二次电弧焊变压器

第二单元弧焊变压器学习目标：通过学习（1）明确弧焊变压器的基本工作原理和分类；（2）理解正常漏磁式弧焊变压器和增强漏磁式弧焊变压器的电磁关系；（3）掌握常用弧焊变压器的结构特点、工作原理、工艺参数调节；（4）熟悉常用弧焊变压器的国产产品；（5）能对常用弧焊变压器的常见故障进行分析和排除。综合知识模块一弧焊变压器的原理及分类弧焊变压器是一种特殊的变压器，其基本工作原理与一般的电力变压器相同。但为了满足弧焊工艺的要求，它还应具有以下特点：（1）为保证交流电弧稳定燃烧，要有一定的空载电压和较大的电感。（2）弧焊变压器主要用于焊条电弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊，应具有下降的外特性。（3）弧焊变压器的内部感抗值应可调，以进行焊接参数的调节。能力知识点1弧焊变压器的工作原理弧焊变压器和一般电力变压器一样，具有变电压、变电流、变阻抗的功能。作为一种弧焊电源，根据变压器的原理，可以导出弧焊变压器的外特性方程式如下：或（2-1）从（2-1）式可以看出，要使弧焊变压器获得下降的外特性，即电弧电压随焊接电流的增大而减小，变压器的总等效阻抗必须不能等于零。而要使弧焊变压器获得陡降的外特性，必须比较大。然而，弧焊变压器要具有一定的总等效阻抗，可以使变压器的漏抗值很小（），靠串联电抗器得到较大的感抗值；或使变压器具有较大的漏抗，而不用串联电抗器（）。当焊接电流增加时，在总等效阻抗上产生较大的电压降，从而获得下降的外特性，满足焊接工艺的要求。当改变或时，可得到一系列陡降度不同的外特性，以便于焊接工艺参数的调节。能力知识点2弧焊变压器的分类根据获得下降外特性的方法不同，可将弧焊变压器分成如下两大类。1．正常漏磁式弧焊变压器它是由一台正常漏磁式（漏磁很小，可忽略）的变压器串联一个电抗器组成，所以又称为串联电抗器式弧焊变压器。根据电抗器与变压器的配合方式不同又可分为：（1）分体式弧焊变压器变压器与电抗器是相互分开的，两者之间用电缆串联在一起，没有磁的联系，仅有电的联系，故称为分体式。BN系列和BX10系列属于这类弧焊变压器（2）同体式弧焊变压器变压器与电抗器组成一个整体，两者之间不仅有电的联系，还有磁的联系。BX、BX2系列属于这类弧焊变压器。（3）多站式弧焊变压器由一台三相平特性变压器并联多个电抗器组成。通常变压器的容量较大，可供多个工位同时使用。BP-3×500型就是这类弧焊变压器。2．增强漏磁式弧焊变压器这类弧焊变压器是人为地增加变压器自身的漏抗，使变压器本身兼起电抗器的作用，而无需外加电抗器。按其结构特点，这类弧焊变压器可分为：（1）动圈式弧焊变压器其一次绕组和二次绕组是相互独立，且有一定的距离。改变一次绕组与二次绕组之间的距离，使漏抗发生变化，从而达到调节焊接参数的目的。这种弧焊变压器也称为动绕组式弧焊变压器。BX3系列就属于这类弧焊变压器。（2）动铁式弧焊变压器其结构特点是在一次绕组与二次绕组之间加一个活动铁心作为磁分路，以增大漏磁，即加大漏抗。通过改变动铁心的位置可调节漏磁的大小，从而改变焊接参数。BX1系列就属于这类弧焊变压器。（3）抽头式弧焊变压器它的特点是靠一次绕组与二次绕组之间耦合不紧密来增大漏抗，通过变换抽头改变漏抗，从而调节焊接参数。BX6系列就属于这类弧焊变压器。综合知识模块二正常漏磁式弧焊变压器正常漏磁式弧焊变压器也称为串联电抗器式弧焊变压器。这类弧焊变压器是由变压器和电抗器组成。前者为正常漏磁的普通降压变压器，将电网电压降至所要求的空载电压，变压器本身的外特性是接近于平的外特性。为得到下降的外特性及调节焊接工艺参数需串联一个电抗器能力知识点1分体式弧焊变压器分体式弧焊变压器的国产型号为BN系列，产品曾有BN-300、BN-500等型号优点：变压器和电抗器是分开的，便于搬动，使用比较灵活；变压器的二次电压不变，容易改装成多站式电源；结构简单，调节性能较好。缺点：结构不紧凑，消耗材料多；小电流焊接时会产生较大的交变电磁力，造成动铁心的强烈振动，产生很大噪声，还可能使焊接电流发生波动，影响焊接工作的正常进行。因此，分体式弧焊变压器在使用小电流焊接时，电弧稳定性差，目前已不再生产能力知识点2同体式弧焊变压器1．结构特点同体式弧焊变压器的结构如图2-1所示。图2-1同体式弧焊变压器的结构图2-1同体式弧焊变压器的结构原理图由图2-1可以看出，下部是变压器，上部是电抗器，变压器与电抗器共用了一个中间磁轭。图中将变压器一、二次绕组画成上下叠绕是为了便于分析，实际上是同轴缠绕，一次绕组在内层，二次绕组在外层，均布在两个侧柱上，因此漏磁很少。与分体式不同之处在于，将电抗器叠加于变压器之上共用中间磁轭，以达到省料目的。一次绕组W1两部分串联后接人电网，二次绕组W2两部分串联后再与电抗器绕组WK串联向焊接电弧供电。电抗器铁心留有空气隙δ，δ的大小可通过螺杆机构来进行调节。2．工作原理（1）空载可以导出该弧焊变压器的空载电压为：（2-2）（2）负载根据（2-1）式可以导出这种弧焊变压器的外特性方程式为：或（2-3）（3）短路短路电流方程式为：（2-4）3．焊接工艺参数调节这种弧焊变压器的参数调节主要是指焊接电流的调节。它主要靠调节电抗器铁心空气隙δ大小来调节焊接电流。当δ减小时，XK增大，从而减小；同理，δ增大，增大。4．特点及产品介绍（1）特点：1）同体式弧焊变压器由于结构紧凑，因此可比分体式弧焊变压器节省16％的硅钢片，节省10％的铜导线。容量越大，节省材料越多，因而使成本降低。2）由于变压器二次绕组和电抗器绕组采用反接接线方式，因而提高了同体式弧焊变压器的效率，降低了电能的损耗。3）占地面积小，节省了工作面积。由于同体式弧焊变压器采用动铁心式电抗器调节焊接电流，所以当焊接电流调节到小电流范围时，这时空气隙长度较小，空气隙的磁感应强度增大，电抗器动、静铁心之间的电磁作用力增加，铁心振动大，容易导致焊接电流波动和电弧不稳等现象。因此，同体式弧焊变压器不宜在中、小电流范围使用，即这类弧焊变压器适用于作成大容量的焊接电源。目前电流大于500A的弧焊变压器多采用这种结构形式。它可作为焊条电弧焊电源，主要还是作为埋弧焊的电源。（2）产品介绍国产同体式弧焊变压器有两种系列：BX系列和BX2系列BX系列有BX-500型弧焊变压器，适用于焊条电弧焊。它的电流调节是靠手动螺杆带动动铁心，改变空气隙长度δ的大小来实现的。BX2系列弧焊变压器的主电路如图2-2所示电网电压由76、78两点接入，弧焊变压器的空载电压从44、46两点获得。变压器两个侧柱上的一次绕组各有一个抽头（79、82两点），用来分级调节BX2系列弧焊变压器主电路图图2-2BX2系列弧焊变压器主电路图图2-2BX2系列弧焊变压器主电路图当金属联结片将80、81两点接通时，则使用全部一次绕组的匝数；而当金属联结片转换至79、82两点时，使用的一次绕组的匝数减少。由式（2-2）可知，一次绕组的匝数减少，会使空载电压提高。空载电压的分级调节，一方面可以防止电网电压下降后二次输出电压太低而无法进行焊接；另一方面，在电网电压正常情况下，可以提高焊接电弧的稳定性。能力知识点3多站式弧焊变压器供多工位同时使用的交流弧焊电源，称为多站式弧焊变压器1．结构原理多站式弧焊变压器由一台大容量的三相平特性降压变压器T并联多个电抗器LK组成。因多站式弧焊变压器要同时供多个工位使用，因此其外特性应该是平硬的。为保证各工位焊接过程的稳定，以及独立调节焊接工艺参数的需要，每个工位都单独使用一个电抗器。多站式弧焊变压器适用于集中、多工位的焊条电弧焊。一台多站式弧焊变压器所能供应的焊接工位数可用下式计算：(2-5)式中—多站式弧焊变压器的额定电流；—每个工位所需的额定电流；—各工位同时利用系数，一般可取0.6。多站式弧焊变压器各工位焊接工艺参数的调节，是靠调节各工位所附的电抗器进行的。这些电抗器的结构与分体式弧焊变压器的电抗器的结构相同，其调节原理和调节方法与分体式相同。2．特点及产品介绍（1）特点采用多站式供电有下列优点：节省设备投资，经常处于满载工作状态，因而提高了设备的利用率，便于管理、维护，减少供电容量，减少占用车间生产面积。但也有以下缺点：焊接电路是低压供电，线路能量损耗大，焊接站不可随便移动而灵活性差，工作可靠性差。因此应视具体情况权衡利弊而选用。（2）产品介绍国产多站式弧焊变压器有BP-3×500型（旧型号为BM-3×500型）。由一台正常漏磁的三相降压变压器和12个调节空气隙式电抗器组成，可供12个工位同时进行焊接。每相额定焊接电流为500A。【综合训练】一、填空题答案1．同体式、1000；2．变压器、电抗器；3．铁芯间隙；4．平特性、电抗器二、判断题答案1．√；2．×；3．√三、选择题答案1．a；2．b；3．a；4．a；5．d四、简答答案（略）五、实践部分同体式弧焊变压器结构原理实训综合知识模块三增强漏磁式弧焊变压器能力知识点1动圈式弧焊变压器1．结构特点动圈式弧焊变压器的结构如图2-3所示图2-3动圈式弧焊变压器结构示意图图2-3动圈式弧焊变压器结构示意图该弧焊变压器铁心形状特点是高而窄，在两侧的心柱上套有一次绕组和二次绕组。一次绕组和二次绕组是分开缠绕的。一次绕组在下方是固定不动的；二次绕组在上方是活动的，摇动手柄可令其沿铁心柱上下移动，以改变其与一次绕组之间的距离。由于铁心窗口较高，可调范围大。这种结构特点使得一、二次绕组之间磁耦合不紧密而有很强的漏磁。由此所产生的漏抗就足以得到下降的外特性，而不必附加电抗器。由于漏抗与电抗的性质相同，故用变压器自身的漏抗代替电抗器的电抗。2．工作原理（1）空载可以导出其空载电压为：（2-7）式中称为一次绕组与二次绕组的耦合系数（2）负载可以导出其外特性方程式为：或（2-8）（3）短路其短路电流方程式为：（2-9）3．焊接工艺参数的调节由式（2-8）和（2-9）可知，动圈式弧焊变压器焊接工艺参数的调节，可通过调节来实现，的计算公式为：（2-10）式中，、为与变压器结构有关的常数；为二次绕组的匝数；为一、二次绕组之间的距离。分析式（2-10）可知，当动圈式弧焊变压器的结构一定时，调节漏抗，只能通过改变变压器二次绕组的匝数和一、二次绕组之间的距离来实现。（1）调节δ12摇动手柄，通过螺杆带动二次绕组上下移动，使一、二次绕组之间的距离δ12发生变化。由于δ12与漏抗成正比，因此当二次绕组W2上移使δ12增大时，增加，焊接电流减小；反之，δ12减小时，则焊接电流增加。δ12连续变化，则焊接电流可获得连续调节。显而易见，调节δ12可以实现焊接电流的细调节。（2）改变由于与的平方成正比，所以改变可以在较大的范围内调节焊接电流。因为很难做到连续改变，因此改变达不到连续调节焊接电流的目的。而且从式（2-7）可知，单独改变会使空载电压受到影响。为了在改变的同时保持空载电压不变，特将一、二次绕组各自分成匝数相等的两盘。若使用小电流时，同时将一、二次绕组各自接成串联形式；若使用大电流时，同时将一、二次绕组各自接成并联形式。由各自串联换成各自并联时，输出的电流可增大4倍。这样就扩大了电流调节范围。因此，用这种串并联的方法改变，可用作焊接电流的分档粗调节4．特点及产品介绍（1）特点动圈式弧焊变压器的优点是没有活动铁心，因此避免了由于铁心振动所引起小电流焊接时的电弧不稳；外特性比较陡降，电流调节范围比较宽，空载电压较高，且小电流焊接时空载电压更高。这些对各种焊接工艺参数下的焊条电弧焊来说，都是比较合适的，特别是小电流焊接时引弧容易，电弧稳定，易保证焊接质量。由于动圈式弧焊变压器调节焊接电流主要靠调节一、二次绕组之间的距离进行的，如果要求电流的下限较小，势必将矩形铁心做得很高，消耗硅钢片较多，这是不经济的。因此，这类弧焊变压器适合制成中等容量的（2）产品介绍国产动圈式弧焊变压器有BX3系列。产品有BX3-120、BX3-300、BX3-500、BX3-1-300、BX3-1-500等型号。前三种适用于焊条电弧焊，后两种适用于交流钨极氩弧焊。其区别在于后两种弧焊变压器的空载电压较高，约在80V以上，以满足交流钨极氩弧焊的要求能力知识点2动铁式弧焊变压器1．结构特点动铁式弧焊变压器的结构如图2-4所示图2-4动铁式弧焊变压器结构原理图图2-4动铁式弧焊变压器结构原理图Ⅰ—静铁心，Ⅱ—动铁芯，δ—空气隙长度由图2-4可以看出，其结构是由静铁心Ⅰ、动铁心Ⅱ、一次绕组W1和二次绕组W2组成。动铁心和静铁心之间存在空气隙δ。动铁心插入一次绕组和二次绕组之间，提供了一个磁分路，以减小漏磁磁路的磁阻，从而使漏抗显著增加。动铁心可以移动，进出于静铁心的窗口，用以调节焊接电流的大小。2．工作原理动铁式弧焊变压器和动圈式弧焊变压器由于都属于增强漏磁式弧焊变压器，因此它的空载电压表达式、外特性方程式、短路电流表达式在形式上是完全一样的。这种弧焊变压器由于一、二次绕组分别绕在静铁心两边的心柱上，会产生很大的漏磁；同时在静铁心中间有一个活动铁心，焊接时，活动铁心形成磁分路，造成更大的漏磁，从而使次级电压迅速下降，以获得较为陡降的外特性。3．焊接工艺参数的调节和动圈式弧焊变压器一样，动铁式弧焊变压器焊接工艺参数的调节仍是指焊接电流的调节，即也是通过改变弧焊变压器的漏抗来实现。然而这两种弧焊变压器由于结构不相同，所以调节漏抗的方式也就不一样。可以导出，这种弧焊变压器的漏抗的表达式如下：（2-11）式中，为空气的磁导率；δ为变压器动、静铁心之间的空气隙长度；为变压器动、静铁心之间的空气隙的截面积。它近似等于动铁心位于静铁心窗口内那一部分的截面积。动铁心的形状有矩形和梯形两种，由于梯形动铁心调节焊接电流的范围比矩形动铁心大，所以目前主要采用梯形动铁心的结构。梯形动铁心与静铁心的配合见图2-5所示图2-5梯形动铁心与静铁心的配合图2-5梯形动铁心与静铁心的配合动铁心弧焊变压器焊接工艺参数的调节方式如下：（1）细调即摇动手柄使动铁心在静铁心之间的位置发生变化，达到均匀改变焊接电流的目的。（2）粗调即通过改变二次绕组的匝数达到粗调焊接电流的目的。4．产品介绍动铁式弧焊变压器国产型号属于BX1系列。产品有BX1-135、BX1-300、BX1-500、BX1-330等型号，其中前三种型号为梯形动铁心式弧焊变压器，后一种型号为矩形动铁心式弧焊变压器。能力知识点3抽头式弧焊变压器1．结构特点抽头式弧焊变压器的结构如图2-6所示。U1图U1图2-6抽头式弧焊变压器结构原理图由图2-6可以看出，该弧焊变压器在侧柱Ⅰ上绕有一次绕组的一部分W΄1，在侧柱Ⅱ上绕有一次绕组的另一部分W˝1和二次绕组W2。一次绕组的匝数较多，并留有若干个抽头，二次绕组的匝数较少。一次绕组W˝1和二次绕组W2是同轴缠绕的，它们之间的漏磁很少，可以忽略不计。而W΄1和W2则分别绕在不同的侧柱上，彼此间有较大的漏磁。这种弧焊变压器，由于一次绕组和二次绕组耦合不紧密，漏磁较多，漏抗较大，实质上也属于增强漏磁式弧焊变压器．抽头式弧焊变压器没有活动部件，靠改变一次绕组的抽头来调节漏抗，抽头式弧焊变压器也是由此得名的。2．工作原理（1）空载可以导出其空载电压表达式为：（2-12）（2）负载其外特性方程式为：（2-13）式中为变压器的总漏抗，可按下面的经验公式计算：（2-14）式中为由变压器结构参数决定的系数；为重合率，它也与结构有关，对图2-10所示的结构：(2-15）3．焊接工艺参数调节由（2-12）～（2-15）式可以看出，改变即可调节焊接电流。一次绕组设有若干抽头，用转换开关改变和，如图2-6所示，图中的五对接点是这样安排的；当把1点接通时，弃之不用，，最大，最小；当把5点接通时，全部使用，最大，最小，最大；由于一次绕组的匝数不能太多，值不大，所以电流调节的下限受到限制，这种弧焊变压器电流调节范围不大，又只能做有级调节，有时为扩大焊接电流的调节范围，也辅以改变二次绕组的匝数作为粗调。4．特点及产品介绍抽头式弧焊变压器的结构简单，易于制造，无活动部分，避免了由于电磁力而引起的振动，因此焊接电弧稳定，无噪声，使用可靠，成本低，但其调节性能欠佳。由于以上特点，抽头式弧焊变压器一般都做成小容量、轻便型的，适用于维修工作及一些小型企业。国产产品有BX6-120-l型，其额定电流为120A，电流调节范围为45～160A，额定负载持续率为20％，质量只有25kg。少综合模块四ppt46页【综合训练】一、填空题答案1．动铁式；2．动圈式、500；3．同体式、1000二、选择题答案1．c；2．d；3．b；4．a；5．c；6．b；7．a三、简答答案（略）四、实践部分1．动圈式弧焊变压器结构原理及操作实训2．动铁心式弧焊变压器结构原理及操作实训综合知识模块四弧焊变压器的维护及故障排除能力知识点1弧焊变压器的维护要保证弧焊变压器的正常使用，必须对弧焊变压器进行定期与日常的保养、维护。日常使用中的保养和维护，包括保持弧焊变压器内外清洁，经常用压缩空气吹净尘土；机壳上不应堆放金属或其它物品，以防止弧焊变压器在使用时发生短路和损坏机壳；弧焊变压器应放在干燥通风的地方，注意防潮等。弧焊变压器定期的维护和保养可分以下三种形式（1）每日一次的检查及维护在开机工作之前检查及维护内容包括：电源开关、调节手柄、电流指针是否正常；焊接电缆连接处是否接触良好；开机后观察冷却风扇转动是否正常等。（2）每周一次的检查及维护在一周工作结束前填写检查记录。检查和维护内容包括：内外除尘，擦拭机壳；检查转动和滑动部分是否灵活，并定期上润滑油；检查电源开关接触情况及焊接电缆联接螺栓、螺母是否完好；检查接地线联接处是否接触牢固等。（3）每年一次的综合检查及维护检查维护内容包括：拆下机壳，清除绕组及铁心上的灰尘及油污；更换损坏的易损件；对机壳变形及破坏处进行修理并油漆；检查变压器绕组的绝缘情况；对焊钳进行修理或更换；检修焊接电流指针及刻度盘；对破坏的焊接电缆进行修补或更换等。能力知识点2弧焊变压器的常见故障及排除弧焊变压器产生故障的原因是多种多样的，除设计问题、制造质量问题外，绝大部分原因是由于使用和维护不当所造成的。弧焊变压器一旦出现故障，应能及时发现，立即停机检查，迅速准确地判定故障产生的原因，并及时排除故障。弧焊变压器发生故障表现为工作中产生异常现象。由于弧焊变压器结构比较简单，其异常现象也容易发现。焊机的异常现象是故障的表现形式，有时一种异常现象表示几种故障原因。例如，焊条与工件之间打不着火，不能引弧，可能是电源开关损坏、熔丝烧断、电源动力线断脱、变压器一次绕组或二次绕组断路、焊接电缆和焊机输出端接触不良等多种原因造成的。从这些可能的原因中找出真正的故障所在，就需要有一定的理论知识和实践经验；利用各种仪器或仪表按一定的顺序方法对焊机电气线路进行检查，这样才能在较短的时间内准确地找出故障原因，避免判断错误而造成各种不良后果。弧焊变压器常见故障及排除方法见教材表2-1。本单元小结1．弧焊变压器作为一种弧焊电源，它是一种特殊的变压器，虽然其基本工作原理与一般普通的电力变压器相同。但为了满足弧焊工艺的要求，它还应具有一些不同于普通电力变压器的特点，如要有一定的空载电压和较大的电感；要有下降的外特性；其内部感抗值应可调，以进行焊接参数的调节。2．弧焊变压器的外特性方为，从该外特性方程式可以看出，要使弧焊变压器获得下降的外特性，其总等效阻抗