Transcript 第七章脉冲弧焊电源

第七章 脉冲弧焊电源
主要内容：从焊接工艺要求出发，论述脉冲弧焊电源的特点、
分类、原理和应用。着重分析晶闸管式脉冲弧焊电源的工作原
理和特点。
第一节 脉冲弧焊电源的概述
一、脉冲弧焊电源的特点及应用范围
特点：焊接电流是周期性脉冲式的，包括基本电流（维弧电流）
和脉冲电流，可调规范参数多，包括：脉冲频率、幅值、宽度、
电流上升速度和下降速度。
i
i
t
t
直流脉冲电流波形
交流脉冲电流波形
应用：利用脉冲形成的不同热量输入率使深熔与凝固交互进行，以低
的平均电流实现射流过渡，进行薄板焊接、全位置焊接和热敏感材料
的焊接。
应用范围：
1）熔化极及不熔化极气体保护焊：MIG、MAG、微束等离子弧焊等；
2）窄间隙厚板焊、超薄板焊；
3）普通板材焊、热敏感性材料焊；
4）全位置焊，保证均一的焊接成形和质量；
5）单面焊双面成形和封底焊。
二、脉冲获得方法
(一）、利用电子开关
主要用现代电力电子技术中的功率开关器件：晶闸管、大功率
三极管、场效应管及IGBT等。
a)在直流侧设开关装置，b)在交流侧设开关装置
（二）、利用阻抗的变换
a)变换交流侧阻抗值，
b) 变换直流侧阻抗值
（三）改变调节ug及电流截止反馈
1、改变ug；
2、电流截止反馈：周期性地改变电流截止反馈信号,使直流回路中的晶
体管周期性的导通与关断。
（四）利用大功率整流硅管整流得到单相脉冲电源。
采用（一）、（四）方法电流完全间断，一般需配用辅助电源形
成脉冲、基本双电源。
三、脉冲弧焊电源的分类
1、按获得脉冲电流的器件分：单相整流式、磁放大器式、晶闸管
式、晶体管式。
2、按获得脉冲电流的方法分：交流断续器式（单相整流式、单相半
控整流式、交流开关式），直流断续器式（RC冲放电式，辅助电源
充电式……)，阻抗变换式。
3、按电源单位分：单电源式，双电源式。
4、按脉冲电流频率分：低频，高频。
四、脉冲电流波形和可调的基本参数
1、波形：正弦半波、矩形波、三角形波
2、可调基本参数：脉冲电流（峰值电流）幅值、基值电流（背景电流、维
弧电流）幅值，脉冲时间、基值时间、上升（前沿）时间、下降（后沿）时
间。
第二节 晶闸管式脉冲弧焊电源
一、给定值调节式
特点：输出的脉冲电流波形为方波或带前沿尖峰的方波；脉冲
电流和基本电流都由同一电源供给；无级调节、操作方便；频
率调节范围小；一机多用；控制线路比较复杂，不易维修。
应用:在ZX5-400上配上KW控制器可进行TIG脉冲焊。由于晶闸
管波头时间3.3ms，即脉冲频率300HZ，调制频率不可以太高，
仅可在一定范围内实现脉冲电流值，基值电流值、脉宽占空比
/脉冲频率的调解，频率范围可在0.2~10HZ调解。
二、晶闸管断续器式
（一）晶闸管的导通与关断
1、导通条件
1）晶闸管阳极加上正向电压U；
2）控制极上加上适当的同步正向触发电压ug
2、关断条件
1）使阳极电流低于维持电流或切断阳极电流；
2）在晶闸管阳极和阴极之间加一反向电压
关断的物理过程
影响关断时间的因素
1）正向电流
2）正向重加du/dt的影响
3）反向电压
3、关断电路
(a)图：
VT2通，C充电，左负右正。
VT1通时，uc使VT2关断，
C反向充电，此充电时间
常数应保证VT2可靠关断。
对称触发VT2也会使VT1
关断。
(b)图：
VT2通，C充电，上正下
负。
主管VT1通时，uc使VT2
关断;C经电感线圈L和VD
放电。
C放电结束后,C上的电
能转换为L上的电磁能，
L放电，使C反向充电，
下正上负。当VT2再次
导通时，使VT1关断，
重复上述过程。
(c)图：
基本与(b)图通，但主电流流过L
时，其感应电压的自耦合作用
时L上部感应电压给C充电能量
更高，VT1关断更有力，适合于
大容量的VT。
（二）晶闸管断续器式脉冲弧焊电源的分类
1、交流断续器：在电源的交流环节控制通断及大小，但是电源不一定输
出交流。
脉冲内包含的半波数目取决于晶闸管触发信号的频率，脉冲幅值的
调节通过改变触发相位来实现。
特点：1）断续器关断可靠；2）脉冲内脉动大；3）需基本电流电源；
4）晶闸管触发相位受焊接电源功率因数的限制。
2、直流断续器：接在脉冲电流电源的直流侧，起开关作用。
（1）双电源式直流断续器脉冲弧焊电源
（2）单电源直流断续器式脉冲弧焊电源
特点：电流的通断容量可达数百安培，频率调节范围广，脉冲波形近
似呈矩形，对焊接有利，脉冲内脉动大小与直流弧焊电源种类有关。
但是主晶闸管流过的电流大，其可靠关断是关键。
三、单电源直流断续器脉冲弧焊控制器的电路分析
（一）、电路主要组成
（二）工作原理
1、直流弧焊电源
2、断续器主电路：R1—调制阻抗；
主管VT1导通时，L1上感生电压
e1，L1、L2自耦合感应，e2=Ke1,C1
充电,方向左负右正，为VT1、3关断
作准备。该关断方式与关断电路的
图(c)相似。
VT2辅管导通，C1使主管VT1截
止，L3限制C1放电电流。C1同
时通过C2、VD3的耦合也使VT3
关断。
3、直流断续器触发电路
包括周期时间与周期脉冲的控制。
VU1射极由RC进行周期控制。在周期开始时，
触发电路发出ug1、3，发出脉冲电流，并启动
脉冲计时。
VU2进行脉冲时间计时，计时到发出脉冲ug2,
关断VT1,接入限流电阻R1,同时VT3关断,导致
VU2电源关断,在维持时间它不再计时。
计时时间的计算：VU1、2射极电容是按
RC指数充电，
uc
UT
ηUT
Ue=UT(1-e-t/τ)=ηUT τ=RC
解得：t=RCln(1/(1- η)
t
得周期时间和脉冲时间
t
Lc:限制脉冲上升速度；
VD2:电流下降时将Lc中的能量释放到电弧中去。
（三）电路主要特点
1）单电源实现脉冲焊接，使用阻抗法调节脉冲电流时一定会影响
基值电流。且R1上有功耗；
2）If增加，C1上电压增加，有利于大电流时晶闸管的关断；
3）C1放电电荷通过电弧区，形成有利于电弧稳定的尖脉冲。