直流弧焊发电机与硅整流器

关于直流弧焊发电机与硅整流器1第1页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器24.1弧焊发电机的基本原理和分类弧焊发电机的基本原理分类第2页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器34.1.1弧焊发电机的基本原理

通常称之为直流弧焊机的，是指由一台电动机（或柴油、汽油驱动的其它原动机）和弧焊发电机组成的机组。目前弧焊发电机主要用于手工弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊，因此需具有下降的外特性，也需具有良好的调节性能和动特性。获得下降外特性有以下几种办法：在电枢电路中串联镇定电阻改变磁极磁通Φ第3页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器41．在电枢电路中串联镇定电阻

Rz即镇定电阻器，发电机本身外特性近于平的，即Ua≈E≈U0。负载电压Uf与负载电流If

（亦即电枢电流Ia）的关系是：

Uf＝Uo－If(Ra+Rz)由上式可知，当If增大将引起电阻压降增大，并使Uf减小而得到下降外特性。改变Rz值可调节外特性。这种方法的缺点是能量损耗大，只用于多站式直流弧焊发电机。第4页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器52．改变磁极磁通Φ直流弧焊发电机电枢电动势E与Φ成正比：

Ｅ＝4.44fNφ

只要设法让Φ随If的增大而减小就可获得下降外特性且不增加能量损耗．第5页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器6弧焊发电机的分类

根据产生去磁磁通的不同方法分类（1）它励差复励式弧焊发电机（2）并励差复励式弧焊发电机（3）换向极式弧焊发电机第6页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器7它励差复励式弧焊发电机为它励绕组，WE为串联去磁绕组、二者产生的磁通方向相反。其外特性方程：Uf=U0—IfRb规范调节方法改变IPU0、If改变改变NEIf改变Rb是考虑去磁作用的等效电阻，RE是去磁磁路的磁阻。而：第7页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器8并励差复励式弧焊发电机WH为并励绕组，但它不是接在两个主电刷a和b之间。因为Uab会随着If的增大而下降，将不利于稳弧。为避免这种弊病而在发电机加辅助电刷c，励磁绕组WH接在a、c电刷之间。第8页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器9换向极式弧焊发电机这种发电机设有它励绕组Wp，利用换向极磁通去磁作用而获得下降外特性。除有四个主磁极N－S－N－S外，还有四个换向极NM－SM－NM－SM。3－4为换向极绕组2与3之差为去磁磁通电刷左移，去磁作用增强电刷右移，去磁作用减弱第9页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器10硅弧焊整流器是以硅二极管为整流元件，将交流电整流成直流的一类直流弧焊电源。

特点：设备制造成本低易于获得不同形状的外特性第10页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器114.2硅弧焊整流器的组成和分类主变压器电抗器整流器输出电抗器第11页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器12硅弧焊整流器的分类有电抗器无电抗器无反馈磁放大器式硅弧焊整流器外反馈磁放大器式硅弧焊整流器全部内反馈磁放大器式硅弧焊整流器部分内反馈磁放大器式硅弧焊整流器主变压器为正常漏磁式（平外特性）主变压器为增强漏磁式（下降外特性）第12页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器134.3普通硅弧焊整流器指的是无交流电抗器（磁放大器）的硅弧焊整流器。等于在相应弧焊变压器的输出端增加了一个整流系统。动铁心式弧焊整流器动线圈式弧焊整流器抽头式弧焊整流器普通硅弧焊整流器的特点是控制原理比较简便，但电源笨重且结构比较复杂。第13页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器14采用三柱式铁心，在窗口中放入两个动铁心，可在窗口内移进或移出。动铁心的作用可增加漏磁，获得下降特性。动铁心式弧焊整流器采用星-三角启动星形：相电压为线电压1/绕组匝数可减少，绝缘可降低三角：相电流为线电流1/可减少导线截面积，容易绕制电抗器作用：1.减小输出电流的脉动，起滤波作用2.限制电流电流增长速度，减小瞬态短路电流峰值，改善动特性第14页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器15抽头式弧焊整流器的组成抽头式弧焊整流器的外特性UfIf0空载电压：U0=1.35U21二次侧为三角形接法：U21=U2a=U1aN2/N1一次侧为星形接法：U1a=U11/0.57所以：U0=0.78U11N2/N1改变一、二次绕组的N1、N2可调节电压，由于一次导线较细，故抽头设在一次侧。为了方便调节，采用滑动变压器式。抽头式弧焊整流器主要应用于二氧化碳气体保护焊→采用电抗器控制短路电流增长速度，减少金属熔滴的飞溅和改善焊缝成形。抽头式弧焊整流器的特点和应用范围：1.结构简单，节省材料，易于制造，使用可靠2.具有平特性，U0≈Uf，引弧困难3.调节电压有级，且不易在负载情况下调节，不能遥调4.对电网电压波动的影响不能采取补偿措施应用：细丝二氧化碳焊第15页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器16

三相动绕组式弧焊变压器a）铁心b）绕组及其传动机构左侧为立体结构，右侧为平面结构，三相磁路平衡，整流电流平稳。调节过程中：调节一次绕组，因为其比二次绕组细、软。与磁放大器式比特点：优点：结构及线路简单、节省原材料、质量较轻，动特性好，飞溅少，可不用电抗器缺点：有轻微振动，不易实现远距离调节，不便于进行电网电压补偿。第16页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器17ZXG1-400三相动圈式变压器三相桥式整流浪涌电路浪涌电路作用：正常焊接时：绕组Ⅲ两端电压为14V，低于U0和Uf，故VD7反向截止，对焊接无影响。引弧或熔滴过渡时：VD7导通，输出浪涌电流，助引弧和熔滴过渡第17页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器184.4磁放大器式弧焊整流器

饱和电抗器——铁心工作在磁饱和状态的电抗器。

单铁心式磁放大器

双铁心式磁放大器第18页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器19与普通电抗器相比，多了个直流控制绕组。WAWC第19页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器20μ的大小与Ic

有关。WAWCNc远大于NA，改变Ic，改变铁芯强度H或μ，进而改变X，控制IA,实现用小的IC控制大的IA。第20页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器21Ic=0时，ΔФ大，外特性陡降。Ic较大时，ΔФ小，外特性下降平缓。UIfΔΦ小ΔΦ大ΔΦ＝0Ic大Ic小改变Ic，可以起到控制焊接电流If的作用。Uf＝U0－C

ΔФM第21页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器22焊接电流波形畸变单铁心式磁放大器工作时的弊端第22页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器23由If产生的交变磁通ΦA，会在WC中感应出交变环流，影响磁放大器的正常工作，并且if的波形畸变严重，因此单铁心磁放大器的应用受到限制。第23页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器24........两WC绕组串联且同名端相连，故交流感应电动势相互抵消。

交流绕组中电流正负半周时，铁心1、2交替饱和，使if

波形畸变减小。第24页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器251WA2WA1WC实际磁放大器多数采用共用直流控制绕组的方式，相应交流绕组为同名端相连。这是无反馈磁放大器弧焊整流器的通用形式。交流绕组采用同名端相连，共用直流控制绕组。这样if在中间铁心中的磁通相互抵消。由IcNc所产生的磁通使左、右铁心轮流饱和，使if

波形畸变减少。第25页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器26控制绕组三相共绕结构第26页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器274.5.2无反馈磁放大器式硅弧焊整流器511335511446622446三个共阴极二级管VD1、VD3和VD5中，阳极电位最高的那个二极管导通。三个共阳极二级管VD2、VD4和VD6中，阴极电位最低的那个二极管导通。（箝位作用）磁放大器的结构图N第27页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器28U0=1.35U21=2.34U2aU21、U2a分别是二次线电压、相电压。输出电压为上下包络线之差。第28页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器29图5－10负载时的电压、电流波形图a)整流电压波形b)变压器有漏感时相电流波形重叠导电，uM介于ua

与ub

之间。受回路电感控制，电流缓升、缓降。511335511446622446在重叠导电期间，交流绕组中各相的电流变化量之和为零，故不会影响直流绕组的正常工作。第29页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器30图5－12无反馈磁放大器铁心中磁通的变化幅度外特性方程：Uf＝U0–CΔФMUIfIc＝0IcN＞饱和点IC=0:Rf较大时：If较小→铁心饱和Rf↓→If↑→ΔΦ↑→UL↑→Uf↓→陡降外特性Rf↘→If↗→铁心饱和→缓降外特性IC≠0:正半波：Φ1=ΦA+ΦC负半波：Φ1=ΦA-ΦCRf较大时：If较小→铁心处于饱和区Rf↓→If↑→ΔΦ↑→UL↑→Uf↓但较小→缓降外特性Rf↘→If↗→铁心进入非饱和区→陡降外特性第30页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器31Ic=0时,起始工作点在原点，磁放大器工作在非饱和区，If

变化时，ΔΦm大，外特性陡降（曲线1）。Uf＝U0－CΔΦmIc

较大时，起始工作点在P0´点，磁放大器工作在饱和区，If变化时ΔΦm小，外特性下降缓慢（见曲线2顶部）。继续增大If，磁化曲线左端点伸入到非饱和区，对应ΔΦm变大，外特性曲线转入陡降（见曲线2中、下部）。外特性曲线可看作将磁化曲线绕垂直轴旋转而成。Ic1∠Ic2∠Ic3IC增大→工作点深入饱和区→需If很大才能进入非饱和区→使外特性转入陡降。Ic增大→外特性右移→If增大→IC调节If第31页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器32负载特性曲线对于具有理想磁化曲线的铁心，当磁放大器起始工作点在饱和区时，焊接电流If与控制电流Ic之间满足等安匝关系：第32页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器33实际调节特性：无反馈磁放大器的控制特性理想的实际的由于负载电阻及变压器内阻限制If不能随Ic无限增大。无反馈磁放大器的特点如下：1.WA中流过交流电，保证两铁心中ФAФC一个相同一个不同。2.可用较小的Ic控制较大的IA，由于Ic或Nc

都不宜过大，因此设备功率有限。3.可获得垂直陡降的外特性4.外特性曲线陡降，由于短路电流太小，引弧不易，不宜用于手弧焊。第33页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器34主继电器开关空冷电机保护线路第34页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器354.6有反馈磁放大器式弧焊整流器

无反馈磁放大器只能获得陡降的外特性，短路电流太小，电流放大倍数小，应用范围有限。解决上述问题可采用有反馈的磁放大器。

4.6.1全部内反馈磁放大器式弧焊整流器（自饱和电抗器）

4.6.2部分内反馈磁放大器式弧焊整流器第35页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器364.6.1全部内反馈磁放大器式弧焊整流器两个WA绕组的非同名端接在一起以后再接交流电源，另两端则各接一个整流元件后再接负载，因此在WA绕组中只能通过单方向电流。通过同名端的标注可以看出，当WA中有电流通过时，在铁芯中所产生的磁场方向始终与直流控制绕组的磁场方向相同。第36页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器37两交流绕组轮流导通，交流电流在左、右铁心中所产生的ФA

方向始终与ФC

方向一致。焊接电流越大，铁心的饱和程度越高，交流绕组起着电流正反馈作用，故称之为全部内反馈磁放大器。由于W1~6绕组在WC中产生的交变磁通相位不同而相互抵消，因此不会影响直流控制绕组的正常工作。第37页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器38全反馈磁放大器的WA中，If

总是单向导通，故ΔΦm总是出现在起始工作点的一侧（图中上侧）。外特性方程：

Uf=U0-CΔФm外特性曲线在焊接电流较小时是陡降的，进入磁饱和区之后，外特性曲线呈水平状。

Ic=0，起始工作点为P0，其位置越低（Ic越小），进入磁饱和区（图中a点）所对应的If

值越大，外特性下降段越长。Ic>0，起始工作点在P0’,外特性在更小电流下转为平缓。IC<0，起始工作点在P0’’,要在较大的电流值下才发生外特性转变第38页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器39P1P2P3ФHIc=0Ic>0Ic<0外特性曲线可看作将磁化曲线绕水平轴旋转而成。旋转轴第39页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器40弧焊整流器的稳定工作点一般处在外特性的水平段上，IfNA》IcNc

等安匝关系不成立。送丝速度S1S2（S2>S1）等速送丝电弧自身调节系统的等熔化曲线这种“L”状外特性只能用于等速送丝的熔化极气体保护焊，焊接电流大小由送丝速度控制，调节Ic大小主要是改变电弧电压。第40页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器41调节Uf的大小，不仅要改变IC的大小，而且要改变IC的方向，对设计控制系统带来很大的不便。为此在磁放大器上增加一个偏移绕组Wp使其产生的磁势与Ic相反。偏移绕组的作用是产生一个负的磁势使调节IC只改变大小不改变方向.偏移绕组还有稳定输出电压与改善焊机的动特性作用。第41页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器42·主回路控制电路电弧继电器工作电路过载保护电路·第42页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器434.6.2部分内反馈磁放大器式弧焊整流器第43页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器44·b)VD1和VD2都不导电时·单一交流绕组中通过的是正负半波不对称的交流，但总体焊接电流保持稳定。部分交流电流起反馈作用Rn减小，外特性变陡Rn增大，外特性下降变缓Rn→+∞时，成为全部内反馈第44页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器45IC1>IC2>IC3实际外特性曲线IfIc0部分内反馈式电源的调节特性无反馈式可用于哪种焊接方法？控制电流Ic可以比无反馈时小一些IC较小→工作点在非饱和区→Rf↓→If↑→ΔΦ↑→UL↑→Uf↓→陡降外特性IC较大→工作点在过渡区→

R较大→If较小→陡降；→R较小→If较大→右边进入饱和区，左边过渡区→平缓；→R很小→If很大→左边进入非饱和区→陡降；第45页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器46图5－39ZXG-400型弧焊整流器电路图第46页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器47磁放大器式弧焊整流器小结磁放大器在硅弧焊整流器中是作为控制和调节元件。通过控制铁心的磁饱和程度来调节外特性形状改变焊接电流电弧电压第47页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器48Uf用于钨极氩弧焊用于等速送丝CO2焊用于手弧焊或埋弧焊P0在饱和区段P0在不饱和区段P0在过渡区段第48页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器49磁放大器式弧焊整流器动特性特点：1.短路电流上升率和峰值较大，而衰减较慢，造成引弧冲击大和熔滴飞溅严重；2.从短路到负载时瞬态负载电流最小值较低，降低电弧稳定性，减弱电弧的挺度和穿透力。产生原因：多个绕组，电磁惯性较大所致防止措施：在主回路中串联直流输出电抗器第49页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器504.7交直流两用及脉冲式硅弧焊整流器4.7.1交直流两用硅弧焊整流器4.7.2单相整流式脉冲弧焊电源4.7.3磁放大器式脉冲弧焊电源第50页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器51交直流两用硅弧焊整流器用直流（DC）焊接时，把交流（AC）输出端1、2短接，从直流输出端提供焊接电流。具有下降特性的交流弧焊变压器单相桥式整流器电抗器用交流（AC）焊接时，把直流（DC）输出端短接，从1、2两端输出交流电。第51页，课件共59页，创作于2023年2月第四章直流弧焊发电机与硅弧焊整流器52并联式单相整流脉冲弧焊电源可调并联式单相整流脉冲弧焊电源半波整流的脉冲电流频率为50Hz,S合上时频率为l00Hz。如果采用晶闸管整流，还可以调节内脉冲宽度，从而调节脉冲幅度。采用两台二次电压都不同的变压器各作为正负半周的交流电源，交替工作。二次电压较高者提供脉冲电流；二次电压较低者提供基本电流。结构简单，制造容易，基本电流和脉冲电流均可调节，使用可靠，成本低，但参数不多且相互影响两个电源都采用平特性。用于等速送丝熔化极脉冲弧焊时，电弧稳定，使用和调节方便，但制造较复杂