第3章 弧焊变压器

1、第3章 弧焊变压器,3.1 弧焊变压器的基本原理和分类 3.2 串联电抗器式弧焊变压器 3.3 动铁心式弧焊变压器 3.4 动线圈式弧焊变压器 3.5 抽头式弧焊变压器,3.1 弧焊变压器的基本原理和分类,弧焊变压器的特点： 1）为稳弧要有一定的空载电压和较大的电感。 2）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）为了调节电弧电流、电压，外特性应可调。,3.1.1 基本原理,与普通变压器一样，可通过基本方程式、等效电路和矢量图三个方面来分析。主要是弄清空载电压的建立，获得下降外特性的原理和调节焊接参数的方法。,3.1.1.1 基本方程式,1. 空载 如图3-1所示在一次

2、绕组上施加电压产生了空载电流和磁通。磁通中的一部分经铁心闭合的为空载主磁通，它是耦合磁通；另一部分经空气闭合的为空载漏磁通。分别与W1、W2（一次、二次）绕组耦合，各产生感应电动势，在二次输出端输出空载电压，上述电磁关系可表示为：,图3-1 变压器空载运行情况,讨论电压之间的关系。由于变压器的磁通可被看作是按正弦 规律来变化的 ，故有：,其有效值为：,(3-1-1),同理有,令,，,为耦合系数，其值在01之间变化，,它说明一次、二次绕组间耦合的紧密程度。,由以上式子得到：,(3-1-2),式（3-1-2）说明：有漏磁时，空载电压只是由耦合磁通,（主磁通）,建立的；当无漏磁时，,则有：,(3-1

3、-3),在一般变压器理论中常忽略漏磁通，不讨论它的作用。而在弧焊变压器中，往往要人为地增大漏磁通来加以利用。,变压器空载时有漏磁通,，在一次绕组中也就产生了漏抗电动势,或感抗压降,根据克氏第二定律，可以写出变压器一次电路的复数电压方程式为：,。,2. 负载,如图3-2所示，,在一次绕组上施加电压,，二次绕组与负载,接通。,图3-2 变压器负载运行时的原理图 a）原理图 b）等效电路图,根据变压器基础知识 ,经计算可以得出：,(3-1-12),分别为变压器二次绕组的漏抗和电抗器的感抗；,分别为变压器二次绕组的电阻和电抗器的电阻。,图3-3 接有电抗器的弧焊变压器,令,变压器总漏抗，而,和,、,值

4、较小可以忽略，且,则有：,(3-1-13),令,，于是：,(3-1-14),根据以上所述可以得出以下结论： 1) 式(3-1-12)、(3-1-13)或(3-1-14)是弧焊变压器的电压平衡方程式，也是弧焊变压器的外特性方程式； 2) 式(3-1-12)说明不仅二次的漏抗，而且一次的漏抗（或）也对二次的输出电压有影响。二者增大都使变压器的外特性下降得更加陡。,3) 在二次电路串联电抗器便有感抗,，也可获得下降外特性；,4) 弧焊变压器的外特性方程式也可以写成以下形式：,。,(3-1-15),由式(3-1-15)容易看出，改变,或,可调节焊接电流,。,3.1.1.2 等效电路,变压器一、二次电路

5、是靠主磁通联系起来的。根据式(3-1-12)可画出图3-4a所示等效电路图，即用一个等效电路代替了两个相互间有磁联系的电路。通过它能更形象、更具体地理解弧焊变压器的工作原理。,图3-4 弧焊变压器的等效电路 a）一般等效电路b）简化等效电路,3.1.2 弧焊变压器的分类,串联电抗器式由正常漏磁（漏磁很少，可忽略）的变压器串联电抗器构成，按结构不同又分为： （1）分体式变压器和电抗器式独立的个体。BN系列弧焊变压器及BP-3500型多站弧焊变压器属于此类。 (2) 同体式变压器与电抗器铁心组成一体，二者之间非但有电的串联，还有磁的联系。BX2系列弧焊变压器属于此类。,根据获得下降外特性的方法不同

6、可分为：,3.1.2 弧焊变压器的分类,增强漏磁式在这类变压器中人为地增大了自身的漏抗，而无需再串联电抗器。按增强和调节漏抗的方法不同又可分为： (1) 动铁心式在一、二次绕组间设置可动的磁分路，以增强和调节漏磁。BXl系列弧焊变压器即属此类。 (2) 动线圈式通过增大一、二次绕组之间距离来增强漏磁，改变绕组之间距离以资调节。BX3系列弧焊变压器属于此类。 (3) 抽头式也是将一、二次绕组分开来增加漏磁，通过绕组抽头改变绕组匝数来调节漏抗。BX6-120型弧焊变压器属于此类。,3.2 串联电抗器式弧焊变压器,这类弧焊电源由变压器和电抗器所组成。前者为正常漏磁的普通降压变压器，将电网电压降至所要

7、求的空载电压。变压器本身的外特性是接近于平的。为了得到下降外特性及调节电流需串联电抗器。下面将在介绍电抗器的基础上，再分别介绍分体式和同体式弧焊变压器。,3.2.1 电抗器,实际上它就是带铁心的线圈。当这线圈流过交流电流时有磁势NK (NK为电抗器线圈匝数)在铁心中产生磁通,。通常,是按正弦规律交变的，在,产生，,线圈上有自感电动势,。,的办法不同，电抗器可分为以下几种：,（1）调节空气隙式它们的结构如图3-9所示，有双间隙与单间隙之分。 （2）调节线圈式其结构如图3-10所示。它的优点是没有活动铁心，无振动问题，结构简单。 （3）饱和电抗器其结构如图3-11所示。铁心中无空气隙和活动铁心，因

8、而避免了上述电抗器的缺点。,图3-9 调节空气隙式电抗器 a）单气隙式b）、c）双气隙式 1定铁心2线圈3动铁心,图3-12 调节线圈圈数的电抗器,图3-13 饱和电抗器,3.2.2 分体式弧焊变压器,3.2.2.1 单站分体式弧焊变压器,这种弧焊电源供单个焊工使用故称为单站式。 结构特点 如图3-14所示，由变压器T和电抗器DK组成。变压器一次绕组1和二次绕组2共同绕在二侧心柱上。一次、二次绕组之间磁的耦合紧密，漏磁很少。DK为电抗器，装有连着传动机构的手柄3，摇动它可调节空气隙的大小。,图3-14 BN型弧焊变压器结构示意图,工作原理 主要讨论空载电压的建立，如何获得下降外特性以及怎样限制

9、短路电流的问题。,(1) 空载这时电抗器线圈内没有电流，铁心内无磁通，线圈两端没有电压。空载电压全靠变压器建立。因为变压器内部漏磁可略去，,即,按式(3-1-3)有：,(2) 负载因变压器内部漏磁很少，漏抗,、,可以略去不计；一次和,和,也可略去不计，则分体式弧焊变压器负载时的等效,二次绕组的电阻,电路可用图3-15表示。所以，在有负载电流时，其二次电压,几乎不随,电流大小而变，与空载电压近于相等，即,这种弧焊变压器的外特性方程式是：,或,(3) 短路这时,，,(,为稳定短路电流)，从外特性方程可得：,即靠,限制短路电流。,图3-15 分体式弧焊变压器等效电路图,图3-16 BN-500型弧焊

10、变压器外特性,3. 规范调节,这种弧焊变压器的优点是，变压器和电抗器可分别使用，易于搬动。但缺点也是明显的：小电流时电弧稳定性差，结构不紧凑，消耗材料较多，所以目前已不生产。,3.2.2.2 多站分体式弧焊变压器,结构特点 在造船、锅炉等工厂的焊接车间，焊接生产任务繁重，往往可以采用多站式弧焊变压器集中供电。这种弧焊变压器本身必须是平的外特性。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，提高了设备利用率；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；焊站不可随便移动，灵活性差；工作可靠性差。因此应视具体情况权衡利弊而选

11、用。,2. 产品介绍 国产有BP-3500型(旧型号为BM-3500)。由一台具有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个焊站使用。由于存在上述缺点和条件所限，这种弧焊变压器应用不多。,图3-17 多站弧焊变压器供电方式,3.2.3 同体式弧焊变压器,1. 结构特点这种弧焊电源的结构如图3-18所示。,图3-18 同体式弧焊变压器结构示意图,2. 工作原理 它的工作原理与规范调节同于分体式，与分体式相比，不同之处在于结构紧凑、省料，但要笨重些。由于用于小电流时有电弧不够稳定的缺点，故宜做成大、中容量的电源，供焊条电弧焊、埋弧焊之用。它应用很广，我国以及美国、俄罗斯都有

12、这类产品。,3.3 动铁心式弧焊变压器,1. 结构特点它是一种增强漏磁式弧焊变压器，靠增强本身漏磁获得下降外特性，其结构如图3-22所示。铁心可以移动，进出于铁心I的窗口(在图中是垂直于纸面移动)以调节漏磁，故称为动铁心式。,图3-22 动铁心式弧焊变压器结构,2. 工作原理,(1) 空载,变压器空载电压是由,穿过W2感应建立的，所以,当动铁心移出变压器铁心窗口时， 磁路的磁阻增大，使 减小、 增大，于是 增大；反之，则 减小。由于动铁心位置不同，有几伏的差别。,(2) 负载 其等效电路如图3-23所示。,其外特性方程式是：,或,即靠变压器本身具有的总漏抗获得下降外特性。,(3) 短路这时,，

13、,，从外特性方程式可得：,即靠,限制短路电流。,3. 规范调节 根据： 可知，通过改变 可调节 。,a） b） 图3-24 负载时磁通分布及其 等效电路图 a）负载时磁通分布 b）等效电路,4. 产品介绍 动铁心式弧焊变压器也存在动铁心振动的问题。但作用在两个气隙处电磁力的垂直分量可以抵消，如图3-26所示。因此，振动很轻微几乎无噪声，不致影响焊接电流的稳定。这类变压器由于内部漏抗足够大，不必用电抗器，从而节省了原材料的消耗。同时，结构简单，易造好用，颇受欢迎。但由于有两个空气隙，使附加损耗较大，故宜于做成中、小容量的产品。 国产动铁心式弧焊变压器目前有BX1系列，包括BXl-135、BXl-

14、300、BXl-500型，它们的动铁心是梯形的。,图3-26 梯形动铁心及其静铁心的配合,3.4 动线圈式弧焊变压器,1. 结构特点动线圈式弧焊变压器结构如图3-31 所示。,图3-31动线圈式弧焊变压器结构示意图,2. 工作原理它与动铁心式同属增强漏磁式，共同特点是变压器一、二次绕组间磁耦合不紧密。不同之处在于，动线圈式在绕组间无动铁心作磁分路，而代之以绕组之间距离较大而且可调。因而动线圈式弧焊变压器中，只有经空气闭合的漏磁而没有经动铁闭合的附加漏磁。其余工作原理则与动铁心式相同。,3. 规范调节 根据：,4 . 产品介绍 动线圈式弧焊变压器突出的优点是没有活动铁心，因此避免了由于铁心振动所

15、引起的小电流的电弧不稳等一系列不利后果。虽然一、二次绕组之间也作用有电磁力，但却要小得多，几乎不引起危害。且当调至小电流时， 最大，电磁力更小，故电弧稳定。 它的缺点是：电流调节下限受到铁心高度的限制，因而只适用于中等容量。由于要辅以改变绕组匝数来调节规范，因而使用时不如梯形动铁心式方便；另外，就是消耗电工材料较多，经济性较差 。 国产这类产品属BX3系列，有BX3-120、BX3-300、BX3-500型，主要用于焊条电弧焊。还有BX3-1-300、BX3-1-500型，它们空载电压比前者略高，主要用于氩弧焊。它们的电路图大同小异。,3.5 抽头式弧焊变压器,3.5.1 两心柱抽头式弧焊变压

16、器,1. 结构特点它的结构如图3-37 所示。,图3-37 两心柱抽头式弧焊变压器,图3-38 空载时磁通分布,2. 工作原理,(1) 空载如图3-38 所示，一次绕组在铁心I中产生磁通 ，其主要部分 经铁心闭合与W2匝链，另一部分 经空气闭合只与W1I自身匝链为漏磁。于是有：,式中， （或 ）为耦合系数,(2) 负载如图3-38 所示，这时有一次漏磁通 、二次漏磁通 ，对应产生漏抗 、 ，靠这些漏抗获得下降特性。即,此式为其外特性方程式。,3. 规范调节,4. 特点及产品介绍 这种弧焊变压器的结构简单，易于制造，无活动部分，避免了电磁力引起振动带来的弊端。因而电弧稳定，无噪声，使用可靠，成本低廉。但其调节性能欠佳。国产产品有BX6-120-1型。其额定电流为120A，电流调节范围是45160A，额定负载持续率为20，质量只有25kg。,根据：,因而可改变 以调节电流，即一次绕组上设许多抽头，用转换开关改变W1II和W1I,内容提要,本章主要以一般变压器理论为基础，根据弧焊工艺的要求，阐明弧焊变压器的特殊性