晶闸管弧焊整流器

1第一节第一节 概述概述第二节第二节 主电路主电路第三节第三节 触发电路触发电路第四节第四节 外特性控制电路外特性控制电路第五节第五节 晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍第六节第六节 晶闸管式脉冲及矩形波交流弧焊电晶闸管式脉冲及矩形波交流弧焊电源源第1页/共80页2第一节 概述二极管：一个PN结三极管：PNP，NPN晶闸管：两个PN结 阳极A 阴极K 控制极G P N P N A G N N P P KPN一个晶闸管等效为两个三极管。第2页/共80页3 晶闸管导通条件：晶闸管导通条件： 1）晶闸管阳极加上正向电压U； 2）控制极加上适当的同步正向触发电压Ug 。 晶闸管导通后，只要正向电流 I 的大小等于或大于晶闸管的维持电流，即使去掉控制极上的触发电压 Ug ，晶闸管也仍然维持导通状态。 晶闸管关断方法：晶闸管关断方法： 1）使晶闸管的阳极电流低于维持电流或切断阳极电流（适合于低频电路）。 2）在晶闸管阳极和阴极之间加一反向电压（常用的方法）。第3页/共80页4图5-1 晶闸管式弧焊整流器基本原理图晶闸管式弧焊整流器的主要组成晶闸管式弧焊整流器的主要组成第4页/共80页5 晶闸管整流器的主要特点晶闸管整流器的主要特点 1 . 动特性好，响应速度快 2 . 控制性能好 3 . 调节特性好 4 . 节能、省材第5页/共80页6第二节 晶闸管式弧焊整流器主电路一、 三相桥式半控整流电路二、 三相桥式全控整流电路三、 六相半波整流电路四、 带平衡电抗器双反星形可控整流电路第6页/共80页7一、三相桥式半控整流电路1. 1. 电阻性负载电阻性负载2.2.电阻电感性负载电阻电感性负载 第7页/共80页81 1、 电阻性负载电阻性负载 TVT1VT3VT5VD2VD4VD6abcRfzifzufz图6-6 电阻性负载的三相桥式半控整流电路= 0= 60 VT1、3、5：三个共阴极晶闸管，其管子导通规律是阳极电位最高且控制极加有有效脉冲的管子导通； VD2、4、6：三个共阳极二极管，其管子导通规律是阴极电位最低的管子导通。第8页/共80页9abacbcbacacbabaca) 相 电 压u2uauaubuco t t1 t2 t3 t4 t5 t6 t1 t2 t3 tb)电 流 电 压oufzifzc)触 发 电 压 tug1ug3ug5ug1ug3ugd)管 子 导 通 顺 序图 6-7 a=0 三 相 半 控 电 阻 负 载 波 形 1351344626三个二极管导通情况三个晶闸管导通情况负载电压为三相电压信号上包络线与下包络线之差。控制角 = 0第9页/共80页10acbacba) 相 电 压u2uauaubuco t t1 t3 t5 tb)电 流 电 压oufzifzc)触 发 电 压 tug1ug3ug5ug1ug3ugd)管 子 导 通 顺 序图 6-8a=60 三 相 半 控 电 阻 负 载 波 形 1351446265a6060 后便会发生波形不连续了。Ufz 控制角 = 60三个晶闸管导通情况 t1 时，三个共阴极晶闸管中VT1阳极电位Ua最高，VT1导通，其电位钳位到VT3、VT5的阴极，使VT5的阴极电位比阳极电位高而截止。t1 至t3中点处之后，出现UbUa，但仍然是VT1导通，是因为此时尽管Ub最大，但VT3触发端没加触发脉冲，故仍截止。t3时，VT3阳极电位Ub最高，且控制极加触发脉冲，VT3导通；VT3导通后阳极电位钳位到VT1阴极使它截止。每个管子导通角为120，导通顺序为1、3、5循环三个二极管导通情况t2时，Uc最低，对应的二极管VD6导通，导通后Uc钳位到VD2、VD4阳极使VD2、VD4截止。依次类推每个管子导通角为120。管子导通顺序为6、2、4、6循环。负载电压为：Ufz = 1.17 U2 ( 1 + cos ) U2是相电压的有效值。电阻性负载三相桥式半控整流电路的电流波形在一个周期中只有三个波峰，脉动大，甚至出现不连续，因此不能满足弧焊要求。第10页/共80页11TVT1VT3VT5VD2VD4VD6abcRfzifzufz图6-9 电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路LVT7VD7 2 、 电阻电感性负载L足够大时，负载电压 Uf z 为零时，负载电流减少产生自感电势，i f z不中止。在VT1、VD6继续导通。至 t3时，虽然Uac=0，但二极管中由VD6自然换相为VD2导通，于是L、Rfz、VD2和VT1之间构成回路，由L上的自感电动势继续为VT1提供正向电压使其不能及时关断。VT1继续导通多长时间取决于L中存储的能量的大小，甚至延长到VT3被触发为止。与纯电阻负载相比，晶闸管的导通角失控，不能正常关断。避免失控的方法： 在负载两端接上续流二极管VD7，这样当整流电压间断时，由L、Rfz和VD7构成回路续流，既使ifz不中止，又使晶闸管按时关断。第11页/共80页12二、三相桥式全控整流电路TVT1VT3VT5VT4VT6VT2abcRfzifzufz图6-12 三相桥式全控整流电路L 电阻性负载 电阻电感性负载第12页/共80页13abacbcbacacbabaca) 相电压u2aabcott1t2t3t4t5t6t1t2t3tb)负载电流、电压oufzifzc)触发电压t1ugd)晶闸管导通顺序图6-13 a=0 三 相 桥 式 全 控 整 流 电 路 波 形 13514462623456123355116262电阻性负载电阻性负载控制角 = 0 各晶闸管分别导通120第13页/共80页14控制角 =0时的触发脉冲信号a)双窄脉冲触发ugottb)单宽脉冲触发otug图6-14 三 相 桥 式 全 控 整 流 电 路 触 发 方 式ugtug6123456562134560o1356246第14页/共80页15ufz taab ac bc ba cacb ab aca=60ug t6516213243546516baaufzbcacababcbcaaca=90ug t t6562311235445661图 6-15 电 阻 性负 载 三 相 桥 式 全控 电 路 不 同 a角时 负 载 电 压 波 形a) a=60 时b) a=90 时电阻性负载三相桥式全控电路a=60时负载电压波形TVT1VT3VT5VT4VT6VT2abcRfzifzufz图6-12 三相桥式全控整流电路L各晶闸管依然分别导通120，但输出功率降低。 第15页/共80页16ufz taab ac bc ba cacb ab aca=60ug t6516213243546516baaufzbcacababcbcaaca=90ug t t6562311235445661图 6-15 电 阻 性负 载 三 相 桥 式 全控 电 路 不 同 a角时 负 载 电 压 波 形a) a=60 时b) a=90 时电阻性负载三相桥式全控电路a=90时的负载电压波形TVT1VT3VT5VT4VT6VT2abcRfzifzufz图6-12 三相桥式全控整流电路L各晶闸管导通时间不足120，输出波形不再连续。 第16页/共80页17 电阻电感性负载电阻电感性负载baaufzbcacababcbcaaca=90to图6-16 a=90电阻电感性负载三相桥式全控整流电压波形三相桥式全控整流电路的负载电压平均值： Ud = 2.34 U2 cos第17页/共80页18三、六相半波整流电路TVT3bRfz图6-18 六相半波整流电路aVT1cVT5-c-b-aVT2VT6VT4o+-bufz-ca-b-bc-aat0-ct1t2t3t4t5t6t1t2a）ufz波形0612345612b）晶闸管导电顺序图6-20 a=0时六相半波可控整流波形铁心有三个心柱，每个心柱上各有一个一次绕组和两个二次绕组（如a和-a），两个二次绕组的非同名端相连。只要控制级有触发信号，六个共阴极晶闸管的导通规律是阳极电位最高的管子导通。只需单管导通即可构成回路。六个管子轮流导通。第18页/共80页19 电阻性负载 =0 相电压60时为自然换相点。六个管子轮流导通各60 。bufz-ca-b-bc-aat0-ct1t2t3t4t5t6t1t2a）ufz波形612345612b）晶闸管导电顺序图6-20 a=0时六相半波可控整流波形第19页/共80页20bufz-ca-b-bc-aato-ca）ufz波形b）ug波形图6-21 a=60时三相半波可控整流波形ugota561234561 =60时 六相半波可控整流波形6060 后,便会发生波形不连续了。 =120时，输出电压 Ufz=0TVT3bRfz图6-18 六相半波整流电路aVT1cVT5-c-b-aVT2VT6VT4o+-第20页/共80页21 （ 2）电阻电感性负载baufz-ca-b-bc-aaa=90to图6-22 a=90六相半波可控整流电路ufz波形-c六相半波整流电路的负载电压平均值： Ud =1.35U2cos =0 时， Ufz =1.35U2 ； =90时， Ufz = 0第21页/共80页22四、带平衡电抗器双反星形可控整流电路1、 组成2、平衡电抗器LB的作用3、管子导通的波形图4、不同控制角情况下波形图5、晶闸管弧焊整流器主电路的比较第22页/共80页23Rfza)ZDK-500型焊机主电路VT1、3、5oabc-a-c-bVT2、4、6PLMNLBb)ZX5-400型焊机主电路VT1、3、5MoLBVT2、4、6PRfzNLabc-a-c-b图6-23 带平衡电抗器双反星形电路图VT1、3、5VT4、6、2VT1、3、5组成三相半波整流电路，称为正极性组； VT2、4、6组成三相半波整流电路，称为反极性组。平衡电抗器第23页/共80页24（ 1）将LB短接 成六相半波整流电路。 = 0 ，t1+时Ua最高，U-b次高，VT1导通后因 Ua U-b， 故VT6承受反向电压而截止。平衡电抗器LB的作用bufz-ca-b-bc-aat0-ct1t2t3t4t5t6t1t2a）ufz波形0612345612b）晶闸管导电顺序图6-20 a=0时六相半波可控整流波形第24页/共80页25 （2）接入LB t1+时Ua最高，VT1导通，电流通过LB的OM流至负载，在OM上产生的电势极性是右正左负。在ON上也是右正左负。UOM与Ua极性相反，使VT1的阳极电位降低了UOM；而UON与U-b极性相同，使VT6的阳极电位提高了UON。从而使VTI、VT6阳极电位相同而同时导通。 UON=UOM=（Ua-U-b）/22BAfzuuu第25页/共80页26bufz-ca-b-bc-aat0-ct1t2t3t4t5t6t1t2a）ufz波形0612345612b）晶闸管导电顺序图6-20 a=0时六相半波可控整流波形Rfza)ZDK-500型 焊 机 主 电 路VT1、 3、 5oabc-a-c-bVT2、 4、 6PLMNLBb)ZX5-400型 焊 机 主 电 路VT1、 3、 5MoLBVT2、 4、 6PRfzNLabc-a-c-b图 6-23 带 平 衡 电 抗 器 双 反 星 形 电 路 图VT1、3、5VT4、6、2图6-26 t2-时刻LB上感应电动势极性oVT1aMPVT2-cNLB-+-+u-c-ua+ t2+时 当Ua过了峰值之后至wt2之前，反极性组中u-c高于u-b，于是VT2导通而VT6关断，则该阶段由VT1、VT2同时导通。过了wt2之后u-c电压最高，VT2继续导通且该支路电流较大，于是LB的感应的电动势极性如右所示。借此提高了M点与VT1阳极电位，而降低了N点与VT2阳极电位，使二者阳极电位趋于相等。因而VT1继续导通。直到过了U-c的峰值之后，则正极性组中Ub电压最高，于是VT3导通，VT1关断，由VT3与VT2同时导通。第26页/共80页27MP tcabcaa) t1 t3 t5 t1 t3正 极 性 组 的 整 流电 压 波 形 t2b)uNP-b t6 t4 t2-a-c-b反 极 性 组 的 整 流电 压 波 形 t-cc)ufz t负 载 电 压 波 形-ba-cb-ac-bad)uMN平 衡 电 抗 器 两 端电 压 波 形56162123434565612132e)整 流 元 件 导 通 次序图 6-27 带 平 衡 电 抗 器 双 反 星 形 整 流 器 波 形 图(a=0 时 ） 特 点：1）每个整流元件最大导通角为120度，负载电流Ifz同时由两个整流元件和两个变压器组提供，提高了利用率，也提高了电源功率。2）负载电压瞬时值等于与导通管相应的两相电压瞬时值的平均值。3）平衡电抗器两端电压近似于三角波，频率为电网电压的三倍。第27页/共80页284、不同控制角情况下波形图uM P tabcaa )正 极 性 组 电 压 波 形b )uN P- a- c- b反 极 性 组 电 压 波 形 t- cc )uf z t负 载 电 压 波 形a = 3 0 a图 6 - 2 9 带 平 衡 电 抗 器 双 反 星 形 整 流 电 路a = 3 0 时 整 流 电 压 波 形 = 30 第28页/共80页29uta=60a-ba -c b -a c -ba -cMPNPfz图6-30 带平衡电抗器双反星形整流电路a=60时整流电压波形 = 60 第29页/共80页30uMPtabcduNP-a-c-bt-ca-b = 90 带平衡电抗器双反星形整流电路的负载电压平均值： Ud =1.17U2cos 第30页/共80页31 带平衡电抗器双反星形整流器的特点 （1）它相当于两组三相半波整流电路并联，各相电流流通时间可达120，因此变压器和整流元件的利用率高。每个晶闸管只分担六分之一负载电流。 （2）触发电路比三相桥式半控整流电路的复杂，比三相桥式全控整流电路的简单。 （3）整流电压波形为每个周波六个波峰，其脉动程度较小，因此输出电抗器体积较小。 （4）应避免铁心被直流成分所磁化，要求两组整流电路的参数（变压器匝数和漏感）应基本对称。 第31页/共80页32晶闸管弧焊整流器主电路比较30第32页/共80页33第三节 触发电路一、对触发电路的要求二、需要的触发电路套数三、单结晶体管触发电路四、晶体管触发电路 第33页/共80页34 一、对触发电路的要求 1. 生成足够功率的触发脉冲。 2. 触发脉冲与晶闸管的阳极电压必须同步。 3. 触发脉冲应能移相并达到要求的移相范围。 三相桥式全控、带平衡电抗器双反星形与六相半波可控整流电路要求触发脉冲移相范围为090度；三相桥式半控整流电路触发脉冲移相范围为0180度。第34页/共80页35 二、需要的触发电路套数二、需要的触发电路套数 1. 六套 移相范围为090度 主电路适用的形式：三相桥式全控、六相半波可控整流电路。 适用于ZDK-500型、GS400SS型弧焊整流器。 缺点：触发套数过多，难以保证三相电路平衡，增加电路故障的可能性。第35页/共80页362. 三套u2tabca-a-b-c-bug1t180ug2t180120ug3t120180b)波形图bacVT1L-a-b-cRfzVT2VT6VT4VT3VT5ug3ug2ug1ug3ug2ug1a)电路图图6-32 三套触发电路的触发脉冲分配第36页/共80页37u2tabcug1t120b)LBabcRfzVT5VT3VT1120LRVTVD5VD3VD1oa)c)图6-34 一套触发电路触发一组三相半波可控整流电路时脉冲的分配 a）电路图 b）相电压波形 c）触发脉冲波形ug13. 两套一套触发正极性组a、b、c所对应的晶闸管VT1、3、5；另一套触发负极性组-a、-b、-c所对应的晶闸管VT2、4、6。当第一个触发脉冲Ug1出现时，Ua最负，使VT1导通，其正向电压很小，且电阻R上的压降忽略不计，因而Q点的电位近似为Ua。VT5、VT3承受反向压降而截止。因而VT阳极不与VT3、5的阴极相通。VT承受相隔120度的一系列脉冲触发。在wt1+时VT触发脉冲1使VT导通，从而使VT1控制极承受其阳极电压ua的一部分，也导通。VT1一旦导通，其正向压降只有1V左右，不足以维持VT继续导通，而使其关断，为触发另一晶闸管做准备。wt2+时，脉冲2触发VT，ub最负，VT3导通。最后VT5导通Q第37页/共80页38 三、单结晶体管触发电三、单结晶体管触发电路路 1. 1. 单结晶体管单结晶体管 一个PN结，两个基极。 B2 RB2 E RB1 B1B2B1E单结晶体管导通原理第38页/共80页39T2R13C13VS1610111213VD14V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图6-35 ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路2. 2. ZX5ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电系列晶闸管弧焊整流器的触发电路路 脉冲产生与移相电路同步信号产生电路第39页/共80页40 脉冲产生与移相原理 当Uk输入负值时，晶体管V3、V4导通，C4、C5充电，到达VU1、VU2的峰值电压时， VU1、VU2导通。由于C4 和VU1、C5和VU2组成驰骋振荡电路，C4、C5不断的进行充放点，在脉冲变压器T4、T3两端产生两套触发脉冲。 移相原理：Uk越负，则C4、C5充电越快，产生第一个脉冲越早，主电路中相应的晶闸管的控制角就越小；反之控制角越大。因而控制Uk的大小就控制了脉冲的移相。T2R13C13VS1610111213VD14V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图6-35 ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路Uk值确定控制角的大小第40页/共80页41T2R1 3C1 3VS1 610111213VD1 4V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图 6-35 ZX5系 列 晶 闸 管 弧 焊 整 流 器 的 触 发 电 路 同步电路的工作原理 要求产生两套触发脉冲，同套之间相邻脉冲相位相差120度，两套之间相邻脉冲之间相位相差60度。通过C4、C5两端各并联一个晶体管V1、V2，控制C4、C5的充放电实现 。在各自的同步点上，由同步信号使V1、V2瞬间饱和导通，则C4、C5 瞬即放完电，起清零作用，以便在同步点后按Uk 确定的速度从零开始充电。这样产生第一个有效脉冲。1）T2三相次极电压信号Ua、Ub、Uc经R1-3分压，VS1-6正、反方向双向稳压，在10、11、12对点13之间各得正、反方向矩形波如下图所示。2）各矩形波经过C1-3、R58构成的微分电路，在正矩形波的上升沿、负矩形波的下降沿分别产生尖的脉冲与负脉冲信号。3）每个正脉冲（或负脉冲）之间相差120度。4）在R58上产生正、负脉冲相间，相位相差60度的脉冲信号。5）正脉冲经VD1、VD4连接到V1的基极；负脉冲经VD3、VD2连接到V2的基极，控制V1、V2的导通，从而满足同步要求。u2 tabcaa )bu1 0- 13 tb )u1 1- 13c ) tu1 2- 13d ) tuR5 8e ) tabbccaaaccbbcab图 6- 36 同 步 电 路 波 形 图a )相 电 压 波 形 图b )、 c） 、 d） 各 项脉 冲 波 形e )R5 8脉 冲 波 形第41页/共80页42u2tabcaa)bu10-13tb)u11-13c)tu12-13d)tuR58e)tabbccaaaccbbcab图6-36 同 步 电 路 波 形 图a)相电压波形图b)、c）、d）各项脉冲波形e)R58脉冲波形第42页/共80页43 四、晶体管触发电路（同步电压为正弦波的触发电路） utUyR13R19R57R25R31TIVD7R39VD36C19c3V3c2V2e2b2C13c1V1Uk图6-43 同步电压为正弦波的晶体管式触发电路V1（开关）、V2（跟随器）、V3（功放），TI（脉冲变压器）Uy（直流电源电压），Uk（直流控制电压），Ut（同步电压）uttuta)uc1tb)ub2c)tub3d)tuMe)图6-44 同步电压为正弦波的晶体管触发电路的电压波形图a)输入电压波形b)V1集电极电压波形e)触发脉冲波形Uktoooooc)V2集极电压波形d)V3集极电压波形t2t1第43页/共80页44 （1） 触发脉冲的产生原理ut tuta )uc 1 tb )ub 2c ) tub 3d ) tuMe )图 6 - 4 4 同 步 电 压为 正 弦 波 的 晶 体 管触 发 电 路 的 电 压 波形 图a ) 输 入 电 压 波 形b ) V1集 电 极 电 压 波形e ) 触 发 脉 冲 波 形Uk toooooc ) V2集 极 电 压 波 形d ) V3集 极 电 压 波 形t2t1第44页/共80页45（2） 脉冲的移相uttutoukukuktuao12030图6-45 触发脉冲移相范围及ut与电源电压的相位关系第45页/共80页46（3） 同步电压的产生T21/T22-tc -tb -tatctbtaT11/T12ABC-c-b-abca图6-46 变压器接线图第46页/共80页47UaUABU-tbU-bUtcUCUCAUcU-taU-aUtbU-tcUBUBCUbU-cUtaUA图6-47 电压矢量图第47页/共80页48第四节 外特性控制电路一、闭环控制基本原理一、闭环控制基本原理二、闭环控制电路举例二、闭环控制电路举例第48页/共80页49晶闸管式弧焊整流器开环控制框图控制电压Uk系统传递函数电源的等效内阻Rf为负载电阻第49页/共80页50晶闸管式弧焊整流器的闭环特性 f =0k -f0外特性控制方程：Uk = Uk u + Uk i = Am（Ug u - m Uf ）+ An（Ugi - n If ）陡降特性弧焊电源外特性曲线电流、电压负反馈外特性常用外特性弧压负反馈电流负反馈第50页/共80页51 不同外特性控制原理： （1）恒流外特性：只采用电流负反馈 An（Ug i n If）= 0 I f = U g i （2）恒压外特性：只采用电压负反馈 Am（ Ug u m Uf ）= 0 Uf = Ug u （3）混合反馈： 1）采用电流与电压联合反馈 Am( U g u m Uf ) + An( Ug i - n I f ) = 01n1m 2）按电压大小采用反馈 当电压大于一定值时只采用电流负反馈， 当电压小于一定值时采用电压与电流联合反馈形式。mAnAIUmnff第51页/共80页52 oUI52314图6-63 闭环控制所获得的外特性只用电压负反馈只用电流负反馈用电流截止负反馈同时采用电流、电压负反馈上端采用电流负反馈， 下端同时采用电流负 反馈与电压负反馈。采用闭环控制后所获得的外特性第52页/共80页53外特性控制电路a) 分流器采样与放大电路b) 误差放大器电路Uk= - R1 / R2 ( Ugi - Ufi )电流采样反馈控制电路（陡降外特性）Uk = - k（ Ugi n If ）第53页/共80页54电压反馈控制电路（平特性控制电路）第54页/共80页55电流负反馈带截止 145点与接地之间接有稳压管VS7，使电流负反馈带截止。If很小时，|Uk |很大，若|Uk |大于VS7的稳压值，145点与接地间的电压将维持为VS7的稳压值，即电流负反馈作用被截止。只有在If达到某个临界电流值之后，使|Uk |小于VS7的稳压值时，145点与接地的电压才与nIf有关，才有电流负反馈作用。 T2R13C13VS1610111213VD14V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图6-35 ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路电流截止负反馈Uk = Am（Ug u - m Uf ）+ An（Ugi - n If ）第55页/共80页56第六节 晶闸管式脉冲及矩形波交流弧焊电源一、晶闸管式脉冲弧焊电源二、晶闸管式矩形波交流弧焊电源以晶闸管作为开关产生脉冲波形的弧焊电源。以晶闸管作为开关产生脉冲波形的弧焊电源。第56页/共80页57一、晶闸管式脉冲弧焊电源 晶闸管给定值式脉冲弧焊电源 晶闸管断续器式脉冲弧焊电源第57页/共80页58K1(Ugu-mUf)-K2(Ugi-nIf)UkUMIf、UfK1(Ugu-mUf)Ugu-mUfUgumUfUf-放大 K3触发电路整流器放大 K1电压采样放大 K2电流采样K2(Ugi-nIf)Ugi-nIfUginIfIf图6-62 晶闸管弧焊整流器闭环控制系统示意图 其控制电路与晶闸管式弧焊整流器基本相同。不同之处在于控制电路中比较环节的给定值为脉冲电压，而不是直流电压。第58页/共80页59晶闸管断续器式脉冲弧焊电源按晶闸管断续器的结构形式可分为两类：双电源式单电源式交流断续器直流断续器第59页/共80页60 串连式并连式 由并联工作的两个电源供电。基本电流由额定电流较小的直流电源供电；脉冲电流由直流弧焊电源(弧焊整流器或直流弧焊发电机)和晶闸管断续器串联或并联组成的电源装置供电，其额定电流较大。第60页/共80页61采用单电源直流断续器的晶闸管式脉冲弧焊电源晶闸管直流断续器输出电流波形直流弧焊电源第61页/共80页62晶闸管式矩形波交流弧焊电源 矩形波交流弧焊电源又称方波交流弧焊电源。 常用于铝合金交流钨极氩弧焊。晶闸管桥的开关直流电抗器的储能正弦波交流电流矩形波交流电流逆变器式晶闸管电抗器式数字开关式 与单相桥式全控整流电路相比较，不是把电弧放在直流一侧与DK相串联，而是将其放在交流一侧与变压器二次绕组相串联。DK是带有间隙的电抗器，由于其电感量很大，具有储能及续流作用，从而保证了小电流的连续性。第62页/共80页63第五节 晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍ZX5系列晶闸管式弧焊整流器 由主电路、触发电路与控制电路组成。 主电路为带平衡电抗器双反星形形式。 触发电路为单结晶体管触发电路。第63页/共80页64图5-66 ZX5-400型晶闸管式弧焊整流器电气原理图交流接触器，用于接通与断开主电路主变压器的一次为星形连接二次为带平衡电抗器的双反星形连接六只晶闸管均采用共阳极接法，有利于散热与触发电风扇第64页/共80页65图5-67 控制电路简化图晶闸管移项触发电路UK送至图5-30中产生触发脉冲分别触发图5-66中V7与V8 外特性控制电路从RS上获得电流反馈控制信号，经 N3放大后与Ug相加、放大、输出，起电流截止负反馈。引弧控制电路电弧推力控制电路A接弧焊电源正的输出端第65页/共80页66ZX5-250 型晶闸管式弧焊整流器外特性第66页/共80页67ZX5 的脉冲产生与移相电路T2R13C13VS1610111213VD14V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图6-35 ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路MNPQ第67页/共80页68 单结晶体管导通原理 电源 UC 通过Rp 、 RE 对电容充电，当充电电压 UE 达到 Up 时管子导通，之后随 IE 增大，UE下降，当UE下降到 Uv 时管子恢复截止。该过程中在 RB 两端可获得一个电压脉冲信号Ug ，该信号可用来作为晶闸管控制极的触发信号。 电容 C 反复充、放电，单结晶体管周期性导通，由此获得一个个控制信号。调节Rp 上抽头位置可改变对电容的充电速度，从而改变触发信号的相位。负阻区 饱和区截止区IEUEUpUVRpUERERB1RB2UBBIEDRBUgUC单结晶体管第68页/共80页69本章结束本章结束第69页/共80页70第五章 思考题1、试分析比较晶闸管弧焊整流器四种不同形式主电路的特点，并指出带平衡电抗器的双反星形主电路的优点。2、阐述晶闸管弧焊整流器对与主电路相配的触发电路的要求；触发电路的套数有哪几种选择？选用两套触发电路的主电路应该是什么型式，触发脉冲如何分配？3、参照图530回答下列问题：1）该图是什么类型触发电路，图中包括几套触发脉冲发生单元？2）图中元件VS7和控制电压Uk的作用分别是什么？Uk值是怎样得到的？3）该电路是如何实现触发脉冲同步的？4）图中TP1、TP2输出的脉冲是如何加到主电路晶闸管上的？第70页/共80页714、试画出弧焊电源外特性的闭环控制原理框图，并回答下列问题： 1）列出此类弧焊电源的外特性方程通式； 2）外特性的控制方式通常有几种选择，分别画出其外特性曲线； 3）说明药皮焊条手弧焊应采取何种控制方式； 4）这类弧焊电源是如何获得脉冲电流输出的？5、试述矩形波交流弧焊电源的获得方法和原理、用途。 第71页/共80页72第一节第一节 概述概述第二节第二节 主电路主电路第三节第三节 触发电路触发电路第四节第四节 外特性控制电路外特性控制电路第五节第五节 晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍第六节第六节 晶闸管式脉冲及矩形波交流弧焊电晶闸管式脉冲及矩形波交流弧焊电源源第72页/共80页73一、三相桥式半控整流电路1. 1. 电阻性负载电阻性负载2.2.电阻电感性负载电阻电感性负载 第73页/共80页74acbacba) 相 电 压u2uauaubuco t t1 t3 t5 tb)电 流 电 压oufzifzc)触 发 电 压 tug1ug3ug5ug1ug3ugd)管 子 导 通 顺 序图 6-8a=60 三 相 半 控 电 阻 负 载 波 形 1351446265a6060 后便会发生波形不连续了。Ufz 控制角 = 60三个晶闸管导通情况 t1 时，三个共阴极晶闸管中VT1阳极电位Ua最高，VT1导通，其电位钳位到VT3、VT5的阴极，使VT5的阴极电位比阳极电位高而截止。t1 至t3中点处之后，出现UbUa，但仍然是VT1导通，是因为此时尽管Ub最大，但VT3触发端没加触发脉冲，故仍截止。t3时，VT3阳极电位Ub最高，且控制极加触发脉冲，VT3导通；VT3导通后阳极电位钳位到VT1阴极使它截止。每个管子导通角为120，导通顺序为1、3、5循环三个二极管导通情况t2时，Uc最低，对应的二极管VD6导通，导通后Uc钳位到VD2、VD4阳极使VD2、VD4截止。依次类推每个管子导通角为120。管子导通顺序为6、2、4、6循环。负载电压为：Ufz = 1.17 U2 ( 1 + cos ) U2是相电压的有效值。电阻性负载三相桥式半控整流电路的电流波形在一个周期中只有三个波峰，脉动大，甚至出现不连续，因此不能满足弧焊要求。第74页/共80页75MP tcabcaa) t1 t3 t5 t1 t3正 极 性 组 的 整 流电 压 波 形 t2b)uNP-b t6 t4 t2-a-c-b反 极 性 组 的 整 流电 压 波 形 t-cc)ufz t负 载 电 压 波 形-ba-cb-ac-bad)uMN平 衡 电 抗 器 两 端电 压 波 形56162123434565612132e)整 流 元 件 导 通 次序图 6-27 带 平 衡 电 抗 器 双 反 星 形 整 流 器 波 形 图(a=0 时 ） 特 点：1）每个整流元件最大导通角为120度，负载电流Ifz同时由两个整流元件和两个变压器组提供，提高了利用率，也提高了电源功率。2）负载电压瞬时值等于与导通管相应的两相电压瞬时值的平均值。3）平衡电抗器两端电压近似于三角波，频率为电网电压的三倍。第75页/共80页76晶闸管弧焊整流器主电路比较30第76页/共80页77T2R13C13VS1610111213VD14V174R58V2RP4RP6V3V4RP5VS7C4T474cdVU1VU2145T3C5UkR15ab-15V图6-35 ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路2. 2. ZX5ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电系列晶闸管弧焊整流器的触发电路路 脉冲产生与移相电路同步信号产生电路第77页/共80页78 （1） 触发脉冲的产生原理ut tuta )uc 1 tb )ub 2c ) tub 3d ) tuMe )图 6 - 4 4 同 步 电 压为 正 弦 波 的 晶 体 管触 发 电 路 的 电 压 波形 图a ) 输 入 电 压 波 形b ) V1集 电 极 电 压 波形e ) 触 发 脉 冲 波 形Uk toooooc ) V2集 极 电 压 波 形d ) V3集 极 电 压 波 形t2t1第78页/共80页79 单结晶体管导通原理 电源 UC 通过Rp 、 RE 对电容充电，当充电电压 UE 达到 Up 时管子导通，之后随 IE 增大，UE下降，当UE下降到 Uv 时管子恢复截止。该过程中在 RB 两端可获得一个电压脉冲信号Ug ，该信号可用来作为晶闸管控制极的触发信号。 电容 C 反复充、放电，单结晶体管周期性导通，由此获得一个个控制信号。调节Rp 上抽头位置可改变对电容的充电速度，从而改变触发信号的相位。负阻区 饱和区截止区IEUEUpUVRpUERERB1RB2UBBIEDRBUgUC单结晶体管第79页/共80页第五章 晶闸管弧焊整流器80感谢您的观赏！第80页/共80页