第三单元硅弧焊整流器

第三单元硅弧焊整流器学习目标：（1）熟悉硅弧焊整流器的组成和分类；（2）了解各类无电抗器式硅弧焊整流器的基本电路及特点；（3）理解各类有电抗器式硅弧焊整流器的基本工作原理；（4）掌握常用硅弧焊整流器的工艺参数调节及典型产品；（5）学会对常用硅弧焊整流器的使用维护和一般故障排除综合知识模块一硅弧焊整流器的组成及分类能力知识点1硅弧焊整流器的组成硅弧焊整流器是将50Hz的工频单相或三相电网电压，利用降压变压器将高电压降为焊接时所需的低电压，经整流器整流和输出电抗器滤波，从而获得直流电，对焊接电弧提供电能。为了获得脉动小、较平稳的直流电，以及使电网三相负载均衡，通常采用三相整流电路。硅弧焊整流器的电路一般由主变压器、电抗器、整流器、输出电抗器等几部分组成。图3-1为硅弧焊整流器组成的框图。硅弧焊整流器组成框图（1）主变压器其作用是把三相380V的交流电变换成几十伏的三相交流电。（2）电抗器可以是交流电抗器或磁饱和电抗器（磁放大器）。当主变压器为增强漏磁式或要求得到平外特性时，则可不用电抗器。其作用是使硅弧焊整流器获得形状合适、并且可以调节的外特性，以满足焊接工艺的要求。（3）整流器其作用是把三相交流电变换成直流电。通常采用三相桥式整流电路。（4）输出电抗器它是接在直流焊接回路中的一个带铁心并有气隙的电感线圈，其作用主要是改善硅弧焊整流器的动特性和滤波。此外，硅弧焊整流器中都装有风扇和指示仪表。风扇用以加强对上述各部分、特别是硅二极管的散热，仪表用以指示输出电流或电压值。硅弧焊整流器可按有无电抗器分为两类：无电抗器的硅弧焊整流器和有电抗器的硅弧焊整流器。1．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这类电源的外特性是近于水平的，主要用于CO2气图3-1硅弧焊整流器的组成体保护焊及其它熔化极气体保护焊。按调节空载电压的方法不同又分为抽头式、辅助变压器式和调压式。（2）主变压器为增强漏磁的这类电源由于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工艺参数。按增强漏磁的方法不同可分为动圈式、动铁式和抽头式。2．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饱和电抗器式的。根据其结构特点不同又可分为（1）无反馈磁饱和电抗器式硅弧焊整流器。（2）有反馈磁饱和电抗器式硅弧焊整流器根据磁饱和电抗器的反馈形式，可分为外反馈磁饱和电抗器式、全部内反馈磁饱和电抗器式和部分内反馈磁饱和电抗器式硅弧焊整流器等。从硅弧焊整流器的组成分析中可知，无电抗器的硅弧焊整流器是在弧焊变压器原理的基础上发展起来的，属于比较简单的硅弧焊整流器又少个能力知识点2硅弧焊整流器的分类综合知识模块二无电抗器的硅弧焊整流器能力知识点1动圈式硅弧焊整流器1．结构动圈式弧焊整流器由增强漏磁的三相动线圈式弧焊变压器T、三相桥式硅整流元件组UR和输出电抗器L组成，其基本电路如图3-2所示。（1）三相动圈式弧焊变压器一、二次绕组多采用Y/D接法。这是由于此变压器为一种降压变压器，一次绕组接成星形后，一次相电压只是线电压的倍，每相绕组匝数可以减少，绝缘要求可以降低。二次绕组接成三角形，则相电流只有线电流的倍，这样可以减小导线的截面积，采用较细导线；既容易绕制，又省铜，并可减小体积。其铁心绕组结构特点分述如下：1）铁心三相动圈式变压器的铁心有对称Y形和三角形两种。铁心柱布置在等边三角形三个顶点上，铁心柱的截面为矩形，这种立体结构优于一般平面形铁心（日字形）。因其三相磁路平衡，可使三相电流平衡，从而使整流电流比较平稳。2）绕组其一次绕组可以移动，二次绕组固定不动。摇动手柄则一次绕组线圈可沿铁心柱上下移动，从而调节焊接电流。（2）硅整流元件组由大功率硅二极管VD1～6组成三相桥式整流电路，其工作原理见图3-2。图中，VD1、3、5组成一组，其阴极联在一起；VD2、4、6组成另一组，其阳极联在一起。每一组中三管轮流导通。前一组中阳极电位最高者导通，后一组中阴极电位最低者导通，同一时间有两个二极管导通。如图3-3中，在0～t1期间，uab为负值，即b点电位高于a点电位，于是二极管VD3和VD2导通。由于VD3导通，m则点电位近似等于b点电位，VD1和VD5被反向截止而VD2导通，又使得n点电位近似等于a点的电位，故VD4和VD6也截止。在这段时间内的电流通路为：b→VD3→L→焊接电弧→VD2→a。同理可以分析在t1～t2期间，电流通路为：c→VD5→L→焊接电弧→VD2→a。图3-2三相动圈式弧焊整流器基本电路图在t2～t3期间，电流通路为：c→VD5→L→焊接电弧→VD4→b。依次类推，可以列出图3-3中所示的二极管导通顺序。如果不考虑输出电抗器L的滤波作用，则整流输出电压波形如图3-3c所示。二极管导通顺序及波形见图3-3所示：2.特点动圈式弧焊整流器与磁饱和电抗器式弧焊整流器相比，其结构及线路简单，材料消耗少，重量较轻，电磁惯性与弧焊变压器相近，动特性比较好，电流冲击小，飞溅少，一般可不用输出电抗器。输出电压和电流受电网电压和温升影响也较小。缺点是：由于一次绕组可动，工作时有轻微的振动和噪声，没有网路电压补偿，不易实现远距离调节。3．典型产品介绍国产动圈式弧焊整流器有ZXG1-160、ZXG1-250、ZXG1-400、ZXG3-500型和ZXG6-300型。前面四种主要适用于焊条电弧焊，后一种适用于焊条电弧焊、钨极氩弧焊、等离子弧焊。现以ZXG1-400型为例介绍如下：其电路原理图如图3-4所示图3-3动圈式弧焊整流器波形图a)主变压器二次输出的三相电压波形b)二极管导通顺序c)三相桥式整流输出波形该弧焊整流器设置有独特的“浪涌装置”。其目的在于增加小电流焊接时熔滴过渡推力。其电路结构由变压器的绕组Ⅲ、二极管VD7和电阻R2组成，并联在焊机的输出端。浪涌装置的作用原理是：绕组Ⅲ两端交流电压有效值为14V，峰值为20V，而弧焊整流器的输出电压。因此，其输出电压大于浪涌绕组的峰值电压，VD7被反向截止。当熔滴使电弧间隙短路时，输出电压为零，VD7导通，浪涌装置发出瞬时浪涌电流，增加熔滴过渡的推力，以利于引弧和熔滴过渡。熔滴一旦消散，浪涌装置就停止工作。浪涌装置分弱、强两档，根据焊接要求用转换开关SA进行调节。弧焊整流器中电风扇M用以冷却电器部件特别是硅整流二极管。电容用于抑制瞬时过电压峰值．保护硅二极管VD1～6不被电压击穿。电阻用于防止电容与电路电感发生振荡。国内三相动铁心式弧焊整流器型号为ZX-320，其电路原理如图3-5所示。图3-4ZXG1-400型弧焊整流器电路图V)04.020(hhIU（1）三相动圈式弧焊变压器一、二次绕组多采用Y/D接法。这是由于此变压器为一种降压变压器，一次绕组接成星形后，一次相电压只是线电压的倍，每相绕组匝数可以减少，绝缘要求可以降低。二次绕组接成三角形，则相电流只有线电流的倍，这样可以减小导线的截面积，采用较细导线；既容易绕制，又省铜，并可减小体积。其铁心绕组结构特点分述如下：图3-2三相动圈式弧焊整流器基本电路图图3-5ZX-320动铁心式弧焊整流器电路原理图1）铁心三相动圈式变压器的铁心有对称Y形和三角形两种。铁心柱布置在等边三角形三个顶点上，铁心柱的截面为矩形，这种立体结构优于一般平面形铁心（日字形）。因其三相磁路平衡，可使三相电流平衡，从而使整流电流比较平稳。2）绕组其一次绕组可以移动，二次绕组固定不动。摇动手柄则一次绕组线圈可沿铁心柱上下移动，从而调节焊接电流。（2）硅整流元件组由大功率硅二极管VD1～6组成三相桥式整流电路，其工作原理见图3-2。图中，VD1、3、5组成一组，其阴极联在一起；VD2、4、6组成另一组，其阳极联在一起。每一组中三管轮流导通。前一组中阳极电位最高者导通，后一组中阴极电位最低者导通，同一时间有两个二极管导通。如图3-3中，在0～t1期间，uab为负值，即b点电位高于a点电位，于是二极管VD3和VD2导通。由于VD3导通，m则点电位近似等于b点电位，VD1和VD5被反向截止。而VD2导通，又使得n点电位近似等于a点的电位，故VD4和VD6也截止。在这段时间内的电流通路为：b→VD3→L→焊接电弧→VD2→a。同理可以分析在t1～t2期间，电流通路为：c→VD5→L→焊接电弧→VD2→a。在t2～t3期间，电流通路为：c→VD5→L→焊接电弧→VD4→b。依次类推，可以列出图3-3中所示的二极管导通顺序。如果不考虑输出电抗器L的滤波作用，则整流输出电压波形如图3-3c所示。二极管导通顺序及波形见图3-3所示：2.特点动圈式弧焊整流器与磁饱和电抗器式弧焊整流器相比，其结构及线路简单，材料消耗少，重量较轻，电磁惯性与弧焊变压器相近，动特性比较好，电流冲击小，飞溅少，一般可不用图3-3动圈式弧焊整流器波形图a)主变压器二次输出的三相电压波形b)二极管导通顺序c)三相桥式整流输出波形输出电抗器。输出电压和电流受电网电压和温升影响也较小。缺点是：由于一次绕组可动，工作时有轻微的振动和噪声，没有网路电压补偿，不易实现远距离调节。3．典型产品介绍国产动圈式弧焊整流器有ZXG1-160、ZXG1-250、ZXG1-400、ZXG3-500型和ZXG6-300型。前面四种主要适用于焊条电弧焊，后一种适用于焊条电弧焊、钨极氩弧焊、等离子弧焊现以ZXG1-400型为例介绍如下：其电路原理图如图3-4所示该弧焊整流器设置有独特的“浪涌装置”。其目的在于增加小电流焊接时熔滴过渡推力。其电路结构由变压器的绕组Ⅲ、二极管VD7和电阻R2组成，并联在焊机的输出端。浪涌装置的作用原理是：绕组Ⅲ两端交流电压有效值为14V，峰值为20V，而弧焊整流器的输出电压。因此，其输出电压大于浪涌绕组的峰值电压，VD7被反向截止。当熔滴使电弧间隙短路时，输出电压为零，VD7导通，浪涌装置发出瞬时浪涌电流，增加熔滴过渡的推力，以利于引弧和熔滴过渡。熔滴一旦消散，浪涌装置就停止工作。浪涌装置分弱、强两档，根据焊接要求用转换开关SA进行调节。弧焊整流器中电风扇M用以冷却电器部件特别是硅整流二极管。电容用于抑制瞬时过电压峰值．保护硅二极管VD1～6不被电压击穿。电阻用于防止电容与电路电感发生振荡。能力知识点2动铁心式弧焊整流器图3-4ZXG1-400型弧焊整流器电路图国内三相动铁心式弧焊整流器型号为ZX-320，其电路原理如图3-5所示。由图3-5可以看出。主要由三相动铁心式主变压器T、硅整流元件组VD1～6及输出电抗器LK组成。图中MF是风扇电动机，H是指示灯，RS和A是分流器和直流电流表，C1～6和R1～6对元件起过压保护作用。和动圈式弧焊整流器一样，主变压器的一、二次绕组也采用Y/D接法。其结构是采用三柱式铁心，在窗口中放置两个动铁心，并在窗口内可以移进或移出。动铁心的作用和弧焊变压器中的相同，即起磁分路的作用，增加漏磁，获得下降的外特性。因此这类弧焊整流器很适合作为焊条电弧焊输出回路中所串联的输出电抗器LK为带铁心的电抗绕组，它的作用一是减小输出电流的脉动，起滤波作用；二是限制短路电流增长速度，减小瞬态短路电流峰值，即有改善动特性的作用。动铁心式弧焊整流器由于主变压器三相漏磁条件不同，存在三相电流的不平衡，有振动和噪声问题。三相对称磁分路动铁心式变压器制造比较复杂，难于保证三相电压和电流平衡，因而有的动铁心式弧焊整流器只好采用单相动铁心式变压器，并用输出电抗器滤波。的电源。能力知识点3抽头式弧焊整流器1．电路及工作原理基本电路如图3-7所示。图3-5ZX-320动铁心式弧焊整流器电路原理图由图3-7可以看出。主要由主变压器T、三相桥式硅整流器UR和输出电抗器L组成。主变压器是正常漏磁的一般三相降压变压器，漏磁很小，可以获得近于水平的外特性。一次绕组设有若干抽头，供调节输出电压之用。抽头式弧焊整流器通过换接一次或二次绕组的可改变弧焊整流器的空载电压，从而可得到若干条平行的外特性曲线，即改变初、次