《焊接电源》课程讲义第6章晶闸管式弧焊整流器课件.ppt

College of Materials Science and Engineering,HUST1第第6章章 晶闸管式弧焊整流器晶闸管式弧焊整流器晶闸管式弧焊整流器是目前实际工程中应用最多的电子控制弧焊电源之一既有下降外特性的晶闸管式弧焊整流器，也有平缓外特性的晶闸管式弧焊整流器既可以用于焊条电弧焊、钨极氩弧焊，也可以用于CO2气体保护焊、熔化极氩弧焊等弧焊方法本章主要内容：1、晶闸管式弧焊整流器的构成；2、常用的晶闸管可控整流主电路结构及工作原理；3、晶闸管触发电路结构及工作原理；4、实例介绍第1页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST26.1概述在20世纪60年代初，随着大功率晶闸管的问世，出现了以晶闸管为整流元件的直流弧焊电源晶闸管式弧焊整流器晶闸管弧焊整流器由电子功率系统和电子控制系统组成，如图6-1所示电子功率系统又称弧焊电源的主电路，它是由主变压器T、晶闸管整流器UR和直流输出电感L组成AT为晶闸管的触发脉冲驱动电路，C为电子控制电路控制电路同步图6-1晶闸管弧焊整流器AT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Ugi和电流反馈信号Ufi确定；当要求得到平外特性时，触发脉冲相位则由给定电压Ugu和电压反馈信号Ufu确定。

第2页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST3晶闸管弧焊整流器输出电压和电流的大小决定于整流器中晶闸管的导通角，晶闸管的导通角越大，电源输出电压和电流越大晶闸管导通角的大小是由其触发脉冲的相位所决定的，而触发脉冲的相位是由电流给定信号Ugi、电压给定信号Ugu和电流、电压反馈信号Ufi、Ufu通过电子控制电路C得到的控制信号Uk所确定的Uk决定着晶闸管触发脉冲的相位，也就决定了晶闸管导通角的大小Uk的变化规律决定了弧焊电源输出电压和电流的变化规律，通过对Uk的控制，可以控制晶闸管式弧焊整流器的输出特性电压电流电流的相位时间即为触发延迟角，电流相位可能在一个半波内，若有电感作用就有可能超过半波，极限情况应是第3页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST4晶闸管式弧焊整流器具有以下特点：动特性好：它与弧焊发电机和磁放大器式弧焊整流器相比，内部电感要小得多，具有电磁惯性小、反应速度快的特点控制性能好：由于它可以用很小的触发功率来控制整流器的输出，并具有电磁惯性小的特点，因而易于控制。

节能：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，因而可节约电能省料：与弧焊发电机相比，它没有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，减轻重量噪声小：与弧焊发电机相比，因其无旋转运动的部分，噪声明显减小电路较复杂：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，这种电源对调试及维修的技术水平要求也较高相对于弧焊变压器和弧焊发电机而言第4页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST56.2三相可控整流主电路晶闸管式弧焊电源一般采用三相变压器及晶闸管整流电（交直流两用的晶闸管式弧焊电源大多采用单相变压器及其整流电路）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调节范围，波形应连续，且脉动要小常用主电路结构形式：1、三相半控桥式整流电路；2、三相全控桥式整流电路；3、六相半波可控整流电路；4、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路第5页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST66.2.1三相半控桥式整流电路图6-2电阻性负载的三相半控桥式整流电路1.电阻性负载整流电路如图6-2所示，具有如下的电路特点：1）共阴极组的晶闸管必须触发才能导通；2）共阳极组的整流二极管总是在自然换相点（三相电源电压的交点，在相电压的交点t1、t2、t3处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移或称为自然换流点）；3）变压器的二次侧在任何时刻总是由变压器的两个二次绕组、一个阳极电位最高而且由出发脉冲触发导通的晶闸管和一个阴极电位最低的整流二极管串联构成电路。

第6页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST7（1）三相半控桥式电阻性负载触发角=0时的整流波形，如图6-3所示（由于是电阻性负载，所以uf=ud）相电压波形负载电压波形触发脉冲时序SCR导通顺序注意=0的相位与单相整流电路的区别：从自然换相点开始（自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角的起点，即=0o）图6-3=0电阻性负载三相半控桥式整流波形与三相不可控桥式整流电路相同，称为全导通状态ud、id每个周期内有6个波峰（脉动较小，且均匀），SCR的导通角为120，整流电压平均值最大，为2.34U2（U2为T二次侧相电压的有效值）第7页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST8（2）三相半控桥式电阻性负载触发角=30时的波形，如图6-4所示相电压波形负载电压波形触发脉冲时序SCR导通顺序图6-4=30电阻性负载三相半控桥式整流波形ud、id每个周期内有6次较大的脉动，而且脉动是不均匀的第8页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST9相电压波形负载电压波形触发脉冲时序SCR导通顺序（3）三相半控桥式电阻性负载触发角=60时的波形，如图6-5所示。

60是该电路整流电压ud、电流波形id连续的临界点，若继续增大，则由于某一线电压（例如uac）为零时，前一晶闸管（VH1）已关断，而后一晶闸管（VH3）尚未受到触发而不能导通，这就使波形间断，直至下一触发脉冲（ug3）到来时，晶闸管（VH3）才又继续接通整流电路，ud、id恢复输出波形可见，随着的增大，只要将图6-5b波形图中的垂直线部分往右移动，即可得到不同时的波形图6-5=60电阻性负载三相半控桥式整流波形第9页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST10相电压波形负载电压波形触发脉冲时序SCR导通顺序三相半控桥式整流电阻性负载时输出电压平均值ud与触发延迟角的关系为：图6-5=60电阻性负载三相半控桥式整流波形随增大，ud减小；当=0时，ud=2.34U2；当=180时，ud=0由此可见，三相半控桥式整流电路的触发脉冲移相范围为180三相桥式半控桥式整流电路在电阻性负载情况下60时，ud、id波形在一个周期内只有3个波峰，脉动频率f=150Hz，脉动较大，甚至会出现不连续第10页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST112.三相半控桥电阻电感性负载要求增加续流二极管VD7，而且只有在60时，续流二极管才起作用。

电阻电感性负载时的三相半控桥式整流电路如图6-6所示其中L为直流滤波电感，而且L的电感量足够大该电路更接近于实际的弧焊电源整流电路图6-6电阻电感性负载三相半控桥式整流电路第11页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST12三相半控桥式整流电路的特点：1、只用三只晶闸管和三个触发脉冲单元，因而线路比较简单、可靠、经济和较易调试；2、整流变压器为普通的三相降压变压器，易于制造3、其主要缺点是调至低电压或小电流时（60时）波形脉动较明显4、为了满足对直流弧焊电源规定的脉动系数的要求，需配备较大电感量的输出电抗器改进方案为了解决晶闸管三相半控桥式整流电路输出电流脉动大和不连续的问题，除了加大输出电抗器L外，还可以在三相半控桥式整流电路主回路中附加电路，如图6-7所示例如，附加不可控的三相桥式整流维弧电路AI以及高压引弧电路AV图6-7附加电路的三相半控桥式整流电路第12页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST136.2.2三相全控桥式整流电路图6-9三相桥式全控整流电路第13页，共74页。

College of Materials Science and Engineering,HUST14与三相半控整流电路有什么区别呢？三相半控触发频率150Hz，此处为300Hz，意味着动特性提高了！图6-100电阻负载三相全控桥式整流电路波形a）相电压b）负载电压c）触发脉冲d）管子导通顺序三相桥1.电阻性负载第14页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST15图6-11三相桥式全控整流电路触发方式a)双窄脉冲出发b)单宽脉冲触发第15页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST16图6-1260电阻负载三相全控桥式整流波形第16页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST17图6-1390电阻负载三相全控桥式整流波第17页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST18当0/3时，输出电压ud波形连续，此时有：当/3时，输出电压波形发生间断，此时有：当0即全导通时，ud=2.34U2；随着增大，则ud减小，当120时，ud=0。

可见，三相全控桥式整流电路在电阻性负载情况下，要求触发脉冲的移相范围为120第18页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST19图6-1490电阻电感性负载三相全控桥式整流电压波形2.电阻电感性性负载在060范围内，其工作情况及ud波形与电阻性负载时相同但由于有L的滤波作用，id波形变得平稳，与ud不成比例当电感量L较大时，id波形趋于一条水平线在60时，在电阻性负载情况下，ud、id波形都要出现间断在电阻电感性负载情况下，当线电压过零变负时，产生的感应电动势仍可为已触发导通的晶闸管提供正向阳极电压，使其不致关断只要电感足够大，已导通的晶闸管就可继续导通，直到触发下一个晶闸管换相触发，而使ud波形连续，如图6-14所示第19页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST20在电感足够大使负载电流连续的条件下，ud与之间关系为：1、三相桥式全控整流电路的输出电压每周有六个波峰，脉动较小，所需配用的输出电感的电感量也较小2、三相全控桥式整流电路是两组三相半波可控整流电路的串联，其变压器的利用率高，无直流磁化问题，但整流电流要流过两个整流元件，有两个管子压降损耗，使效率降低。

2、其缺点是要用六个晶闸管，且触发电路复杂，增加了调试和维修的难度3、该电路是目前应用较多的电路之一，美国米勒公司生产的焊机以及国内ZX5400B型晶闸管弧焊整流器都采用了此电路特点及应用当0时，ud=2.34U2；当90时，ud=0可见，三相全控桥式整流电路在电阻电感性负载情况下，要求触发脉冲的移相范围为90第20页，共74页College of Materials Science and Engineering,HUST216.2.3六相半波可控整流电路电路结构图。