弧焊電源及其數(shù)字化控制第5章--晶閘管弧焊整流器課件

1、15.1.概述5.2.晶閘管式弧焊整流器主電路5.3.晶閘管移相觸發(fā)電路5.4.晶閘管式弧焊整流器外特性的控制方法5.5.晶閘管式脈沖波及矩形波交流弧焊電源5.6.晶閘管式弧焊整流器典型產(chǎn)品簡介2晶閘管（Thyristor)是晶體閘流管的簡稱，又被稱為可控硅整流器(Silicon Controlled RectifiedSCR),以前簡稱可控硅。在電力二極管開始應(yīng)用后不久，1956年美國貝爾實驗室發(fā)明了晶閘管，1957年美國通用電氣公司開發(fā)出世界上第一只晶閘管，從此揭開了電力電子技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的序幕。由于晶閘管容量大、耐壓高、功耗小，具有良好的可控性，很適合制作弧焊電源，因此在20世紀60年代

2、初期，便出現(xiàn)了以晶閘管為整流元件的弧焊電源晶閘管式弧焊整流器。它采用小功率信號改變晶閘管的導(dǎo)通角來實現(xiàn)對弧焊電源外特性的控制以及焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)，屬于電子控制類弧焊電源之一，曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用。35.1.1 晶閘管式弧焊整流器的主要組成晶閘管式弧焊整流器的主要組成 如圖5-1所示的晶閘管式弧焊整流器基本原理框圖可見，一般晶閘管式弧焊整流器的主電路由三相主變壓器T、晶閘管整流器V和輸出直流電感L組成。二極管組VD和限流電阻R構(gòu)成維弧電路?？刂齐娐酚山o定電路G、檢測電路M、比較電路和觸發(fā)電路組成。圖5-1 晶閘管式弧焊整流器基本原理圖45.1.2 主要特點 1. 控制性能好晶閘管可以用較小功率的觸發(fā)信號

3、，實現(xiàn)對大功率整流器的輸出控制。 2. 動特性好，反映速度快它與弧焊發(fā)電機和磁放大器式弧焊整流器相比，內(nèi)部電感要小得多，系統(tǒng)時間常數(shù)可達十幾個毫秒（一般磁放大器式的時間常數(shù)為150200毫秒），具有電磁慣性小、響應(yīng)速度快的特點。其動態(tài)特性可以采用電子電抗器加以控制和調(diào)節(jié)。 3. 調(diào)節(jié)特性好晶閘管式弧焊整流器通過不同的反饋方式，實現(xiàn)對弧焊電源外特性形狀的任意控制，焊接電流、電壓可在較寬的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，并易于實現(xiàn)網(wǎng)壓補償。 4.節(jié)能、省材 與弧焊發(fā)電機和磁放大器式硅弧焊整流器相比，可以節(jié)省材料、減輕質(zhì)量、節(jié)約能源。 5.1.3 晶閘管整流波形的脈動問題 晶閘管式弧焊整流器的輸出電流和電壓是通過調(diào)

4、節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來實現(xiàn)的，因此它的電流電壓波形脈動問題比硅弧焊整流器要大。尤其是當小規(guī)范焊接時，導(dǎo)通角較小，整流波形的脈動加劇，甚至會出現(xiàn)波形不連續(xù)，引起電弧不穩(wěn)定。如圖5-2所示，三相半波整流電路控制角60，電阻負載時整流電流電壓波形，圖中波形出現(xiàn)不連續(xù)。 圖5-2 三相半波純電阻電路=60時整流電壓波形a) 整流電壓波形 b) 觸發(fā)脈沖5晶閘管式弧焊整流器的波形脈動問題的解決措施： 1. 并聯(lián)高壓引弧電源 其基本電路如圖5-3所示，其中變壓器T、三相半控橋式整流器組VD2、電抗器L、電阻R2構(gòu)成晶閘管弧焊整流器的基本電源；變壓器T、不可控橋式整流器組VD1、電阻R1構(gòu)成高壓引弧電源，與基本

5、電源并聯(lián)?；倦娫磁c并聯(lián)引弧電源的外特性如圖5-4所示。 圖5-3 并聯(lián)高壓引弧電路圖5-4 并聯(lián)高壓引弧電路外特性6 2. 并聯(lián)二極管和限流電阻構(gòu)成維弧電路 如圖5-5所示，在晶閘管整流電路中，并聯(lián)六只二極管組成VD1VD6組，其后串聯(lián)電阻R及晶體管V構(gòu)成維弧電路。二極管組作為不可控整流之用，電阻R起限流作用，晶體管V起開關(guān)作用。在晶閘管導(dǎo)通期間，維弧電路不工作；在晶閘管截止期間，維弧電路提供維弧電流，以維持電弧穩(wěn)定燃燒。維弧電流約為510A。 圖5-5 小電流維弧電路8 3. 采用直流電抗器盡管導(dǎo)通角很小時晶閘管式弧焊整流器輸出波形不連續(xù)，但經(jīng)過L濾波后，負載上的電流電壓波形是連續(xù)的。 4

6、. 選擇合適的整流電路不同的整流電路其輸出波形的脈動程度不同，如三相半控橋式整流電路波形脈動程度比三相全橋整流電路大。選擇合適的整流電路可以減小脈動程度。995.1.概述5.2.晶閘管式弧焊整流器主電路5.3.晶閘管移相觸發(fā)電路5.4.晶閘管式弧焊整流器外特性的控制方法5.5.晶閘管式脈沖波及矩形波交流弧焊電源5.6.晶閘管式弧焊整流器典型產(chǎn)品簡介晶閘管式弧焊整流器主電路主要有三種：三相橋式半控電路、三相橋式全控電路以及帶平衡電抗器雙反星形電路。 5.2.1 三相橋式半控電路 1. 電阻性負載其電路如圖5-6。圖中T為變壓器，整流電路由三個晶閘管V1、V3、V5和三個二極管VD2、VD4、VD

7、6組成，Rf負載，其中三個晶閘管構(gòu)成共陰極，三個二極管構(gòu)成共陽極。 圖5-6 電阻性負載的三相橋式半控整流電路10 當晶閘管控制角時 波形分析如圖5-7所示。分別在自然換向點t1、t3、t5，觸發(fā)三只晶閘管，使其輪流導(dǎo)通。而二極管則在自然換向點t2、t4、t6處自然換向。 圖5-7 0三相橋式半控整流電路電阻負載波形 a) 相電壓 b) 負載電壓 c)觸發(fā)電壓 d) 管子導(dǎo)通順序11 當 時，如圖5-8所示，t1時刻V1管觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓ubc通過V1和VD6加于負載Rf 兩端。在t2時，共陽極組整 流二極管VD2與VD6自然換向，所以在t2之后，VD2導(dǎo)通，電源電壓ubc通過V1、VD2加

8、于負載，一直到t3時刻，V3管導(dǎo)通后使V1承受反壓而關(guān)斷，電路轉(zhuǎn)換為V3與VD2導(dǎo)通。Rf端電壓是ubc依此類推。從輸出電壓波形看每個周期有六次脈動，且脈動是不均勻的。圖5-8 a30三相橋式半控整流電路電阻負載波形a) 相電壓 b) 負載電壓 c)觸發(fā)電壓d) 管子導(dǎo)通順序12圖5-9 a60三相橋式半控整流電路電阻負載波形a) 相電壓 b) 負載電壓 c)觸發(fā)電壓d) 管子導(dǎo)通順序 當 時，即在滯后于自然換相點60處觸發(fā)晶閘管得到的負載波形如圖5-9所示。其特點是，在觸發(fā)晶閘管時正值二極管的自然換相點，因而晶閘管與二極管同時換相。 13(2)電阻電感性負載其電路如圖5-10所示，圖中為L輸

9、出電抗器。令L的電感值足夠大，則當uf為零出現(xiàn)間斷時，負載電流id的減小產(chǎn)生自感電勢L ,其正負極性如圖5-10所示，它可以維持電流id不致中斷。若L值愈大，則id波形波動愈小。但L值過大，常會導(dǎo)致晶閘管失控甚至損壞。例如,VT1被觸發(fā)后與VD2一起導(dǎo)通,至t3時，雖然uab=0,但由于有 L 產(chǎn)生，同時二極管中由VD2自然換相為VD4導(dǎo)通，于是L、Rf、VD4和VT1之間構(gòu)成回路，由L上的自感電動勢繼續(xù)為VT1提供正向陽極電壓使其不能及時關(guān)斷。VT1繼續(xù)導(dǎo)通，導(dǎo)通多長時間取決于L中儲存能量的大小，甚至延到VT3被觸發(fā)為止。這樣,實際上對晶閘管的導(dǎo)通角大小失去了控制。為避免上述問題的產(chǎn)生,應(yīng)在

10、負載兩端接上續(xù)流管VD7。 圖5-10帶電阻電感負載的三相橋式半控整流電路圖5.2.2 三相橋式全控整流電路 當 時，三相橋式半控整流電路的整流電壓波形每周只有三個波峰脈動較大。如果將其三個二極管VD2、VD4、VD6換成三個晶閘管，就變成了三相橋式全控整流電路，如圖5-11所示，其輸出電壓波形較好。 圖5-11三相橋式全控整流電路圖15因此,當整流電壓間斷時，由L、Rf和VD7構(gòu)成回路續(xù)流,即使id不中斷，又能使晶閘管按時關(guān)斷。于是加續(xù)流管后，整流器輸出的電壓波形與電阻性負載的相同。 1. 電阻性負載其電路如圖5-11所示，六只晶閘管：V1、V3、V5接成共陰極組，V2、V4、V6接成共陽極

11、組?，F(xiàn)討論電阻性負載時的工作情況，先將輸出電抗器L短路起來。要使負載中流過電流，必需讓上述二組晶閘管中各有一個同時導(dǎo)通。與其它全波整流電路一樣，由于管子壓降可以忽略，負載上承受的是線電壓。工作過程中，共陽極組和共陰極組的晶閘管都在不斷相換，換相時刻取決于產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的相位。為了獲得一周有六個波峰的負載電壓波形，則需同時觸發(fā)兩組晶閘管。即要求同組各晶閘管的觸發(fā)電壓互差120，二組之間互差60。 16圖5-12 a0三相橋式全控整流電路電阻負載波形a) 相電壓 b) 負載電流、電壓 c) 觸發(fā)電壓 d) 管子導(dǎo)通順序 如圖5-12所示,即在自然換點t1t6上，由互差60的ug1ug6按序觸發(fā)對應(yīng)的

12、晶閘管VH1VH6的波形。17 為使電路起動及在負載電流斷續(xù)時能正常工作，每當觸發(fā)一晶閘管時，務(wù)必同步觸發(fā)與其串聯(lián)導(dǎo)通的另一晶閘管。因此，應(yīng)按管子同時導(dǎo)通的順序成對地給以觸發(fā)電壓。為此可用兩種觸發(fā)方式： （1）采用雙窄脈沖觸發(fā) 如圖5-13a所示，觸發(fā)電壓的寬度小于60，謂之窄脈沖。 （2）采用單寬脈沖觸發(fā) 如圖5-13b所示，觸發(fā)脈沖的寬度大于60，謂之寬脈沖。 圖5-13 三相橋式全控整流電路觸發(fā)方式a) 雙窄脈沖觸發(fā) b) 單寬脈沖觸發(fā)18單寬脈沖觸發(fā)負載電壓波形 圖5-14 電阻負載三相橋式全控整流電路不同角時負載電壓波形a) a60 b) a9019202.電阻電感性負載 將圖5-1

13、1中輸出電抗器L接入電路，即構(gòu)成帶電阻電感負載的三相橋式全控整流電路。在060范圍內(nèi)，其工作情況和ud波形與電阻性負載時相同。但id波形不與ud波形成比例，由于有電感的濾波作用而變得平穩(wěn)，當L時，Id波形也趨于水平。在60后，在電阻性負載的情況下ud、id波形都要出現(xiàn)斷續(xù)。在電阻電感性負載情況下，當線電壓過零變負時，電感電勢仍可為晶閘管提供正向陽極電壓，使其不致關(guān)斷。只要L的電感足夠大，已導(dǎo)通的晶閘管就可以繼續(xù)導(dǎo)通至下一次觸發(fā)換相，而使ud波形連續(xù)。圖5-15所示為=90時的ud波形，其正負部分對稱，Ud=0。所以,要求其觸發(fā)脈沖移相范圍為90。圖5-15 90時三相橋式全控整流電路負載電壓波

14、形215.2.3 帶平衡電抗器雙反星形可控整流電路 其基本電路，如圖5-16所示，可接成a、b圖形式，其工作原理及組成是一樣的。結(jié)構(gòu)由六個晶閘管，一個平衡電抗器LB和一個主變壓器組成。主變壓器是三相的，二次有兩組繞組，各以相反極性聯(lián)成星形，故稱“雙反星形”。 實際上，它只不過是通過平衡電抗器LB，并聯(lián)起來的兩組三相半波可控整流電路。圖中，a、b、c點的電壓各與圖5-16 帶平衡電抗器雙反星形整流電路a、 b、c點的電壓反相，平衡電抗器是帶有中心抽頭的電感，抽頭O兩側(cè)的線圈匝數(shù)相等。需要在M和N點之間接入平衡電抗器LB。圖5-16帶平衡電抗器雙反星形整流電路22 為了弄清接入LB有什么作用，先得

15、看一下如果不接入它會有什么問題?，F(xiàn)以圖5-16a所示電路形式為例進行分析，若將LB短接，就變成了圖5-17所示的六相半波整流電路。該電路的晶閘管在每周中是依次輪流導(dǎo)電60，存在利用率不高的缺點。在這種電路中為什么不能由兩管同時導(dǎo)電呢？讓我們看圖5-18。先討論在自然換相點觸發(fā)晶閘管，即=0的情況。例如在t1時刻，ua電壓最高,VT1導(dǎo)電，P點的電壓up=ua-u(u為晶閘管正向壓降)。u-b電壓為次高，但M點與N點同電位，如圖5-19a所示，VT6承受反向陽極電。圖5-17六相半波整流電路圖5-18=0時六相半波可控整流電路a) ud波形b) 晶閘管導(dǎo)通順序24 電壓u-b，因u-b30時，則

16、uMP、uNP波形將不連續(xù)；增大，則UMP、UNP、Ud將減小，當=90時這些電壓平均值為零。在實用中，為使負載電流連續(xù)、波動小，常在直流輸出電路中串聯(lián)輸出電抗器(見圖5-16中的L)。所以，具有現(xiàn)實意義的是電阻電感負載的情況。圖5-24為=60時的波形，正、反極性組整流電壓uMP、uNP波形如圖5-24a、b所示。由圖不難看出,=60為臨界值,繼續(xù)增大，則ud波形將不連續(xù)。不過，當電路中電感足夠大時，id的波形將是連續(xù)、平穩(wěn)，甚至是接近于水平線的。 圖5-25為=90時的波形，這時uMP、uNP都對稱于橫軸，它們的平均值皆為零。當然,負載電壓平均值Ud也就等于零。因而該整流電路用于弧焊時，只

17、需從0調(diào)至90，即可實現(xiàn)從空載至短路的調(diào)節(jié)。由于所要求的調(diào)節(jié)范圍小，為觸發(fā)電路的設(shè)置帶來了方便。 通過以上分析可知，帶平衡電抗器雙反星形整流器在電路中要有足夠大的電感，與上述其他電路相比，它具有以下特點： 1）它相當于兩組三相半波整流電路并聯(lián)。它的各相電流流通時間可延長至120，而六相半波整流電路每相電流流通時間只有60，顯然前者的整流變壓器和整流元件的利用率較高。該電路中，同時有兩個晶閘管并聯(lián)導(dǎo)電，每管分擔六分之一負載電流。而三相橋式整流電路相當于兩個三相半波整流電路的串聯(lián)，同時有二個整流元件串聯(lián)導(dǎo)電，每個晶閘管分擔三分之一負載電流，后者所用晶閘管的額定電流也就要求較大。同時后者要考慮兩倍的

18、管子壓降，因而效率較低。因而，一般地說，帶平衡電抗器的雙反星形整流電路更適合于作弧焊電源，因為弧焊電源要求大電流低電壓。 2）有六個晶閘管，觸發(fā)電路比三相橋式半控整流電路的要復(fù)雜，但比三相橋式全控整流電路的簡單。 3）整流電壓波形為每個周波六個波峰，其脈動程度比三相橋式半控電路的小，最低諧波為六次，要求輸出的電感量及體積都較小。 4）需用平衡電抗器，且為保證電路能正常工作，其鐵心不宜飽和。為此，應(yīng)避免該鐵心被直流成分所磁化，要求其抽頭兩邊線圈的直流安匝相互抵消，即兩組整流電路的參數(shù)（主要是變壓器的匝數(shù)和漏感）應(yīng)基本對稱。 305.1.概述5.2.晶閘管式弧焊整流器主電路5.3.晶閘管移相觸發(fā)電

19、路5.4.晶閘管式弧焊整流器外特性的控制方法5.5.晶閘管式脈沖波及矩形波交流弧焊電源5.6.晶閘管式弧焊整流器典型產(chǎn)品簡介31晶閘管是半控型器件，它最重要的特性是正向?qū)ǖ目煽匦?，當陽極加上一定的正向電壓后，還必須在門極和陰極之間加上足夠的正向控制電壓、電流即觸發(fā)電壓、電流，以及達到維持晶閘管導(dǎo)通的維持電流時，晶閘管才能從阻斷轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后，門極控制信號就失去了控制作用，直到電源過零時，其陽極電流小于維持電流，晶閘管才自行關(guān)斷。根據(jù)這一特性，觸發(fā)電壓、電流可以是交流、直流或短暫的脈沖電壓、電流，為減少門極損耗與觸發(fā)功率，常用脈沖電壓、電流觸發(fā)晶閘管。 325.3.1 對觸發(fā)脈沖的要

20、求 1. 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠功率 信號極性要求門極為正，陰極為負。 2. 觸發(fā)脈沖相位必須與加在晶閘管上的陽極電壓同步觸發(fā)脈沖與主電路電源電壓應(yīng)有相同頻率且保持一定相位關(guān)系稱為同步。 3. 觸發(fā)脈沖可以移相且能夠達到所要求的移相范圍 為了調(diào)節(jié)焊接規(guī)范和控制電源的外特性形狀，需要改變晶閘管的控制角，即通過移相觸發(fā)電路改變觸發(fā)脈沖相位。 4. 觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定寬度脈沖前沿應(yīng)盡可能陡，以使晶閘管導(dǎo)通后陽極電流迅速上升，超過擎住電流而維持可靠導(dǎo)通。 5. 多路觸發(fā)脈沖之間應(yīng)有電氣隔離尤其是在三相全控整流電路中各路觸發(fā)脈沖必須在電氣上隔離。335.3.2 移相觸發(fā)電路的套數(shù) 用六套觸發(fā)電路由于該整流電路中

21、有六只晶閘管，每只晶閘管需要一套觸發(fā)電路，總共需要六套。各相晶閘管的觸發(fā)互不牽制，允許觸發(fā)脈沖的移相范圍大，可達180。不過這個優(yōu)點在這種弧焊整流器中得不到發(fā)揮，因為從空載到短路只需觸發(fā)脈沖移相90即可。這種方案的缺點是觸發(fā)電路套數(shù)太多，各套電路參數(shù)難以達到一致，因此難以保證三相電路平衡；同時又增加了電路產(chǎn)生故障的可能性。34 用三套觸發(fā)電路 該觸發(fā)電路由正、反極性兩組三相半波電路組成，見圖5-26a。a與a相、b與b相、c與c相的晶閘管的陽極電壓剛好相反，完全可以共用一套觸發(fā)電路。如下圖 圖5-26三套觸發(fā)電路的脈沖分配 a) 電路圖b) 波形圖35 用兩套觸發(fā)電路 把主電路接成圖5-16b

22、的形式（即共陽極接法，各晶閘管在負半周導(dǎo)通），則可以采用兩套觸發(fā)電路。用一套觸發(fā)電路去觸發(fā)一組三相半波可控整流電路中的晶閘管。如圖5-27所示陰影部分是各相觸發(fā)脈沖的移相范圍。由圖可見，各相所要求的移相范圍是互不重疊的。所以完全可以采用一套觸發(fā)電路依次觸發(fā)各相晶閘管。 圖5-27 各晶閘管控制角的移相范圍36一套觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖 圖5-28一套觸發(fā)電路觸發(fā)一組三相半波可控整流電路時脈沖分配電路圖 b) 相電壓波形 c) 觸發(fā)脈沖波形37 如圖5-28a所示，其主電路是圖5-16b中的正極性組，其余的VT、R、VD1、3、5等組成脈沖分配電路。晶閘管VT的陽極與晶閘管VT1、3、5的陽極連接在

23、一起，它的陰極,經(jīng)R、VD1、3、5中之一與VT1、3、5中陰極電位最負的晶閘管門極相連。例如在圖5-28b中t1時刻ua最負，即VT1陰極電位最負，這時VT陰極經(jīng)R、VD1 接至VT1門極。由于ua最負，VD1導(dǎo)通，它的正向壓降可以忽略，且與其串聯(lián)的電阻阻值又很小，所以O(shè)點的電位近似等于ua，以致VD3、5皆承受反壓而不能導(dǎo)通。此時觸發(fā)脈沖只令VT1觸發(fā)導(dǎo)通，VT3、5因VD3、5阻斷而不能導(dǎo)通。VT1一旦導(dǎo)通后，正向壓降只有1V左右，不足以維持VT繼續(xù)導(dǎo)通而關(guān)斷，為觸發(fā)另一只晶閘管做準備。VT由圖5-28c所示的相隔120的一系列脈沖去觸發(fā)。在t2時刻脈沖2觸發(fā)晶閘管VT，這時ub最負，即

24、VT3陰極電位最低而被觸發(fā)導(dǎo)通。如此類推，只要有一套能夠每隔120產(chǎn)生一個脈沖的觸發(fā)電路，通過脈沖分配電路即可依次觸發(fā)一組整流電路中的各個晶閘管。5.3.3 移相觸發(fā)電路觸發(fā)電路一般由同步電路、脈沖形成電路、脈沖移相和放大電路等組成。按觸發(fā)電路使用的元件可分為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，晶體管觸發(fā)電路，數(shù)字式觸發(fā)電路和集成觸發(fā)電路等幾種。5.3.3.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 1. 單結(jié)晶體管工作原理 單結(jié)晶體管又叫雙基極二極管，它有一個PN結(jié)、一個發(fā)射極和兩個基極。發(fā)射極和兩個基極之間可以等效為一個二極管，具有二極管的單向?qū)щ娞匦?。當單結(jié)晶體管發(fā)射極電壓 時，二極管反向偏置，發(fā)射極流過反向漏電流ie，如

25、圖5-29所示。圖5-29單結(jié)晶體管38隨著ue的增大，反向漏電流ie減小，當ue=UA=UCC時, ie =0，二極管處于零偏置。式中，叫分壓比，是單結(jié)晶體管的一個重要參數(shù)；UCC為加在單結(jié)晶體管兩個基極之間的電源電壓。在ue到達UP之前，雖然二極管處于正向偏置狀態(tài)，但尚不足于克服二極管的導(dǎo)通壓降，因此，單結(jié)晶體管一直處于截止區(qū)。在ue到達UP之后，電流ie顯著增大， ue顯著減小，呈現(xiàn)負阻特性。這時，把出現(xiàn)負阻特性的轉(zhuǎn)折點P稱為峰點，UP稱為峰點電壓，對應(yīng)的電流IP為峰點電流。當ie增大到某一值IV后， ue又隨ie增大而增大，重現(xiàn)電阻特性，一現(xiàn)象稱為飽和。負阻特性結(jié)束的轉(zhuǎn)折點V稱為谷點，

26、UV稱為谷點電壓，對應(yīng)的電流IV為谷點電流。 2. 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 ZX5系列晶閘管弧焊整流器采用單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，其主電路如圖5-16b所示，即接成共陽極的帶平衡電抗器雙反星形形式。 39 如圖5-30所示，主要由晶體管V3、V4,單結(jié)晶體管VU1、VU2,電容C20、C21,脈沖變壓器TP1、TP2組成。控制電壓uk接至晶體管V3、V4基極。當有負的uk輸入時，C20、C21分別被充電，于是由C20、VU1和C21、VU2組成的張馳振蕩器不斷產(chǎn)生振蕩，脈沖變壓器分別輸出脈沖，該脈沖加至圖5-28中的小晶閘管VT上，由VT觸發(fā)主電路晶閘管。uk越負，C20、C21充電電流越大，產(chǎn)生第一

27、個脈沖就愈早，主電路中相應(yīng)晶閘管的控制角就愈小，導(dǎo)通角愈大；反之亦然。改變uk值即可實現(xiàn)脈沖移相。由于單結(jié)晶體管和晶體管的參數(shù)都存在分散性，即使它們型號相同，但參數(shù)也不盡相同。為避免兩組晶閘管導(dǎo)通角不同造成三相不平衡，需要精細調(diào)整電路參數(shù)。圖中電位器RP8、RP9分別用來彌補VU1、VU2之間參數(shù)的不一致性，電位器RP10、RP11分別用來彌補V3、V4之間參數(shù)的不一致性。調(diào)節(jié)這些電位器，可使兩套電路輸出脈沖對稱。40 （2）同步電路 如圖5-30所示，同步電路主要由控制變壓器T2，穩(wěn)壓管VS1VS6，電容C1C3，電阻R3R8，二極管VD1VD4，三極管V1、V2等元件組成。為了保證觸發(fā)脈沖

28、與晶閘管陽極電壓之間的同步關(guān)系，使每只晶閘管的控制角相等，要求同組觸發(fā)脈沖的相位差為120，不同組的觸發(fā)脈沖之間相位差是60。如圖5-31所示的脈沖畫在相電壓過零處，這是在理想情況下得到的。 圖5-30 觸發(fā)脈沖產(chǎn)生和同步電路 41圖5-31 同步電路波形圖a) 相電壓波形 b)、c)、d) 各相脈沖波形e) R6上脈沖波形42 數(shù)字式觸發(fā)電路數(shù)字式移相觸發(fā)電路工作原理，如圖5-32所示。 它是采用計數(shù)器對輸入脈沖（即數(shù)字量頻率信號）進行計數(shù)設(shè)輸入脈沖的頻率為f，則計數(shù)器的計數(shù)輸出量n與輸入頻率f 的關(guān)系為： 當計數(shù)器的輸出n達到某一給定數(shù)值m 時，計數(shù)器輸出觸發(fā)脈沖。同步信號對計數(shù)器起清零作

29、用，所以計數(shù)器輸出n從零到m所需的時間T就是控制角。改變計數(shù)器輸入脈沖的頻率，則計數(shù)器輸出n從零到m所需的時間T就會發(fā)生變化，相應(yīng)的控制角也會發(fā)生改變。通常改變脈沖頻率f，是通過改變控制電壓 來實現(xiàn)的，將電壓轉(zhuǎn)換成頻率即壓頻V/F轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置叫壓頻轉(zhuǎn)換器。壓頻轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量頻率，它有多種電路形式，如圖5-33所示為一種壓頻轉(zhuǎn)換電路原理圖，其中N1、R1、C1構(gòu)成積分器，V是放電開關(guān)，N2、R2、R2構(gòu)成施密特比較器，為使N1輸出為正，要求為負。當初始狀態(tài)C1上電荷為零時，輸出電壓，比較器N2輸出電壓為低電平，晶體管V加反壓處于截止狀態(tài)。電路波形圖如圖5-34所示。圖5

30、-32數(shù)字式移相觸發(fā)電路原理圖43圖5-33 壓頻轉(zhuǎn)換器電路原理圖 圖5-34 壓頻轉(zhuǎn)換器工作波形圖 44 由圖可知，振蕩周期為uA1由UL上升到UH的時間t1與uA1由UH下降到UL的時間t2的和，其中時間t2為固定值，時間t1與控制電壓uk成反比， uk增加，C1的充電電流增大，uA1上升速度增大，uA1從UL上升到UH的時間t1減小。頻率f=1/(t1+t2)，因此比較器N2的輸出電壓uA2的變化頻率f與控制電壓uk的幅值成正比。壓頻轉(zhuǎn)換電路還有其他許多形式，而且已有專用集成電路可供選擇。集成觸發(fā)電路自從1957年美國的GE公司發(fā)明晶閘管至今，其控制技術(shù)一直是電力電子行業(yè)探索的課題，晶閘

31、管控制技術(shù)主要是移相觸發(fā)電路的設(shè)計，20世紀60年代至70年代采用分離元件，80年代經(jīng)歷模擬數(shù)字集成時期，目前移相觸發(fā)電路已完成了大規(guī)模集成電路和全數(shù)字化轉(zhuǎn)變，并已逐步取代分離元件電路。集成觸發(fā)電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。 45下面以KC04（或KJ004）晶閘管移相觸發(fā)電路為例簡要介紹集成觸發(fā)器的組成、特點及工作原理。 1. 特點 KC04（或KJ004）晶閘管移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作晶閘管的雙路脈沖移相觸發(fā)。KC04（或KJ004）器件輸出兩路相差180度的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。該電路具有輸出負載能力大，移相性能好，正

32、負半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低，有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點。其技術(shù)參數(shù)如下： 1）電源電壓：直流+15V、-15V，允許波動5%（10%時功能正常）。 2）同步電壓：任意值。 3）同步輸入端允許最大同步電流：6mA（有效值）。 4）鋸齒波幅度10V。 5）移相范圍170（同步電壓30V，同步輸入電阻15K）。 6）輸出脈沖寬度：400s2ms(通過改變脈寬阻容元件達到)。幅度：13V。 7）最大輸出能力100mA（流出脈沖電流）。 8）正負半周脈沖相位不均衡3。46 2組成 KC04（或KJ004）為標準雙列直插式16引腳集成電路，它的引腳排列如圖5-35引腳名稱及用

33、法見表5-1。圖5-35 KC04（或KJ004）引腳排列 3工作原理如圖5-36所示為KC04電路原理圖，其中點劃線框內(nèi)為集成電路部分。從圖中可以看出，它與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似?？梢苑譃橥?、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及功放幾個環(huán)節(jié)。47引腳號符號名稱功能或用法1P+同步脈沖輸出端接正半周導(dǎo)通晶閘管的脈沖功率放大器及脈沖變壓器2NC空端使用中懸空3CT鋸齒波電容連接端通過電容接引腳44VT同步鋸齒波電壓輸出端通過電阻接移相綜合端5V-工作負電源輸入端接用戶系統(tǒng)負電源6NC空端使用中懸空7GND地端一個整個電路參考地端,使用中接控制電源地端8VT同步電源信號輸入端使用中通

34、過一個電阻接同步變壓器二次側(cè),同步電壓為30V9V移相、偏置及同步信號綜合端使用中分別通過三個等值電阻接鋸齒波、偏置電壓、移相電壓10NC空端使用中懸空11VP方波脈沖輸出端該端輸出信號反映了移相脈沖相位,使用中通過一個電容接到引腳1212VW脈寬信號輸入端該端與11腳所接電容的大小反映了輸出脈沖的寬度,使用中通過一個電阻接正電源13VC-負脈沖調(diào)制及封鎖控制端通過該端輸入信號的不同,可對負輸出脈沖進行調(diào)制或封鎖,使用中接調(diào)制脈沖電源輸出或保護電路輸出14VC+正脈沖調(diào)制及封鎖控制端通過該端輸入信號的不同,可對正輸出脈沖進行調(diào)制或封鎖,使用中接調(diào)制脈沖電源輸出或保護電路輸出15P-反相脈沖輸出

35、端接負半周應(yīng)導(dǎo)通晶閘管的脈沖功率放大器及脈沖變壓器16VCC系統(tǒng)工作正電源輸入端使用中接控制電源表5-1KC04的引腳名稱、功能及用法表49圖5-36 KC04（KJ004）電路原理圖49 （1）同步電路 由V1V4等組成。同步電壓uS經(jīng)限流電阻R20加到V1、V2基極。在uS的正半周，V1導(dǎo)通，電流從+15VR3一VD1一V1一地。在uS半周，V2、V3導(dǎo)通，電流從+15VR3一VD2一V3一R5一R21(-15V)。因此，在uS正或負半周期間，A、B兩點總有一點是處于低電位狀態(tài)，因而V4處于截止狀態(tài)。只有在同步電壓處于零點附近即| uS |0.7V時，V1V3才同時處于截止，使A、B兩點同

36、時為高電位，V4從電源+15V經(jīng)R3、R4取得基極電流才能導(dǎo)通，其波形見圖5-37。電容C1接在V5的基極和集電極之間，組成電容負反饋的鋸齒波發(fā)生器。在V4導(dǎo)通時，C1經(jīng)V4、VD3迅速放電。當V4截止時，電流經(jīng)+15V一R6一C1一R22一RP1一（-15V）對C1充電。在4腳形成線性增長的鋸齒波，鋸齒波的斜率取決于流過R22、RP1的充電電流和電容C1的大小。根據(jù)V4導(dǎo)通的情況可知，在同步電壓正、負半周均有相同的鋸齒波產(chǎn)生，并且兩者有固定的相位關(guān)系，見圖5-37。 50圖5-37 KC04電路波形51 （2）脈沖移相 V6及外接元件組成了移相環(huán)節(jié)。鋸齒波電壓uC5（即4腳電壓）、偏移電壓U

37、b移相控制電壓UC分別經(jīng)R24、R23、R26，在V6基極上疊加。當ube6+0.7V時，V6導(dǎo)通。設(shè)uC5、Ub為定值，改變UC，則改變了V6導(dǎo)通的時刻，從而調(diào)節(jié)了脈沖的相位。 （3）脈沖形成 V7等組成了脈沖形成環(huán)節(jié)。平時V7經(jīng)電阻R25獲得基極電流而導(dǎo)通，電容C2由電源+15V經(jīng)電阻R7、VD5、V7基射結(jié)充電。當 V6由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通時，C2所充電壓通過 V6成為 V7基極反向偏壓，使V7截止。此后C2經(jīng)+ 15VR25一V6一地放電并反向充電，當其充電電壓uC2（即12腳）+1.4V時，V7又恢復(fù)導(dǎo)通。這樣，在V7集電極就得到固定寬度的移相脈沖，其寬度取決于充電時間常數(shù)R25C2的大小

38、。 52 （4）脈沖分選及功率放大 V12為脈沖分選環(huán)節(jié)。在同步電壓一個周期內(nèi)，V7集電極輸出兩個脈沖，這兩個脈沖的相位差為180。脈沖分選是通過同步電壓的正負半周進行的。例如在us正半周V1導(dǎo)通，圖5-38中的A點呈現(xiàn)低電位，B點為高電位，V8截止，V12導(dǎo)通。V12把來自V7的正脈沖箝位在零電位。同時，V7正脈沖又通過二極管VD7，經(jīng)V9V11放大由1腳輸出脈沖。在同步電壓負半周，情況則相反，V8導(dǎo)通，V12截止。V7正脈沖經(jīng) V13V15放大由 15腳輸出負相脈沖。KC04中穩(wěn)壓管V17V20可提高V8、V9、V12、V13的門限電壓，這樣可以提高電路的抗干擾能力。二極管VD1、VD2、

39、VD6VD8為隔離二極管。53 4應(yīng)用采用KC04組成的三相全控橋式整流電路如圖5-38所示。同步電壓由同步變壓器提供，由于 KC04中V8、V12的脈沖分選作用，使得同步電壓在一周內(nèi)有兩個相位上相差 180的脈沖產(chǎn)生，這樣，要獲得三相全控橋式整流電路脈沖，只需要三個與主電路同相的同步電壓即可，見圖5-38b。采用三片KC04元件組裝的六脈沖觸發(fā)電路，二極管VD1VD12組成六個或門形成六路脈沖，并由三極管V1V6進行脈沖功率放大，如圖5-40c所示。 圖5-38中RP1RP3為鋸齒波斜率電位器，RP4RP6為同步相位微調(diào)電位器，調(diào)節(jié)這些電位器就能得到理想的三相平衡度。晶閘管移相觸發(fā)電路無論采

40、用那種方式，都是通過一個控制電壓產(chǎn)生一系列與交流電壓保持同步（即同相或固定相位差）的觸發(fā)脈沖信號，最終實現(xiàn)電源的功率輸出。54圖5-38 三相全控橋式集成觸發(fā)電路三相全控橋整流電路 同步電路 KC04集成觸發(fā)電路555.3.4 觸發(fā)脈沖的傳輸方式觸發(fā)脈沖信號傳輸給晶閘管有多種方式，只有傳輸方式合適，才能可靠地觸發(fā)晶閘管，采用的觸發(fā)脈沖傳輸方式有以下幾種： （1）電磁耦合 （2）光電耦合 （3）直接傳輸 1電磁耦合 電磁耦合采用脈沖變壓器來傳輸脈沖信號，其電路圖如5-39所示。其工作原理是移相脈沖觸發(fā)信號Up驅(qū)動晶體管V1，使V1導(dǎo)通，變壓器一次側(cè)流過脈動直流電流，二次側(cè)感應(yīng)出正的脈沖電壓。當沒

41、有移相脈沖觸發(fā)信號Up時，V1截止，TI產(chǎn)生反電勢，在二次側(cè)感應(yīng)出負脈沖。續(xù)流二極管VD1的作用是為防止TI產(chǎn)生的反電勢對V1造成危害，VD2用于阻斷負脈沖。電阻R1和C1防止V1導(dǎo)通時產(chǎn)生電流沖擊，C1的作用是防止誤觸發(fā)，避免晶閘管V2因干擾而產(chǎn)生的誤導(dǎo)通。56如圖5-39所示，脈沖變壓器的目的是：阻抗匹配，在觸發(fā)脈沖電壓一定的情況下，觸發(fā)電流由晶閘管門極導(dǎo)通電阻所決定；在觸發(fā)多個晶閘管時，可輸出多路隔離的觸發(fā)脈沖，并可改變脈沖的正負極性；實現(xiàn)主電路與控制電路之間的電氣隔離。脈沖變壓器一般只能輸出窄脈沖。若需要輸出大于60的寬脈沖，如圖5-39所示的變壓器體積需要做得很大(避免磁飽和),而且

42、流過晶體管V1的電流將很大，加大了驅(qū)動功率，所以寬脈沖輸出時很少采用這種傳輸方式。脈沖變壓器實現(xiàn)寬脈沖輸出的方法是采用連續(xù)的窄脈沖替代寬脈沖，如圖5-40所示，這樣可以減小變壓器體積和驅(qū)動功率。若想要觸發(fā)大功率晶閘管，可以采用先觸發(fā)小功率晶閘管，然后利用已導(dǎo)通的小晶閘管去觸發(fā)大功率晶閘管的方式。圖5-39脈沖變壓器輸出與晶閘管的典型連接方法圖5-40高頻調(diào)制寬脈沖觸發(fā)電路原理572 光電耦合 光電耦合器件是由發(fā)光元件和光敏元件組成在一體的器件，采用光電耦合傳遞信號。光電耦合器件的輸入和輸出之間在電氣上是隔離的，這一點與電磁耦合中的脈沖變壓器一樣。所不同的是，光電耦合的輸出只是一個無源開關(guān)，只起

43、開通和關(guān)斷作用，而脈沖變壓器則可以輸出電信號。這是光電耦合器件不如變壓器的地方，但是它不存在變壓器的反電勢和磁飽和問題，因此驅(qū)動電路簡單，而且可以采用寬脈沖觸發(fā)。如圖5-41所示為光耦合器輸出電路。它也是一種強觸發(fā)方式，具有以下優(yōu)點： 驅(qū)動晶體管不承受感性負載產(chǎn)生的反電壓，工況得到改善； 可以輸出任意波形脈沖信號； 光電耦合器件與脈沖變壓器比成本低、體積小，易于在線路板上安裝焊接。58 3直接傳輸 對于晶閘管式弧焊整流器，由于主電路電壓較低，控制電路輸出級與主電路的隔離主要目的是解決各晶閘管之間的不等電位問題。如果不存在不等電位問題，則可以采用直接傳輸方式。直接傳輸是將移相觸發(fā)電路的脈沖信號經(jīng)

44、功率放大后，直接輸出到主電路的晶閘管，如圖5-42所示。例如在三相橋式半控電路中，將三只晶閘管接成共陰極形式即可采用直接傳輸方式。這種脈沖傳輸方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是控制電路和主電路之間沒有隔離，易產(chǎn)生干擾。 圖5-41光耦合器輸出電路圖5-42無隔離直接輸出電路59605.1.概述5.2.晶閘管式弧焊整流器主電路5.3.晶閘管移相觸發(fā)電路5.4.晶閘管式弧焊整流器外特性的控制方法5.5.晶閘管式脈沖波及矩形波交流弧焊電源5.6.晶閘管式弧焊整流器典型產(chǎn)品簡介對該種弧焊電源外特性的要求，比其他任何弧焊電源都更為突出，比對其他特性的要求都更為重要，因為這是作為弧焊電源負載的電弧特性所決定的。

45、在前一節(jié)中已給出移相觸發(fā)電路。在移相觸發(fā)電路中，控制電壓的變化改變觸發(fā)脈沖的相位，從而決定了晶閘管的導(dǎo)通角和弧焊電源的輸出電壓。如果僅從控制電壓和輸出電壓的關(guān)系看，晶閘管式弧焊整流器的外特性是由給定電壓與輸出電壓、電流負反饋來控制和形成的，當采用電流反饋、電壓反饋或電流電壓聯(lián)合反饋時，可以得到陡降、恒壓(平)或緩降等外特性。615.4.1 外特性反饋控制基礎(chǔ) 62 1晶閘管式弧焊整流器的開環(huán)特性在主電路分析中已知，晶閘管式弧焊整流器的輸出電壓U0與控制角的關(guān)系為： U0=AU2cos 式中，A為與主電路結(jié)構(gòu)有關(guān)的因數(shù)（三相橋式全控A=2.34，六相半波A=1.35，雙反星形帶平衡電抗器 A=1

46、.17）；U2為變壓器二次相電壓；為控制角。如圖5-43所示，虛線為理論特性曲線，實線為實際特性曲線。理論外特性曲線為水平特性，實際外特性曲線是略有下降的平特性曲線，實際外特性與理論外特性的差別是由于主電路中變壓器的漏抗以及電路導(dǎo)線電阻等分布參數(shù)所引起的壓降所造成的，對弧焊電源內(nèi)部多因素引起壓降用等效的集中參數(shù)R0表示，則實際外特性可由以下方程表示Uf =A0-If R0式中，Uf為輸出負載電壓；If為輸出負載電流；U0為空載電壓。圖5-43 晶閘管式弧焊整流器的開環(huán)外特性a) 三相全空橋 b) 雙反星形帶平衡電抗器63對弧焊電源內(nèi)部多因素引起壓降可用等效的集中參數(shù)R0表示，則實際外特性可表示

47、為： Uf=U0-IfR0 (5-8) 式中, Uf為輸出電壓；If為輸出電流；U0為空載電壓。 移相觸發(fā)電路中，設(shè)控制電壓Uk對電源輸出的控制作用為正極性，即：晶閘管式弧焊整流器的輸出電壓與Uk成正比。因此移相觸發(fā)與主電路可以用一個比例環(huán)節(jié)表示，設(shè)比例系數(shù)為A0，則晶閘管式弧焊整流器的開環(huán)控制框圖如圖5-44所示。圖5-44晶閘管式弧焊整流器開環(huán)控制框圖64 如圖5-44所示的框圖關(guān)系得： Uf =A0-If R0 (5-9) 其中，A0Uk=U0，為弧焊電源的空載電壓，所以式(5-8)與式(5-9)實質(zhì)是相同的，但它表明，出電壓Uf可由控制電壓UK調(diào)節(jié)。5.4.2晶閘管式弧焊整流器的閉環(huán)特

48、性將晶閘管式弧焊整流器的輸出電壓、電流，通過某種采樣環(huán)節(jié)及放大環(huán)節(jié)，再與給定量進行比較和放大。由此形成控制電壓U k，Uk再作用于移相觸發(fā)電路和主電路，這樣便構(gòu)成了閉環(huán)反饋系統(tǒng)。此時的弧焊整流器外特性將由反饋環(huán)節(jié)所決定。 1. 反饋控制系統(tǒng)的基本特性 首先不失一般性地給出晶閘管式弧焊整流器的閉環(huán)反饋系統(tǒng)框圖，如圖5-45所示。在這個系統(tǒng)中，含有電流、電壓反饋，Uk、A0、R0同前述開環(huán)系統(tǒng)，Uf為輸出電壓，If為輸出電流，m為電壓反饋系數(shù)，n為電流反饋系數(shù)，Ugu為電壓給定量，Ugi為電流給定量，Am為電壓反饋環(huán)節(jié)誤差放大倍數(shù)，An為電流反饋環(huán)節(jié)誤差放大倍數(shù)。圖5-45晶閘管式弧焊整流器閉環(huán)反

49、饋系統(tǒng)框圖65晶閘管式弧焊整流器的閉環(huán)反饋系統(tǒng)的外特性方程為 Uf=A0Uk-IfR0 (5-10)式(5-9)與式(5-8)看起來完全相同,但這只是形式上的相同,而實質(zhì)是不同的。在式(5-8)中，Uk是一固定的給定電壓，與輸出無關(guān)，而式(5-9)所示的關(guān)系可以得到Uk為 (5-11)式(5-11)中前一項是電壓給定量Ugu與電壓反饋量mUf的差進行誤差放大后的控制量，記為Uku；后一項是電流給定量Ugi與電流反饋量nIf的差進行誤差放大后的控制量，記為Uki。所以Uk=Uku+Uki ，是電壓、電流反饋的合成結(jié)果。將Uk代入式(5-10)中得 Uf=A0Am(Ugu-mUf)+An(Ugi-

50、nIf)-R0If (5-12) 如果對式(5-12)進行整理，并寫成弧焊電源外特性的基本表達式：Uf =U0-RnIf的形式(其中U0為空載電壓，Rn為電源等效內(nèi)阻)，則有 (5-13)對式(5-13)進行分析可以得到一系列關(guān)于弧焊電源外特性的主要參數(shù)，如在式(5-13)中設(shè)If = 0，則此時的Uf即為空載電壓U0，其為U (5-14)在式(5-13)中設(shè)Uf = 0,則此時的If即為短路電流Id，其為Id (5-15)在式(5-13)中對電流If求導(dǎo)數(shù)，得到Uf對If的變化率，其物理含義即為閉環(huán)反饋控制弧焊電源的等效內(nèi)阻Rn,即Rn (5-16)將式(5-13)所示方程，用一以Uf為縱坐

51、標、If為橫坐標的直角坐標系表示，即為電源外特性曲線，如圖5-46所示。顯然這是一條直線，其與縱坐標的交點為空載電壓U0，由式(5-14)所決定；與橫坐標的交點為短路電流Id，由式(5-15)所決定。這條直線的斜率即為電源的等效內(nèi)阻Rn,由式(5-16)所決定。此式表述了閉環(huán)反饋控制弧焊電源的等效內(nèi)阻Rn與開環(huán)控制弧焊電源的等效內(nèi)阻R0的關(guān)系。由以上分析可見,在閉環(huán)反饋的弧焊電源系統(tǒng)中，通過改變控制電路中的參數(shù)，如反饋系數(shù)、放大倍數(shù)等即可改變弧焊電源的外特性。 2. 陡降外特性 陡降外特性是一種最常見的弧焊電源外特性，如焊條電弧焊和TIG焊等。所謂陡降外特性，就是當負載電流增加時負載電壓迅速下

52、降的外特性。如果用式(5-13)所示的弧焊電源外特性曲線方程描述，即電源的等效內(nèi)阻Rn特別大，當If增加時，在Rn上將產(chǎn)生很大的壓降。由此可見，要獲得陡降外特性，可以通過增加電源的等效內(nèi)阻Rn來實現(xiàn)。為此分析式(5-16)所示的Rn的表達式，首先可以看到Rn與電壓反饋系數(shù)m成反比，所以為了增加Rn應(yīng)減小電壓反饋量，在此令m = 0,即完全取消電壓反饋的作用。這時弧焊電源外特性方程及空載電壓U0和弧焊電源內(nèi)阻Rn分別為 Uf=A0AnUgi-(nA0An+R0)If (5-17) U0=A0AnUgi (5-18) Rn=nA0An+R0 (5-19) 式(5-19)表示無電壓反饋只有電流反饋時

53、Rn由兩部分組成：其中一部分為電源開環(huán)時的固有內(nèi)阻R0(R0通常很小)；另一部分為電流反饋形成的等效電阻nA0An。A0、An分別為弧焊電源開環(huán)系統(tǒng)和電流誤差放大器的放大倍數(shù)。通常有R0(U0-R0If)時，放大系統(tǒng)處于飽和狀態(tài)，控制角=0，電流反饋實際不起作用，弧焊電源特性由開環(huán)特性所決定，故為曲線1所示的平特性。當Uf=A0An(Ugi-nIf)=U0-R0If時，曲線1與曲線2相交于P點。當Uf=A0An(Ugi-nIf)R0，這時弧焊電源的短路電流可由式(5-20)簡化為Id = (5-21)由于是陡降電源，則有IfId的近似關(guān)系，所以式(5-20)的電流表達式可以簡化為IfId =

54、(5-22)式(5-21)實際是Uf=0的短路電流，對于陡降外特性的弧焊電源可以用短路電流近似表示工作電流。 3.平外特性平外特性也是一種最常見的弧焊電源外特性，如CO2焊和MIG、MAG焊等。所謂平外特性(或稱恒壓特性)，就是當負載電流增加時，負載電壓保持不變的外特性。如果用式(5-23)所示的弧焊電源外特性曲線方程描述,即弧焊電源的等效內(nèi)阻Rn特別小，當If增加時，在Rn上產(chǎn)生的壓降很小。由此可見，要獲得平外特性，可以通過降低電源的等效內(nèi)阻Rn來實現(xiàn)。為此分析式(5-16)所示的Rn的表達式，首先可以看到，Rn與電壓反饋系數(shù)m成反比，與電流反饋系數(shù)n成正比，所以，為了降低Rn應(yīng)減小電流反饋

55、量，在此令n = 0，即完全取消電流反饋的作用。這時弧焊電源外特性及空載電壓和等效內(nèi)阻分別為 (5-23)U0= (5-24) (5-25)由式(5-25)可見，Rn的分子為電源開環(huán)時的固有內(nèi)阻R0,分母為1+mA0Am，電壓反饋使弧焊電源的內(nèi)阻降低了(1+mA0Am)倍，通常R0本身就很小，而又有mA0Am1，所以電壓反饋使電源的等效內(nèi)阻Rn0。與電流反饋一樣，Rn也不是一個實體電阻，但它具有電阻的量綱,所以稱為等效電阻。 為了分析方便，不妨先設(shè)m = 0,即開環(huán)狀態(tài)，這樣式(5-23)變?yōu)閁f=A0AmUgu-R0If (5-26) 對比式(5-23)與式(5-26)可見，有電壓反饋的閉環(huán)

56、狀態(tài)比無電壓反饋的開環(huán)狀態(tài)使輸出電壓Uf降低了(1+mA0Am)倍。由式(5-23)和式(5-26)可知，Uf包括空載電壓A0AmUgu和內(nèi)阻壓降R0兩部分，電壓反饋作用使這兩部分同時降低，即有電壓反饋時空載電壓降低為A0AmUgu/(1+mA0Am)，內(nèi)阻壓降也降低為R0If/(1+mA0Am)。這樣對于相同的輸出電流If，電源內(nèi)阻壓降也相應(yīng)地降低了(1+mA0Am)倍，即等效于使弧焊電源內(nèi)阻降低了(1+mA0Am)倍。 由于一般整流電源的R0本身就較小，通常晶閘管式弧焊整流器的開環(huán)外特性曲線的下降斜率不大于：3V/100A,即R010。所以有電源等效內(nèi)阻Rn20V,所以電源等效內(nèi)阻Rn上的

57、壓降可以忽略不計，這樣式(5-23)則可簡化為UfU0 (5-27) 值得指出的是，在晶閘管式弧焊整流器中，無論是電流反饋增加內(nèi)阻，還是電壓反饋降低內(nèi)阻，都不改變弧焊電源內(nèi)部的損耗，電源內(nèi)部損耗恒為R0If 。745.1.概述5.2.晶閘管式弧焊整流器主電路5.3.晶閘管移相觸發(fā)電路5.4.晶閘管式弧焊整流器外特性的控制方法5.5.晶閘管式脈沖波及矩形波交流弧焊電源5.6.晶閘管式弧焊整流器典型產(chǎn)品簡介 以晶閘管作為開關(guān)產(chǎn)生脈沖波形的脈沖弧焊電源，稱為晶閘管式脈沖弧焊電源。以晶閘管作為開關(guān)產(chǎn)生矩形波交流的弧焊電源，稱為晶閘管式矩形波交流弧焊電源。5.5.1 晶閘管式脈沖弧焊電源 晶閘管式脈沖弧

58、焊電源可分為晶閘管給定值式和晶閘管斷續(xù)器式脈沖弧焊電源。 1晶閘管給定值式脈沖弧焊電源 晶閘管式脈沖弧焊電源的主電路和控制電路工作原理，與晶閘管式弧焊整流器的工作原理基本相同，如圖5-47所示。圖5-47 晶閘管弧焊整流器閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖75 特點： 1) 輸出的脈沖電流波形為方波或帶前沿尖峰的方波。 2) 脈沖電流和基本電流都由同一電源供給，即一體式脈沖弧焊電源。 3) 脈沖頻率、電流和基本電流幅值、脈寬比等均可調(diào)節(jié)，操作方便。 4) 脈沖頻率調(diào)節(jié)范圍較小，例如0.210Hz，適用于鎢極氬弧脈沖焊。 5) 易于實現(xiàn)一機多用，既可作為直流弧焊電源，又可作為脈沖弧焊電源。 6) 控制線路比較復(fù)

59、雜，不易維修。 2晶閘管斷續(xù)器式脈沖弧焊電源 晶閘管斷續(xù)器式脈沖弧焊電源，主要由直流弧焊電源(弧焊整流器或直流弧焊發(fā)電機)和晶間管斷續(xù)器兩個部分組成。 晶閘管斷續(xù)器在脈沖弧焊電源中所起的作用，從本質(zhì)上說相當于開關(guān)。正是依靠這種開關(guān)作用，把直流弧焊電源供給的連續(xù)直流電流切斷，變?yōu)橹芷谛蚤g斷的脈沖電流。焊接電流一般都比較大，從幾十安到幾百安。在大電流回路中，晶閘管的工作具有“開易關(guān)難”的特點，這可比喻為大河急流的“放易截難”。76 晶閘管斷續(xù)器式脈沖弧焊電源的分類和特點: 晶閘管斷續(xù)器式脈沖弧焊電源，按晶閘管斷續(xù)器的結(jié)構(gòu)形式可分為交流斷續(xù)器和直流斷續(xù)器兩類。 采用直流斷續(xù)器的晶閘管式脈沖弧焊電源，

60、在非熔化極氬弧焊、熔化極氬弧焊、等離子弧焊和微束等離子弧焊以及全位置窄間隙焊中都得到了應(yīng)用 應(yīng)指出，主晶閘管工作在大電流的焊接回路中,確保它的可靠關(guān)斷是極為重要的。 采用直流斷續(xù)器的晶閘管脈沖弧焊電源，按供電方式可分為雙電源式和單電源式兩類： 1)雙電源直流斷續(xù)器晶閘管式脈沖弧焊電源。它由并聯(lián)工作的兩個電源供電?；倦娏饔深~定電流較小的直流電源供電；脈沖電流由直流弧焊電源(弧焊整流器或直流弧焊發(fā)電機)和晶閘管斷續(xù)器相串聯(lián)或并聯(lián)組成的電源裝置供電，其額定電流較大。這種雙電源的供電方式，可使小電流時電弧穩(wěn)定，而且兩個電源可分別調(diào)節(jié)焊接參數(shù)。77 2)單電源直流斷續(xù)器晶閘管式脈沖弧焊電源。如圖5-4