1、硅弧焊整流器掌握硅弧焊整流器的组成、饱和电抗器原理及连接方法，饱和电抗器原理重点：在三相整流电路的整流理论基础上分析各种磁放大器式弧焊整流器的结构、所获得的外特性形状和动特性。 硅弧焊整流器是一种直流弧焊电源， 与直流弧焊发电机相比有以下优点： 1)易造好修、节省材料、减轻重量、降低成本、提高效率。 2)易于获得不同形状的外特性，以满足不同焊接工艺的要求。 3)噪声小。 由于它有以上优越性，曾成为直流弧焊发电机的部分替代产品。51 硅弧焊整流器的组成和分类一、硅弧焊整流器的组成为了获得脉动小、较平稳的直流电，以及使电网三相负荷均衡，通常都采用三相整流电路。其组成见图51。主变压器 电抗器 整流
2、器 输出电抗器 1主变压器 作用：降压，三相380V电压-空载电压。 2电抗器 交流电抗器或磁放大器(磁饱和电抗器)。当主变压器为增强漏磁式或当要求得到平外特性时，则可不用电抗器。作用 1）控制外特性形状 2）调节焊接工艺参数的。 3整流器 作用：三相交流电整流成直流，常采用三相桥式电路。 4输出电抗器 它是直流电感(由带空气隙的铁心和线圈构成)， 作用：1）改善和控制动特性； 2）其次是滤波。二、硅弧焊整流器的分类可按有无电抗器来分。(一)有电抗器的硅弧焊整流器 这类硅弧焊整流器所用的电抗器都是磁放大器式的。根据其结构特点不同又可分为：1)无反馈磁放大器(或称为磁饱和电抗器)式硅弧焊整流器。
3、 2)外反馈磁放大器式硅弧焊整流器。 3)全部内反馈磁放大器(自饱和电抗器)式硅弧焊整流器。 4)部分内反馈磁放大器(内桥自饱和电抗器)式硅弧焊整流器。(二) 无电抗器的硅弧焊整流器 按主变压器的结构不同又可分为：1主变压器为正常漏磁的 外特性是近于水平的，用于C02、熔化极气体保护焊。按调节U。的方法不同分：又分为抽头式、辅助变压器式、调压器式。2主变压器为增强漏磁的 主变压器增强了漏磁，因而无需外加电抗器即可获得下降外特性并调节焊接参数。按增强漏磁的方法不同，可分为动线圈式、动铁心式、抽头式。 4.4普通硅弧焊整流器普通硅弧焊整流器是无交流电抗器的硅弧焊整流器 4.4.1 动铁心式弧焊整流
4、器 图4-14 ZX-320电路原理图4.4.2 动线圈式弧焊整流器 图4-18 ZXG1-400电路原理图4.4.3 抽头式弧焊整流器 图4-20 52无反馈磁放大器(饱和电抗器)硅弧焊整流器虽大都采用三相电路，先从单相交流电路入手进行分析，然后再讨论三相感性交流电源整流电路的特点及其基本理论。 磁放大器中，以无反馈式的工作原理作为基础先行讨论。 一、单铁心式 单铁心式磁放大器结构如图52所示， 由铁心和直流控制绕组WC和 交流工作绕组WA所组成。当忽略交流工作绕组的电阻时，图52所示交流电路的平衡方程式是： 平衡方程式是：由于Uo是一定的，越大即UL越大，则输出至负载的电压Uf就越小。在调
5、节空气隙式电抗器时，由于磁路有空气隙而不致饱和。当If，和UL成正比，使Uf随之而获得陡降外特性。若空气隙，则磁路磁阻，在一定的If，下对应的。此时If，使和UL得少，输出的Ur就大，使外特性下降得较缓。 控制电源的外特性的方法： 对于磁放大器，磁路中空气隙几近为零，铁磁材料构成的一定磁路，其磁阻取决于磁导率，而是由磁放大器工作时铁心的磁状态(饱和程度)，即工作于磁化曲线上的区段而定。设该磁放大器铁心的磁化曲线如图425中曲线1所示。当磁场强度H时，铁心将由不饱和变得饱和，即由大变小，磁阻则由小变大。因而只要控制铁心的磁状态，即令其工作于磁化曲线的不同线段上，即可具有不同的磁阻，以致在相同的I
6、ANA作用下产生不同的，从而可以控制外特性。控制铁心的磁状态方法： 是交流磁势IANA和直流磁势IcNc共同磁化的。，IcNc确定了在磁化曲线上的起始工作点(相当于晶体管输出特性上的静态工作点)，再叠加上不同波形、不同幅值的交流磁势以IANA，即确定了在磁化曲线上的工作段。例如图53中， 2. 控制电源输出的电流。 如图54所示，图中1为磁化曲线。当IcO时，起始工作点P。在原点，对应的工作区面在非饱和区，由于磁阻小，只需不大的以(图中曲线2所示)即可产生；当Ic较大时，起始工作点为P。，为了产生同样的，由于工作区ab靠近于饱和区，磁阻较大，就要求较大的Iab(图中曲线3所示)。由此可知： 1
7、)增大IcNc可使IANA增大。若使NcNA，则可通过较小的Ic变化而引起较大的IA变化，即磁放大器具有放大作用，而有利于控制。 2)单铁心式磁放大器铁心中的交变磁通A，既穿过WA也穿过WC会在WC中感应出交变电势，在控制绕组中产生交变环流，它会影响磁放大器的正常工作、增加损耗，带来一系列不利后果。此外，ia的波形畸变较严重而不利于焊接(见图54中曲线3)，因此在结构上有必要改进。二、双铁心式为了克服单铁心式磁放大器存在的问题，实际使用的是双铁心式的，其结构如图55所示。图55a为两个单铁心式磁放大器，其WA及WC各自串联。图55b与图55a不同之处仅在于前者的WA是并联联接。它们联接的原则都
8、是使两个WC串联时，使它们的交流感应电动势相互抵消。图5-5所示：这种联接方式使得两个铁心磁状态具有以下特点： 交流电某一半周时的情况，铁心1中a与c的方向相反， 总磁通1ac，处于不很饱和的状态；铁心2中a与c的方向相同， 总磁通ac，处于较饱和的状态。 在交流电另一半周中，铁心1较饱和，铁心2不很饱和。 即同一个半周中， 二铁心磁状态不同即互易其磁状态。两种接法，对于每一半周来说总是由一较饱和的和另一个不很饱和的磁放大器相串联或并联，所以总负载电流If的波形正负半周是对称的，避免了畸变。双铁心式磁放大器除有55图所示的结构形式之外，还可将两个铁心并在一起公用一个控制绕组wC，如图56所示。
9、53 无反馈磁放大器式弧焊整流器的工作原理一、基本电路 图57无反馈磁放大器式弧焊整流器的基本电路 二、工作原理 (一)外特性形状的分析 在上节中对简单无反馈磁放大器在单相交流电路中的作用做了定性分析。然而，这些基本概念和基本理论是否也适用于三相整流电路呢?现对这个问题作进一步探讨。对UMN求平均值即得空载电压为： U。135Uzl234U2 (54)式中：U2l及U2各为主变压器二次线电压及相电压。2负载 图57中六个整流管的导电次序列于，设滤波电感足够大，则整流得到的负载电流 if=If，为稳定直流当接入WA时，L交流较大，使二极管导电的轮换不能瞬时完成，这就得出截然不同的结果。如图510
10、a、b、e所示，此时VDl和VD3同时导电，这种现象称为重叠导电。ia+ibIf 其它换相点二极管轮换导电时也会同样出现重叠导电。重叠导电由 L 引起的。如图510a中实线所示。 由于重叠导电期间WA上自感电动势形成的感抗压降UL的影响，使得UMNU。即UfUo。Uf与u。二者的差值UL是由图中画了影线部分的面积S所确定的，由于重叠导电期间WA上自感电动势形成的感抗压降UL的影响，使得UMNU。即Uf0 起始工作点在P。靠近磁化曲线的饱和区，当I达到比If1。为小的If。(见图525)时工作段右端即达到a点，这时产生了1m。与Ic0的情况相比，外特性在更小的电流下由陡降转为平缓，图526中的曲
11、线1。(3)当IcIcNc等安匝关系不成立，不能用之以求If与Ic之间的关系。另外，这种“L”形外特性的整流器只用于等速送丝的熔化极气体保护焊，焊接电流是由送丝速度来确定的，而调节电源外特性的结果是调节了电弧电压。前已讲过，改变L可以改变外特性水平段电压的大小，从而调节Uf。不难理解Uf与Ic的关系调节特性将如图527中曲线1所示。可以看出，要使Uf能在较宽的范围内调节，就要将，Ic由一Ic1调至Ic2，即不仅需要调节Ic的大小，还要改变其方向，这将给控制带来不便。为此需设法避免改变如的方向。(电路中加入便移绕组) 二、部分内反馈磁放大器式弧焊整流器 这里所用的磁放大器是介于无反馈和全反馈之间
12、的磁放大器，其反馈系数是大于0而小于1的。按反馈方法不同，又有电阻内桥式、短路桥式和绕组桥式之分。下面以电阻内桥式为典型进行讨论。1基本电路 图532是它的基本电路。其与全反馈磁放大器的差别仅在于在两交流工作绕组之间联接了电阻内桥R。其余接线原则不变，也是令A与C的方向一致。各相电阻内桥磁放大器结构可参考图523，只是多3个电阻内桥。2工作原理 主要是分析这种整流器的外特性曲线形状。 根据式(59)有： Uf=UoC。 指的是什么呢?我们仍以VDl与VD3重叠导电时刻为例进行分析。 这时ua与um之差为WA1上的感抗压降，而这压降是由于WA1，绕组中电流IA1在重叠导电期间的变化。从而引起磁通
13、变化所感应出来的。前已证明它正比于该磁通变化幅度。因此，只要分析VD1和VD3重叠导电时IA1是怎么变化的，即可求得。 图533是当a相电压交变时，该相各支路中电流的变化情况。图533a为VDl导电的情况，这时ia分两路：一路经WA1形成 另一路经R 和WA2为In，同时In=I,因I 由WA2的非同名端流入，故为负值，然而后一支路阻抗比前一支路的大，所以Ia2小于ia1。同时有： 图b为VD1、VD2都不导电阶段，这时i。=0，由WA1及WA2内自感电势维持In，它经WA2、Rn、WA1构成回路，同时In=-Ia1 图c是VD2导电的情况，这时ia 反向并亦分两路：一路经WA2构成Ia2;
14、另一路经Rn和WA1为In，同时In=-Ia1 而有 由上述可见： 1)磁放大器交流绕组中电流波形如图534c中IA1、IA2所示。以IA1为例：当 ia10时 (由同名端流进WA1)其幅值为If一In，它所产生的磁通与c同向，起正反馈作用；当 ia1O时 (由非同名端流入WA，)其幅值为In。，它所产生的磁通则与c反向，起负反馈作用。即交流工作绕组正负半波都通电流，不过正负半波电流幅值不同，总是正半波的较大，ia1或ia2为不对称交流。与全反馈式相比，内桥式交流工作绕组电流有负半波的去磁作用而削弱了电流正反馈，所以反馈系数Kf是大于0而小于1。内桥式与无反馈式相比，则前者去磁半波电流幅值较小
15、，所以仍有正反馈作用。内桥式磁放大器铁心磁状态介于无反馈及全反馈式之间，其外特性既非平，又非陡降。2)内桥电流In流过Rn时方向不变，而它流过WA时总是产生与c反向的磁通而有去磁作用。内桥电流是由交流电源提供的，应是脉动波形，为便于分析用其平均值In来代替，它的波形近似为如图534d中所示的水平线。另一方面实验证明，各相电流在磁放大器二交流绕组和内桥电阻构成的两条支路中，是近似按电阻并联规律分配的。有以下关系式： (5-12)式中RA为交流工作绕组的电阻。 因此，若Rn减小，则In增大，即去磁半波电流幅值增大，使Kf减小。因而改变Rn可调节Kf，进而改变外特性形状。故可通过适当选择Rn值获得所
16、要求的下降外特性。3)在重叠导电期间 由+(If-In)变至-In，应据此求得。现通过磁化曲线来定性分析内桥磁放大器式弧焊整流器的外特性： 将磁化曲线简化成三段，如图535所示，分为非饱和区、过渡区和饱和区。当Ic=Ic1，使起始工作点P1，处于过渡区而靠近饱和区时，以如。IcNc为起始向右截取(IF一In)NA，得工作段右边端点b1，而向左截取InNA，得工作段左边端点a1。当If较小时，a1b1，段在过渡区，m较大，对应的外特性较陡随着IF的增大，a1点向左移仍在过渡区，而b1点向右移进入饱和区，则工作段从过渡区跨入饱和区。这样，If 增大时m增加得少了，得到的外特性为较平缓段 ，If进一
17、步增大，则a1 点进入非饱和区，而b1点仍在饱和区。由于工作段跨入了非饱和区，使以增大时m显著增大，于是外特性又转入较陡段。故外特性曲线由三段组成，如图536中线1所示。由于如去磁半周幅值比无反馈式的小，工作段伸入非饱和区较少，所以外特性不如无反馈的陡。当Ic=Ic2时：起始工作点P2仍在过渡区，但较靠近非饱和区。则当IF较小，工作段亦在过渡区，故对应的外特性为较陡段。当IF较大时：工作段左端点进入非饱和区，故外特性转入更陡段，如图536中曲线2所示，由二段组成。 当Ic=Ic3时，起始工作点P3在非饱和区，工作段在非饱和区。随着IF的增大，m显著增大，外特性陡降如图536中曲线3所示。 但实
18、际的磁化曲线是平滑变化的，因此实测的外特性如图537所示。用内桥内反馈式磁放大器获得的外特性，既不同于全反馈式也不同于无反馈式。这仍然是由于它们的磁状态不同造成的。内桥式具有电流正反馈作用，电流放大倍数比无反馈的大，故所需的Ic值较小，由IcNc所确定的静态工作点常在磁化曲线上的过渡区和非饱和区，在非对称的交流磁势共同磁化之下，便形成上述形状的下降外特性。若减小Rn使iA负半周幅值增大，则下降外特性变陡；反之，变缓。 3参数的调节 内桥内反馈式磁放大器中iA为不对称交流，正半周幅值为IF-In，负半周幅值为In，前者大于后者而具有正反馈作用，但不及全反馈式的强烈故为部分内反馈，其电流放大倍数也
19、就比无反馈的大。但它毕竟有负半周电流的去磁作用，与无反馈式磁放大器类似，可获得下降外特性，通过改变Ic值来调节电流。调节特性见图538的曲线1，而曲线2为无反馈式磁放大器的调节特性。前者的变化率和空载电流较大，为扩大调节范围和避免将J。反向而常采用偏移绕组。 4特点 内桥内反馈式磁放大器与外反馈式相比，它增大了电流放大倍数而无需采用反馈绕组。与全反馈和无反馈式相比，它更具有灵活性。改变内桥电阻阻值，可改变KF及外特性下降的陡度。当Rn=，即将内桥断开，则KF1，变成全反馈式磁放大器，外特性接近于平的。当Rn=O，即内桥为一根导线，则KF=O，变成无反馈式磁放大器，可获得陡降外特性。由此可见改变内桥阻值可以得到多种不同的外特性，便于实现一机多用。第五节磁放大器原理小结
