第四单元晶闸管式弧焊整流器.doc

第四单元 晶闸管式弧焊整流器学习目的：（1）熟悉晶闸管式弧焊整流器的构成、重要特点和应用范畴；（2）掌握晶闸管式弧焊整流器主电路的形式及工作原理、触发电路的形式及工作原理、外特性控制电路及其工作原理；（3）理解ZDK-500型和ZX5-400型晶闸管式弧焊整流器的主电路及工作原理；（4）掌握ZDK-500型和ZX5-400型晶闸管式弧焊整流器的外特性及调节特性；（5）能对晶闸管式弧焊整流器的简朴故障进行排除综合知识模块一 晶闸管式弧焊整流器概述 n 随着大功率晶闸管在20世纪60年代的问世、弧焊电源相应地浮现了晶闸管式弧焊整流器由于其自身具有良好的可控性，因而对电源外特性形状的控制、焊接工艺参数的调节都可以通过变化晶闸管的导通角来实现，而不需要用磁饱和电抗器，它的性能更优于磁饱和电抗器式弧焊电源国产晶闸管式弧焊整流器重要有ZDK系列和ZX5系列能力知识点 1 晶闸管式弧焊整流器的构成 n 晶闸管式弧焊整流器的构成如图4-1所示 图4-1 晶闸管式弧焊整流器的构成能力知识点 2 晶闸管式弧焊整流器的重要特点 n （1）动特性好n （2）控制性能好 n （3）节能n （4）省料n （5）电路复杂n （6）存在整流波形脉动问题能力知识点 3 晶闸管式弧焊整流器的应用范畴 n （1）平特性晶闸管弧焊整流器 合用于熔化极气体保护焊、埋弧焊以及对控制性能规定较高的数控焊，还可作为弧焊机器人的电源。

n （2）下降特性晶闸管弧焊整流器 合用于焊条电弧焊、钨极氩弧焊和等离子弧焊综合知识模块二 晶闸管式弧焊整流器的主电路 能力知识点 1 三相半波可控整流电路 n 1．纯电阻性负载 n 其电路见图4-2变压器一次绕组为三角形联结，二次绕组为星形联结 ，它的零点o就是整流电压的负极晶闸管VT1、VT2、VT3接成共阴极组，晶闸管导通的条件除了阳极电位高于阴极电位外，同步还必须在门极上存在触发脉冲Rh为负载 n 通过控制角 、 状况下的分析，得知：n （1）当 时，整流电路的工作状况和负载上电压、电流波形与不可控整流电路相似，称为全导通状态此时，整流电压最大随着控制角的增大，整流电压相应减小因此这种整流电路若用于电弧焊中，从空载至短路时规定的触发电压移相范畴为 n （2）当 时，负载电流持续，各相晶闸管每周期导电 ，即导通角 n （3）负载电流在一种周期只有三个波峰，脉动较大，且当 时， 不持续，各晶闸管导电时间不不小于 ， 。

n 因此，得出结论：这种整流电路在实际电弧焊中是不合用的n 2．电阻电感性负载 n 其电路如图4-3所示n 图中L为输出电抗器令L的电感量足够大，当负载电流减小时，在电感上就产生感应电动势eL，它是制止电流减小的因此eL的极性如图4-3中所示 n 以a相为例，当a相电压瞬时值降到零甚至变为负值时，回路中加在负载Rh上的电压为(ua+eL) 仍可觉得正，因此a相晶闸管继续导通直至b相晶闸管触发导通为止即当 时，仍然能使各相的晶闸管导通 ，而不是 ，从而使整流电流是持续的虽然此时整流电压的脉动很大，并且电压浮现负值，但整流电流的脉动减小，如图4-3所示的波形固然这一结论的合用条件是输出电抗器L必须足够大，电流波形中的阴影部分是靠感应电动势eL维持导通的n 在电流持续状况下，可以导出负载电压平均值与控制角的关系如下： （4-1） 由式（4-1）可以看出，当 时 最大， 当 时， 。

因此电阻电感性负载三相半波可控整流电路用于电弧焊中，从空载至短路，规定触发电压移相范畴为 n 三相半波可控整流电路中只用三只晶闸管和三个触发单元，因此线路简朴、可靠、经济、易于调试，其整流变压器为一般三相降压变压器，易于制造但是，在输出为低电压或小电流状况下，波形脉动比较明显因此，目前很少用这种整流电路作为晶闸管式弧焊整流器的主电路能力知识点 2 六相半波可控整流电路n 六相半波整流电路如图4-5所示图中T为三相变压器，铁心有三个心柱，每一心柱上绕有一相的一种一次绕组和两个二次绕组，分别为a、-a，b、-b及c、-c n 每相的两个二次绕组联结方式是：一种绕组（如a绕组）的同名端与另一种绕组（如-a绕组）的非同名端接在一起，极性相反，然后再将三相六个二次绕组接成星形，这样即可输出互差 的六相电压，其相位关系如图4-6所示每个二次绕组各串联一晶闸管， 六只晶闸管接成共阴极形 式这样，六相半波整流 电路在任何时刻总是由阳 极电压最高并且加了触发 脉冲的那只晶闸管导通 负载串接在阴极与变压器 中点o之间n 1．纯电阻性负载 将图4-5中的电抗器短接，只让负载电阻Rh接入电路，即为纯电阻性负载六相半波整流电路。

六相半波整流电路在任一时刻只要有一只晶闸管导通，即可将这一相的电压加在负载两端．在忽视晶闸管管压降状况下，负载两端承受的就是这一相的相电压因此，负载Rh两端电压uh波形可由六相相电压波形求得 当 时，整流输出波形分析如图4-7所示图4-7a中虚线所示为六相相电压波形，分别在 的各自然换相点触发晶闸管VT1~6，令VT1~6轮换导通例如，过了 后 最高，且加触发脉冲电压 ，晶闸管 触发导通，其他五只晶闸管因承受反压而关断，则负载两端电压 过了 变成 最高，且加触发脉冲电压 ，通过换相由 替代 导通，依此类推，六只晶闸管在自然换相点 处依次触发导通，各导电 晶闸管 导通顺序见图4-7b 的波形为相电压的包络线，如图4-7a中粗黑线所示由于为纯电阻性负载，因此负载电流 波形与 同相位每周有六个波峰当 时，整流输出波形分析如图4-8所示由图可知， 为 持续的临界值。

继续增大，则负载电压 和电流 波形将浮现不持续随着 增大，负载电压平均值 减小；当 时， 即规定移相脉冲电压范畴为 n 2．电阻电感性负载 如图4-5所示即为电阻电感性负载的六相半波整流电路接入电感后，虽然负载电压 不持续，负载电流 波形也可以比较平稳电感值 越大， 波形越平稳当相电压为负时，电感电动势 （ 极性见图4-5中所示）仍可维持晶闸管继续导通在电感 足够大使负载电流持续的条件下， 与 的关系式为： （4-2）n 当 时， ，整流输出电压平均值最大；当 时， 因此电阻电感性负载六相半波整流电路规定触发脉冲移相范畴为 n 六相半波整流电路与三相半波可控整流电路相比，前者虽然整流波形每周有六个波峰，其脉动性比后者小，但是六相半波整流电路中每只晶闸管在一周内最多导电 ，通电时间短，电流峰值高，并且一只晶闸管导通时其他五只均截止，因而变压器和晶闸管运用率较低。

故一般也很少采用能力知识点 3 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 n 基本电路如图4-9所示n 图4-9所示，主变压器是三相的，其二次每相有两个匝数相似的绕组，分别接成两组三相半波整流电路，即a、b、c一组和-a、-b、-c一组a与-a，b与-b，c 与-c各绕在同一种铁心柱上，且极性相反，或者说电压电位差1800，如图4-9中表达同名端的“．”所示图中VT1、3、5构成的三相半波整流电路， 称为正极性组， VT2、4、6构成者称为反极性组正极性组与反极性组间由平衡电抗器LB联接平衡电抗器是带有中心抽头的电感，抽头O两侧的匝数相等n 电路中若电感足够大（如图4-9中接有输出电抗器L），则带平衡电抗器的双反星形可控整流电路有如下特点： （1）接入平衡电抗器LB，双反星形整流电路相称于两组三相半波整流电路并联 （2）将平衡电抗器LB两端短接即为六相半波整流电路 总之，带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，具有输出电压脉动小、移相范畴窄（900）、触发电路设立以便、变压器二次绕组运用率高、设备容量小、整流元件承载能力强等特点，因而被广泛用于象弧焊电源这样规定低电压、大电流的场合。

综合知识模块三 晶闸管式弧焊整流器的触发电路能力知识点 1 对触发电路的规定 n （1）触发脉冲应有足够的功率 为了使晶闸管可靠导通，触发电压、电流的脉冲信号宽度应足够n （2）触发脉冲上升前沿要陡 为了使触发时间精确，缩短元件开通时间，减少开通时的功率损耗，规定触发脉冲上升前沿具有一定陡度n （3）触发脉冲与施于晶闸管的电源电压必须同步 为了使每一周波反复在相似的相位上触发，即各周期中控制角 不变，触发脉冲必须与电源电压同步，即触发脉冲与加于晶闸管的电源电压保持固定的相位关系 （4）触发脉冲应能移相并达到规定的移相范畴 为了使电路能在给定范畴内工作，必须保证触发脉冲能在相应范畴内进行移相晶闸管式弧焊整流器是工作于电阻电感性负载的条件下，其输出电压从最大值调至零（由空载至短路）相应的控制角可调范畴，即为所规定的触发脉冲移相范畴对于三相半波可控、六相半波和带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，在电阻电感性负载条件下都规定触发脉冲移相范畴为0~90°能力知识点 2 触发电路的套数 n 对于带平衡电抗器的双反星形可控整流电路可采用六套、三套或二套触发电路n （1）六套触发电路 该整流电路中晶闸管数目总共有六只，可用一套触发电路触发一种管子而共需六套。

其长处是触发脉冲移相范畴大（可达1800）；缺陷是触发电路数目多，校正困难n （2）三套触发电路 每套触发电路可先后触发两只晶闸管其特点是脉冲移相范畴宽，触发电路套数少，调试以便，节省元件n （3）二套触发电路 即只用一套触发电路可触发一组三相半波可控整流电路中的三只晶闸管，ZX5系列整流电源中采用这种方案其触发脉冲分派电路见图4-12an 由图4-12a可以看出，触发脉冲分派电路由晶闸管VT、二极管VD1、VD3、VD5和电阻R构成其作用是将由触发电路送来间隔1200的触发脉冲，由VT轮流分派给VT1、3、5三只晶闸管的控制极使其导通例如，在 时，由触发电路来的触发脉冲 送到VT的控制极，即VT导通此时由图4-12b可知 最负，即VT1阴极电位最负，以致VD3、VD5 均承受反向电压而截止依次类推，只要一套每隔1200发出一种脉冲的触发电路，通过脉冲分派电路即能依次触发晶闸管 VT1、3、5n 两套触发电路其长处是触发电路套数至少，线路简化缺陷是触发脉冲移相范畴窄，理论上移相为1200。