材料成型设备焊接设备与铸造设备计算机控制PPT学习教案.pptx

会计学 1材料成型(chngxng)设备 焊接设备与铸造设备计算机控制第一页，共170 页。7.1 7.1 弧焊电源 弧焊电源(dinyun)(dinyun)本世纪 本世纪20 20 年代人们将电弧用于金属焊接以来，弧焊电源的发展大致经历了交 年代人们将电弧用于金属焊接以来，弧焊电源的发展大致经历了交流弧焊变压器、直流弧焊发电机、整流弧焊电源和逆变弧焊电源等几个阶段。流弧焊变压器、直流弧焊发电机、整流弧焊电源和逆变弧焊电源等几个阶段。这些阶段虽然在时间上有交叉，但各个阶段都有其鲜明的技术特征。这些阶段虽然在时间上有交叉，但各个阶段都有其鲜明的技术特征。交流弧焊变压器是最早采用的弧焊电源之一。它通过变压器将电网电压降至 交流弧焊变压器是最早采用的弧焊电源之一。它通过变压器将电网电压降至适合弧焊的电压，直接用于电弧焊。这种弧焊电源的特点是结构简单、便于制 适合弧焊的电压，直接用于电弧焊。这种弧焊电源的特点是结构简单、便于制造、易于维修、价格低廉。它的局限性是：电弧不稳定、体积大、浪费材料，造、易于维修、价格低廉。它的局限性是：电弧不稳定、体积大、浪费材料，功耗大。交流弧焊变压器目前仍应用广泛，运用于手工弧焊、埋弧焊和钨极氩 功耗大。交流弧焊变压器目前仍应用广泛，运用于手工弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊等。直流弧焊发电机也是应用较早的弧焊电源，它通过直流发电机以直流 弧焊等。直流弧焊发电机也是应用较早的弧焊电源，它通过直流发电机以直流电的形式为电弧提供能量。这种弧焊电源耗能多、费材料、体积大、噪声大、电的形式为电弧提供能量。这种弧焊电源耗能多、费材料、体积大、噪声大、难于维修、制造复杂，动态特性不好。直流弧焊发电机虽然在历史上起过重要 难于维修、制造复杂，动态特性不好。直流弧焊发电机虽然在历史上起过重要的作用，但目前已处在被淘汰之列。目前只有少量以柴油 的作用，但目前已处在被淘汰之列。目前只有少量以柴油(汽油 汽油)机为原动机的直 机为原动机的直流弧焊发电机用于边远 流弧焊发电机用于边远(binyu(binyu n)n)少电的地区。少电的地区。整流弧焊电源是出现于本世纪 整流弧焊电源是出现于本世纪40 40 年代，它将电网电压无经过变压器降至适合 年代，它将电网电压无经过变压器降至适合电弧焊的电压，然后经过整流器将交流整流成直流，并为电弧提供能量进行焊 电弧焊的电压，然后经过整流器将交流整流成直流，并为电弧提供能量进行焊接，这类弧焊电源的特点是易于制造、易于维修、节省材料、效率较高，控制 接，这类弧焊电源的特点是易于制造、易于维修、节省材料、效率较高，控制特性较好、噪声小。特别是大功率的晶阐管 特性较好、噪声小。特别是大功率的晶阐管(SCR)(SCR)的出现和引入，晶阐管整流弧 的出现和引入，晶阐管整流弧焊电源由于具有良好的可控性和动态特性，立即在直流弧焊电源中脱颖而出。焊电源由于具有良好的可控性和动态特性，立即在直流弧焊电源中脱颖而出。这类弧焊电源在各国都有重要地位，我国也正在推广和普及。整流弧焊电源虽 这类弧焊电源在各国都有重要地位，我国也正在推广和普及。整流弧焊电源虽然具有这些优点，但是它仍然工作在工频，不论在材料消耗、电能损耗、体积、然具有这些优点，但是它仍然工作在工频，不论在材料消耗、电能损耗、体积、重量等都有待于提高和改进。重量等都有待于提高和改进。第1 页/共170 页第二页，共170 页。逆变弧焊电源是随着电力电子技术发展，随着大功率、可控、快速 逆变弧焊电源是随着电力电子技术发展，随着大功率、可控、快速开关器件的出现而出现的。它的工作原理是先将电网电压整流成直流，开关器件的出现而出现的。它的工作原理是先将电网电压整流成直流，然后逆变成中频或高频交流电，通过中频 然后逆变成中频或高频交流电，通过中频(高频 高频)变压器，获得适合电 变压器，获得适合电弧焊的电压，在此之后有三种选择：一是直接提供交流弧焊所需的能 弧焊的电压，在此之后有三种选择：一是直接提供交流弧焊所需的能量；二是再经过整流，将中频 量；二是再经过整流，将中频(高频 高频)交流变为直流，提供直流焊所需 交流变为直流，提供直流焊所需的能量；三是经过整流后再逆变成方波交流用于焊接。逆变弧焊电源 的能量；三是经过整流后再逆变成方波交流用于焊接。逆变弧焊电源具有良好的性能：工作频率高，铜、铁损耗大大减少，体积、重量显 具有良好的性能：工作频率高，铜、铁损耗大大减少，体积、重量显著下降 著下降(xijing)(xijing)，功率因数高，功率因数高(可达 可达99%)99%)，效率高，效率高(可达 可达80%-90%80%-90%），控），控制特性大为改善，因此逆变弧焊电源将成为弧焊电源发展的趋势。在 制特性大为改善，因此逆变弧焊电源将成为弧焊电源发展的趋势。在其出现后的短短十几年内，已成为工业发达国家的主导弧焊电源产品 其出现后的短短十几年内，已成为工业发达国家的主导弧焊电源产品 本节主要以应用比较普遍的弧焊整流器为例，对弧焊电源组成、主 本节主要以应用比较普遍的弧焊整流器为例，对弧焊电源组成、主电路构成、触发电路特点和外特性的控制原理分别加以叙述 电路构成、触发电路特点和外特性的控制原理分别加以叙述,使读者对 使读者对弧焊电源模拟控制有基本了解，在第八章将对弧焊电源计算机控制技 弧焊电源模拟控制有基本了解，在第八章将对弧焊电源计算机控制技术及数字化加以介绍，使读者对弧焊电源整体有全面了解。术及数字化加以介绍，使读者对弧焊电源整体有全面了解。第2 页/共170 页第三页，共170 页。弧焊电源的分类、特点 弧焊电源的分类、特点(tdi(tdi n)n)和用途 和用途（1 1）弧焊变压器）弧焊变压器 它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电，由主变压器及所需的调节部分 它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电，由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成。它具有结构简单、易造易修、成本低、效率高等优点，但其电流波形为正弦波，电 和指示装置等组成。它具有结构简单、易造易修、成本低、效率高等优点，但其电流波形为正弦波，电弧稳定性较差、功率因数低，一般应用于手弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊等方法。弧稳定性较差、功率因数低，一般应用于手弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊等方法。（2 2）矩形波交流弧焊电源）矩形波交流弧焊电源 它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流，其电弧稳定性好，可调参数 它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流，其电弧稳定性好，可调参数多，功率因数高。它除了用于交流钨极氩弧焊（多，功率因数高。它除了用于交流钨极氩弧焊（TIG TIG）外，还可用于埋弧焊，甚至可代替直流弧焊电源）外，还可用于埋弧焊，甚至可代替直流弧焊电源用于碱性焊条手弧焊。用于碱性焊条手弧焊。（3 3）直流弧焊发电机）直流弧焊发电机 一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装置等组成。它的缺点空载损耗 一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装置等组成。它的缺点空载损耗较大、效率低、噪声大、造价高、维修难；优点是过载能力强、输出脉动小、可用作各种弧焊方法的电 较大、效率低、噪声大、造价高、维修难；优点是过载能力强、输出脉动小、可用作各种弧焊方法的电源，也可由柴油机驱动用于没有电源的野外施工。源，也可由柴油机驱动用于没有电源的野外施工。（4 4）弧焊逆变器）弧焊逆变器 它把单相（或三相）交流电经整流后，由逆变器转变为几百至几万赫兹 它把单相（或三相）交流电经整流后，由逆变器转变为几百至几万赫兹(hz)(hz)的中频交 的中频交流电，经降压后输出交流或直流电。整个过程由电子电路控制，使电源具有符合需要的外特性和动特性。流电，经降压后输出交流或直流电。整个过程由电子电路控制，使电源具有符合需要的外特性和动特性。它具有高效节电、质量轻、体积小、功率因数高、焊接性能好等独特的优点，可应用于各种弧焊方法，它具有高效节电、质量轻、体积小、功率因数高、焊接性能好等独特的优点，可应用于各种弧焊方法，是一种最有发展前途的普及型弧焊电源。是一种最有发展前途的普及型弧焊电源。（5 5）脉冲弧焊电源）脉冲弧焊电源 焊接电流以低频调制脉冲方式馈送，一般是由普通的弧焊电源与脉冲发生电路组成，焊接电流以低频调制脉冲方式馈送，一般是由普通的弧焊电源与脉冲发生电路组成，也有其他结构形式。它具有效率高、输入线能量较小、可在较宽范围内控制线能量等优点。这种弧焊电 也有其他结构形式。它具有效率高、输入线能量较小、可在较宽范围内控制线能量等优点。这种弧焊电源用于对热输人量比较敏感的高合金材料、薄板和全位置焊接，具有独特的优点。源用于对热输人量比较敏感的高合金材料、薄板和全位置焊接，具有独特的优点。（6 6）弧焊整流器）弧焊整流器 它是把交流电经降压整流后获得直流电的，它由主变压器、半导体整流元件以及获得所 它是把交流电经降压整流后获得直流电的，它由主变压器、半导体整流元件以及获得所需外特性的调节装置等组成。与直流弧焊发电机比较，它具有制造方便、价格低、空载损耗小、噪声小 需外特性的调节装置等组成。与直流弧焊发电机比较，它具有制造方便、价格低、空载损耗小、噪声小等优点，而且大多数可以远距离调节，能自动补偿电网电压波动对输出电压、电流的影响。它可用作各 等优点，而且大多数可以远距离调节，能自动补偿电网电压波动对输出电压、电流的影响。它可用作各种弧焊方法的电源。种弧焊方法的电源。第3 页/共170 页第四页，共170 页。弧焊电源 弧焊电源(dinyun)(dinyun)外特性的种类 外特性的种类 从电弧 从电弧(dinh)(dinh)焊接工艺的要求出发，目前已研制出具有各种各样外特性形 焊接工艺的要求出发，目前已研制出具有各种各样外特性形状的弧焊电源。状的弧焊电源。（1 1）垂直下降（恒流）特性）垂直下降（恒流）特性 垂直下降特性也叫恒流特性。其特点是，在 垂直下降特性也叫恒流特性。其特点是，在工作部分当输出电压变化时输出电流几乎不变，见图 工作部分当输出电压变化时输出电流几乎不变，见图 7-1 7-1。（2 2）缓降特性）缓降特性 其特点是当输出电压变化时，输出电流变化较恒流特性的 其特点是当输出电压变化时，输出电流变化较恒流特性的大。其中一种按接近于 大。其中一种按接近于 1 1 4 4 椭圆的规律变化，另一种缓降特性的形状接近 椭圆的规律变化，另一种缓降特性的形状接近于一斜线，见图 于一斜线，见图7-1 7-1。（3 3）恒流带外拖特性）恒流带外拖特性 其特点是在其工作部分的恒流段，输出电流基本上 其特点是在其工作部分的恒流段，输出电流基本上不随输出电压变化。但在输出电压下降至低于一定值（外拖拐点）之后，不随输出电压变化。但在输出电压下降至低于一定值（外拖拐点）之后，外特性转折为缓降的外拖段，随着电压的降低输出电流将有较大的增加，外特性转折为缓降的外拖段，随着电压的降低输出电流将有较大的增加，而且外拖拐点和外拖斜率往往可以调节，还有其他形式的外拖特性，见图 而且外拖拐点和外拖斜率往往可以调节，还有其他形式的外拖特性，见图 7-7-1 1。（4 4）平特性）平特性 平特性有两种：一种是在运行范围内，随着电流增大，电弧 平特性有两种：一种是在运行范围内，随着电流增大，电弧(dinh)(dinh)电压接近于恒定不变（又称恒压特性）或稍有下降，电压下降率应 电压接近于恒定不变（又称恒压特性）或稍有下降，电压下降率应小于 小于7V 7V 100A 100A。另一种是在运行范围内随着电流增大，电压稍有增高（有。另一种是在运行范围内随着电流增大，电压稍有增高（有时称上升特性），电压上升率应小于 时称上升特性），电压上升率应小于10V 10V 100A 100A，见图，见图7-1 7-1。（5 5）下降特性）下降特性 这种外特性的特点是，当输出电流在运行范围内增加时，这种外特性的特点是，当输出电流在运行范围内增加时，其输出电压随着急剧下降。在其工作部分每增加 其输出电压随着急剧下降。在其工作部分每增加 100A 100A 电流，其电压下降一 电流，其电压下降一般应大于 般应大于7V 7V。根据斜率的不同有可分为垂直下降（恒流）特性、缓降特性。根据斜率的不同有可分为垂直下降（恒流）特性、缓降特性和恒流外拖特性等，见图 和恒流外拖特性等，见图7-1 7-1。第4 页/共170 页第五页，共170 页。弧焊电源 弧焊电源(dinyun)(dinyun)调节特性与动特 调节特性与动特性 性 电弧电压和电流是由电弧静特性和弧焊电源外特性曲线相交 电弧电压和电流是由电弧静特性和弧焊电源外特性曲线相交的一个稳定工作点决定的。为了获得一定范围的焊接电流和电 的一个稳定工作点决定的。为了获得一定范围的焊接电流和电压，弧焊电源的外特性必须可以均匀调节。下降特性电源的可 压，弧焊电源的外特性必须可以均匀调节。下降特性电源的可调参数为输出电流的大小，电弧电压由弧长决定，见图 调参数为输出电流的大小，电弧电压由弧长决定，见图7-2 7-2 所 所示。平特性电源的可调参数为工作电压，见图 示。平特性电源的可调参数为工作电压，见图7-3 7-3 所示。图中 所示。图中负载特性指包括输出回路电缆压降在内的电源的工作电压和图 负载特性指包括输出回路电缆压降在内的电源的工作电压和图7-2 7-2 下降外特性电源的可调参数工作电流的关系。下降外特性电源的可调参数工作电流的关系。所谓弧焊电源的动特性是指电弧负载状态发生突然变化时，所谓弧焊电源的动特性是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压与电流的过程，可以用弧焊电源的输出电流 弧焊电源输出电压与电流的过程，可以用弧焊电源的输出电流和电压对时间的关系，即 和电压对时间的关系，即u=f u=f（t t），），I=f I=f（t t）来表示。它说明）来表示。它说明弧焊电源对负载瞬态 弧焊电源对负载瞬态 变化的适应能力。动特性指标有空 变化的适应能力。动特性指标有空 载到短路的瞬时短路电流峰值、负载到短路的瞬时电流上升率 载到短路的瞬时短路电流峰值、负载到短路的瞬时电流上升率和短路峰值、短路到空载的电压建立时间等。和短路峰值、短路到空载的电压建立时间等。动特性是弧焊 动特性是弧焊电源的重要性能，它影响焊接过程的稳定性。现代弧焊电源通 电源的重要性能，它影响焊接过程的稳定性。现代弧焊电源通过控制电路来改善电源的动特性。同时弧焊电源动特性也影响 过控制电路来改善电源的动特性。同时弧焊电源动特性也影响焊接过程控制系统的动态 焊接过程控制系统的动态(dngti)(dngti)品质。品质。第5 页/共170 页第六页，共170 页。图7-1 各种常见的弧焊电源(dinyun)外特性 第6 页/共170 页第七页，共170 页。图7-2 下降外特性(txng)电源的可调参数 图7-3 平外特性电源(dinyun)的可调参数 第7 页/共170 页第八页，共170 页。晶闸管式弧焊整流器 晶闸管式弧焊整流器 1.1.晶闸管弧焊整流器的组成 晶闸管弧焊整流器的组成 一般晶闸管弧焊整流器的组成如图 一般晶闸管弧焊整流器的组成如图7-4 7-4 所示。主电路由主变压器 所示。主电路由主变压器T T、晶闸管、晶闸管整流器 整流器UR UR 和输出电感 和输出电感L L 组成。组成。AT AT 为晶闸管的触发电路。当要求得到下降外 为晶闸管的触发电路。当要求得到下降外特性时，触发脉冲的相位由给定电压 特性时，触发脉冲的相位由给定电压 和电流反馈信号 和电流反馈信号 确定；当要求 确定；当要求得到平外特性时，触发脉冲相位则由给定电压 得到平外特性时，触发脉冲相位则由给定电压 和电压反馈信号 和电压反馈信号 确定。确定。此外，还有操纵、保护电路 此外，还有操纵、保护电路CB CB。2.2.晶闸管式弧焊整流器的主要特点 晶闸管式弧焊整流器的主要特点（1 1）动特性好）动特性好 它与弧焊发电机和磁放大器式弧焊整流器相比，内部电感要 它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。在其用作平特性电源时，小得多，具有电磁惯性小、反应速度快的特点。在其用作平特性电源时，可以满足所需的短路电流增长速度；而当用作下降外特性电源时，不致 可以满足所需的短路电流增长速度；而当用作下降外特性电源时，不致(bzh)(bzh)有过大的短路电流冲击。且在必要时可以对其动特性指标（例如 有过大的短路电流冲击。且在必要时可以对其动特性指标（例如、等）加以控制和调节。等）加以控制和调节。第8 页/共170 页第九页，共170 页。（2 2）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 由于它可以用很小的触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 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 馈方式(fngsh)(fngsh)可以获得所需的各种外特性形状。电流、电压可在 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。并且易于实现电网电压 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。因此，这种整流器可用作弧焊机器人的配套电源。补偿。因此，这种整流器可用作弧焊机器人的配套电源。（3 3）节能）节能 与弧焊发电机相比，它没有机械损耗，而且其空载电 与弧焊发电机相比，它没有机械损耗，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 压可以较低，其效率、功率因数较高，输入功率较小，因而可节约电能。约电能。（4 4）省料）省料 与弧焊发电机相比，它无原动机。与磁放大器式硅弧 与弧焊发电机相比，它无原动机。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。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。（5 5）噪声小）噪声小 与弧焊发电机相比因其无旋转运动的部分，噪声明 与弧焊发电机相比因其无旋转运动的部分，噪声明显减小。显减小。（6 6）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 除主电路之外，还有触发电路，使用的电子元器件较多。因而，乖器件的质量、组装的水平等对电源使用的可 器件较多。因而，乖器件的质量、组装的水平等对电源使用的可靠性有很大影响；同时，这种电源对调试积维修的技术水平要求 靠性有很大影响；同时，这种电源对调试积维修的技术水平要求也较高。也较高。第9 页/共170 页第十页，共170 页。图7-4 晶闸管弧焊整流器的组成(z chn)第10 页/共170 页第十一页，共170 页。图7-5 六相半波整流器 第11 页/共170 页第十二页，共170 页。3.3.六相半波整流电路 六相半波整流电路 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(ydng)(ydng)形状 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 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。主电路主要有三相桥式半控、三相桥式全 连续，且脉动要小。主电路主要有三相桥式半控、三相桥式全控、六相可控半波和带平衡电抗器的双反星形可控整流电路四 控、六相可控半波和带平衡电抗器的双反星形可控整流电路四种，现主要以六相可控半波整流电路为例加以说明，基本电路 种，现主要以六相可控半波整流电路为例加以说明，基本电路见图 见图7-5 7-5，图中，图中T T 为三相变压器，铁心有三个心柱，每个心柱上 为三相变压器，铁心有三个心柱，每个心柱上各有一相的 各有一相的 一个一次绕组和两个二次绕组（分别为 一个一次绕组和两个二次绕组（分别为a a、-a-a、b b、-b-b 和 和c c、-c-c）。联接二次绕组时，将每相的一个绕组的同名端，）。联接二次绕组时，将每相的一个绕组的同名端，和每相的另一绕组的非同名端接在一起构成星形。这样可以输 和每相的另一绕组的非同名端接在一起构成星形。这样可以输出互差 出互差60 60 的六相电压，其相位关系见图 的六相电压，其相位关系见图7-6 7-6。每个二次绕组各。每个二次绕组各串联一晶闸管，六个晶闸管接成共阴极形式。在阴极和变压器 串联一晶闸管，六个晶闸管接成共阴极形式。在阴极和变压器中点 中点O O 之间联接负载。之间联接负载。第12 页/共170 页第十三页，共170 页。图7-6 六相电压矢量图 第13 页/共170 页第十四页，共170 页。（1 1）电阻性负载）电阻性负载 这时应将图 这时应将图7-5 7-5 中的输出电抗器 中的输出电抗器L L 短路，只让 短路，只让电阻 电阻 Rfz Rfz 接入电路。半波整流电路与前述桥式整流电路不同，接入电路。半波整流电路与前述桥式整流电路不同，任何时候只要有一只晶闸管导通，即可将这一相的电压接 任何时候只要有一只晶闸管导通，即可将这一相的电压接到负载两端。负载上承受 到负载两端。负载上承受(chngshu)(chngshu)的是相电压（忽略了 的是相电压（忽略了管压降）。因此要从相电压波形中求得负载压波形。图 管压降）。因此要从相电压波形中求得负载压波形。图7-7a 7-7a中虚线所示为六相相电压波形。若将图 中虚线所示为六相相电压波形。若将图7-5 7-5 中的晶闸管换成 中的晶闸管换成二极管，则任何时侯总是由相电压最高的二极管导电。而 二极管，则任何时侯总是由相电压最高的二极管导电。而其余五只管子，则由于阳极与阴极之间承受 其余五只管子，则由于阳极与阴极之间承受(chngshu)(chngshu)反 反压而不通电。因此在图 压而不通电。因此在图7-7a 7-7a 中，过了 中，过了 是 是 最高，由管 最高，由管1 1导电，导电，。过了。过了 则是 则是 最高，经过换相由管 最高，经过换相由管2 2 代替 代替管 管1 1 导电，导电，。依此类推，随着相电压此起彼伏，六。依此类推，随着相电压此起彼伏，六只管子自然地在 只管子自然地在 六只管子导电顺序见图 六只管子导电顺序见图7-7b 7-7b。的波形 的波形即为相电压的包络线，如图 即为相电压的包络线，如图7-7a 7-7a 中粗黑线所示。若象图 中粗黑线所示。若象图7-5 7-5中那样，六只管子是晶闸管，而又在各自然换相点依次将 中那样，六只管子是晶闸管，而又在各自然换相点依次将其触发，则的波形不变仍是该包络线。这就是当控制角为 其触发，则的波形不变仍是该包络线。这就是当控制角为零的情况，每周 零的情况，每周 有六个波峰。有六个波峰。第14 页/共170 页第十五页，共170 页。图7-7 为零度时六相半波可控整流(zhngli)波形 a）波形(b xn)波形(b xn)a）b）晶闸管导电顺序 第15 页/共170 页第十六页，共170 页。图7-8=60 时三相(sn xin)半波可控整流波形 图7-9=90 六相半波(bn b)可控整流电路 a）波形(b xn)b）波形 第16 页/共170 页第十七页，共170 页。当 当=60=60 时，时，波形如图 波形如图7-8 7-8 所示。由图可知，所示。由图可知，=60=60 为临界值，为临界值，继续增大，则 继续增大，则 波形和 波形和 波形将出现不连续；随 波形将出现不连续；随 增大，负 增大，负载 载(fzi)(fzi)电压平均值 电压平均值 减小，当 减小，当=120=120 时 时=0=0，即要求移相范围为，即要求移相范围为120 120。（2 2）电阻电感性负载）电阻电感性负载(fzi)(fzi)将图 将图7-5 7-5 中 中 L L 接入电路，它与 接入电路，它与 串 串联为电阻电感性负载 联为电阻电感性负载(fzi)(fzi)。接入电感后，即使。接入电感后，即使 不连续，不连续，波形也可以较平稳。电感值愈大，波形也可以较平稳。电感值愈大，波形愈平。当相电压为负 波形愈平。当相电压为负时，电感电动势仍可维持晶闸管继续导通。图 时，电感电动势仍可维持晶闸管继续导通。图7-9 7-9 中粗黑线所示 中粗黑线所示为 为=90=90 时的 时的 波形，这时负载 波形，这时负载(fzi)(fzi)电压平均值为零，即该整 电压平均值为零，即该整流电路要求的移相范围为 流电路要求的移相范围为90 90。与 与 的关系为 的关系为 六相半波可控整流电路与三相桥式全控整流电路一样，都要 六相半波可控整流电路与三相桥式全控整流电路一样，都要用六只晶闸管，整流波形也相似每周都有六个波峰。前者触发电 用六只晶闸管，整流波形也相似每周都有六个波峰。前者触发电路较简单，但每管在一周内最多只导电 路较简单，但每管在一周内最多只导电60 60（后者为（后者为120 120），一管），一管导电时其它管子都休止，因而变压器和管子的利用率较低。导电时其它管子都休止，因而变压器和管子的利用率较低。1.35 cos 第17 页/共170 页第十八页，共170 页。4.4.晶体管触发 晶体管触发(chf)(chf)电路 电路（2 2）同步电压为正弦波的触发电路）同步电压为正弦波的触发电路 图 图7-10 7-10 是 是ZDK ZDK 500 500 型晶闸管式弧焊整流器的触发电路。型晶闸管式弧焊整流器的触发电路。ZDK ZDK 500 500 型整流器的主电路是共阴极 型整流器的主电路是共阴极(ynj)(ynj)的带平衡电抗器双反星形 的带平衡电抗器双反星形 形 形式，用六套触发电路分别触发六个晶闸管，图 式，用六套触发电路分别触发六个晶闸管，图7-10 7-10 中只画出其中 中只画出其中的一套。的一套。图7-10 同步电压(diny)为正弦波的晶体管触发电路 第18 页/共170 页第十九页，共170 页。图7-11 同步电压为正弦波的晶体管触发(chf)电路的电压波形图 a)输出(shch)电压波形 b）V1 集电极电压波形b)V2 基极电压(diny)波形 d）V3 基极电压(diny)波形 e）触发脉冲波形 第19 页/共170 页第二十页，共170 页。1 1）触发脉冲的形成）触发脉冲的形成 图中共有三级晶体管电路，图中共有三级晶体管电路，构成第一级工作于开关状态；构成第一级工作于开关状态；构成第二级为射随器，起隔离作用；构成第二级为射随器，起隔离作用；构成第三 构成第三 级，起功翠放大 级，起功翠放大作用。作用。TI TI 为输出触发脉冲的脉冲变压器。为输出触发脉冲的脉冲变压器。为触发电路的直流电源电压。为触发电路的直流电源电压。输入电压由直流控制电压和同步电压相加产生。电路的波形图见图 输入电压由直流控制电压和同步电压相加产生。电路的波形图见图7-11 7-11。图 图7-11a 7-11a 为输入电压波形，设 为输入电压波形，设 为某一定正值电压，与正弦同步电压 为某一定正值电压，与正弦同步电压 相加即得到输入电压波形。图 相加即得到输入电压波形。图7-11b 7-11b 为 为 集电极电压波形，集电极电压波形，0 0 时间内 时间内输入电压为正，处于截止，输入电压为正，处于截止，；时间内输人电压为负，时间内输人电压为负，处于饱和 处于饱和=0.3V=0.3V 如此输入电压随同步电压交变而正负 如此输入电压随同步电压交变而正负(zhn(zhn f)f)交替，交替，不断截止和，不断截止和，为矩形波。经 为矩形波。经 和 和 构成的微分电路之后，加给 构成的微分电路之后，加给 基极的电压如图 基极的电压如图7-11c 7-11c 所示为正、负脉冲。由射随器输出给基极的是负 所示为正、负脉冲。由射随器输出给基极的是负脉冲 脉冲，如图，如图7-11d 7-11d 所示。在此负脉冲作用时 所示。在此负脉冲作用时 瞬时导通，有脉冲电流 瞬时导通，有脉冲电流经脉冲变压器初级绕组，使其有触发脉冲 经脉冲变压器初级绕组，使其有触发脉冲 产生（见图 产生（见图7-11e 7-11e 所示）。所示）。、构成加速电路以改善脉冲波形。构成加速电路以改善脉冲波形。用以保护 用以保护,因为当 因为当 突然截止时，突然截止时，TI TI 初级绕组感应出较大 初级绕组感应出较大 电动势与 电动势与 相加作用于集射 相加作用于集射极间，易将其击穿。接上 极间，易将其击穿。接上 可使这时的 可使这时的TI TI 的电流经它流通，不会骤减，的电流经它流通，不会骤减，从而使自感电动势值不超过二极管的正向压降。从而使自感电动势值不超过二极管的正向压降。用以抑制的穿透电 用以抑制的穿透电流，使截止可靠。流，使截止可靠。第20 页/共170 页第二十一页，共170 页。2 2）脉冲的移相）脉冲的移相 由图 由图7-11 7-11 可知，触发脉冲 可知，触发脉冲uM uM 总是出现在 总是出现在V1 V1 由导 由导通变为截止的时刻，此时正值输入电压上升沿与的 通变为截止的时刻，此时正值输入电压上升沿与的 交点 交点(jiodi(jiodi n)n)（见图（见图7-11a 7-11a）。因此只要改变）。因此只要改变 值，值，即可改变交点 即可改变交点(jiodi(jiodi n)n)位置，从而实现脉冲移相。位置，从而实现脉冲移相。令 令 增大，则触发脉冲提前；令 增大，则触发脉冲提前；令 减小，则 减小，则 后移，后移，在士 在士（同步电压的幅值）范围内变化，则可令触（同步电压的幅值）范围内变化，则可令触发脉冲移相 发脉冲移相180 180。不过为使。不过为使 与 与 之间有近于直线 之间有近于直线的关系，只应令上述交点 的关系，只应令上述交点(jiodi(jiodi n)n)在输入电压上升 在输入电压上升沿的中间区段内变化。对于弧焊整流器，只要求 沿的中间区段内变化。对于弧焊整流器，只要求 在 在0 0 90 90 范围内变化。适当选择 范围内变化。适当选择 与晶闸管电源电 与晶闸管电源电压之间的相位差，即可令触发脉冲移相范围刚好落 压之间的相位差，即可令触发脉冲移相范围刚好落在输入电压的近似线性区。图 在输入电压的近似线性区。图7-12 7-12 所示为比 所示为比 对应 对应的晶闸管阳极电压 的晶闸管阳极电压 滞后 滞后90 90 的情况。的情况。的 的30 30 处为 处为自然换相点，此点对应于 自然换相点，此点对应于=0=0。=0=0 90 90，是，是 的 的90 90 120 120 范围 范围 对应的与输入电压交点 对应的与输入电压交点(jiodi(jiodi n)n)区 区如黑粗线所示 如黑粗线所示.这线段线性度好，所以，这种方案 这线段线性度好，所以，这种方案是可取的。是可取的。第21 页/共170 页第二十二页，共170 页。图7-12 触发脉冲(michng)移相范围及 图7-13 变压器接线电源电压(diny)的相位关系 第22 页/共170 页第二十三页，共170 页。3）同步电压的产生(chnshng)如何实现 比对应相晶闸管的阳极电压滞后90 呢？在ZDK-500 型弧焊整流器中是靠主变压器和同步变压器三相绕组接法的适当搭配。如图7-13 所示。主变压器 为 接法，同步变压器 为 接法。相应的电压矢量图7-14 所示。电网的线电压（即主变压器一次绕组的电压）为，相电压为。主变压器正极性组二次相电压 分别与 同相，而反极性组二次相电压分 别与其反相。同步变压器一次绕组电压为电网相电压，故正极性组二次相电压 分别与 同相；而反极性组 分别与其反相。图7-10 是a 相晶闸管 的触发电路。的阳极电 压为，应以比其滞后90 的 为同步 电压，同理阳极 电压为 的晶闸管触发电路应以 为同步电压，如此可将阳极电压及对 应的同步电压列出如下表：第23 页/共170 页第二十四页，共170 页。图7-14 电压(diny)矢量图阳极电压同步电压表7-1 阳极(yngj)电压及对应的同步电压 第24 页/共170 页第二十五页，共170 页。图7-15 晶闸管弧焊整流器闭环控制系统(xtng)示意图 第25 页/共170 页第二十六页，共170 页。（1 1）闭环控制基本原理）闭环控制基本原理 图 图7-15 7-15 是晶闸管弧焊整流器闭环控制系统示意图。图中 是晶闸管弧焊整流器闭环控制系统示意图。图中有电压负反馈，输出电压经电压采样环节（常用电位器分 有电压负反馈，输出电压经电压采样环节（常用电位器分压）得到与其成正比的反馈量 压）得到与其成正比的反馈量。还有电流负反馈，输。还有电流负反馈，输出电流经电流采样环节（常用分流器）得到与其成正比的 出电流经电流采样环节（常用分流器）得到与其成正比的反馈量 反馈量。和 和 又分别与给定量 又分别与给定量、比较及放大，比较及放大，而各自输出 而各自输出 和 和。最后，经综合、放。最后，经综合、放大得到控制电压再输入触发电路，以控制触发脉冲的相位 大得到控制电压再输入触发电路，以控制触发脉冲的相位(xingwi)(xingwi)。因此有：。因此有：（7-1）式中、为放大环节(hunji)的放大倍数。一般值是较大(jio d)的，所以有只有零点几伏至几伏，0（7-2）第26 页/共170 页第二十七页，共170 页。现在可以分几种情况来分别 现在可以分几种情况来分别(fnbi)(fnbi)讨论：讨论：1 1）只用电压负反馈）只用电压负反馈 根据式（根据式（7-2 7-2）得到：）得到：式中 式中m m 为分压比，是常数。为分压比，是常数。可见 可见 取决于 取决于。一经给定不变，则整流器输出电压 一经给定不变，则整流器输出电压 也不变。用电弧电 也不变。用电弧电压负反馈时可得到恒压外特性，如图 压负反馈时可得到恒压外特性，如图7-16 7-16 中线 中线1 1 所示。其自动调节过程如下：所示。其自动调节过程如下：由于 由于 当电网电压波动或负载电流增大引起 当电网电压波动或负载电流增大引起 减小时，由于 减小时，由于 不变而使增大，进而 不变而使增大，进而使触发脉冲提前、晶闸管导通角增大，所以 使触发脉冲提前、晶闸管导通角增大，所以 得以增大，反之亦反 得以增大，反之亦反。0 即（7-3）第27 页/共170 页第二十八页，共170 页。2 2）只用电流负反馈）只用电流负反馈 根据式（根据式（7-2 7-2）则有：）则有：即 即 式中 式中n n 是分流比，为常数 是分流比，为常数(chngsh)(chngsh)。根据式（。根据式（7-4 7-4），），一经确定，一经确定，即不变，即不变，在理想的情况下可得恒流外特性。但实际上，若放大倍数取得太大，系统 在理想的情况下可得恒流外特性。但实际上，若放大倍数取得太大，系统将易产生振荡，所以不能将其取得太大，因而只能得到较为陡降的外特性，将易产生振荡，所以不能将其取得太大，因而只能得到较为陡降的外特性，如图 如图7-16 7-16 中线 中线2 2 所示。所示。0（7-4）第28 页/共170 页第二十九页，共170 页。图7-16 闭用环控制所获得(hud)的外特性 第29 页/共170 页第三十页，共170 页。4 4）复合负反馈）复合负反馈 可分为两种情况：可分为两种情况：同时采用电压、电流负反馈，根据式（同时采用电压、电流负反馈，根据式（7-2 7-2），当、一定时可得：），当、一定时可得：由式可知，所得到的外特性是斜降的，见图 由式可知，所得到的外特性是斜降的，见图7-16 7-16 中的线 中的线4 4。改变。改变n/m n/m或 或 值可改变外特性下降的斜率。值可改变外特性下降的斜率。按电压大小采用反馈，当电压大于一定值时只用电流负反馈；当 按电压大小采用反馈，当电压大于一定值时只用电流负反馈；当电压小于此值时，同时采用电流负反馈和电压负反馈，分别 电压小于此值时，同时采用电流负反馈和电压负反馈，分别(fnbi)(fnbi)根据式（根据式（7-4 7-4）和式（）和式（7-5 7-5），可得如图），可得如图7-16 7-16 中线 中线5 5 所示陡降而 所示陡降而在低压段带外拖的外特性。在低压段带外拖的外特性。（7-5）第30 页/共170 页第三十一页，共1