《弧焊变压器》PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第3章 弧焊变压器,3.1 弧焊变压器的基本原理和分类,3.2 串联电抗器式弧焊变压器,3.3 动铁心式弧焊变压器,3.4 动线圈式弧焊变压器,3.5 抽头式弧焊变压器,内容提要,本章主要以一般变压器理论为基础，根据弧焊工艺的要求，阐明弧焊变压器的特殊性，陡降外特性的获得和焊接参数的调节方法，并介绍常见弧焊变压器的结构、原理和特点3.1 弧焊变压器的基本原理和分类,弧焊变压器的特点：,1）为稳弧要有一定的空载电压和较大的电感2）主要用于焊条电弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊，应具有下降的外特性3）为了调节电弧电流、电压，外特性应可调3.1.1 基本原理,与普通变压器一样，可通过基本方程式、等效电路和矢量图三个方面来分析主要是弄清空载电压的建立，获得下降外特性的原理和调节焊接参数的方法3.1.1.1 基本方程式,1.空载,如图3-1所示在一次绕组上施加电压产生了空载电流和磁通磁通中的一部分经铁心闭合的为空载主磁通，它是耦合磁通；另一部分经空气闭合的为空载漏磁通分别与,W,1,、W,2,（一次、二次）绕组耦合，各产生感应电动势，在二次输出端输出空载电压，上述电磁关系可表示为：,图3-1 变压器空载运行情况,讨论电压之间的关系。

由于变压器的磁通可被看作是按正弦规律来,变化的，故有：,其有效值为：,(3-1-1),同理有,令,，,为耦合系数，其值在01之间变化，,它说明一次、二次绕组间耦合的紧密程度由以上式子得到：,(3-1-2),式（3-1-2）说明：有漏磁时，空载电压只是由耦合磁通,（主磁通）,建立的；当无漏磁时，,则有：,(3-1-3),在一般变压器理论中常忽略漏磁通，不讨论它的作用而在弧焊变压器中，往往要人为地增大漏磁通来加以利用变压器空载时有漏磁通,，在一次绕组中也就产生了漏抗电动势,或感抗压降,根据克氏第二定律，可以写出变压器一次电路的复数电压方程式为：,式中，,、,分别为一次绕组的漏抗和电阻2.负载,如图3-2所示，,在一次绕组上施加电压,，二次绕组与负载,接通图3-2 变压器负载运行时的原理图,a）原理图 b）等效电路图,根据变压器基础知识,经计算可以得出：,(3-1-12),分别为变压器二次绕组的漏抗和电抗器的感抗；,分别为变压器二次绕组的电阻和电抗器的电阻图3-3 接有电抗器的弧焊变压器,令,变压器总漏抗，而,和,、,值较小可以忽略，且,则有：,(3-1-13),令,，于是：,(3-1-14),根据以上所述可以得出以下结论：,1)式(3-1-12)、(3-1-13)或(3-1-14)是弧焊变压器的电压平衡方程式，也是弧焊变压器的外特性方程式；,2)式(3-1-12)说明不仅二次的漏抗，而且,一次的漏抗（或）也对二次的输出电压有影响。

二者增大都使变压器的外特性下降得更加陡3)在二次电路串联电抗器便有感抗,，也可获得下降外特性,；,4)弧焊变压器的外特性方程式也可以写成以下形式：,3-1-15),由式(3-1-15)容易看出，改变,或,可调节焊接电流,3.1.1.2 等效电路,变压器一、二次电路是靠主磁通联系起来的根据式(3-1-12)可画出图3-4a所示等效电路图，即用一个等效电路代替了两个相互间有磁联系的电路通过它能更形象、更具体地理解弧焊变压器的工作原理图3-4 弧焊变压器的等效电路,a）一般等效电路b）简化等效电路,3.1.1.3 弧焊变压器的矢量图,在上述分析的基础上，我们可以把弧焊变压器的各量，按其大小和相位关系画出矢量图，如图3-5所示,图3-5 弧焊变压器空载时的矢量图,图3-6 弧焊变压器负载时矢量图,为了便于分析弧焊变压器的外特性，还可根据式(3-1-14)或图3-4b所示简化等效电路，画出弧焊变压器的简化矢量图于图3 -7图中，以一次电流,为参考矢量，电弧电压,与,同相，而,则比,导前90与,的矢量和为,于是,、,和,三个矢量构成了以,不变而负载电阻减小时，使,和,值增大，图中直角三角形的顶点,为,为斜边,的直角三角形。

通过该直角三角形可以分析弧焊变压器的外特性形状当,要沿着以,直径的半圆往下移如虚线所示，对应的,要减小因此,每改变一次,，可从图上求得相应的,，作出如图3-8所示的外,特性曲线若改变,为另一值，按上述方法可求得另一条外特性曲线图3-7 弧焊变压器的简化矢量图,图3-8 弧焊变压器的外特性,实际上式(3-1-14)还可写成以下形式：,(3-1-17),不难看出，式(3-1-17)是个以,和,为其长、短轴的椭圆外特性曲,线是该椭圆在第一象限的部分式(3-1-17)为表达弧焊变压器特性的椭圆方程3.1.2 弧焊变压器的分类,串联电抗器式,由正常漏磁（漏磁很少，可忽略）的变压器串联电抗器构成，按结构不同又分为,：,（,1）分体式,变压器和电抗器式独立的个体BN系列弧焊变压器及BP-3500型多站弧焊变压器属于此类2)同体式,变压器与电抗器铁心组成一体，二者之间非但有电的串联，还有磁的联系BX2系列弧焊变压器属于此类增强漏磁式,在这类变压器中人为地增大了自身的漏抗，而无需再串联电抗器按增强和调节漏抗的方法不同又可分为：,(1)动铁心式,在一、二次绕组间设置可动的磁分路，以增强和调节漏磁BXl系列弧焊变压器即属此类。

2)动线圈式,通过增大一、二次绕组之间距离来增强漏磁，改变绕组之间距离以资调节BX3系列弧焊变压器属于此类3)抽头式,也是将一、二次绕组分开来增加漏磁，通过绕组抽头改变绕组匝数来调节漏抗BX6-120型弧焊变压器属于此类根据获得下降外特性的方法不同可分为：,3.2 串联电抗器式弧焊变压器,这类弧焊电源由变压器和电抗器所组成前者为正常漏磁的普通降压变压器，将电网电压降至所要求的空载电压变压器本身的外特性是接近于平的为了得到下降外特性及调节电流需串联电抗器下面将在介绍电抗器的基础上，再分别介绍分体式和同体式弧焊变压器3.2.1 电抗器,实际上它就是带铁心的线圈当这线圈流过交流电流,时有磁势,N,K,(,N,K,为电抗器线圈匝数)在铁心中产生磁通,通常,是按正弦规律交变的，在,产生，,线圈上有自感电动势,在交流电路中起电抗压降作用，,故,，即,由此可见，改变,和,N,K,可以改变,X,K,按调节,X,K,的办法不同，电抗器可分为以下几种：,（1）调节空气隙式,它们的结构如图3-9所示，有双间隙与单间隙之分2）调节线圈式,其结构如图3-10所示它的优点是没有活动铁心，无振动问题，结构简单3）饱和电抗器,其结构如图3-11所示。

铁心中无空气隙和活动铁心，因而避免了上述电抗器的缺点图3-9 调节空气隙式电抗器,a）单气隙式b）、c）双气隙式,1定铁心2线圈3动铁心,图3-12 调节线圈圈数的电抗器,图3-13 饱和电抗器,3.2.2 分体式弧焊变压器,3.2.2.1 单站分体式弧焊变压器,这种弧焊电源供单个焊工使用故称为单站式结构特点,如图,3-14,所示，由变压器,T,和电抗器,DK,组成变压器一次绕组,1,和二次绕组,2,共同绕在二侧心柱上一次、二次绕组之间磁的耦合紧密，漏磁很少DK,为电抗器，装有连着传动机构的手柄,3,，摇动它可调节空气隙的大小图3-14 BN型弧焊变压器结构示意图,工作原理,主要讨论空载电压的建立，如何获得下降外特性以及怎样限制短路电流的问题1)空载,这时电抗器线圈内没有电流，铁心内无磁通，线圈两端没有电压空载电压全靠变压器建立因为变压器内部漏磁可略去，,即,按式(3-1-3)有：,(2)负载,因变压器内部漏磁很少，漏抗,、,可以略去不计；一次和,和,也可略去不计，则分体式弧焊变压器负载时的等效,二次绕组的电阻,电路可用图3-2-7表示所以，在有负载电流时，其二次电压,几乎不随,电流大小而变，与空载电压近于相等，即,这种弧焊变压器的外特性方程式是：,或,(3)短路,这时,，,(,为稳定短路电流)，从外特性方程可得：,即靠,限制短路电流。

图3-15 分体式弧焊变压器等效电路图,图3-16 BN-500型弧焊变压器外特性,3.规范调节,这种弧焊变压器的优点是，变压器和电抗器可分别使用，易于搬动但缺点也是明显的：小电流时电弧稳定性差，结构不紧凑，消耗材料较多，所以目前已不生产3.2.2.2 多站分体式弧焊变压器,结构特点,在造船、锅炉等工厂的焊接车间，焊接生产任务繁重，往往可以采用多站式弧焊变压器集中供电这种弧焊变压器本身必须是平的外特性采用多站式供电有下列优点：节省设备投资；经常处于满载工作状态，提高了设备利用率；便于管理、维护；减少供电容量；减少占用车间生产面积但也有以下缺点：焊接电路是低压供电，线路能量损耗大；焊站不可随便移动，灵活性差；工作可靠性差因此应视具体情况权衡利弊而选用2.产品介绍,国产有,BP-3500,型(旧型号为,BM-3,500,)由一台具有正常漏磁的三相降压变压器和,12,个调节空气隙式电抗器组成，可供,12,个焊站使用由于存在上述缺点和条件所限，这种弧焊变压器应用不多图3-17 多站弧焊变压器供电方式,3.2.3 同体式弧焊变压器,1.结构特点,这种弧焊电源的结构如图3-18所示图3-18 同体式弧焊变压器结构示意图,2.工作原理,它的工作原理与规范调节同于分体式，与分体式相比，不同之处在于结构紧凑、省料，但要笨重些。

由于用于小电流时有电弧不够稳定的缺点，故宜做成大、中容量的电源，供焊条电弧焊、埋弧焊之用它应用很广，我国以及美国、俄罗斯都有这类产品3.3 动铁心式弧焊变压器,1.结构特点,它是一种增强漏磁式弧焊变压器，靠增强本身漏磁获得下降外特性，其结构如图,3-22,所示铁心,可以移动，进出于铁心,I,的窗口(在图中是垂直于纸面移动)以调节漏磁，故称为动铁心式图,3-22,动铁心式弧焊变压器结构,2.工作原理,(1)空载,变压器空载电压是由,穿过W,2,感应建立的，所以,当动铁心移出变压器铁心窗口时，磁路的磁阻增大，使 减小、增大，于是 增大；反之，则 减小由于动铁心位置不同，有几伏的差别2)负载,其等效电路如图3-3-3b所示其外特性方程式是：,或,即靠变压器本身具有的总漏抗获得下降外特性3)短路,这时,，,，从外特性方程式可得：,即靠,限制短路电流3.规范调节,根据：,可知，通过改变 可调节 a）b）,图3-24 负载时磁通分布及其 等效电路图,a）负载时磁通分布 b）等效电路,4.产品介绍,动铁心式弧焊变压器也存在动铁心振动的问题但作用在两个气隙处电磁力的垂直分量可以抵消，如图3-26所示因此，振动很轻微几乎无噪声，不致影响焊接电流的稳定。

这类变压器由于内部漏抗足够大，不必用电抗器，从而节省了原材料的消耗同时，结构简单，易造好用，颇受欢迎但由于有两个空气隙，使附加损耗较大，故宜于做成中、小容量的产品国产动铁心式弧焊变压器目前有BX1系列，包括,BXl-135,、,BXl-300,、,BXl-500,型，它们的动铁心是梯形的图3-26 梯形动铁心及其静铁心的配合,3.4 动线圈式弧焊变压器,1.结构特点,动线圈式弧焊变压器结构如图3-31 所示图3-31动线圈式弧焊变压器结构示意图,2.工作原理,它与动铁心式同属增强漏磁式，共同特点是变压器一、二次绕组间磁耦合不紧密不同之处在于，动线圈式在绕组间无动铁心作磁分路，而代之以绕组之间距离较大而且可调因而动线圈式弧焊变压器中，只有经空气闭合的漏磁而没有经动铁闭合的附加漏磁其余工作原理则与动铁心式相同3.规范调节,根据：,以及空气漏抗的计算公式(推导从略）：,式中，,K,及,A,是与变压器结构数据有关的常数由式子可知，调节规范的办法有：,(1),改变,以进行均匀调节,(2).改变W,2,的匝数（,）以进。