直流弧焊發電機與硅整流器

4、1弧焊發電機的基本原理與分類4、2硅弧焊整流器的組成與分類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4、1弧焊發電機的基本原理與分類

弧焊發電機的基本原理

分類4、1、1弧焊發電機的基本原理

通常稱之為直流弧焊機的,是指由一臺電動機(或柴油、汽油驅動的其它原動機)與弧焊發電機組成的機組。目前弧焊發電機主要用于手工弧焊、埋弧焊與鎢極氬弧焊,因此需具有下降的外特性,也需具有良好的調節性能與動特性。獲得下降外特性有以下幾種方法:

在電樞電路中串聯鎮定電阻

改變磁極磁通Φ1、在電樞電路中串聯鎮定電阻

Rz即鎮定電阻器,發電機本身外特性近于平的,即Ua≈E≈U0。負載電壓Uf與負載電流If

(亦即電樞電流Ia)的關系是:

Uf＝Uo－If(Ra+Rz)由上式可知,當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值可調節外特性。這種方法的缺點是能量損耗大,只用于多站式直流弧焊發電機。2、改變磁極磁通Φ直流弧焊發電機電樞電動勢E與Φ成正比:

Ｅ＝4、44fNφ

只要設法讓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、弧焊發電機的分類依照產生去磁磁通的不同方法分類

(1)它勵差復勵式弧焊發電機

(2)并勵差復勵式弧焊發電機

(3)換向極式弧焊發電機它勵差復勵式弧焊發電機為它勵繞組,WE為串聯去磁繞組、二者產生的磁通方向相反。其外特性方程:Uf=U0—IfRb規范調節方法改變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:并勵差復勵式弧焊發電機WH為并勵繞組,但它不是接在兩個主電刷a與b之間。因為Uab會隨著If的增大而下降,將不利于穩弧。為幸免這種弊病而在發電機加輔助電刷c,勵磁繞組WH接在a、c電刷之間。換向極式弧焊發電機這種發電機設有它勵繞組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,去磁作用增強電刷右移,去磁作用減弱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:設備制造成本低易于獲得不同形狀的外特性4、2硅弧焊整流器的組成與分類主變壓器電抗器整流器輸出電抗器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反饋磁放大器式硅弧焊整流器部分內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)主變壓器為增強漏磁式(下降外特性)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。等于在相應弧焊變壓器的輸出端增加了一個整流系統。

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,但電源笨重且結構比較復雜。采用三柱式鐵心，在窗口中放入兩個動鐵心，可在窗口內移進或移出。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納星-三角啟動星形:相電壓為線電壓1/繞組匝數可減少,絕緣可降低三角:相電流為線電流1/可減少導線截面積,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,減小瞬態短路電流峰值,改善動特性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、35U21二次側為三角形接法:U21=U2a=U1aN2/N1一次側為星形接法:U1a=U11/0、57因此:U0=0、78U11N2/N1改變一、二次繞組的N1、N2可調節電壓,由于一次導線較細,故抽頭設在一次側。為了方便調節,采納滑動變壓器式。抽頭式弧焊整流器主要應用于二氧化碳氣體保護焊→采納電抗器控制短路電流增長速度,減少金屬熔滴的飛濺與改善焊縫成形。抽頭式弧焊整流器的特點與應用范圍:1、結構簡單,節約材料,易于制造,使用可靠2、具有平特性,U0≈Uf,引弧困難3、調節電壓有級,且不易在負載情況下調節,不能遙調4、對電網電壓波動的影響不能采取補償措施應用:細絲二氧化碳焊

三相動繞組式弧焊變壓器a)鐵心b)繞組及其傳動機構左側為立體結構,右側為平面結構,三相磁路平衡,整流電流平穩。調節過程中:調節一次繞組,因為其比二次繞組細、軟。與磁放大器式比特點:優點:結構及線路簡單、節約原材料、質量較輕,動特性好,飛濺少,可不用電抗器缺點:有輕微振動,不易實現遠距離調節,不便于進行電網電壓補償。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與Uf,故VD7反向截止,對焊接無影響。引弧或熔滴過渡時:VD7導通,輸出浪涌電流,助引弧與熔滴過渡4、4磁放大器式弧焊整流器飽與電抗器——鐵心工作在磁飽與狀態的電抗器。

單鐵心式磁放大器

雙鐵心式磁放大器與普通電抗器相比,多了個直流控制繞組。WAWCμ的大小與Ic

有關。WAWCNc遠大于NA,改變Ic,改變鐵芯強度H或μ,進而改變X,控制IA,實現用小的IC控制大的IA。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,能夠起到控制焊接電流If的作用。Uf＝U0－C

ΔФM焊接電流波形畸變單鐵心式磁放大器工作時的弊端由If產生的交變磁通ΦA,會在WC中感應出交變環流,影響磁放大器的正常工作,同時if的波形畸變嚴重,因此單鐵心磁放大器的應用受到限制。、、、、、、、、兩WC繞組串聯且同名端相連,故交流感應電動勢相互抵消。

交流繞組中電流正負半周時,鐵心1、2交替飽與,使if

波形畸變減小。1WA2WA1WC實際磁放大器多數采納共用直流控制繞組的方式,相應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。交流繞組采納同名端相連,共用直流控制繞組。如此if在中間鐵心中的磁通相互抵消。由IcNc所產生的磁通使左、右鐵心輪流飽與,使if

波形畸變減少。控制繞組三相共繞結構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與VD5中,陽極電位最高的那個二極管導通。三個共陽極二級管VD2、VD4與VD6中,陰極電位最低的那個二極管導通。(箝位作用)磁放大器的結構圖NU0=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線之差。圖5－10負載時的電壓、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在重疊導電期間,交流繞組中各相的電流變化量之與為零,故可不能影響直流繞組的正常工作。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→鐵心飽與Rf↓→If↑→ΔΦ↑→UL↑→Uf↓→陡降外特性Rf↘→If↗→鐵心飽與→緩降外特性IC≠0:正半波:Φ1=ΦA+ΦC負半波:Φ1=ΦA-ΦCRf較大時:If較小→鐵心處于飽與區Rf↓→If↑→ΔΦ↑→UL↑→Uf↓但較小→緩降外特性Rf↘→If↗→鐵心進入非飽與區→陡降外特性Ic=0時,起始工作點在原點,磁放大器工作在非飽與區,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,磁放大器工作在飽與區,If變化時ΔΦm小,外特性下降緩慢(見曲線2頂部)。接著增大If,磁化曲線左端點伸入到非飽與區,對應ΔΦm變大,外特性曲線轉入陡降(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而成。Ic1∠Ic2∠Ic3IC增大→工作點深入飽與區→需If特別大才能進入非飽與區→使外特性轉入陡降。Ic增大→外特性右移→If增大→IC調節If負載特性曲線關于具有理想磁化曲線的鐵心,當磁放大器起始工作點在飽與區時,焊接電流If與控制電流Ic之間滿足等安匝關系:實際調節特性:無反饋磁放大器的控制特性理想的實際的由于負載電阻及變壓器內阻限制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。主繼電器開關空冷電機保護線路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,電流放大倍數小,應用范圍有限。解決上述問題可采納有反饋的磁放大器。

4、6、1全部內反饋磁放大器式弧焊整流器(自飽與電抗器)

4、6、2部分內反饋磁放大器式弧焊整流器4、6、1全部內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載,因此在WA繞組中只能通過單方向電流。通過同名端的標注能夠看出,當WA中有電流通過時,在鐵芯中所產生的磁場方向始終與直流控制繞組的磁場方向相同。兩交流繞組輪流導通,交流電流在左、右鐵心中所產生的ФA

方向始終與ФC

方向一致。焊接電流越大,鐵心的飽與程度越高,交流繞組起著電流正反饋作用,故稱之為全部內反饋磁放大器。由于W1~6繞組在WC中產生的交變磁通相位不同而相互抵消,因此可不能影響直流控制繞組的正常工作。全反饋磁放大器的WA中,If

總是單向導通,故ΔΦm總是出現在起始工作點的一側(圖中上側)。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,進入磁飽與區之后,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),進入磁飽與區(圖中a點)所對應的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為平緩。IC<0,起始工作點在P0’’,要在較大的電流值下才發生外特性轉變P1P2P3ФHIc=0Ic>0Ic<0外特性曲線可看作將磁化曲線繞水平軸旋轉而成。旋轉軸弧焊整流器的穩定工作點一般處在外特性的水平段上,IfNA》IcNc

等安匝關系不成立。送絲速度S1S2（S2>S1）等速送絲電弧自身調節系統的等熔化曲線這種“L”狀外特性只能用于等速送絲的熔化極氣體保護焊,焊接電流大小由送絲速度控制,調節Ic大小主要是改變電弧電壓。調節Uf的大小,不僅要改變IC的大小,而且要改變IC的方向,對設計控制系統帶來特別大的不便。為此在磁放大器上增加一個偏移繞組Wp使其產生的磁勢與Ic相反。偏移繞組的作用是產生一個負的磁勢使調節IC只改變大小不改變方向、偏移繞組還有穩定輸出電壓與改善焊機的動特性作用。·主回路控制電路電弧繼電器工作電路過載保護電路·4、6、2部分內反饋磁放大器式弧焊整流器·b)VD1和VD2都不導電時·單一交流繞組中通過的是正負半波不對稱的交流,但總體焊接電流保持穩定。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,成為全部內反饋IC1>IC2>IC3實際外特性曲線IfIc0部分內反饋式電源的調節特性無反饋式可用于哪種焊接方法？控制電流Ic能夠比無反饋時小一些IC較小→工作點在非飽與區→Rf↓→If↑→ΔΦ↑→UL↑→Uf↓→陡降外特性IC較大→工作點在過渡區→R較大→If較小→陡降;→R較小→If較大→右邊進入飽與區,左邊過渡區→平緩;→R特別小→If特別大→左邊進入非飽與區→陡降;圖5－39ZXG-400型弧焊整流器電路圖磁放大器式弧焊整流器小結磁放大器在硅弧焊整流器中是作為控制與調節元件。通過控制鐵心的磁飽與程度來調節外特性形狀改變焊接電流電弧電壓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在飽與區段P0在不飽與區段P0在過渡區段磁放大器式弧焊整流器動特性特點:1、短路電流上升率與峰值較大,而衰減較慢,造成引弧沖擊大與熔滴飛濺嚴重;2、從短路到負載時瞬態負載電流最小值較低,降低電弧穩定性,減弱電弧的挺度與穿透力。產生原因:多個繞組,電磁慣性較大所致防止措施:在主回路中串聯直流輸出電抗器4、7交直流兩用及脈沖式硅弧焊整流器4、7、1