第4章 直流弧焊發(fā)電機(jī)與硅弧焊整流器

1、第第4章章 直流弧焊發(fā)電機(jī)與硅弧焊直流弧焊發(fā)電機(jī)與硅弧焊整流器整流器 4.1 直流弧焊發(fā)電機(jī)的基本原理和分類(lèi)直流弧焊發(fā)電機(jī)的基本原理和分類(lèi) 4.2 典型的直流弧焊發(fā)電機(jī)典型的直流弧焊發(fā)電機(jī) 4.3 硅弧焊整流器的組成和分類(lèi)硅弧焊整流器的組成和分類(lèi) 4.4 普通硅弧焊整流器普通硅弧焊整流器 4.5 磁放大器式弧焊整流器磁放大器式弧焊整流器 4.6 有反饋磁放大器式弧焊整流器有反饋磁放大器式弧焊整流器 4.7 交直流兩用及脈沖式硅弧焊整流器交直流兩用及脈沖式硅弧焊整流器內(nèi)容提要內(nèi)容提要 本章介紹直流弧焊發(fā)電機(jī)、硅弧焊整流器的組成和分類(lèi)，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基本工作原理，重點(diǎn)分析它們?nèi)绾潍@得的外特性形狀和調(diào)節(jié)

2、特性。簡(jiǎn)介內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)的弧焊發(fā)電機(jī)、簡(jiǎn)單的硅弧焊整流器、交直流兩用式和脈沖式硅弧焊整流器及有關(guān)典型產(chǎn)品等。硅弧焊整流器的特點(diǎn)：硅弧焊整流器的特點(diǎn)： 硅弧焊整流器在單相或三相變壓器的基礎(chǔ)上，以硅二極管作為整流元件，將交流電整流成直流電。它與直流弧焊發(fā)電機(jī)相比有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）易造好修，節(jié)省材料，減輕重量，降低成本，提高效率。 2）無(wú)動(dòng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，噪聲小。 3）磁放大器式硅弧焊整流器改變了機(jī)械調(diào)節(jié)方式，采用電磁控制方式。 4）易于獲得不同形狀的外特性，以滿足不同焊接工藝的要求。同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)交直流兩用和脈沖焊接。4.1 弧焊發(fā)電機(jī)的基本原理和分類(lèi)弧焊發(fā)電機(jī)的基本原理和分類(lèi)4.1.1

3、基本原理基本原理 通常稱(chēng)之為直流弧焊機(jī)的，是指由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)（或柴油、汽油驅(qū)動(dòng)的其他原動(dòng)機(jī)）和弧焊發(fā)電機(jī)組成的機(jī)組。在弧焊電源學(xué)習(xí)中，主要討論發(fā)電機(jī)部分，它基于一般發(fā)電機(jī)原理，為滿足弧焊工藝要求而有其特殊結(jié)構(gòu)和電氣性能。 目前弧焊發(fā)電機(jī)主要用于焊條電弧焊、埋弧焊和鎢極氬弧焊，因此需具有下降的外特性。此外，也需具有良好的調(diào)節(jié)性能和動(dòng)特性。 獲得下降外特性有以下幾種辦法：1在電樞電路中串聯(lián)鎮(zhèn)定電阻在電樞電路中串聯(lián)鎮(zhèn)定電阻 如圖4-1所示，Rz即鎮(zhèn)定電阻器，發(fā)電機(jī)本身外特性近于平的，即UaEU0。負(fù)載電壓Uf與負(fù)載電流If （亦即電樞電流Ia）的關(guān)系是UfU0IfRz=EIf (Ra+Rz)= UoI

4、f (Ra+Rz) 由上式可知，當(dāng)If增大將引起電阻壓降增大，并使Uf減小而得到下降外特性。改變Rz值可調(diào)節(jié)外特性。這種方法的缺點(diǎn)是能量損耗大，只用于多站式直流弧焊發(fā)電機(jī)。例如AP-1000型多站弧焊發(fā)電機(jī)本身具有平的外特性，配備6個(gè)鎮(zhèn)定電阻箱則可供6名焊工同時(shí)施焊。 圖4-1 串聯(lián)鎮(zhèn)定電阻的電路2改變磁極磁通改變磁極磁通 由式（4-1）可知，電樞電動(dòng)勢(shì)E與成正比，因而只要設(shè)法讓隨If的增大而減小就可獲得下降外特性。 只要去磁作用與負(fù)載電流成正比，就可以等效為在電樞串聯(lián)了電阻。這樣既可獲得下降外特性又不增加能量損耗。 4.1.2 分類(lèi)分類(lèi)1. 根據(jù)產(chǎn)生去磁磁通的不同方法分類(lèi)根據(jù)產(chǎn)生去磁磁通的不

5、同方法分類(lèi) 1）差復(fù)勵(lì)式（用串聯(lián)繞組去磁）。 2）裂極式（用電樞反應(yīng)去磁）。 3）換向極去磁式（用換向極繞組去磁）。 2. 按原動(dòng)機(jī)不同分類(lèi)按原動(dòng)機(jī)不同分類(lèi) （1）直流弧焊發(fā)電機(jī)）直流弧焊發(fā)電機(jī) 它以三相異步電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸共殼組成一體化結(jié)構(gòu)。例如AX1-500型弧焊發(fā)電機(jī)，其外形如圖4-2所示。 (2) 直流弧焊柴直流弧焊柴(汽汽)油發(fā)電機(jī)油發(fā)電機(jī) 它用柴油機(jī)或汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，可組裝成汽車(chē)式，用汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)或兩臺(tái)發(fā)電機(jī)。如圖4-3所示為AXQ2-2250型直流弧焊汽油發(fā)電機(jī)的外形照片，它由輕便型越野車(chē)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)弧焊發(fā)電機(jī)。圖4-2 AX1-500型弧焊發(fā)電機(jī)外形圖圖

6、4-3 AXQ2-2250型直流弧焊汽油發(fā)電機(jī)外形圖4.2 典型的直流弧焊發(fā)電機(jī)典型的直流弧焊發(fā)電機(jī) 本節(jié)介紹差復(fù)勵(lì)式及換向極式弧焊發(fā)電機(jī)的基本原理、結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)、電流調(diào)節(jié)方式及應(yīng)用。差復(fù)勵(lì)式弧焊發(fā)電機(jī)一般用串聯(lián)去磁繞組以獲得下降外特性，但勵(lì)磁繞組有它勵(lì)與并勵(lì)之分，將分述于下。另外，簡(jiǎn)單介紹新型內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流弧焊發(fā)電機(jī)等發(fā)展。 4.2.1 它勵(lì)差復(fù)勵(lì)式弧焊發(fā)電機(jī)它勵(lì)差復(fù)勵(lì)式弧焊發(fā)電機(jī)4.2.1.1 工作原理工作原理 它的原理如圖4-4所示。 為它勵(lì)繞組，WE為串聯(lián)去磁繞組，二者產(chǎn)生的磁通與方向是相反的。 pW圖4-4 它勵(lì)差復(fù)勵(lì)式弧焊發(fā)電機(jī)原理圖1空載空載 這時(shí)If=0， =0，空載電壓只

7、由 來(lái)建立 EpppmppNIRKKKU0 (4-2-1) 2負(fù)載負(fù)載 這時(shí)有負(fù)載電流If流過(guò)WE產(chǎn)生了E。在磁路不飽和的情況下，電樞反應(yīng)去磁作用可以不計(jì)。根據(jù)式(4-1-3)有：Uf= U0IfRb式中， EbmEKNRR，它考慮了串聯(lián)繞組的去磁作用(RmE為E磁路的磁阻)。 該發(fā)電機(jī)就是靠這種作用獲得下降外特性的。3短路短路 這時(shí)Uf0，IfIwd，根據(jù)上面對(duì)空載和負(fù)載狀態(tài)的分析，可得到 ppE0wdmpmEKI NKNUIRR實(shí)際上，可以認(rèn)為 ，故得 mEmpRRppwdE0I NINppwdEI NIN（4-2-2）4.2.1.2 參數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)由于0ffbUUIR可知調(diào)節(jié)電流的方法

8、有： （1）改變）改變Ip 只要調(diào)節(jié)圖4-4它勵(lì)電路中的電阻Rp即可改變Ip、U0和If，外特性的變化如圖4-5所示。此種調(diào)節(jié)方法可作為細(xì)調(diào)。 （2）改變）改變Rb 即改變串聯(lián)繞組的匝數(shù)NE。當(dāng)NE增大，串聯(lián)繞組去磁作用增強(qiáng)，外特性變陡而空載電壓不變，見(jiàn)圖4-6。此種調(diào)節(jié)方法只能作為粗調(diào)。 只用前一方法時(shí)，If減小，伴隨著U0的降低將不利于引弧和穩(wěn)弧，以致調(diào)節(jié)范圍有限，故需配合以后一方法來(lái)擴(kuò)大電流調(diào)節(jié)范圍。圖4-5改變Ip時(shí)的外特性 圖4-6 改變NE時(shí)的外特性 4.2.2 并勵(lì)差復(fù)勵(lì)式弧焊發(fā)電機(jī)并勵(lì)差復(fù)勵(lì)式弧焊發(fā)電機(jī)4.2.2.1 工作原理工作原理 如圖4-7所示為其原理圖。 WH為并勵(lì)繞組

9、，但它不是接在兩個(gè)主電刷a和b之間。因?yàn)閁ab會(huì)隨著If的增大而下降，如果用Uab為并勵(lì)電源電壓將不利于穩(wěn)弧。為避免這種弊病而在發(fā)電機(jī)加輔助電刷c，勵(lì)磁繞組WH接在a、c電刷之間。圖中WE是串聯(lián)去磁繞組。 圖4-7 并勵(lì)差復(fù)式弧焊發(fā)電機(jī)原理圖 1空載空載 HH0HmHKI NUKR式中， IH NH為并勵(lì)繞組的磁勢(shì)；RmH為并勵(lì)磁路磁阻。（4-2-3） 2負(fù)載負(fù)載 If流過(guò)WE和電樞繞組產(chǎn)生磁通E和a，電樞導(dǎo)體切割各磁通產(chǎn)生以下電壓：后極尖對(duì)應(yīng)的電樞導(dǎo)體上的電壓為1()acacHEa2UEK式中的系數(shù)l2，是考慮后極尖對(duì)應(yīng)的電樞串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)是一個(gè)極所對(duì)應(yīng)的一半。由于磁路設(shè)計(jì)得不飽和，E 、a都與

10、If成正比，可令其相互抵消，則有acH12UK（4-2-4） 同理，前極尖所對(duì)應(yīng)的電樞導(dǎo)體上電壓為 cbbcHEa12UEK 輸出電壓為 fEf00fbmEKI NUUUI RR 因此，還是靠串聯(lián)繞組去磁獲得下降外特性。Uac、Ucb、Uab與If的關(guān)系如圖4-8所示。 圖4-8外特性曲線的構(gòu)成 4.2.3 換向極式弧焊發(fā)電機(jī)換向極式弧焊發(fā)電機(jī)4.2.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 這種發(fā)電機(jī)原理圖如圖4-9所示，設(shè)有它勵(lì)繞組Wp和利用換向極磁通去磁作用而獲得下降外特性。換向極本是用以改善換向條件的，為何對(duì)主磁場(chǎng)有去磁作用呢？這是由于采取了特殊結(jié)構(gòu)。如圖4-10所示，除有普通形狀的四個(gè)主磁極NSNS

11、之外，還有四個(gè)特殊形狀的NMSMNMSM。換向極極掌較寬且不對(duì)稱(chēng)，前極尖大而后極尖小，極端面歪斜換向極使前極尖處與電樞之間的空氣隙小而后極尖處的大；而且換向極被安置得與相鄰異名主磁極靠得較近，如圖4-11所示。 圖4-9 換向極式弧焊發(fā)電機(jī)電路原理圖 圖4-10 AX4-300型弧焊發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖4-11 換向極式焊機(jī)磁極磁場(chǎng)分布 4.2.3.2 工作原理工作原理1.空載空載 與其他它勵(lì)機(jī)一樣，空載電壓為 pp0mMKI NUR2. 負(fù)載負(fù)載 這時(shí)If通過(guò)換向極繞組產(chǎn)生磁通fMMmMI NR式中，RmM為換向極磁通所經(jīng)磁路的磁阻。ppfMdf0fbmpmM()I NI NUKUI RRR

12、（4-2-6） 式中， MdbmMKNRR3.短路短路 這時(shí)Uf =0，If =Iwd，并設(shè)RmpRmM，由式（4-2-6）可得ppwdMdI NIN4.2.3.3 參數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)根據(jù)式(4-2-6)可知，改變Ip及NMd即可調(diào)節(jié)外特性和電流。 1.改變改變Ip 當(dāng)增大Rp則Ip、U0減小，從而If也隨著減??；反之，則If增大。借此可作均勻調(diào)節(jié)。 2.改變改變NMd 這是通過(guò)移動(dòng)電刷位置實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)電刷，由圖4-11b可見(jiàn)面積2增大而面積3減小，故換向極磁通去磁作用增強(qiáng)，相當(dāng)于NMd增大，于是Rb增大而If減小。反之將電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一定角度，如圖4-11c所示，則能使

13、If增大。4.2.3.4 產(chǎn)品介紹產(chǎn)品介紹國(guó)產(chǎn)的這類(lèi)弧焊電源有AX3-300、AX3-500、AX3-300-1及AX4-300型。 4.2.4 內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)的新型弧焊發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)的新型弧焊發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介 傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的弧焊發(fā)電機(jī)已經(jīng)逐漸遭到淘汰，特別是在沒(méi)有電網(wǎng)和野外環(huán)境下，內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)弧焊發(fā)電機(jī)成為主要的應(yīng)用。從本質(zhì)而言，兩者只是原動(dòng)機(jī)的不同，其他部分的原理是相同的。但是，隨著近年來(lái)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了更新?lián)Q代的產(chǎn)品。燃油（汽、柴油）驅(qū)動(dòng)的新型弧焊發(fā)電機(jī)得到了迅速發(fā)展。如圖4-12所示，為這種新型電源產(chǎn)品。 在這類(lèi)新型弧焊發(fā)電機(jī)產(chǎn)品中，原動(dòng)機(jī)為柴油或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)則為平特性，即采用普通發(fā)電

14、機(jī)原理。然后，通過(guò)電路實(shí)現(xiàn)整流、斬波或逆變、直流濾波輸出等環(huán)節(jié)，以滿足焊接工藝要求。外特性和參數(shù)調(diào)節(jié)都是通過(guò)電子控制實(shí)現(xiàn)的。采用功率晶體管變換技術(shù)（斬波或逆變，在本書(shū)后面的章節(jié)詳述其原理），大大降低了整機(jī)的重量和體積，提高了效率。同時(shí)，還能夠獲得優(yōu)越的電源控制性能和品質(zhì)。通常這樣的產(chǎn)品具有多種功能，可以得到下降和平的不同外特性輸出，不僅能用于直流焊接，也能用于交流和脈沖電流焊接。在應(yīng)急情況下，它可以作為發(fā)電機(jī)滿足照明需要，還能夠進(jìn)行蓄電池充電等。圖4-12 新型內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)弧焊發(fā)電機(jī) 4.3 硅弧焊整流器的組成和分類(lèi)硅弧焊整流器的組成和分類(lèi) 從本節(jié)開(kāi)始介紹硅弧焊整流器的組成和分類(lèi)，簡(jiǎn)單的硅弧焊整流

15、器、磁放大器式硅弧焊整流器、交直流兩用式和脈沖式硅弧焊整流器等，分析各種硅弧焊整流器的結(jié)構(gòu)、所獲得的外特性形狀和調(diào)節(jié)特性，并介紹有關(guān)典型產(chǎn)品。4.3.1 硅弧焊整流器的組成硅弧焊整流器的組成 為了獲得脈動(dòng)小，較平穩(wěn)的直流電，以及使電網(wǎng)三相負(fù)荷均衡，通常都采用三相整流電路。其組成，如圖4-13所示 圖4-13 硅弧焊整流器的組成l1.主變壓器主變壓器 它的作用是降壓，把三相380V電壓降至所要求的空載電壓。l2.電抗器電抗器 可以是交流電抗器或磁放大器（磁飽和電抗器）。當(dāng)主變壓器為增強(qiáng)漏磁式或當(dāng)要求得到平外特性時(shí)，則可不用電抗器。它是用以控制外特性形狀并調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)的。l3.整流器整流器 其

16、作用是把三相交流電整流成直流，常采用三相橋式電路。l4.輸出電抗器輸出電抗器 它是接在直流焊接電路中的直流電感（由帶空氣隙的鐵心和線圈構(gòu)成）。其作用主要是改善和控制動(dòng)特性，其次是濾波。4.3.2 硅弧焊整流器的分類(lèi)硅弧焊整流器的分類(lèi) 根據(jù)在其中有無(wú)電抗器，可分為兩類(lèi)：無(wú)電抗器的硅弧焊整流器和有電抗器的硅弧焊整流器。4.3.2.1 無(wú)電抗器的硅弧焊整流器無(wú)電抗器的硅弧焊整流器 按主變壓器的結(jié)構(gòu)不同又可分為： 1.主變壓器為正常漏磁主變壓器為正常漏磁 這類(lèi)電源的外特性是近于水平的，主要用于CO2氣體保護(hù)焊及其他熔化極氣體保護(hù)焊。按調(diào)節(jié)空載電壓的方法不同又分為：抽頭式、輔助變壓器式和調(diào)壓器式。 2.

17、主變壓器為增強(qiáng)漏磁主變壓器為增強(qiáng)漏磁 這類(lèi)電源由于主變壓器增強(qiáng)了漏磁，因而無(wú)需外加電抗器即可獲得下降外特性并調(diào)節(jié)焊接參數(shù)。按增強(qiáng)漏磁的方法不同，可分為動(dòng)線圈式、動(dòng)鐵心式和抽頭式。4.3.2.2 有電抗器的硅弧焊整流器有電抗器的硅弧焊整流器 這類(lèi)硅弧焊整流器所用的電抗器都是磁放大器式的。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同又可分為：1.無(wú)反饋磁放大器（或稱(chēng)為磁飽和電抗器）式硅弧焊整流器無(wú)反饋磁放大器（或稱(chēng)為磁飽和電抗器）式硅弧焊整流器2.有反饋磁放大器式硅弧焊整流器有反饋磁放大器式硅弧焊整流器 根據(jù)磁放大器的反饋形式，后者又主要包括外反饋磁放大器式、全部?jī)?nèi)反饋磁放大器（自飽和電抗器）式和部分內(nèi)反饋磁放大器（內(nèi)橋自

18、飽和電抗器）式硅弧焊整流器等。4.4 普通硅弧焊整流器普通硅弧焊整流器 這一類(lèi)所謂普通硅弧焊整流器指的是無(wú)交流電抗器（磁放大器）的硅弧焊整流器。雖然磁放大器式弧焊整流器比其他形式的弧焊整流器具有控制方便的特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且質(zhì)量大、用料多。因此生產(chǎn)中也常用這種簡(jiǎn)單的的硅弧焊整流器。4.4.1 動(dòng)鐵心式弧焊整流器動(dòng)鐵心式弧焊整流器 國(guó)內(nèi)的三相動(dòng)鐵心分磁式弧焊整流器，型號(hào)為ZX-320，只有少數(shù)廠家生產(chǎn)。ZX-320弧焊整流器的電路原理示于圖4-14中。它主要由三相鐵分磁式主變壓器T、硅整流元件組VD16及輸出電抗器LK組成。圖中MF是風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)，H是指示燈，F(xiàn)L和A是分流器和直流電流表，C16

19、和R16對(duì)元件起到過(guò)壓保護(hù)作用。 一次側(cè)接成星形，二次接成三角形，是弧焊整流器中常用的接法。因?yàn)檫@是一種降壓變壓器，一次側(cè)接成星形，每相繞組的相電壓只有線電壓的1/3，繞組匝數(shù)可以減少，絕緣要求可以降低。二次繞組電流比較大，采用三角形接法時(shí)，相電流只是線電流的1/3 ，可以減小導(dǎo)線截面積，容易繞制。 主變壓器示意圖如圖4-15所示。它采用三柱式鐵心，在窗口中放入兩個(gè)動(dòng)鐵心，可在窗口內(nèi)移進(jìn)或移出。動(dòng)鐵心的作用與弧焊變壓器中的相同，即增加漏磁，獲得下降特性，如圖4-16所示。它適合作焊條電弧焊直流電源等。圖4-14 ZX-320動(dòng)鐵心式弧焊整流器電路原理圖 圖4-15 ZX-320動(dòng)鐵心式主變壓器

20、 圖4-16 ZX-320電源外特性 輸出回路中串聯(lián)有輸出電抗器LK，為帶鐵心的電抗繞組，其作用是：第一，減小輸出電流的脈動(dòng)，起濾波作用；第二，限制短路電流增長(zhǎng)速度，減小瞬態(tài)短路電流峰值，即改善動(dòng)特性的作用。 由于主變壓器三相漏磁條件不同，存在三相電流的不平衡，有振動(dòng)和噪音問(wèn)題。三相對(duì)稱(chēng)磁分路動(dòng)鐵心式變壓器制造比較復(fù)雜，難于保證三相電壓和電流平衡，因而有的動(dòng)鐵式弧焊整流器只好采用單相動(dòng)鐵式弧焊變壓器和橋式整流，并用輸出電抗器濾波。4.4.2 動(dòng)繞組式弧焊整流器動(dòng)繞組式弧焊整流器 主要由增強(qiáng)漏磁的三相動(dòng)繞組式弧焊變壓器和三相橋式整流器組成，國(guó)產(chǎn)動(dòng)線圈式弧焊整流器有ZXG1型和ZXG6型。由于弧焊

21、變壓器漏抗很大，故可獲得下降外特性。調(diào)節(jié)一、二次繞組之間的距離，即可改變漏抗的大小，從而調(diào)節(jié)電流。由于外特性較為陡降，動(dòng)繞組式弧焊整流器適用于手弧焊、鎢極氬弧焊、等離子弧焊。 三相動(dòng)繞組式弧焊變壓器的結(jié)構(gòu)如圖4-17所示。圖a所示為鐵心，三個(gè)心柱和上下軛構(gòu)成三棱柱形。這種立體結(jié)構(gòu)優(yōu)于一般平面結(jié)構(gòu)，其三相磁路平衡，可使三相電流平衡，從而整流電流平穩(wěn)。圖b所示為可移動(dòng)繞組及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般是移動(dòng)一次繞組，因其導(dǎo)線比二次的細(xì)、軟。搖動(dòng)手柄則一次繞組沿絲杠移動(dòng)，即可調(diào)節(jié)電流。其二次繞組是靜止不動(dòng)的。 與磁放大器式相比，它的結(jié)構(gòu)及線路簡(jiǎn)單、節(jié)省原材料、質(zhì)量較輕。其電磁慣性與弧焊變壓器相近，動(dòng)特性很好，飛

22、濺較少，因而一般可不用輸出電抗器。它的缺點(diǎn)是：由于繞組可動(dòng)，使用時(shí)有輕微的振動(dòng)和噪聲，不易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)，不便于進(jìn)行電網(wǎng)電壓補(bǔ)償?shù)取?國(guó)產(chǎn)動(dòng)線圈式弧焊整流器有ZXG1型和ZXG6型，例如ZXG1-160、ZXGl-250和ZXGl-400型。ZXG6-300型鐵心為三角形，結(jié)構(gòu)與ZXG1有所不同。現(xiàn)以ZXGl-400型為例介紹，電路如圖4-18所示。當(dāng)將一、二次繞組靠近而調(diào)到大電流時(shí)，可讓二次繞組部分套入一次繞組。這樣可擴(kuò)大電流調(diào)節(jié)范圍而不必分檔，又可減小繞組之間的最大推斥力?；『鸽娫赐馓匦匀鐖D4-19所示。 該弧焊電源裝有獨(dú)特的“浪涌電路”，由變壓器的繞組、二極管VD7，和電阻R2組成，并

23、聯(lián)在焊機(jī)的輸出端。繞組兩端的電壓為14V，低于弧焊電源的空載電壓和工作時(shí)的電弧電壓，故在空載和焊接時(shí)VD7能被反向偏置，使電路對(duì)焊接無(wú)影響。當(dāng)引弧和熔滴過(guò)渡而使弧隙短路時(shí)，VD7導(dǎo)通，繞組向弧隙輸出浪涌電流，以助引弧和熔滴過(guò)渡。浪涌電流分弱、中、強(qiáng)三檔，供不同焊接位置、不同焊條直徑時(shí)選用。圖4-17 三相動(dòng)繞組式弧焊變壓器a）鐵心 b）繞組及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 圖4-18 ZXG1-400弧焊整流器電路 圖4-19 ZXG1-400電源外特性4.4.3 抽頭式弧焊整流器抽頭式弧焊整流器 其基本電路見(jiàn)圖4-20，由主變壓器T、整流器UR和輸出電抗器Lk組成。與前述弧焊整流器相比，其主變壓器有所不同，它是

24、正常漏磁的一般三相降壓變壓器。所以漏抗很小，可以獲得近于水平的外特性，如圖4-21所示。為了調(diào)節(jié)輸出電壓，在一次繞組上設(shè)有許多抽頭，以便改變一次繞組匝數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在抽頭式弧焊整流器中，輸出電抗器是必不可少的。因?yàn)檫@種弧焊整流器主要用于二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，要用輸出電抗器控制短路電流增長(zhǎng)速度以減少金屬溶滴的飛濺和改善焊縫成形。 抽頭式弧焊整流器的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍是： 1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省材料，易于制造，使用可靠。 2) 具有平外特性，空載電壓較低與電弧電壓近于相等，有時(shí)難以引弧。 3) 調(diào)節(jié)電壓是有級(jí)的，且不宜在負(fù)載的情況下調(diào)節(jié)，也不能遙調(diào)。 4) 對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響不能采取補(bǔ)償措施。 這種弧焊

25、電源主要用于細(xì)絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。因其簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)、可靠而易于推廣，得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外都有這種類(lèi)型產(chǎn)品，電源簡(jiǎn)單，只是要與送絲電路等配合使用即可。 圖4-20 抽頭式弧焊整流器的組成圖4-21 抽頭式弧焊整流器的外特性4.5 磁放大器式弧焊整流器磁放大器式弧焊整流器4.5.1 磁放大器原理磁放大器原理4.5.1.1 磁放大器的基本單元磁放大器的基本單元 眾所周知，鐵磁材料的磁化曲線（BH曲線）具有非線性，如圖4-22所示。磁導(dǎo)率不是常數(shù)，而是隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化而變化。實(shí)際上，磁放大器就是利用鐵磁材料的這種特性來(lái)實(shí)現(xiàn)電流放大和控制作用的。最簡(jiǎn)單的單鐵心式磁放大器結(jié)構(gòu)如圖4-23所示，由鐵心、

26、直流控制繞組WC和交流工作繞組WA所組成。圖4-22 磁化曲線 圖4-23 磁放大器的基本單元 交流繞組加上交流電壓U后，經(jīng)過(guò)負(fù)載流過(guò)電流Ia，其有效值可表示為a22UUIZRX式中，U為交流電壓有效值；R為交流電路總電阻；Z為交流電路總阻抗；X為交流繞組的感抗；X=L，為角頻率，L為交流繞組的電感。感抗X可用下式計(jì)算 2mN SXLl式中，N為交流繞組匝數(shù)；S為磁路面積；lm為磁路平均長(zhǎng)度；為導(dǎo)磁率。圖4-24 單鐵心磁放大器的交流電路 在磁放大器式硅弧焊整流器中，利用磁放大器可以控制電源外特性，這又是如何實(shí)現(xiàn)的呢？其實(shí)原理相同，我們以圖4-24所示的具有單鐵心磁放大器的交流電路說(shuō)明。圖4-

27、25 磁放大器對(duì)外特性的控制如4-24所示，交流電路的平衡方程式是：f0LUUU 式中，U0為電源交變電壓；Uf為負(fù)載電壓；UL為WA兩端的感抗壓降。當(dāng)If增大時(shí)，如果和UL成正比地增大，使Uf隨之減小而獲得陡降外特性。反之，如果和UL保持一定的值而不明顯增大，則Uf 不隨If變化就獲得平特性。 根據(jù)鐵磁材料的磁化曲線，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H增大時(shí)，鐵心將由不飽和漸漸變得飽和，即由大變小，磁阻則由小變大，因而交流繞組的等效電感減小。因而只要控制鐵心的磁狀態(tài)，即令其工作于磁化曲線的不同線段上，以致在相同的IANA作用下產(chǎn)生不同的和電壓降，從而可以控制外特性。那么，鐵心的磁狀態(tài)又是怎樣控制的呢?由磁放大器的

28、結(jié)構(gòu)得知，它是由交流磁勢(shì)iANA和直流磁勢(shì)ICNC共同磁化的。ICNC確定了在磁化曲線上的起始工作點(diǎn)（相當(dāng)于晶體管輸出特性上的靜態(tài)工作點(diǎn)），再疊加上不同波形、不同幅值的交流磁勢(shì)iANA，即確定了在磁化曲線上的工作范圍。 如圖4-26所示，如果鐵心起始工作點(diǎn)P0在原點(diǎn)，在iANA的磁化作用下工作于磁化曲線的ab段，處于非飽和區(qū)，這時(shí)磁路磁阻小，一定的IANA產(chǎn)生較大的磁通變化幅度。若IANA增大會(huì)使顯著增大，而得到較陡的下降外特性。 如果控制磁通使起始工作點(diǎn)p0靠近飽和區(qū)，則在相同iANA同時(shí)磁化下，工作于ab段上，處于較飽和的區(qū)域，相應(yīng)的磁路磁阻大，對(duì)應(yīng)的磁通變化幅度較小。以p0為起始工作點(diǎn)，

29、即使iANA增大，而也增大得不明顯，因而對(duì)應(yīng)的外特性段較平緩。 由此不難理解，如何利用磁放大器去控制電源輸出的電壓和外特性形狀。圖4-26 雙鐵心式磁放大器原理圖a）交流繞組串聯(lián) b）交流繞組并聯(lián)4.5.1.2 雙鐵心式磁放大器雙鐵心式磁放大器 只用一個(gè)磁放大器基本單元時(shí)，會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題： 1）交變電流會(huì)在匝數(shù)較多的控制繞組中感應(yīng)出較高電勢(shì)，影響磁放大器的正常工作。 2）交流磁通在正負(fù)半波分別與直流控制磁通相加或相減，使交流電流波形發(fā)生畸變，會(huì)產(chǎn)生直流分量，增加變壓器的激磁電流。 因此在結(jié)構(gòu)上有必要改進(jìn)，通常采用雙鐵心式磁放大器可以解決上述問(wèn)題。 如圖4-26所示為其結(jié)構(gòu)圖，圖4-26a為兩個(gè)

30、單鐵心式磁放大器，其WA及WC各自串聯(lián)，圖b的不同之處僅在于WA是并聯(lián)聯(lián)接。它們聯(lián)接的原則都是當(dāng)采用兩個(gè)鐵心與繞組后，在直流繞組中的交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相互抵消。 4.5.2 無(wú)反饋磁放大器式硅弧焊整流器無(wú)反饋磁放大器式硅弧焊整流器4.5.2.1 基本電路基本電路 無(wú)反饋磁放大器式弧焊整流器的原理電路如圖4-28所示，它主要由三相正常漏磁式平特性變壓器、三相無(wú)反饋磁放大器、硅整流元件和輸出電抗器組成。與普通三相全波整流電路的不同，就是在電路中設(shè)置有磁放大器（AM）。每相的兩個(gè)交流工作繞組是串聯(lián)接法(當(dāng)然也可以接成并聯(lián))。每相可以各有一個(gè)WC繞組，這時(shí)各相的結(jié)構(gòu)及繞組接法將如圖4-27所示。但也可以如

31、圖4-29所示的控制繞組三相共繞，使結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省銅線。圖4-28無(wú)反饋磁放大器式硅弧焊整流器原理圖a）交流繞組串聯(lián) b）交流繞組并聯(lián) 圖4-29 控制繞組三相共繞的無(wú)反饋磁放大器結(jié)構(gòu)圖 圖4-27 控制繞組共繞的磁放大器4.5.2.2 工作原理工作原理1.空載空載 這時(shí)磁放大器各相交流繞組WA中無(wú)電流，也沒(méi)有壓降產(chǎn)生，其在電路中的作用相當(dāng)于聯(lián)接導(dǎo)線，它對(duì)整流電路工作情況沒(méi)有影響。這時(shí)圖4-28所示的電路與一般三相橋式整流電路一樣?？蛰d電壓U0為：U0 = 1.35U2l = 2.34U2a 式中，U21、U2a分別各為主變壓器一次和二次線電壓和相電壓。2.負(fù)載負(fù)載 在負(fù)載狀態(tài)下，本質(zhì)上它是有

32、感的三相橋式整流電路，為了便于分析磁放大器式硅弧焊整流器的外特性，通?？刹捎煤?jiǎn)化的方法，即總是從三相磁放大器中取出一相來(lái)分析其特性，然后推廣到三相。因而其各相磁放大器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4-31。圖4-31 無(wú)反饋磁放大器整流器的單相原理圖 （1）當(dāng)）當(dāng)Ic=0時(shí)時(shí) 控制電流Ic=0時(shí)，無(wú)控制磁通，即c=0。兩個(gè)鐵只有交流繞組電流產(chǎn)生的磁通，由于兩鐵心材料、尺寸和匝數(shù)相同，所以兩個(gè)基本單元的工作情況完全相同。 當(dāng)負(fù)載電阻Rf較大時(shí)，負(fù)載電流If很小，交流繞組的電流幅值也很小，此時(shí)鐵心不飽和。因此隨著Rf減小，If增加，兩鐵心中的磁通變化幅度將迅速增加，交流繞組上的壓降隨之增加，因而Uf迅速降低，外特性曲線

33、很陡。隨著Rf的進(jìn)一步減小，負(fù)載電流和交流繞組電流進(jìn)一步增加，鐵心接近飽和。此后由于磁化曲線的非線性，磁通變化較慢，因而Uf降低也較慢，故外特性出現(xiàn)一定的外拖緩降段。 （2）當(dāng)）當(dāng)Ic0時(shí)時(shí) 如圖4-32所示鐵心的磁化曲線，Ic0時(shí)產(chǎn)生控制磁通c，且交流繞組中的電流Ia產(chǎn)生磁通A。如正半波時(shí)在兩個(gè)鐵心中分別產(chǎn)生磁通：1= A+C，2 = AC ，負(fù)半波時(shí)則反之，即交替工作。總之，上半波在某一鐵心中出現(xiàn)的情況，下半波在另一鐵心中重現(xiàn)。因此，可以通過(guò)研究某一半波中兩個(gè)鐵心磁通的變化量，得知輸出電壓與電流的關(guān)系。 由上面分析可知，無(wú)反饋磁放大器交流繞組感抗壓降隨著負(fù)載電流的增加而增加。當(dāng)負(fù)載電流增加

34、到這種程度，以致兩個(gè)鐵心中的去磁鐵心脫離飽和狀態(tài)后，如果負(fù)載電流再繼續(xù)稍有增加，磁通變化和感抗壓降顯著增加，輸出電壓急劇下降。因此，這種電源的外特性如圖4-33所示 圖4-32 無(wú)反饋磁放大器的磁狀態(tài)圖4-33 無(wú)反饋磁放大器的外特性4.5.2.3 控制特性控制特性 隨著Ic增大，使磁放大器起始工作點(diǎn)更加深入磁化曲線的飽和區(qū)、即鐵心的飽和程度加深，因此需要If達(dá)到更大值時(shí)，交流磁勢(shì)的去磁作用才足以使工作段左端點(diǎn)進(jìn)入非飽和區(qū)，而使外特性轉(zhuǎn)入陡降段。即Ic增大，則外特性陡降部分右移，If增大，通過(guò)改變Ic可達(dá)到調(diào)節(jié)If的目的。Ic與If的關(guān)系曲線，就是無(wú)反饋磁放大器硅弧焊整流器的控制特性或調(diào)節(jié)特性

35、，可用作圖法求得，如圖4-34a所示。圖4-34 無(wú)反饋磁放大器的控制特性a)無(wú)反饋磁放大器硅弧焊整流器控制特性 b）理想和實(shí)際控制特性示意圖4.5.2.4 無(wú)反饋磁放大器的特點(diǎn)無(wú)反饋磁放大器的特點(diǎn)無(wú)反饋磁放大器的特點(diǎn)如下： 1）WA內(nèi)流過(guò)交流電，接線要保證一個(gè)鐵心內(nèi)A與c方向一致，另一個(gè)鐵心內(nèi)則相反。 2）可用較小的Ic控制較大的IA，電流放大倍數(shù)KINcNA，故可適當(dāng)增大Nc，使KI達(dá)幾十倍。即使如此，這時(shí)Ic往往還要達(dá)到數(shù)安培，其控制功率仍然比較大。但若過(guò)份增大Nc，將又會(huì)增大磁放大器的體積、重量，并惡化動(dòng)特性。 3）如果鐵心材料為冷軋硅鋼片，其磁化曲線接近于理想磁化曲線，則可獲得近于垂

36、直陡降的外特性。 4）無(wú)反饋磁放大器式弧焊整流器只能獲得較為陡降的外特性。由于短路電流太小，引弧不易，不宜用于焊條電弧焊，故其應(yīng)用范圍有限。4.5.2.5 產(chǎn)品介紹產(chǎn)品介紹 國(guó)產(chǎn)的無(wú)反饋磁放大器式弧焊整流器有ZXG7-300、ZXG7-500型，用于手工弧焊。還有ZXG7-300-1型，用于鎢極氬弧焊和焊條電弧焊。4.6 有反饋磁放大器式弧焊整流器有反饋磁放大器式弧焊整流器 無(wú)反饋磁放大器式弧焊整流器只能獲得較為陡降的外特性。由于短路電流太小，引弧不易，不宜用于焊條電弧焊，故其應(yīng)用范圍有限；并且電流放大倍數(shù)較小，以致控制電流太大而不便于控制。為解決上述問(wèn)題可采用有反饋的磁放大器。常用的有焊接電

37、流正反饋和電弧電壓負(fù)反饋。反饋又有外反饋和內(nèi)反饋之分，前者通過(guò)外加反饋繞組對(duì)直流輸出電流或電壓進(jìn)行反饋，后者則由交流工作繞組兼起反饋?zhàn)饔谩Ｒ韵轮唤榻B應(yīng)用較廣的全部?jī)?nèi)反饋式和部分內(nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器。4.6.1 全部?jī)?nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器全部?jī)?nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器4.6.1.1 基本電路基本電路 全部?jī)?nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器的原理電路和各相磁放大器結(jié)構(gòu)，如圖4-35、4-36所示。由圖可見(jiàn)，它與無(wú)反饋式有相同之處，都由鐵心、WC和WA組成；二者的差別主要在于WA的接法不同。各相磁放大器的兩個(gè)WA繞組的非同名端接在一起后再接交流電源，另二端則各接一個(gè)整流元件再接負(fù)載。這樣使正半周交

38、流電流通過(guò)一側(cè)WA繞組，而負(fù)半周則通過(guò)另一側(cè)WA繞組。其特點(diǎn)是每個(gè)WA繞組中的電流是方向不變的半波脈動(dòng)電流，聯(lián)接的原則是使A與C的方向一致。A由輸出電流If流過(guò)WA所產(chǎn)生，其作用是加強(qiáng)C，于是交流工作繞組WA就兼起電流正反饋繞組的作用。 另外，兩個(gè)鐵心內(nèi)的Al(由IANA1產(chǎn)生的)及A2(由IANA2產(chǎn)生的)雖是按交流電的正負(fù)半周輪流以與c相同的方向穿過(guò)直流控制繞組，但由于它們的基波相位相反而可以相互抵消，所以在WA中感生的電動(dòng)勢(shì)不大。 因?yàn)镹fk就是NA本身，Ifk也就是If，因而Kfl，故稱(chēng)之為全反饋磁放大器。又由于采用內(nèi)反饋，所以還可稱(chēng)為自飽和電抗器。圖4-35 全反饋磁放大器式弧焊整流

39、器的原理電路圖4-36 全反饋磁放大器各相結(jié)構(gòu)4.6.1.2 工作原理工作原理 空載時(shí)由于WA繞組上無(wú)電流、無(wú)壓降，情況同于一般三相橋式整流電路。負(fù)載時(shí)是有感的三相橋式整流電路，與無(wú)反饋式磁放大器電路相似，對(duì)外特性方程的分析在此亦適用。下面分析它的具體特點(diǎn)和與無(wú)反饋式的差異之處。 這里仍然以討論無(wú)反饋磁放大器所用過(guò)的方法，即磁化曲線上工作點(diǎn)狀態(tài)的分析，來(lái)定性分析采用全反饋磁放大器作為控制和調(diào)節(jié)元件時(shí)能得到什么樣的外特性，結(jié)果如圖4-37和圖4-38所示。 圖4-37 全反饋磁放大器鐵心中磁通變化圖4-38 全反饋磁放大器弧焊整流器外特性 (1) 當(dāng)當(dāng)Ic0 起始工作點(diǎn)po在原點(diǎn)，若交流工作繞組

40、中電流If較小，則在IfNA的磁化下工作于非飽和區(qū)，隨If增大，m顯著增大，電壓降很大，對(duì)應(yīng)的外特性為陡降線段。若If達(dá)到If1，使工作點(diǎn)最大達(dá)到a點(diǎn)，產(chǎn)生1m；進(jìn)一步增大If則工作區(qū)右端點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，磁通變化和電壓降隨著增加得很少，使外特性轉(zhuǎn)入平緩線段。從而得到如圖4-38中曲線2所示的外特性。 (2) 當(dāng)當(dāng)Ic0 起始工作點(diǎn)在po，它較靠近磁化曲線的飽和區(qū)，當(dāng)If達(dá)到比If1為小的Ifl時(shí)工作段右端即達(dá)到a點(diǎn)，這時(shí)產(chǎn)生了1m。與Ic0的情況相比，則外特性在更小的電流下由陡降轉(zhuǎn)為平緩，見(jiàn)圖4-38中的曲線1。 (3) 當(dāng)當(dāng)Ic0 起始工作點(diǎn)在po，它離正向飽和區(qū)較遠(yuǎn)，要在較大的If1NA加磁

41、之下，工作段右端才達(dá)到a點(diǎn)，這時(shí)的磁通變化幅度是1m。即要在較大的電流值才產(chǎn)生外特性的轉(zhuǎn)折，如圖4-38所示的曲線3。由于1m1m1m，所以Ic0時(shí)平緩段的Uf值較小、Ic0時(shí)Uf值居中、Ic0時(shí)Uf值較大。為保證Uf能有定的調(diào)節(jié)范圍，通常使Ic0時(shí)外特性平緩段的Uf值約為Uo的1/2。 采用全反饋磁放大器獲得的外特性與無(wú)反饋的截然不同，這是由于二者的磁狀態(tài)不同。在全反饋磁放大器中，由Ic確定的靜態(tài)工作點(diǎn)都在非飽和區(qū)，工作繞組中電流為整流半波，并且是起正反饋?zhàn)饔?。在一定Ic下隨著If的增大，工作段從不飽和區(qū)逐漸向飽和區(qū)伸展，m也隨著由增大顯著到增大甚微，故形成“L”形外持性。 在無(wú)反饋磁放大器

42、中，由Ic確定的靜態(tài)工作點(diǎn)常在飽和區(qū)而工作繞組中電流為全波交流；IfNA是一個(gè)半波起加磁作用，而另一半波起去磁作用。隨著If的增大，在兩個(gè)交流繞組中，在任意瞬時(shí)總有一個(gè)繞組的工作點(diǎn)由飽和區(qū)逐漸向非飽和區(qū)伸展，m由增大甚微到增大顯著，因而得到的是“”形外持性。4.6.1.3 控制特性控制特性 全部?jī)?nèi)反饋磁放大器整流器的控制特性（或調(diào)節(jié)特性）是指它的輸出電壓Uf與控制電流Ic的關(guān)系，即Uff(Ic)。前已講過(guò)，改變Ic可以改變外特性水平段電壓的大小，即調(diào)節(jié)Uf。不難理解，在一定的負(fù)載下，Uf與Ic的關(guān)系調(diào)節(jié)特性將如圖4-39中曲線1所示。 由圖可以看出，要使Uf能在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，就要將Ic由負(fù)

43、值調(diào)至正值，即不僅需要調(diào)節(jié)Ic的大小，還要改變其方向，這將給控制帶來(lái)不便。為此得設(shè)法避免改變Ic的方向。如圖4-40所示，只要在磁放大器鐵心加上偏移繞組WP，讓它的磁勢(shì)IpNp起到去磁作用，即可達(dá)到此目的。如此，相當(dāng)于把調(diào)節(jié)特性往右位移，故又稱(chēng)位移繞組。 偏移繞組還具有穩(wěn)定輸出電壓的作用。接入偏移繞組后，控制繞組電源若采取了穩(wěn)壓措施，則因?yàn)槠评@組產(chǎn)生的磁通與控制磁通相反，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)，一方面引起Uf降低；另一方面導(dǎo)致IpNp減小時(shí)，總的直流控制磁勢(shì)(IcNcIpNp)卻是增大的，因此鐵心起始工作點(diǎn)向飽和區(qū)靠近，使m減小，可以補(bǔ)償電壓下降對(duì)Uf的影響。同理，當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)也有這種補(bǔ)償作用

44、。所以偏移繞組可使Uf少受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。此外，偏移繞組還有改善焊機(jī)動(dòng)特性的作用。圖4-39 全反饋磁放大器式弧焊整流器的調(diào)節(jié)特性 圖4-40 有偏移繞組的全反饋磁放大器 4.6.1.4 產(chǎn)品介紹產(chǎn)品介紹 全部?jī)?nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器可用于二氧化碳或惰性氣體混合氣體保護(hù)下的熔化極電弧焊，在國(guó)內(nèi)外都應(yīng)用較廣。國(guó)內(nèi)定型產(chǎn)品有ZPGl-500、ZPGl-1500、ZPG2-500和GB-500等型號(hào)。 4.6.2 部分內(nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器部分內(nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器 這里所用的磁放大器是一類(lèi)介于無(wú)反饋和全反饋之間的磁放大器。按反饋方法不同，又有電阻內(nèi)橋式、繞組橋式和短路橋式之分。下面僅

45、以電阻內(nèi)橋式為典型進(jìn)行討論。4.6.2.1 基本電路基本電路 圖4-41是它的基本電路。其與全反饋磁放大器的差別僅在于在兩交流工作繞組之間聯(lián)接了電阻內(nèi)橋，其余接線原則不變。各相也是令A(yù)與c的方向一致，只是多3個(gè)電阻內(nèi)橋。圖4-41 電阻內(nèi)橋部分反饋磁放大器式弧焊整流器圖4-42 每個(gè)交流繞組中電流的變化情況a）VD1導(dǎo)電時(shí) b）VD1和VD2都不導(dǎo)電時(shí) c）VD2導(dǎo)電時(shí)4.6.2.2 工作原理工作原理 主要是分析這種整流器的外特性曲線形狀。我們這里仍然以討論無(wú)反饋磁放大器所用過(guò)的方法，來(lái)定性分析這種整流器的外特性曲線形狀。即對(duì)各相電路進(jìn)行分析，進(jìn)而推知三相情況。即分析各相繞組電流，認(rèn)識(shí)磁通和感

46、抗壓降變化，了解對(duì)外特性的控制作用。 圖4-42是當(dāng)a相電壓交變時(shí)，按正負(fù)兩個(gè)半波，該相各支路中電流的變化情況。 圖4-42a為VDl導(dǎo)電的情況，這時(shí)ia分兩路：一路經(jīng)WA1形成iA1；另一路經(jīng)Rn和WA2為In，同時(shí)IniA2，然而后一支路阻抗比前一支路的大，所以iA2小于iA1。 圖b為VD1、VD2都不導(dǎo)電階段，這時(shí)ia0，由WAl及WA2內(nèi)自感電勢(shì)維持In，它經(jīng)WA2、Rn、WAl構(gòu)成回路，同時(shí)IniA1iA2。 圖c是VD2導(dǎo)電的情況，這時(shí)ia反向并亦分兩路，一路經(jīng)WA2構(gòu)成iA2；另一路經(jīng)Rn和WAl為In，同時(shí)IniA1。 正半波時(shí)，iA1使鐵心增磁（A與c同向），iA2使鐵心去

47、磁，且iA2=In；負(fù)半波時(shí)，iA2使鐵心增磁（A與c同向），iA1使鐵心去磁，且iA1=In；由上述分析可見(jiàn)：內(nèi)橋電流始終存在，總是起去磁作用，因而起負(fù)反饋?zhàn)饔?。這樣，兩個(gè)交流繞組中，在任意半波總有一個(gè)繞組磁化曲線的工作點(diǎn)降低，傾向于使鐵心不飽和。而且，In的數(shù)值隨負(fù)載電流的增加而增加，工作點(diǎn)下降越多，磁通的變化量越大，交流繞組的感抗壓降也越大。輸出電壓下降的數(shù)值將隨著電流的增大而增加，因而獲得下降特性。 如圖4-43所示，在磁化曲線上，IcNc決定起始工作點(diǎn)，而加磁電流的變化量為（IfIn），去磁電流的變化量為In，電流的變化幅度顯然在介于無(wú)反饋與全反饋之間。如Ic較小時(shí)，起始工作點(diǎn)工作在

48、非飽和區(qū)，負(fù)載電流增加時(shí)，磁通變化和電壓降較大，獲得下降特性。這樣，由于加磁電流的增加幅度在無(wú)反饋與全反饋之間，外特性與無(wú)反饋式相似。如Ic較大時(shí)，起始工作點(diǎn)工作在過(guò)渡區(qū)（接近飽和區(qū)），負(fù)載電流較小時(shí)，磁通的變化較為顯著，獲得下降的外特性；隨著負(fù)載電流的增加，右邊工作點(diǎn)進(jìn)入了飽和區(qū)，左邊工作點(diǎn)仍在過(guò)渡區(qū)，獲得較為平緩的外特性；負(fù)載電流很大時(shí)，左邊工作點(diǎn)進(jìn)入非飽和區(qū)，獲得較陡的外特性。獲得外特性的原理如圖4-44所示。圖4-43 內(nèi)橋式磁放大器磁狀態(tài)圖圖4-44 內(nèi)橋磁放大器式弧焊整流器外特性 部分內(nèi)反饋磁放大器式硅弧焊整流器因?yàn)橛胸?fù)半周電流的去磁作用，與無(wú)反饋式磁放大器類(lèi)似，可獲得下降外特性，

49、改變內(nèi)橋電阻阻值，可改變外特性下降的陡度。實(shí)際外特性是比較平滑的，如圖4-45所示。與全反饋和無(wú)反饋式相比，它更具有靈活性。改變內(nèi)橋電阻阻值，可改變外特性下降的陡度。當(dāng)Rn，即將內(nèi)橋斷開(kāi)，則變成全反饋式磁放大器，外特性接近于平的。當(dāng)Rn0，即內(nèi)橋?yàn)橐桓鶎?dǎo)線，則變成了交流繞組并聯(lián)的無(wú)反饋式磁放大器，可獲得陡降外特性（但是，交流繞組并聯(lián)的無(wú)反饋式磁放大器存在短路環(huán)流，電磁慣性較大，動(dòng)特性不如串聯(lián)時(shí)好）。 各相電流在磁放大器交流繞組和內(nèi)橋電阻構(gòu)成的兩條支路中，是近似按電阻并聯(lián)規(guī)律分配的。有以下關(guān)系式： AnAn2RIIRR式中，RA為交流工作繞組的電阻。 因此，若Rn減小，則In增大，即去磁半波電流

50、幅值增大，使磁通變化和感抗壓降增加。改變Rn可調(diào)節(jié)進(jìn)而改變外特性形狀。故可通過(guò)適當(dāng)選擇Rn值獲得所要求的下降外特性。 部分內(nèi)反饋磁放大器式硅弧焊整流器因?yàn)橛胸?fù)半周電流的去磁作用，與無(wú)反饋式磁放大器類(lèi)似，可獲得下降外特性，改變內(nèi)橋電阻阻值，可改變外特性下降的陡度。與全反饋和無(wú)反饋式相比，它更具有靈活性。改變內(nèi)橋電阻阻值，可改變外特性下降的陡度。當(dāng)Rn，即將內(nèi)橋斷開(kāi)，則變成全反饋式磁放大器，外特性接近于平的。當(dāng)Rn0，即內(nèi)橋?yàn)橐桓鶎?dǎo)線，則變成了交流繞組并聯(lián)的無(wú)反饋式磁放大器，可獲得陡降外特性（但是，交流繞組并聯(lián)的無(wú)反饋式磁放大器存在短路環(huán)流，電磁慣性較大，動(dòng)特性不如串聯(lián)時(shí)好）。4.6.2.3 參數(shù)

51、的調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié) 通過(guò)改變直流控制繞組電流Ic值來(lái)調(diào)節(jié)電流，調(diào)節(jié)特性，如圖4-46所示的曲線1。內(nèi)橋內(nèi)反饋式磁放大器中iA為不對(duì)稱(chēng)交流，正半周幅值為（IfIn），負(fù)半周幅值為In，前者大于后者而具有正反饋?zhàn)饔?，但不及全反饋式的?qiáng)烈故為部分內(nèi)反饋，其電流放大倍數(shù)也就比無(wú)反饋的大。曲線2為無(wú)反饋式磁放大器的調(diào)節(jié)特性。曲線1和曲線2比較，前者的變化率和空載電流較大。通常，為擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍和避免將Ic反向，也要采用偏移繞組。圖4-45 內(nèi)橋式磁放大器實(shí)際外特性圖4-46 調(diào)節(jié)特性的比較 4.6.2.4 典型產(chǎn)品介紹典型產(chǎn)品介紹 這類(lèi)部分內(nèi)反饋磁放大器式弧焊整流器，國(guó)內(nèi)定型產(chǎn)品有ZXG-300、ZXG-4

52、00及ZXG-500等型號(hào)，以上產(chǎn)品具有下降外特性，可用作手弧焊和鎢極氬弧焊的直流電源。另外還有可兼獲下降和平外特性的多特性弧焊整流器、定型產(chǎn)品有ZDG-500-1、ZDG-1000R、ZPG-1000型等型號(hào)產(chǎn)品，可用于焊條電弧焊、埋弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等。4.6.3 磁放大器式弧焊整流器小結(jié)磁放大器式弧焊整流器小結(jié) 磁放大器在硅弧焊整流器中是作為控制和調(diào)節(jié)元件，通過(guò)它控制外特性形狀、調(diào)節(jié)外特性，從而調(diào)節(jié)電弧電流或電弧電壓。我們知道，平特性的變壓器串聯(lián)一普通交流電抗器可得到下降的外特性。然而，同樣的變壓器串聯(lián)不同形式的磁放大器，卻可得到各種形狀的外特性。這是什么道理呢?其本質(zhì)在于一般交流

53、電抗器磁路中有空氣隙，其磁導(dǎo)率和感抗為線性參數(shù)，而磁放大器磁路中不設(shè)空氣隙，且鐵心由交流和直流磁勢(shì)共同磁化。各種磁放大器均用控制繞組在磁化曲線的不同區(qū)域設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，再加上用不同波形交流電流(半波、全波、不對(duì)稱(chēng)交流)的共同磁化作用，使各種磁放大器在磁化曲線上的工作區(qū)、磁狀態(tài)不同，感抗為非線性參數(shù)，因而所得外特性各異?，F(xiàn)將無(wú)反饋、全反饋、內(nèi)橋內(nèi)反饋三種形式磁放大器的特點(diǎn)列于表5-1中，以資比較。 磁放大器式弧焊整流器在動(dòng)特性方面曾存在以下問(wèn)題：短路電流上升率和峰值較大，而衰減較饅，造成引弧沖擊大和熔滴飛濺嚴(yán)重；此外，從短路到負(fù)載時(shí)瞬態(tài)負(fù)載電流最小值較低，從而降低了電弧穩(wěn)定性并減弱了電弧的“挺度

54、”和穿透力。表5-1磁放大器的特點(diǎn)比較4.7 交直流兩用及脈沖式硅弧焊整流器交直流兩用及脈沖式硅弧焊整流器 在硅弧焊整流器類(lèi)焊接電源中，不僅可以進(jìn)行直流焊接，還可以得到交流和脈沖的輸出電流波形。下面將介紹較簡(jiǎn)單的單相交直流兩用硅弧焊整流器、單相整流式脈沖電源和磁放大器式脈沖弧焊電源。4.7.1 交直流兩用硅弧焊整流器交直流兩用硅弧焊整流器 交直流兩用硅弧焊整流器既可以輸出直流電，也可以輸出交流電，具有下降外特性，是手工弧焊和鎢極氬弧焊的一種兩用電源，用來(lái)焊接碳鋼、不銹鋼及鋁、鈦等有色金屬。它的基本電路如圖4-47所示，其中T是具有下降特性的交流弧焊變壓器，UR是單相橋式整流器，LK是電抗器。圖

55、4-47 交直流兩用硅弧焊整流器示意圖 圖4-48 輸出交流焊接電流波形 用直流（DC）焊接時(shí)，把交流（AC）輸出端1、2短接，從直流輸出端提供焊接電流。 用交流（AC）焊接時(shí)，把直流（DC）輸出端短接，從1、2兩端輸出交流電。此時(shí)由于電抗器L的串入，而且L總是通直流電，對(duì)電流有濾波作用，因而使焊接電流呈梯形波。如圖4-48中所示，波形1為普通交流焊接波形，波形2為接近梯形波的焊接電流波形。過(guò)零點(diǎn)附近的時(shí)間很短，故容易再引弧，又因焊接電流半波接近于恒定直流，所以電弧較穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)外都有這種交直流兩用式硅弧焊整流器。國(guó)產(chǎn)型號(hào)包括ZXG3-300型、ZXG9-150、300、500型等。 4.7.2

56、 單相整流式脈沖弧焊電源單相整流式脈沖弧焊電源 單相整流式脈沖弧焊電源，常用的有并聯(lián)式、可調(diào)并聯(lián)式和阻抗不平衡式等三種。這里僅概要介紹前兩種的原理。4.7.2.1 并聯(lián)式單相整流脈沖弧焊電源并聯(lián)式單相整流脈沖弧焊電源 這是一種最為簡(jiǎn)單的脈沖弧焊電源。它用一臺(tái)普通的直流弧焊電源提供基本電流，用另一臺(tái)變壓器有中心油頭的單相半波或全波整流器與其相并聯(lián)，提供脈沖電流。其電路原理示意圖，如圖4-49所示。 提供脈沖電流的單相變壓器的二次電壓通常僅為3545V，便可滿足使用的要求。半波整流的脈沖電流頻率為50Hz。當(dāng)開(kāi)關(guān)S合上成為全波整流時(shí)，脈沖電流的頻率為l00Hz。如果采用晶閘管整流，還可以調(diào)節(jié)內(nèi)脈沖

57、寬度，從而調(diào)節(jié)脈沖幅度，用以對(duì)脈沖電流進(jìn)行細(xì)調(diào)。 這種脈沖電源的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，基本電流和脈沖電流均可調(diào)節(jié)，使用可靠，成本低。但是，它的調(diào)節(jié)參數(shù)不多且會(huì)互相影響，所以它只適合于一般要求的脈沖弧焊工藝。 般采用陡降特性的弧焊電源來(lái)提供基本電流，用平特性的整流器來(lái)提供脈沖電流。此外，必要時(shí)也可用其他外特性的電源搭配，這要根據(jù)弧焊工藝要求來(lái)確定。4.7.2.2 可調(diào)并聯(lián)式單相整流脈沖弧焊電源可調(diào)并聯(lián)式單相整流脈沖弧焊電源 它的工作原理與上述并聯(lián)式單相整流脈沖弧焊電源基本上相同。其電路如圖4-50所示。只是不用帶中心抽頭的變壓器，而改用兩臺(tái)二次電壓都容量不同的變壓器各作為正負(fù)半周的交流電源，而交替工作。二次電壓較高者提供脈沖電流；二次電壓較低者提供基本電流。它們分別可調(diào)，互不影響。其電流波形如圖4-51所示?？梢?jiàn)，當(dāng)ul與u2數(shù)值不相等時(shí)，脈沖電流頻率為50Hz；當(dāng)u1與u2數(shù)值相等時(shí)，脈沖電流頻率為l00Hz，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖電流頻率的調(diào)節(jié)。兩個(gè)電源都采用平特性。用于等速送絲熔化極脈沖弧焊時(shí)，電弧穩(wěn)定，使用和調(diào)節(jié)方便。但是，它在制造上較前者復(fù)雜。圖4-50 可調(diào)并聯(lián)式單相