弧焊电源3.pptx
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1、第第 六章六章 晶闸管弧焊整流器晶闸管弧焊整流器 n n掌握晶闸管弧焊整流器的组成.应用、了解平衡电抗器。n n本章主要讲述晶闸管式弧焊整流器的单元电路,并以ZX5系列为例介绍这类弧焊整流器的电路及工作原理。6-1 概 述n n随着大功率晶闸管的问世,在60年代初,出现了以晶闸管为整流元件的弧焊电源晶闸管式弧焊整流器。由于其本身具有良好的可 控性,因而,对外特性形状的控制、焊接参数的调节,都可通过改变晶闸管的导通角来实现,而无需用磁放大器。它的性能更优于磁放大器式硅弧焊整流器,不仅有用于手弧焊,还有用于TIG、MIGMAGCO2 2焊的晶闸管式弧焊整流器,成为替代弧焊发电机的主要电源一、晶闸管
2、弧焊整流器的组成1 1、主电路组成:、主电路组成:由主变压器由主变压器T T、晶闸管整流器晶闸管整流器URUR、输出电感输出电感L L。晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路AT AT。当要求得到下降外特性时,触发脉冲的相位由给定电压当要求得到下降外特性时,触发脉冲的相位由给定电压UgiUgi和和电流反馈信号电流反馈信号UfIUfI确定;确定;当要求得到平外特性时,触发脉冲相位则由给定电压当要求得到平外特性时,触发脉冲相位则由给定电压UguUgu和和电压反馈信号电压反馈信号UfuUfu确定。确定。此外,还有操纵、保护电路此外,还有操纵、保护电路CBCB。二、晶闸管式弧焊整流器的主要特点:晶闸管式弧焊
3、整流器的主要特点:n n1 1动特性好动特性好动特性好动特性好 与弧焊发电机和磁放大器式弧焊整流器相比,内部电感要与弧焊发电机和磁放大器式弧焊整流器相比,内部电感要小得多,具有电磁惯性小、反应速度快的特点。小得多,具有电磁惯性小、反应速度快的特点。作平特性电源时,可以满足所需的短路电流增长速度;作平特性电源时,可以满足所需的短路电流增长速度;作下降外特性电源时,不致有过大的短路电流冲击。对动作下降外特性电源时,不致有过大的短路电流冲击。对动特性控制和调节。特性控制和调节。n n2 2控制性能好控制性能好控制性能好控制性能好 由于它可以用很小的触发功率来控制整流器的输出,并具由于它可以用很小的触
4、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。可以获得所需的各种外特性形状。电流、电压可在宽广的范围内均匀、精确、快速地调节。电流、电压可在宽广的范围内均匀、精确、快速地调节。并且易于实现电网电压补偿。可用作弧焊机器人的配套电源。并且易于实现电网电压补偿。可用作弧焊机器人的配套电源。n n 3 3节能节能节能节能 弧焊发电机相比,没有机械损耗,而且其空载电压可以较弧焊发电机相比,没有机械损耗,而且其空载电压可以较低,其效率、功率因数较高,输入功率较小,因而可节约电低,其效率、功
5、率因数较高,输入功率较小,因而可节约电能。能。n n 4 4省料省料省料省料 与弧焊发电机相比,无原动机。与磁放大器式硅弧焊整流与弧焊发电机相比,无原动机。与磁放大器式硅弧焊整流器相比,它没有磁放大器。因而可以节省材料,减轻重量。器相比,它没有磁放大器。因而可以节省材料,减轻重量。n n 5 5噪声小噪声小噪声小噪声小 弧焊发电机相比因其无旋转运动的部分,噪声明显减小。弧焊发电机相比因其无旋转运动的部分,噪声明显减小。n n 6 6电路较复杂电路较复杂电路较复杂电路较复杂 除主电路之外,还有触发电路,使用的电子元器件较多。除主电路之外,还有触发电路,使用的电子元器件较多。因而,元器件的质量、组
6、装的水平等对电源使用的可靠性有因而,元器件的质量、组装的水平等对电源使用的可靠性有很大影响;同时,这种电源对调试和维修的技术水平要求也很大影响;同时,这种电源对调试和维修的技术水平要求也较高。较高。三、整流波形脉动问题三、整流波形脉动问题n n晶闸管弧焊整流器是通过改变晶闸管的导通角来调节电弧电压晶闸管弧焊整流器是通过改变晶闸管的导通角来调节电弧电压和电弧电流的,因而电流电压波形的脉动比硅弧焊整流器的大。和电弧电流的,因而电流电压波形的脉动比硅弧焊整流器的大。解决方法如下:解决方法如下:n n1 1、并联高压引弧电源、并联高压引弧电源、并联高压引弧电源、并联高压引弧电源 由变压器由变压器T T
7、,三相半控整流器,三相半控整流器UR2UR2组成的组成的基本电源基本电源基本电源基本电源,由变压器由变压器T T:硅整流器:硅整流器URUR:组成的:组成的引弧电源引弧电源引弧电源引弧电源并联而成。并联而成。n n 前者在焊接时提供电弧功率,前者在焊接时提供电弧功率,空载电压低而电流大;空载电压低而电流大;n n 后者提供引弧所需能量,后者提供引弧所需能量,空载电压高而电流小,空载电压高而电流小,电路中电路中 串了电阻只以串了电阻只以 得到陡降外特性。得到陡降外特性。2 2在每个晶闸管上并联维弧电路在每个晶闸管上并联维弧电路 维弧电路由硅二极管和限流电阻组成,维弧电路由硅二极管和限流电阻组成,
8、在晶闸管不导通期间,维弧电路仍有足在晶闸管不导通期间,维弧电路仍有足以维持电弧的电流流过,而不致影响以维持电弧的电流流过,而不致影响电弧的稳定燃烧。电弧的稳定燃烧。3 3在整流器的输出电路中串联输出电抗器在整流器的输出电路中串联输出电抗器 见图中的见图中的L L。经其。经其滤波后给负载提供的电压、电流波形可以是连续的,高次谐滤波后给负载提供的电压、电流波形可以是连续的,高次谐波成分受到了抑制。波成分受到了抑制。4 4选择适当的整流电路选择适当的整流电路 不同整流电路其输出波形的脉动程度不同整流电路其输出波形的脉动程度各异,选择适宜的电路可避免波形不连续及减小脉动。各异,选择适宜的电路可避免波形
9、不连续及减小脉动。上述三相半波可控整流电路的整流波形,每周期只有三个波峰上述三相半波可控整流电路的整流波形,每周期只有三个波峰而脉动大。且在电阻性负载的情况下,当控制角。大于而脉动大。且在电阻性负载的情况下,当控制角。大于3030 时时整流波形即不连续。因此通常不宜采用。整流波形即不连续。因此通常不宜采用。6-2 主电路n n弧焊整流器必须提供低电压、大电流,具有一定弧焊整流器必须提供低电压、大电流,具有一定形状的外特性,输出的电流或电压值要有较宽的形状的外特性,输出的电流或电压值要有较宽的调节范围,波形应连续,且脉动要小。调节范围,波形应连续,且脉动要小。n n其主电路有:四种其主电路有:四
10、种 三相桥式半控、三相桥式半控、三相桥式全控、三相桥式全控、六相可控半波六相可控半波 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,主要介绍:主要介绍:带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路一、带平衡电抗器双反星形可控整流电路n n其基本电路见图其基本电路见图6 62323,可接成图,可接成图a a、b b形式,其工形式,其工作原理及组成是一样的。它需用六个晶闸管。主作原理及组成是一样的。它需用六个晶闸管。主变压器是三相的,其结构与六相半波整流电路中变压器是三相的,其结构与六相半波整流电路中的变压器相同,二次有两组绕组,各以相反极性的变压
11、器相同,二次有两组绕组,各以相反极性联成星形,故称联成星形,故称“双反星形双反星形”。实际上,它只不。实际上,它只不过是通过平衡电抗器过是通过平衡电抗器LBLB,并联起来的两组三相半,并联起来的两组三相半波可控整流电路。构成的波可控整流电路。构成的VT1 3 5VT1 3 5三相半波整流电三相半波整流电路称为正极性组,路称为正极性组,VT2 4 6VT2 4 6构成者称为反极性组。构成者称为反极性组。平衡电抗器是带有中心抽头的电感,抽头平衡电抗器是带有中心抽头的电感,抽头OO两侧两侧的线圈匝数相等。的线圈匝数相等。n n接入接入LBLB有什么作用,分两种情况进行讨论:有什么作用,分两种情况进行
12、讨论:n n1 1将将LBLB短接以图短接以图5 516a16a为例,为例,LBLB短接后就变成了图短接后就变成了图5 516b16b所所示的六相半波整流电路。该电路的晶闸管在每周中是依次轮流示的六相半波整流电路。该电路的晶闸管在每周中是依次轮流导电导电6060。有利用率不高的缺点。有利用率不高的缺点。n n在这种电路中为什么不能由两晶闸管同时导电呢在这种电路中为什么不能由两晶闸管同时导电呢?让我们看图让我们看图5 519a19a和图和图5 519a19a。先讨论在自然换相点触发晶闸管,即先讨论在自然换相点触发晶闸管,即a=O0a=O0的情况。例如在的情况。例如在Wt1+Wt1+时刻,时刻,u
13、aua阿阿电压最高、阿阿电压最高、VT1VT1导电,导电,P P点的电压点的电压upuaupua。u-bu-b电压为次高,但电压为次高,但MM点与点与NN点同电位,点同电位,VT6VT6的阳极电位为的阳极电位为u-b u-b。因。因u-buau-bua,故,故VT6VT6承受反向阳极电压,势承受反向阳极电压,势不能导通。不能导通。n n2接入LB如图519b所示,在时刻wt1。ua最高,VT1导通,电流通过LB的OM流至负载,在OM上产生的感应电动势极性是右正左负。由于O点是LB的中心抽头,故NO段上感应电动势与OM段上的相等且极性一致。如此,uom与ua。极性相反,使VT1的阳极电位降低了u
14、om,而uon与u-b。极性相同,将VT6的阳极电位提高了uon,从而使VT6能与VT1同时导通,这时有:n n从而,从而,LBLB将将uaua。与。与u-bu-b。之差以相反的极性平均分。之差以相反的极性平均分摊到两支路中,使摊到两支路中,使VT1VT1与与VT6VT6的阳极电位相等而能的阳极电位相等而能同时导通,以起平衡作用。同时导通,以起平衡作用。n n 当当uaua过了其峰值之后至过了其峰值之后至 wt2wt2之前,反极性组中之前,反极性组中u-cu-c。高于。高于u-b u-b,于是,于是VT2VT2导通而导通而VT6VT6关断,则该阶段关断,则该阶段由由VT1VT1与与VT2VT2
15、同时导通。过了同时导通。过了wt2 wt2 是是u-cu-c,电压最高,电压最高,VT2VT2继续导通且该支路电流较大,于是继续导通且该支路电流较大,于是LBLB的感应的感应电动势极性如图电动势极性如图5 52020所示,借它提高了所示,借它提高了MM点和点和VT1VT1阳极的电位,而降低了阳极的电位,而降低了NN点和点和VT2VT2阳极的电位,阳极的电位,使二者阳极电位趋于相等。因而使二者阳极电位趋于相等。因而VT1VT1亦能继续导亦能继续导通。直到过了通。直到过了u-cu-c。的峰值之后,则正极性组中是。的峰值之后,则正极性组中是ubub电压最高,电压最高,VT3VT3导通导通VT1VT1
16、关断关断,由由VT3VT3和和VT2VT2同时同时导通。六个晶闸管的导电顺序可依此类推导通。六个晶闸管的导电顺序可依此类推 n n即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。因此根即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。因此根即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。因此根即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。因此根据相电压波形可求出据相电压波形可求出据相电压波形可求出据相电压波形可求出UfzUfz的波形的波形的波形的波形(即即即即uopuop波形波形波形波形),如图,如图,如图,如图5 523c23c中实线所示,每中实线所示
17、,每中实线所示,每中实线所示,每周有六个波峰。该电路相当于两组三相半波可控整流电路的并联,所以整周有六个波峰。该电路相当于两组三相半波可控整流电路的并联,所以整周有六个波峰。该电路相当于两组三相半波可控整流电路的并联,所以整周有六个波峰。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,当负载为电感和电阻时有流电压平均值与三相半波可控整流电路的相等,当负载为电感和电阻时有流电压平均值与三相半波可控整流电路的相等,当负载为电感和电阻时有流电压平均值与三相半波可控整流电路的相等,当负载为电感和电阻时有:n n U=1.17 U2 cosa U=1.17 U
18、2 cosa n n3 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、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、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、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。若若LBLB的感抗为零的感抗为零(即相当于用导线直接联起来即相当于用导线直接联起来),则电路变成六相半波整流,则电路变成六相半波整流电路。电路。n n由上述分析可以看出:由上述分析可以看出:由上述分析可以看出:由上述分析可以看出:n n1 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、带平衡电抗器双反
19、星形整流电路,相当于正极性和反极性两组三相半波、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、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整流电路的并联。各组输出电压波形如图整流电路的并联。各组输出电压波形如图整流电路的并联。各组输出电压波形如图整流电路的并联。各组输出电压波形如图 5 521a21a、b b中实线所示,是各相电中实线所示,是各相电中实线所示,是各相电中实线所示,是各相电压的包络线。压的包络线。压的包络线。压的包络线。n n每个整流元件最大导通角为每个整流元件最大导通角为每个整流元件最大导通角为每个整流元件最大导通角为120120,负载电流,
20、负载电流,负载电流,负载电流IfzIfz同时由两个整流元件和两个变同时由两个整流元件和两个变同时由两个整流元件和两个变同时由两个整流元件和两个变压器绕组供给,提高了利用率压器绕组供给,提高了利用率压器绕组供给,提高了利用率压器绕组供给,提高了利用率。每个整流元件只负担。每个整流元件只负担。每个整流元件只负担。每个整流元件只负担1 16 6的的的的IfzIfz,适用于输适用于输适用于输适用于输出大电流的场合。出大电流的场合。出大电流的场合。出大电流的场合。n n2 2、任何瞬时,正、反极性组均有一支电路导通工作,故可将该主电路简化、任何瞬时,正、反极性组均有一支电路导通工作,故可将该主电路简化、
21、任何瞬时,正、反极性组均有一支电路导通工作,故可将该主电路简化、任何瞬时,正、反极性组均有一支电路导通工作,故可将该主电路简化成图成图成图成图5 52323所示。图中所示。图中所示。图中所示。图中UAUA、UB UB,各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的,各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的,各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的,各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的变压器相电压瞬时值,晶闸管的正向压降略去不计,变压器相电压瞬时值,晶闸管的正向压降略去不计,变压器相电压瞬时值,晶闸管的正向压降略去不计,变压器相电压瞬时值,晶闸管的正向压降略去不计,n n以上分析可知,带平衡电抗器双反星形整流器在
22、电路中有足够以上分析可知,带平衡电抗器双反星形整流器在电路中有足够电感电感(例如接有输出电抗器例如接有输出电抗器L L而不接续流管时而不接续流管时)有以下特点有以下特点有以下特点有以下特点:1)1)它相当于两组三相半波整流电路并联它相当于两组三相半波整流电路并联它相当于两组三相半波整流电路并联它相当于两组三相半波整流电路并联。利用率较高利用率较高利用率较高利用率较高 它的各相电流流通时间可延长至它的各相电流流通时间可延长至120120,而六相半波整流电路每,而六相半波整流电路每相电流流通时间只达相电流流通时间只达6060,显然前者的整流变压器和,显然前者的整流变压器和整流元件整流元件整流元件整
23、流元件的的的的利用率较高利用率较高利用率较高利用率较高。带平衡电抗器的双反星形整流电路很适合于象。带平衡电抗器的双反星形整流电路很适合于象弧焊电源这样要求大电流低电压的场合。弧焊电源这样要求大电流低电压的场合。2)2)有六个晶闸管,有六个晶闸管,有六个晶闸管,有六个晶闸管,触发电路比三相桥式半控整流电路的要复杂,但比三相桥式全触发电路比三相桥式半控整流电路的要复杂,但比三相桥式全触发电路比三相桥式半控整流电路的要复杂,但比三相桥式全触发电路比三相桥式半控整流电路的要复杂,但比三相桥式全控整流电路的简单。控整流电路的简单。控整流电路的简单。控整流电路的简单。3)3)整流电压波形整流电压波形整流电
24、压波形整流电压波形为每个周波六个波峰,其为每个周波六个波峰,其脉动程度比三相桥式半脉动程度比三相桥式半脉动程度比三相桥式半脉动程度比三相桥式半控电路的小控电路的小控电路的小控电路的小,最低谐波为六次,要求输出电感的电感量及体积都较小。最低谐波为六次,要求输出电感的电感量及体积都较小。4)4)需用平衡电抗器,且为保证电路能正常工作,其铁心不宜饱和需用平衡电抗器,且为保证电路能正常工作,其铁心不宜饱和需用平衡电抗器,且为保证电路能正常工作,其铁心不宜饱和需用平衡电抗器,且为保证电路能正常工作,其铁心不宜饱和。为此,应避免该铁心被直流成分所磁化,从而要求其抽头两边为此,应避免该铁心被直流成分所磁化,
25、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(主要是变主要是变压器的匝数和漏感压器的匝数和漏感)应对称,这就对变压器等的制造和元件的应对称,这就对变压器等的制造和元件的挑选增添了麻烦。挑选增添了麻烦。6-3 触发电路n n触发电路触发电路触发电路触发电路:产生脉冲信号施于晶闸管的控制极与阴极间,以控产生脉冲信号施于晶闸管的控制极与阴极间,以控制晶闸管的导通时刻。制晶闸管的导通时刻。n n 一、对触发电路的要求及触发电路的组成一、对触发电路的要求及触发电路的组成一、对触发电路的要求及触发电路的组成一、对触发电路的要求及触发电路的组成n
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