弧焊电源项目报告

'包头职业技术学院教案首页课程名称焊接设备的使用与维护授课时数4总学时78授课班级教学载体授课日期ZDK、IGBT型弧焊电源典型工作任务新型弧焊电源的结构与使用职业能力要求1.掌握逆变式弧焊电源原理、特点及应用2.掌握矩形波弧焊电源原理、特点及应用教学内容1.逆变式弧焊电源原理、特点及应用2.矩形波弧焊电源原理、特点及应用教学资源文本、课件、仿真软件、网络、教学视频、参考资料教学环境 ”理实一体化”焊接加工实训中心实训基地、多媒体教学平台指导教师编制时间典型工作任务4新型弧焊电源结构与使用子任务1晶体管式弧焊电源一、概述晶体管式弧焊电源是20世纪70年代后期发展起来的一种弧焊电源.它的主要特点是:在焊接主回路中串入大功率晶体管组，起到线性放大器（即可控电阻）或电子开关的作用，依靠多种电子控制电路进行各种闭环控制，从而获得不同的外特性和输出电流波形.晶体管式弧焊电源的基本工作原理，如图13-1所示.这种弧焊电源由变压器TC降压，再经整流器UR整流，然后在直流主回路中串入大功率晶体管组V.从本质上说，大功率晶体管组在主回路中可以起到线性放大器作用，也可以起到电子幵关的作用.根据晶体管组的工作方式不同，常把前者称为模拟式晶体管弧焊电源，后者则称为开关式晶体管弧焊电源.晶体管弧焊电源的控制电路，从主电路中的输出检测器M中取出反馈 信号（电压反馈信号mUh和电流反馈信号nlh），与给定值信号i=fl⑴和u=f2⑴分别在Nl、N2比较放大后得出控制信号，经比例加法器N3综合放大后，输入控制晶体管组V的基极，从而可以获得所需的外特性.晶体管式弧焊电源的上述两种形式，既可输出平稳的直流电压、电流，也可以输出脉冲电压、电流.但是，输出脉冲电压、电流更能体现它的优越性.此，在实际应用中多采用脉冲电压、电流输出，通常也把这类弧焊电源称为晶体管式脉冲弧焊电源.二、模拟式晶体管弧焊电源特点模拟式晶体管弧焊电源具有以下优点:1）这类电源实质是一个带反馈的大 功率放大器，可以在很宽的频带内获得任意波形的输出电流.2）控制灵活，调节精度高，对微机控制具有很强的适应性.3）通过电子控制电路控制di/dt的数［，可以获得十分理想的动特性，减少飞溅.4）电源的外特性可任意调节，因而适用范围广.这类弧焊电源的主要缺点是功耗大，晶体管上消耗40%以上的电能，因而效率低.这是因为晶体管工作在模拟状态，管压降大所致.这样，既浪费电能，也使晶体管散热系统较复杂，因而其应用受到一定限制.13-1晶体管式弧焊电源原理框 图13-2模拟式晶体管弧焊电源基本原理图三、开关式晶体管弧焊电幵关式晶体管弧焊电源具有如下特点：1）大功率晶体管组工作在开关状态，功耗小，效率高，而且单位电流用晶体管少，造价低.2）幵关频率约为10〜30kHz，在工作过程中频率不变，通过调节脉冲占空比来控制焊接工艺参数和获得所需外特性.滤波环节时间常数不宜太大，否则会降低动态性能.3）通过脉冲调制可获得低频脉冲电流，但受晶体管幵关频率的限制调节范围较小，且有较大的脉动子任务2逆变式弧焊电源一、概述逆变式弧焊电源也称为弧焊逆变器，是弧焊电源的最新发展.它采用逆变技术，以大功率电子幵关器件为核心，去除了工频变压器，从而在性能上发生质的飞跃.弧焊逆变器是一种很有发展前途的弧 焊电源.（一）弧焊逆变器的组成及作用弧焊逆变器的基本组成框图如图13-8所示.它的主要组成及其作用如下：1.主电路由供电系统、电子功率系统和焊接电弧等组成.（1）供电系统把工频交流电经整流器整流变换为直流电供给电子功率系统（逆变器）.此外，还通过变压、整流、滤波及稳压系统对电子控制系统提供所需的各组不同大小的直流稳压电源.(2)电子功率系统是弧焊逆变器UI的主电路，起着开关、变换电参数(电压、电流及图13-5指令式幵关晶体管弧焊电源13-8弧焊逆变器的基本组成框波形)的作用，并以低电压大电流向焊接电弧提供所需的电气性能和工艺参数.这里必须指 出，一个电子功率系统，其本身并不能焊接，必须与电子控制系统结合起来才能焊接.2.电子控制系统对电子功率系统提供足够大的、按电弧所需变化规律的开关脉冲信号，驱动逆变主电路的工作.电子控制系统往往包括驱动电路.3.反馈给定系统由检测电路P、给定电路G、比较放大电路N等组成.检测电路P主要用于提取电弧电压和电流的反馈信号;给定电路G用于提供给定信号，决定对电弧提供焊接工艺参数的大小;比较放大电路N用于把反馈信号与给定信号进行比较后进行放大，与电子控制系统一起，实现对弧焊逆变器的闭环控制，并使它获得所需的外特性和动特性.由于上述原因，弧焊逆变器与弧焊变压器、弧焊发电机、弧焊整流器等传统的弧焊电源相比，具有如下特点:(1)高效节能效率可达80%〜95%，功率因数可提高到0.99,空载损耗极小，比传统弧焊电源节电1/3以上.(2)体积小、重量轻中频变压器的重量仅为传统弧焊电源降压变压 器的几十分之一;整机重量仅为传统弧焊电源的1/5〜1/10;整机体积也只有传统弧焊电源的1/3左右.(2)具有良好的动特性和弧焊工艺性能它采用电子控制电路，可以根据不同的焊接工艺要求设计出合适的外特性，并保证具有良好的动特性，从而可进行各种位置的焊接，获得良好的焊接工艺性能.(3)可用微机或单旋钮控制调节焊接工艺参数.(4)设备费用较低，但对制造技术要求较高,(五)弧焊逆变器的分类弧焊逆变器有下述分类:(1)晶闸管式弧焊逆变器.(2)晶体管式弧焊逆变器.(3)场效应晶体管式弧焊逆变器.13-9弧焊逆变器基本原理框(4)IGBT式弧焊逆变器. 子任务3矩形波交流弧焊电源以前在焊接铝和铝合金时，都采用交流弧焊电源的钨极氩弧焊机进行焊接.但是，交流弧焊电源的输出电流为近似正弦波，电流过零点缓慢，电弧的稳定性较差，正负半波通电时间不可调节，还需增设消除直流分量的装置.特别是对于一些要求较高的焊接工作，如薄铝件焊接、单面焊双面成形，高强度铝合金焊接等，都难得到满意的焊接质量.此外，普通交流弧焊电源不能用于一般的碱性焊条电弧焊.随着大功率半导体器件和电子技术的发展，近二十年来，国内外成功研制和生产出矩形波交流弧焊电源，并己应用于矩形波交流钨极氩弧焊工艺.矩形波交流电流与正弦波交流比较，主要特点是电流过零点时上升与下降的速率高;其次是通过电子控制电路使正、负半波通电时间比和幅值比均可以自由调节.因此，把它用于铝及铝合金的钨极氩弧焊时，在弧焊工艺上具有以下特点:1）电弧稳定，电弧过零点时重新引燃容易，不必加装稳弧器.2）抗干扰能力强.3）通过调节正负半波通电时间比，在保证阴极破碎作用的条件下增大正极性电流，可获得最佳的熔深，提高焊接生产率和延长钨极的使用寿命.4）调节工件上的线能量，更有效地利用电弧热和电弧力的作用来满足某些弧焊工艺的特殊要求. 5）可以不必采取消除直流分量的措施.6）应用于碱性焊条电弧焊时，可使电弧稳定、飞溅小.矩形波交流弧焊电源又称为方波交流弧焊电源.根据获得矩形波交流电流的原理和主要器件的不同，矩形波交流弧焊电源可分为如下四种:逆变式、晶闸管电抗器式、数字开关式和饱和电抗器式.13-11晶闸管式弧焊逆变器的原理框'