晶闸管式弧焊整流器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2004/10/10,第6章 晶闸管式弧焊整流器,*,第,6,章 晶闸管式弧焊整流器,晶闸管式弧焊整流器是目前实际工程中应用最多的电子控制弧焊电源之一。既有下降外特性的晶闸管式弧焊整流器，也有平缓外特性的晶闸管式弧焊整流器。既可以用于焊条电弧焊、钨极氩弧焊，也可以用于,CO,2,气体保护焊、熔化极氩弧焊等弧焊方法。,主要内容：,1,、晶闸管式弧焊整流器的构成；,2,、常用的晶闸管可控整流主电路结构及工作原理；,3,、晶闸管触发电路结构及工作原理；,4,、实例介绍。,2004/10/10,1,第6章 晶闸管式弧焊整流器,6.1,概述,在,20,世纪,60,年代初，随着大功率晶闸管的问世，出现了以晶闸管为整流元件的直流弧焊电源,晶闸管式弧焊整流器。,晶闸管弧焊整流器由电子功率系统和电子控制系统组成，如图,6-1,所示。电子功率系统又称弧焊电源的主电路，它是由主变压器,T,、晶闸管整流器,UR,和直流输出电感,L,组成。,AT,为晶闸管的触发脉冲驱动电路，,C,为电子控制电路。,控制电路,同步,2004/10/10,2,第6章 晶闸管式弧焊整流器,晶闸管弧焊整流器输出电压和电流的大小决定于整流器中晶闸管的导通角，晶闸管的导通角越大，电源输出电压和电流越大。晶闸管导通角的大小是由其触发脉冲的相位所决定的，而触发脉冲的相位是由电流给定信号,U,g,i,、电压给定信号,U,gu,和电流、电压反馈信号,U,fi,、,U,fu,通过电子控制电路,C,得到的控制信号,U,k,所确定的。,U,k,决定着晶闸管触发脉冲的相位，也就决定了晶闸管导通角的大小。,U,k,的变化规律决定了弧焊电源输出电压和电流的变化规律，通过对,U,k,的控制，可以控制晶闸管式弧焊整流器的输出特性。,电压,电流,电流的相位时间即为导通角，电流相位可能在一个半波内，若有电感作用就有可能超过半波，极限情况应是,2004/10/10,3,第6章 晶闸管式弧焊整流器,6.2,三相可控整流主电路,晶闸管式弧焊电源一般采用三相变压器及晶闸管整流电。,常用主电路结构形式：,1,、三相半控桥式；,2,、三相全控桥式；,3,、六相半波可控整流；,4,、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路等四种。,晶闸管式弧焊整流器具有以下特点：,（,1,）动特性好,（,2,）控制性能好,（,3,）省材节能,（,4,）噪声小,（,5,）电路较复杂,相对于弧焊变压器和弧焊发电机而言,2004/10/10,4,第6章 晶闸管式弧焊整流器,6.2.1,三相半控桥式整流电路,电路结构,2004/10/10,5,第6章 晶闸管式弧焊整流器,三相半控桥,电阻性负载,触发角,=0,的波形图,相电,压波,形,负载,电压,波形,触发,脉冲,时序,SCR,导通,顺序,注意,=0,的相位与单相整流电路的区别：从自然换相点开始,2004/10/10,6,第6章 晶闸管式弧焊整流器,三相半控桥,电阻性负载,触发角,=30,的波形图,相电,压波,形,负载,电压,波形,触发,脉冲,时序,SCR,导通,顺序,2004/10/10,7,第6章 晶闸管式弧焊整流器,相电,压波,形,负载,电压,波形,触发,脉冲,时序,SCR,导通,顺序,三相半控桥,电阻性负载,触发角,=60,的波形图,三相半控桥电阻性负载时输出电压平均值,与导通角的关系,:,2004/10/10,8,第6章 晶闸管式弧焊整流器,三相半控桥电阻电感性负载,要求增加续流二极管,D7,2004/10/10,9,第6章 晶闸管式弧焊整流器,三相半控桥式整流电路的特点,:,1,、只用三只晶闸管和三个触发脉冲单元，因而线路比较简单、可靠、经济和较易调试；,2,、整流变压器为普通的三相降压变压器，易于制造。,3,、其主要缺点是调至低电压或小电流时波形脉动较明显。,4,、需配备大电感量的输出电抗器。,改进方案,附加全波整流的维弧电路以及高压引弧电路。,2004/10/10,10,第6章 晶闸管式弧焊整流器,6.2.2,三相全控桥式整流电路,2004/10/10,11,第6章 晶闸管式弧焊整流器,图,6-10,0,电阻负载三相全控桥式整流电路波形,a,）相电压,b,）负载电压,c,）触发脉冲,d,）管子导通顺序三相桥,与三相半控整流电路有什么区别呢？,三相半控触发频率,150Hz,，此处为,300Hz,，意味着动特性提高了！,2004/10/10,12,第6章 晶闸管式弧焊整流器,图,6-11,三相桥式全控整流电路触发方式,a),双窄脉冲出发,b,）单宽脉冲触发,2004/10/10,13,第6章 晶闸管式弧焊整流器,图,6-12,60,电阻负载三相全控桥式整流波形,2004/10/10,14,第6章 晶闸管式弧焊整流器,图,6-13,90,电阻负载三相全控桥式整流波,2004/10/10,15,第6章 晶闸管式弧焊整流器,当,0,/3,时，输出电压,u,d,波形连续，此时有：,当,/3,时，输出电压发生间断，此时有：,2004/10/10,16,第6章 晶闸管式弧焊整流器,图,6-14,90,电阻电感性负载三相全控桥式整流电压波形,2004/10/10,17,第6章 晶闸管式弧焊整流器,在电感足够大使负载电流连续的条件下，,u,d,与,之间关系为：,1,、三相桥式全控整流电路的输出电压每周有六个波峰，脉动较小，所需配用的输出电感的电感量也较小。,2,、其缺点是要用六个晶闸管，且触发电路复杂，增加了调试和维修的难度。,3,、该电路是目前应用较多的电路之一，美国米勒公司生产的焊机以及国内,ZX5,400B,型晶闸管弧焊整流器都采用了此电路。,特点及应用,2004/10/10,18,第6章 晶闸管式弧焊整流器,6.2.3,六相半波可控整流电路,电路结构,2004/10/10,19,第6章 晶闸管式弧焊整流器,1.,电阻性负载,图,6-17 ,0,时六相半波可控整流波形,a,）,ud,波形,b,）晶闸管导通顺序,2004/10/10,20,第6章 晶闸管式弧焊整流器,触发频率,300Hz,，意味着动特性与三相全控整流电路基本相同,2004/10/10,21,第6章 晶闸管式弧焊整流器,2.,电阻电感性负载,2004/10/10,22,第6章 晶闸管式弧焊整流器,6.2.4,带平衡电抗器双反星形可控整流电路,电路结构,2004/10/10,23,第6章 晶闸管式弧焊整流器,1,平衡电抗器的工作原理,没有平衡电抗器时等效于六相半波整流。每个时刻只有一个管子导通，利用率低。,在,t,1,+,t,1,时刻，,Ua,相电压最高，,U-b,相次高。,此时,Up=,Ua,，,没有平衡电抗器时,Um=Un,故，,VH6,阴极电位比阳极电位高，即使触发它也不能导通。,t,1,+,t,1,欲使,VH6,与,VH1,同时导通，只有设法将,N,点电位相对于,M,点提高,U,a-,U,-b,，此时,VH6,的阳极电位与,VH1,的阳极电位相等，这样就可以实现,VH6,与,VH1,同时导通了。,t,1,+,t,2,2004/10/10,24,第6章 晶闸管式弧焊整流器,为了提高,N,点的电位，实现两个晶闸管的同时导通，在六相半波可控整流电路中引入了平衡电抗器,LB,。将,LB,接到,M,点与,N,点之间，如图,6-22b,所示。,在,t,1,+,时刻，,Ua,最高，,VH1,导通，电流通过,LB,的,MO,流至负载，在,MO,上产生的感应电动势极性是右正左负，,U,OM,与,U,a,极性相反，使,VH1,的阳极电位降低了,u,OM,；由于,O,点是,LB,的中心抽头，故,ON,与,MO,的感应电动势相等且极性一致，即,u,ON,=,u,OM,，这样就提高了,N,点电位，而且,u,ON,与,u,b,极性相同，将,VH6,的阳极电位提高了,u,ON,，从而使,VH6,能与,VH1,同时导通。,图,6-22,有无平衡电抗器的比较,a,）无平衡电抗器,b,）有平衡电抗器,2004/10/10,25,第6章 晶闸管式弧焊整流器,当,u,a,过了其峰值之后至,t,2,之前，反极性组中,u,c,高于,u,b,，于是,VH2,导通而,VH6,关断，该阶段,VH1,又与,VH2,同时导通。过了,t,2,，,u,-c,电压最高，,VH2,继续导通且该支路电流较大，于是,LB,的感应电动势极性如图,6-23,所示，借助于它提高了,M,点和,VH1,阳极的电位，降低了,N,点和,VH2,阳极的电位，使二者阳极电位趋于相等，因而,VH1,能继续导通，直到过了,u,-c,的峰值之后，正极性组中,u,b,电压最高，于是,VH3,导通而,VH1,关断，,VH3,和,VH2,同时导通。六个晶闸管的导电顺序可依此类推，见图,6-24e,。图,6-24,为,0,时的波形。,图,6-23,t,2,时刻,LB,上感应,电动势极性,2004/10/10,26,第6章 晶闸管式弧焊整流器,图,6-24,带平衡电抗器双反星形整流器波形图（,0,）,a,）正极性组的整流电压,b,）反极性组的整流电压,c,）输出电压波形,d,）平衡电抗器两端电压,e,）晶闸管导通次序,2004/10/10,27,第6章 晶闸管式弧焊整流器,由上述分析可知：,1,）带平衡电抗器双反星形整流电路，相当于正极性和反极性两组三相半波可控整流电路的并联。各组输出电压波形如图,6-24a,、,b,中实线所示，是各相电压的包络线。每个晶闸管的最大导通角为,120,，输出电流,i,d,同时由两个晶闸管和两个变压器二次绕组供给，提高了其利用率。因为每个晶闸管只负担,1/6,的,I,d,，所以该可控整流电路适用于输出大电流的场合。,2,）任何瞬时，正、反极性组均有一支电路导通工作，输出电压瞬时值等于两个半桥瞬时值的平均值。即：,根据相电压波形可求出,u,d,的波形，如图,6-24c,中实线所示，每周有六个波峰。由于该电路相当于两组三相半波可控整流电路的并联，所以整流电压平均值与三相半波可控整流电路的相等。,3,）平衡电抗器是维持两组三相半波电路互不干扰各自正常工作所必须的。,LB,的两端应承受的电压,u,MN,=,u,MP,u,NP,。当,0,时，其波形如图,6-24d,所示，频率为电网的三倍，近似于三角形波，其幅值为相电压幅值的,1/2,倍。,2004/10/10,28,第6章 晶闸管式弧焊整流器,应该注意的是，若负载电流小于某一定值（称为临界电流，约为额定负载电流的,2%,5%,），而达不到,LB,铁心中建立上述三角波电压所需磁通的励磁电流时，则,LB,上的电压达不到所要求值，这样将不能维持两组三相半波电路并联工作。在极限情况下，负载电流为,LB,已失去作用，电路工作于六相半波整流状态。其输出的电压平均值也就升高至,1.35U2,，即为空载电压值。,平衡电抗器的电感量可由下式决定：,2004/10/10,29,第6章 晶闸管式弧焊整流器,30,时整流电压波形,60,时整流电压波形,2004/10/10,30,第6章 晶闸管式弧焊整流器,90,时整流电压波形,2004/10/10,31,第6章 晶闸管式弧焊整流器,与其它可控整流电路相比，该电路具有以下特点：,l,）它相当于两组三相可控半波整流电路并联。它的各相电流流通时间可延长至,120,2,）有六个晶闸管，触发电路比三相半控桥式整流电路的要复杂，比三相全控桥式整流电路的简单。,3,）整流电压波形为每个周波六个波峰，其脉动程度比三相半控桥式电路的小，最低谐波为六次，要求输出电感的电感量及体积都较小。,4,）需用平衡电抗器，为保证电路能正常工作，其铁心不能饱和。为此，应避免该铁心被直流成份所磁化，从而要求其抽头两边线圈的直流安匝相互抵消，即两组整流电路的参数（主要是变压器的匝数和漏感）应对称，这就对变压器等的制造和元件的挑选提出更高的要求。,2004/10/10,32,第6章 晶闸管式弧焊整流器,以上几种晶闸管整流电路的比较见课本表,6-1,。,晶闸管整流焊机命名