弧焊电源-绪论管(2013)

1、弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制主讲：管晓光主讲：管晓光黑龙江科技大学材料学院绪论.主要内容v（一）弧焊电源的概念v（二）弧焊电源的特点v（三）弧焊电源的分类v（四）弧焊电源的发展趋势v（五）本课程的任务、要求3背景知识：1.焊接是一种重要、应用广的加工方法;2.电弧焊是第一大类焊接方法,占70%-90% 3.弧焊电源是弧焊设备的主体 弧焊电源是指供给焊接电弧电能（提供电流和电压），并具有适宜电弧焊工艺所需电气特性的设备。 绪论 弧焊电源的概念、特点*（一）弧焊电源的概念41. 1. 功率大：大电流功率大：大电流, , 低电压低电压2. 2. 多外特性：平、陡、缓多外特性：平、陡、

2、缓3. 3. 动特性要求：动态负载动特性要求：动态负载4. 4. 调节特性要求：规范可调调节特性要求：规范可调 绪论 弧焊电源的概念、特点（二）弧焊电源的特点分类方法一 机械调节式 电磁调节式 电子控制式*（三）弧焊电源的分类 机械调节型电源的主要电气特性如外特性，是由其结构所决定的。电源输出参数的调节也是靠机械装置进行调节的，如动铁芯、动绕组的移动等。该类电源具有结构简单、易造易修、成本低、效率高等优点，但调节不灵活、不精细，电源比较笨重，耗材多。 电磁控制型弧焊电源包括磁放大式弧焊整流器和直流弧焊发电机。此类电源耗材耗电多，电磁惯性很大，动态特性差，一般属于淘汰产品。用柴油机或汽油机代替电

3、动机的直流弧焊发电机可以用于没有电源的野外施工，使其还拥有一定的市场。 电子控制型弧焊电源控制灵活，系统响应速度快。耗材少、节约电能，可用于各种弧焊方法。电磁控制型电磁控制型 ( 包括机械调节型包括机械调节型 ) 弧焊电源弧焊电源 电子控制型电子控制型弧焊电源弧焊电源 模拟电子控制型模拟电子控制型弧焊电源弧焊电源 数字电子控制型数字电子控制型弧焊电源弧焊电源 机械、电磁控制的弧焊电源机械、电磁控制的弧焊电源 外特性、动特性和调节性能均主要取决于结构本身。外特性、动特性和调节性能均主要取决于结构本身。 结构结实，简单可靠，容易制作，但调节不灵活，响应速度慢，结构结实，简单可靠，容易制作，但调节不

4、灵活，响应速度慢，笨重，费料，耗能。一般用在要求不高的场合。笨重，费料，耗能。一般用在要求不高的场合。电子控制型弧焊电源（电子弧焊电源）电子控制型弧焊电源（电子弧焊电源） 外特性、动特性和调节性能完全借助于电子线路（含反馈电路）外特性、动特性和调节性能完全借助于电子线路（含反馈电路）来进行控制，包括对输出电流、电压波形的任意控制，而电源结构来进行控制，包括对输出电流、电压波形的任意控制，而电源结构没有决定性的关系，这就是全电子控制的弧焊电源。没有决定性的关系，这就是全电子控制的弧焊电源。 8 绪论 弧焊电源分类方法二1. 交流弧焊电源 弧焊变压器2. 直流弧焊电源 弧焊发电机 磁放大硅整流器

5、晶闸管整流器 逆变器3. 脉冲弧焊电源4. 逆变式弧焊电源 功率场效应管、IGBT 1.弧焊变压器 特点：结构简单、易造易修、成本低、效率高 电弧稳定性差、功率因数低 应用：焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊 2.直流弧焊发电机 特点：过载能力强、输出脉动小 空载损耗大、效率低、噪声大、造价高、 维修难 应用：各种弧焊方法 3.弧焊整流器 特点：制造方便、价格低、空载损耗小、噪声小 且可远距离控制，自动补偿电网波动 应用：各种弧焊方法 4.脉冲弧焊电源 特点：效率高、输入线能量较小、可在较宽范围内控制线能量、多参数变换与优化匹配 应用：高合金材料、薄板和全位置焊接 5.弧焊逆变器 特点：高效节能、

6、质量轻、体积小、功率因数高、焊接性能好 应用：各种弧焊方法 绪论 弧焊电源的发展趋势一、随焊接方法、电源自身的发展而发展(P3-P4)发展脉络: 机械控制 电磁控制 电子控制 电力产品 电力电子产品 电子产品电工学 电子学弧焊电源的发展焊接工艺的要求电源技术的促进 弧焊电源从属于焊接技术，但它的出现与发展是建立在电工、电子技术基础上的，在每一时期的弧焊电源技术水平不是与焊接技术适应，而是由那个时期的电器制造水平所决定的，反过来它决定当时的焊接工艺水平。把现代电源技术中的先进方法及时引入焊接电源是焊接技术工作者的一个重要任务。15 绪论 弧焊电源的发展趋势二、发展趋势 电路结构上向逆变化发展 控

7、制上向智能化发展，模糊、神经、专家等智能控制 实现：由“硬开关”到“软开关”的转变； 由“静特性控制”到“动特性控制”的转变； 由“污染”到“绿色”的转变； 由“模拟”到“数字”的转变； 由“经验”到“智能”的转变； 由“调试”到“仿真”的转变详见课本P3-P4 18世纪初-出现电弧 20世纪20年代-出现交流弧焊变压器 20世纪40年代-出现埋弧焊、氩弧焊、等离子 20世纪50年代-CO2焊机 20世纪70-80年代-大发展 （1）多种形式的弧焊整流器相继出现、完善 （2）研制成功多种形式的脉冲弧焊电源 （3）研制出晶闸管式、晶体管和场效应弧焊逆变器 （4）半导体控制的矩形波交流弧焊电源出现

8、 （5）成功开发与机器人配套使用的弧焊系统 （6）控制技术的改进和发展 单旋钮调节 通过电子或数值化控制获得多种形状外特性 提供多种电压、电流波形，满足工艺需求 低压小电流引弧 电流电压值测试、显示系统的改进 微机控制弧焊电源的出现 20世纪末21世纪初-数字化新阶段School of Materials Science & Engineering, Tianjin UniversitySchool of Materials Science & Engineering, Tianjin University机械调节式单相整流式脉冲弧焊电源滑动调节式弧焊整流器抽头式弧焊整流器动铁

9、式弧焊整流器动绕组式弧焊整流器抽头式弧焊变压器动铁式弧焊变压器动绕组式弧焊变压器柴油汽油内燃机驱动式弧焊发电机电动式弧焊发电机磁放大器式脉冲弧焊电源磁放大器式弧焊整流器串联饱和电抗器式弧焊电源电子控制式电磁控制式整流式移相式磁放大器式脉冲弧焊电源串联饱和电抗器式弧焊电源模拟式模拟式晶体管脉冲弧焊电源模拟式晶体管弧焊电源开关式逆变式晶闸管矩形波交流弧焊电源数字开关式晶闸管矩形波交流弧焊电源开关式电力电子器件脉冲弧焊电源开关式电力电子器件弧焊电源逆变式IGBT式弧焊逆变器场效应管式弧焊逆变器晶体管式弧焊逆变器晶闸管式弧焊逆变器数字式单片机控制式数字化弧焊电源DSP控制式数字化弧焊电源红色(亮红灯)

10、淘汰或即将淘汰或无应用意义白色维持状态，仍有应用价值土黄有一定的发展前途绿色很有发展前途19 绪论 本课程的任务与要求（一）任务（一）任务 本课程是一门专业课，其任务是使学生掌握各类型弧焊电源的基本理论、基础知识和实验技能。并能根据不同弧焊工艺方法正确选择、使用和维护弧焊电源。( (二）要求二）要求（1）了解电弧产生的机理，电弧静特性的形成，电弧的动特性；交流电弧的特点及其稳定燃烧的条件和影响因素。（2）深入了解弧焊电源的性能与电弧稳定性、焊接参数稳定的关系，并能从工艺的角度对弧焊电源提出要求。20 绪论 本课程的任务与要求（3）掌握常用弧焊电源获得不同外特性的基本原理与调节方法。（4）熟悉弧

11、焊电源的性能特点，能正确选择和合理使用各种类型弧焊电源和具备排除常见故障的能力（5）掌握弧焊电源的控制和数字化技术的基本方法、特点、原理与应用。（三）成绩评定（三）成绩评定小结电弧焊是应用最为广泛的一种焊接方法弧焊电源是电弧焊设备的核心部分 弧焊电源是指供给焊接电弧电能（提供电流和电压），并具有适宜电弧焊工艺所需电气特性的设备。 它是一种特殊的电源 它的负载是 焊接电弧 它的任务是保证电弧引燃和稳定燃烧推荐参考书目1新型弧焊电源及其控制机械工业出版社，黄石生 教授 编2弧焊整流电源及其控制机械工业出版社，何方殿 教授 编3电子控制的弧焊电源机械工业出版社，黄石生 教授 编4弧焊电源机械工业出版社，郑宜庭 黄石生 编5电气工程和电力电子技术化学工业出版社，严克宽 张仲超 主编主要参考：第三编 现代电力电子技术部分各章学时安排 绪论绪论 第一章第一章 焊接电弧及其特性焊接电弧及其特性 ( (2 2学时学时) ) 第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求 (2 (2学时学时) ) 第三章第三章 弧焊变压器弧焊变压器 (4 (4学时学时) ) 第四章第四章 直流弧焊发电机与硅弧