直流弧焊发电机与硅整流器-课件

直流弧焊发电机与硅整流器 4 4、1 1 弧焊发电机的基本原理与分类4 4、2 2 硅弧焊整流器的组成与分类4 4、3 3 普通硅弧焊整流器4 4、4 4 磁放大器式弧焊整流器4 4、5 5 无反馈磁放大器式弧焊整流器4 4、6 6 有反馈磁放大器式弧焊整流器4 4、7 7 交直流两用及脉冲式硅弧焊整流器4、1 弧焊发电机的基本原理与分类弧焊发电机的基本原理分类4、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)与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、埋弧焊与钨极氩弧焊,因此需具有下降的外特性,也需具有良好的调节性能与动特性。获得下降外特性有以下几种方法:u在电枢电路中串联镇定电阻u改变磁极磁通1、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UaEU0。负载电压Uf与负载电流If(亦即电枢电流Ia)的关系是:UfUoIf(Ra+Rz)由上式可知,当I If f增大将引起电阻压降增大,并使U Uf f减小而得到下降外特性。改变R Rz z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。2、改变磁极磁通 直流弧焊发电机电枢电动势E与成正比:4、44 f N只要设法让 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、弧焊发电机的分类 依照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=U0If Rb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: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与b之间。因为Uab会随着If的增大而下降,将不利于稳弧。为幸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。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NSNS外,还有四个换向极NMSMNMSM。34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 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4 4、2 2 硅弧焊整流器的组成与分类主变压器 电抗器 整流器输出电抗器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)4、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。p动铁心式弧焊整流器p动线圈式弧焊整流器p 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。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纳星-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因此: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,采纳滑动变压器式。抽头式弧焊整流器主要应用于二氧化碳气体保护焊采纳电抗器控制短路电流增长速度,减少金属熔滴的飞溅与改善焊缝成形。抽头式弧焊整流器的特点与应用范围:1、结构简单,节约材料,易于制造,使用可靠2、具有平特性,U0Uf,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 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、节约原材料、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。ZXG1-400三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:绕组两端电压为14V,低于U0与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,助引弧与熔滴过渡4 4、4 4 磁放大器式弧焊整流器 饱与电抗器 铁心工作在磁饱与状态的电抗器。单铁心式磁放大器 双铁心式磁放大器 与普通电抗器相比,多了个直流控制绕组。WAWC的大小与 I c 有关。WAWCNc远大于NA,改变Ic,改变铁芯强度H或,进而改变X,控制IA,实现用小的IC控制大的IA。Ic=0 时,大,外特性陡降。Ic 较大时,小,外特性下降平缓。UIf小大0Ic大Ic小改变I Ic c,能够起到控制焊接电流I If f的作用。Uf U0 C M焊接电流波形畸变单铁心式磁放大器工作时的弊端由 If 产生的交变磁通A A,会在WC中感应出交变环流,影响磁放大器的正常工作,同时 if 的波形畸变严重,因此单铁心磁放大器的应用受到限制。、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交替饱与,使 i f 波形畸变减小。1WA2WA1WC实际磁放大器多数采纳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。交流绕组采纳同名端相连,共用直流控制绕组。如此i f 在中间铁心中的磁通相互抵消。由IcNc 所产生的磁通使左、右铁心轮流饱与,使 i f 波形畸变减少。控制绕组三相共绕结构4 4、5 5、2 2 无反馈磁放大器式硅弧焊整流器5 1 1 3 3 5 5 1 14 4 6 6 2 2 4 4 6三个共阴极二级管VD1、VD3与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与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NU0=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。图 510 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,u M介于u a 与u b 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与为零,故可不能影响直流绕组的正常工作。图512 无反馈磁放大器铁心中磁通的变化幅度外特性方程:U Uf f U U0 0 C CM MUIfIc0IcN饱和点IC=0:Rf较大时:If较小铁心饱与RfIfULUf陡降外特性Rf If 铁心饱与缓降外特性IC0:正半波:1=A+C负半波:1=A-CRf较大时:If较小铁心处于饱与区RfIfULUf但较小缓降外特性Rf If 铁心进入非饱与区陡降外特性 Ic=0 时,起始工作点在原点,磁放大器工作在非饱与区,If 变化时,m大,外特性陡降(曲线1)。UfU0 C mIc 较大时,起始工作点在P0点,磁放大器工作在饱与区,If 变化时 m小,外特性下降缓慢(见曲线2顶部)。接着增大 If,磁化曲线左端点伸入到非饱与区,对应 m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增大工作点深入饱与区需If特别大才能进入非饱与区使外特性转入陡降。Ic增大外特性右移If增大IC调节If负载特性曲线 关于具有理想磁化曲线的铁心,当磁放大器起始工作点在饱与区时,焊接电流 If与控制电流 Ic之间满足等安匝关系: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 I I f f 不能随 I I c c 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A C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。主继电器开关空冷电机保护线路4 4、6 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。解决上述问题可采纳有反馈的磁放大器。4 4、6 6、1 1 全部内反馈磁放大器式弧焊整流器(自饱与电抗器)4 4、6 6、2 2 部分内反馈磁放大器式弧焊整流器4 4、6 6、1 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。通过同名端的标注能够看出,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。两交流绕组轮流导通,交流电流在左、右铁心中所产生的 A A 方向始终与 C C 方向一致。焊接电流越大,铁心的饱与程度越高,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W16绕组在WC中产生的交变磁通相位不同而相互抵消,因此可不能影响直流控制绕组的正常工作。全反馈磁放大器的WA中,I f 总是单向导通,故 m m 总是出现在起始工作点的一侧(图中上侧)。外特性方程:U f=U0-C m 外特性曲线在焊接电流较小时是陡降的,进入磁饱与区之后,外特性曲线呈水平状。Ic=0,起始工作点为P0,其位置越低(I c 越小),进入磁饱与区(图中a点)所对应的 I f 值越大,外特性下降段越长。Ic0,起始工作点在P0,外特性在更小电流下转为平缓。IC0Ic 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 I c 大小主要是改变电弧电压。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特别大的不便。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I IC C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。主回路控制电路电弧继电器工作电路过载保护电路4 4、6 6、2 2 部分内反馈磁放大器式弧焊整流器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I IC1C1 I IC2C2 I IC3C3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能够比无反馈时小一些IC较小工作点在非饱与区RfIfULUf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较大右边进入饱与区,左边过渡区平缓;R特别小 If特别大左边进入非饱与区陡降;图539 ZXG-400型弧焊整流器电路图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与调节元件。通过控制铁心的磁饱与程度来调节外特性形状改变焊接电流电弧电压Uf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 在饱与区段P0 在不饱与区段P0 在过渡区段磁放大器式弧焊整流器动特性特点:1、短路电流上升率与峰值较大,而衰减较慢,造成引弧冲击大与熔滴飞溅严重;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,减弱电弧的挺度与穿透力。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4 4、7 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(ACAC)焊接时,把直流(DCDC)输出端短接,从1 1、2 2两端输出交流电。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,S50Hz,S合上时频率为l00Hzl00Hz。假如采纳晶闸管整流,还能够调节内脉冲宽度,从而调节脉冲幅度。采纳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,基本电流与脉冲电流均可调节,使用可靠,成本低,但参数不多且相互影响两个电源都采纳平特性。用于等速送丝熔化极脉冲弧焊时,电弧稳定,使用与调节方便,但制造较复杂一般采纳陡降特性的弧焊电源来提供基本电流,用平外特性的整流器来提供脉冲电流4 4、7 7、3 3 磁放大器式脉冲弧焊电源 磁放大器式脉冲弧焊电源能够采纳主变压器二次三相电压不平衡、三相磁放大器交流阻抗不平衡,或者为磁放大器输入脉冲控制电流等方法而获得脉冲电流。阻抗不平衡与三相电压不平衡采纳脉冲控制电流特点:1、脉冲电流与基本电流取自同一变压器,结构简单,体积小2、改变磁放大器的饱与程度,实现无级调节输出功率,调节参数容易,使用方便3、可做到一机多用4、由于磁放大器的时间常数大,反应速度慢,使输出电流脉冲的频率收到限制。感谢您的聆听！