二、晶闸管式矩形波交流弧焊电源二、晶闸管式矩形波交流弧焊电源以晶闸管作为开关产生脉冲波形的弧焊电源。以晶闸管作为开关产生脉冲波形的弧焊电源。第五章 晶闸管弧焊整流器68一、晶闸管式脉冲弧焊电源一、晶闸管式脉冲弧焊电源 晶闸管给定值式脉冲弧焊电源晶闸管给定值式脉冲弧焊电源 晶闸管断续器式脉冲弧焊电源晶闸管断续器式脉冲弧焊电源第五章 晶闸管弧焊整流器69K1(Ugu-mUf)-K2(Ugi-nIf)UkUMIf、UfK1(Ugu-mUf)Ugu-mUfUgumUfUf-放大 K3触发电路整流器放大

55、K1电压采样放大 K2电流采样K2(Ugi-nIf)Ugi-nIfUginIfIf图6-62 晶闸管弧焊整流器闭环控制系统示意图 其控制电路与晶闸管式弧焊整流器基本相同。不同之处在其控制电路与晶闸管式弧焊整流器基本相同。不同之处在于控制电路中比较环节的于控制电路中比较环节的给定值为脉冲电压，而不是直流电给定值为脉冲电压，而不是直流电压。压。晶闸管给定值式脉冲弧焊电源的特点：1.输出脉冲电流波形为方波或带前沿尖峰的方波2.脉冲电流和基本电流由同一电源提供，是一体式脉冲弧焊电源3.脉冲频率、脉冲电流和基本电流幅值、脉宽比可无级调节，操作方便4.脉冲频率调节范围较小，0.2-10Hz，适用于GTAW

56、5.易于实现一机多用，直流、脉冲6.控制线路比较复杂，不易维修第五章 晶闸管弧焊整流器70晶闸管断续器式脉冲弧焊电源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两类：按晶闸管断续器的结构形式可分为两类：双电源式双电源式单电源式单电源式交流断续器交流断续器直流断续器直流断续器第五章 晶闸管弧焊整流器71 串连式串连式并连式并连式 由并联工作的两个由并联工作的两个电源供电。基本电流电源供电。基本电流由额定电流较小的直由额定电流较小的直流电源供电；脉冲电流电源供电；脉冲电流由直流弧焊电源流由直流弧焊电源(弧焊整流器或直流弧焊整流器或直流弧焊发电机弧焊发电机)和晶闸和晶闸管断续器串联或并联

57、管断续器串联或并联组成的电源装置供电，组成的电源装置供电，其额定电流较大。其额定电流较大。第五章 晶闸管弧焊整流器72采用单电源直流断续器的晶闸管式脉冲弧焊电源采用单电源直流断续器的晶闸管式脉冲弧焊电源晶闸管直流断续器晶闸管直流断续器输出电流波形输出电流波形直直流流弧弧焊焊电电源源Q断开，电源通过R1对电弧提供基本电流；Q闭合，电源对电弧提供脉冲电流控制Q的延迟断开时间t1，就可以调节脉宽比第五章 晶闸管弧焊整流器73晶闸管式矩形波交流弧焊电源矩形波交流弧焊电源又称方波交流弧焊电源。矩形波交流弧焊电源又称方波交流弧焊电源。常用于铝合金交流钨极氩弧焊。常用于铝合金交流钨极氩弧焊。晶闸管桥的开关直

58、流电抗器的储能正弦波交流电流矩形波交流电流逆变器式逆变器式晶闸管电抗器式晶闸管电抗器式数字开关式数字开关式 与单相桥式全控整流电路相比较，不是把电弧放在直流与单相桥式全控整流电路相比较，不是把电弧放在直流一侧与一侧与DK相串联，而是将其放在交流一侧与变压器二次绕相串联，而是将其放在交流一侧与变压器二次绕组相串联。组相串联。DK是带有间隙的电抗器，由于其电感量很大，是带有间隙的电抗器，由于其电感量很大，具有储能及续流作用，从而保证了小电流的连续性。具有储能及续流作用，从而保证了小电流的连续性。特点：1.电弧稳定，引弧容易，不必加引弧器2.通过调节正、负半波通电时间比，在保证阴极雾化条件下增大正极

59、性电流，获得最佳熔深、提高生产率和钨极使用寿命3.可不采用消除直流分量的装置4.可用于碱性焊条手工电弧焊，电弧稳定、飞溅小第五章 晶闸管弧焊整流器74第六节第六节 晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍ZX5系列晶闸管式弧焊整流器系列晶闸管式弧焊整流器 由主电路、触发电路与控制电路组成。由主电路、触发电路与控制电路组成。 主电路为带平衡电抗器双反星形形式。主电路为带平衡电抗器双反星形形式。 触发电路为单结晶体管触发电路。触发电路为单结晶体管触发电路。第五章 晶闸管弧焊整流器75图图5-66 ZX5-400型晶闸管式弧焊整流器电气原理图型晶闸管式弧焊整流器电气原理图交流接触

60、器，用于接通与断开主电路交流接触器，用于接通与断开主电路主变压器的一次为星形连接主变压器的一次为星形连接二次为带平衡电抗器的双反星形连接二次为带平衡电抗器的双反星形连接六只晶闸管均采用共阳极接法，有利于散热与触发六只晶闸管均采用共阳极接法，有利于散热与触发电风扇电风扇第五章 晶闸管弧焊整流器76图图5-67 控制电路简化图控制电路简化图晶闸管移项触发电路晶闸管移项触发电路UK送至图送至图5-30中产生中产生触发脉冲分别触发图触发脉冲分别触发图5-66中中V7与与V8 外特性控制电路外特性控制电路从从RS上获得电流反馈控上获得电流反馈控制信号，经制信号，经 N3放大后与放大后与Ug相加、放大、输