教学材料焊接设备-7

第一节概述一、晶闸管式弧焊整流器的组成晶闸管式弧焊整流器的组成如图7一1所示。主电路由变压器T、晶闸管整流器UR和输出电抗器L组成。C为晶闸管的触发电路。当要求得到下降外特性时，触发脉冲的相位由给定电流Ugi和电流反馈信号U确定;当要求得到平外特性时，触发脉冲的相位则由给定电压Ugu和电压反馈信号Ufu确定。此外还有操纵和保护电路CB。二、晶闸管式弧焊整流器的主要特点(1)动特性好。它与硅弧焊整流器相比，内部电感小，故具有电磁惯性小、反应速度快的特点。在其用于平特性电源时，可以满足所需的短路电流增长速度;当用于下降外特性电源时，不致有过大的短路电流冲击，且在必要时可以对其动特性指标加以控制和调节。下一页返回第一节概述(2)控制性能好。由于它可以用很小的触发功率来控制整流器的输出，并具有电磁惯性小的特点，因而易于控制。通过不同的反馈方式可以获得所需的各种外特性形状。电流、电压可在较宽的范围内均匀、精确、快速的调节，并且易于实现对电网电压的补偿。因此这种整流器可用作弧焊机器人的配套电源。(3)节能。它的空载电压较低，其效率、功率因数较高，输入功率较小，故节约电能。

(4)省料。与磁饱和电抗器式电源相比，它没有磁饱和电抗器。故可以节省材料，减轻重量。(5)电路复杂。除主电路和控制电路外，还有触发电路，使用的电子元件较多，这对电源使用的可靠性有很大的影响，同时对电源的调试和维修的技术要求也较高。上一页下一页返回第一节概述

(6)存在整流波形脉动问题。晶闸管式弧焊整流器是通过改变晶闸管的导通角来调节电流和电压的，因而电流和电压的波形脉动比磁饱和电抗器式电源的大。尤其是在下降外特性的情况下，空载电压比工作电压高得多，要求电源变化范围很大。空载时，晶闸管需要全导通，以输出高电压;负载时，则要求其导通角变得较小，以输出低电压。当导通角很小时，整流波形脉动加剧，甚至出现波形不连续，导致焊接电弧不稳定。解决办法是在晶闸管上并联二极管和限流电阻构成维弧电路。三、应用范围(1)平特性晶闸管弧焊整流器:适用于熔化极气体保护焊、埋弧焊以及对控制性能要求较高的数控焊，还可作为弧焊机器人的电源。(2)下降特性晶闸管弧焊整流器:适用于焊条电弧焊、钨极氢弧焊和等离子弧焊。上一页返回第二节ZDK一500型弧焊整流

ZDK-500型弧焊整流器具有平降、陡降两种外特性，可用于焊条电弧焊、COZ气体保护焊、氢弧焊、等离子弧焊、埋弧焊等。图7一2所示是ZDK一500型弧焊整流器电路原理框图。主变压器T的输出电压经晶闸管整流器UR整流，然后经输出电抗器L输出。硅整流器VC与限流电阻R组成的维护电路，维持电弧的稳定燃烧。触发电路ZD产生触发脉冲，用于触发整流器UR中的晶闸管。控制电压U、则是控制触发脉冲的相位，从而得到不同的输出电压或电流，获得不同的外特性。整个电流还受操纵、保护电路CB控制。由此可知，ZDK-500型弧焊整流器主要分为主电路、触发电路、反馈控制电路、操纵和保护电路四部分。下面介绍主电路、触发电路和反馈控制电路。下一页返回第二节ZDK一500型弧焊整流一、主电路晶闸管弧焊整流器的主电路有三相半波可控整流、三相全波可控整流、六相半波可控整流及带平衡电抗器的双反星形可控整流四种主要形式。ZDK-500型弧焊整流器的主电路如图7一3所示，它是带平衡电抗器的双反星形可控整流电路。其作用是进行可控整流，以获得不同的焊接电流和电压。它有六个晶闸管，主变压器采用三相，其二次侧每项有两个匝数相同的绕组，各以相反极性连成星形，故称为“双反星形”。实际上它是通过平衡电抗器LB并联起来的两组三相半波整流电路。平衡电抗器是带有中心抽头的电感，抽头两侧的线圈匝数相等。平衡电抗器L。作用是承受两组三相半波整流电路输出电压的差值，使两组电路并联工作，并造成两相同时导电，延长每只管子的导电时间。上一页下一页返回第二节ZDK一500型弧焊整流在主回路中，输出电抗器L有两个作用:一是滤波;二是抑制短路电流峰值，改善动特性。带平衡电抗器的双反星形整流器在主回路中有电抗器L时，具有如下特点:(1)带平衡电抗器的双反星形整流电路，相当于正极性和反极性两组三相半波整流电路的并联。(2)任何瞬时，正、反极性组均有一支电路导通工作。(3)输出电压脉动小，触发电路简单。(4)设备容量小，整流元件承载能力强。由于这种电路能较好地满足弧焊工艺低电压、大电流的要求，因而在我国得到了广泛的应用。上一页下一页返回第二节ZDK一500型弧焊整流二、触发电路ZDK-00型弧焊整流器采用同步电压为正弦波的晶体管式触发电路，它的任务是产生晶闸管VT,VT6所需的触发脉冲，其相位能够移动。由于主回路采用的是共阴极的带平衡电抗器双反星形形式，所以采用六套触发脉冲电路。ZDK-500型弧焊整流器触发脉冲应满足以下要求:(1)角虫发脉冲应有足够的功率。触发电压、电流和脉冲宽度应足以触发晶闸管。上一页下一页返回第二节ZDK一500型弧焊整流

(2)角虫发脉冲与加于晶闸管的电源电压必须同步。触发脉冲与主电路电源电压应有相同频率，且有一定的相位关系。这样才能使每个周期中都在同样的相位触发，即各周期中控制角不变，从而可输出稳定的电压和电流。晶闸管式弧焊整流器采用三相或六相整流电路，为保持各相平衡还要求各相的晶闸管具有相同的控制角。(3)角虫发脉冲应能移相并达到要求的移相范围。为了调节焊接参数和控制电源的外特性形状，需改变晶闸管的导通角，这要靠触发脉冲移相来实现。晶闸管式弧焊整流器是工作于电阻电感负载的条件下。其输出电压从最大调节至零，对应的控制角。调节范围就是要求触发脉冲移相范围。对于带平衡电抗器的双反星形和六相半波可控整流电路都要求触发脉冲移相范围为00一900上一页下一页返回第二节ZDK一500型弧焊整流三、反馈控制电路1.晶闸管式弧焊整流器的闭环控制基本原理如图7-4所示是晶闸管式弧焊整流器的闭环控制系统原理图。图中有电压负反馈，输出电压经电压采样环节(常用电位器分压)得到与其成正比的反馈量mUh。还有电流负反馈，输出电流经采样环节(常用分流器分流)得到与其成正比的反馈量nlh

。MUh,和nlh又分别经过比较放大环节与给定量Ugu、Ugi比较及放大，于是各自输出

和

。最后，经综合、放大得到控制电压Uk再输入触发电路中，以控制触发脉冲的相位。因此有上一页下一页返回第二节ZDK一500型弧焊整流式中，K1、K2

、K3为放大环节的放大倍数。一般Uk只有零点几伏至几伏，而放大倍数的值是较大的，所以有2.ZDK-500型弧焊整流器外特性的调节ZDK-500型晶闸管式弧焊整流器采用了电压负反馈和电流截止负反馈，可分别获得平降、陡降两种外特性，其简化了的闭环控制电路如图7-6所示。若欲得到陡降外特性时，将开关SA,转到“平”的位置即可。上一页下一页返回第二节ZDK一500型弧焊整流四、主要技术参数ZDK-500弧焊整流器的主要技术参数如下:额定焊接电流:500A电流调节范围:50~600A额定负载持续率:80%额定容量:36.4KV·A质量:350kg外形尺寸:940mmx540mmx1000mm上一页返回第三节ZX5一400晶闸管式弧焊整流器ZX5系列晶闸管弧焊整流器有zx5-250和ZX5-400等型号，具有下降外特性。其动态响应迅速，瞬间冲击电流小，飞溅小，空载电压高，引弧方便可靠，此外，具有优良的电路补偿功能和自动补偿环节，还备有远控制盒，以便远距离调节电流，广泛适用于焊条电弧焊和焊弧气刨。ZX5系列弧焊整流器原理框图见图7一7。现以ZX5-400为例加以简介。下一页返回第三节ZX5一400晶闸管式弧焊整流器一、主电路ZXS-400型弧焊整流器的主电路见图7一8。它的整流电路都采用带平衡电抗器的双反星形形式共阳极。在直流输出电路中的滤波电感L具有足够的电感量，它不仅可以减小焊接电流波形的脉动程度，而且使主电路具有电阻电感负载，因而当相电压变为负值时，晶闸管并不立即关断。这样焊机从空载到短路所要求的触发电路得以简化(用两套触发电路)。另外，滤波电感L在很大程度上可抑制短路电流冲击，对改善电源动特性有很好的作用。

ZX5-400型弧焊整流器的主电路中接有分流器，分流器除了用于电流测量外，还可用作电流负反馈的电流信号采样。这种采样方式简单、准确，无须增添专用元件(如互感器)，且不会增加能量损耗;但所取得的信号很微弱，需经放大后才能用于控制。上一页下一页返回第三节ZX5一400晶闸管式弧焊整流器二、触发电路ZX5-400型弧焊整流器采用单结晶体管触发电路，产生两套触发脉冲分别触发主电路中的正极性组和反极性组中的晶闸管。单结晶体管触发电路结构较简单，有一定抗干扰能力，输出脉冲前沿较陡。但其触发功率较小，脉冲较窄，一般只能用于直接触发50A以下的晶闸管。在ZX5系列弧焊整流器中，该触发电路是用以触发脉冲分配器中的晶闸管，再通过后者去触发主电路中的晶闸管，因而触发功率还是足够的。但单结晶体管参数分散性较大，给调试工作带来一定困难。上一页下一页返回第三节ZX5一400晶闸管式弧焊整流器三、控制电路ZX5-400型弧焊整流器控制电路的简化图如图7-9。它主要包括运算放大器N1和N2，其作用是控制外特性和进行电网电压补偿。1.对外特性控制电路根据输入的给定电压和电流反馈信号，产生控制电压送入触发电路，以便得到所要求的下降外特性。首先，将由主电路中的分流器RS采样得到的正的电流反馈信号，送入反相放大器N1进行放大后输出负信号-nIh。再将-nIh，输入到反相比例加法器N2，与电位器RP10。上取出的给定电压Ug信号进行代数相加并放大。最后从145端点输出Uk,即上一页下一页返回第三节ZX5一400晶闸管式弧焊整流器当Ugi一定时，随着焊接电流Ih的增加，控制电压Uk的绝对值减小，从而使主电路的晶闸管导通角减小，同时主电路输出的整流电压也减小，得到陡降外特性。只用电流负反馈，由式(7-4)可知，通过电位器RP1改变Ugi可进行电流的调节。通过电位器RP3可调节分流比n，改变外特性陡度，也可调节焊接电流Ih。有时可适当调节Ugi和n，使某一焊接电流可从不同陡度的外特性上获得，以适应不同位置焊接的要求。ZXS-400型弧焊整流器的外特性曲线如图7一10所示。此外，ZXS-400弧焊整流器带有电弧推力控制环节。当弧焊整流器输出端电压队，高于15V时，电弧推力控制环节起不了作用。当Uh低于15V时，电压负反馈起不了作用，使整流器的外特性在低压段下降变缓、出现外拖，短路电流增大，使焊件熔深增加并避免焊条被豁住。调节相应电位器可改变外特性在低压外拖段的斜率，已满足不同工件施焊时对电弧穿透力的要求。上一页下一页返回第三节ZX5一400晶闸管式弧焊整流器2.电网电压补偿及过流保护电路(1)电网电压补偿。ZXS-400弧焊整流器还具有电网电压补偿作用。当电网电压上升时，通过合适的电路反馈作用使Uk的绝对值和晶闸管的导通角减小，从而可抵消电网电压升高的影响。反之，当电网电压下降时，则使Ugi和Uk的绝对值和晶闸管的导通角增大，抵消电网电压下降的影响。该整流器对电网电压补偿的强弱可以调节。(2)过流保护电路。ZX5-400弧焊整流器含有过流保护电路。当焊接电流超过一定限度后，弧焊整流器的控制电路停止工作，主电路晶闸管截止，整流器自动停电。过载保护动作的电流值可以调节。上一页下一页返回第三节ZX5一400晶闸管式弧焊整流器四、主要技术参数ZXS-400HU弧焊整流器的主要参数如下:额定焊接电流:400A功率因数:0.750额定负载持续率:60%空载电压:63V质量:200kg外形尺寸:504mmx653mmx1010mm上一页返回第四节晶闸管式弧焊整流器的常见故障与维修晶闸管式弧焊整流器的常见故障与维修方法见表7-1。返回本章小结1.晶闸管式弧焊整流器主要由主电路、触发电路、反馈电路和操纵保护电路等组成。晶闸管式弧焊整流器可以通过不同的方式改变晶闸管的导通角来获得不同形状外特性，导通角的大小由触发电路的直流控制电压Uk来确定，通常可获得陡降与水平的外特性。2.ZDK-500型晶闸管弧焊整流器主电路采用共阴极的带平衡电抗器双反星形形式，能较好地满足弧焊工艺低电压、大电流的要求;触发电路采用六套同步电压为正弦波的晶体管触发脉冲电路，产生不同相位的触发脉冲控制晶闸管的导通角，获得不同的电源外特性，反馈控制电路采用电压负反馈和电流截止负反馈，可分别获得平降、陡降两种外特性，采用复合负反馈可以改变外特性下降的斜率。ZDK-500型晶闸管弧焊整流器动特性好、反应速度快，电流电压控制范围大，常用于焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氢弧焊、等离子弧焊、埋弧焊等。下一页返回本章小结

3.ZDK-500系列晶闸管式弧焊整流器有ZXS-250,ZXS-500等型号，可控整流电路是带平衡电抗器的双反星形式