§8-3脈沖弧焊電源§8-3脈沖弧焊電源

一、脈沖弧焊電源的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1.所提供的焊接電流是周期性脈沖式的；2.可調(diào)參數(shù)較多。目前脈沖弧焊電源主要用于氣體保護(hù)焊和等離子弧焊。二、脈沖電流的獲得方法和脈沖弧焊電源的分類1．脈沖電流的獲得方法（1）利用硅二極管的整流作用獲得脈沖電流這類脈沖弧焊電源采用硅二極管提供脈沖電流，可獲得100Hz和50Hz兩種頻率的脈沖電流。（2）利用電子開關(guān)獲得脈沖電流在普通直流弧焊電源直流側(cè)或交流側(cè)接入大功率晶閘管，分別組成晶閘管交流斷續(xù)器或直流斷續(xù)器，利用它們的周期性通、斷獲得脈沖電流?！?-3脈沖弧焊電源（3）利用阻抗變換獲得脈沖電流1）變換交流側(cè)阻抗值使三相阻抗數(shù)值不相等而獲得脈沖電流。2）變換直流側(cè)電阻值采用大功率晶體管組來(lái)獲得脈沖電流。大功率晶體管組既可工作在放大狀態(tài)，起著變換電阻值大小的作用；又可工作在開關(guān)狀態(tài)，起開關(guān)作用。（4）利用給定信號(hào)變換和電流截止反饋獲得脈沖電流1）給定信號(hào)變換式在晶體管式、晶閘管式弧焊電源的控制電路中，把脈沖信號(hào)指令送到給定環(huán)節(jié)，從而在主回路中可得到脈沖電流。§8-3脈沖弧焊電源2）電流截止反饋式通過(guò)周期性變化的電流截止反饋信號(hào)，使晶體管式弧焊電源獲得脈沖電流輸出。脈沖弧焊電源可以由脈沖電流電源和基本電流電源并聯(lián)構(gòu)成，稱為雙電源式；也可以采用一臺(tái)電源來(lái)兼顧，稱為單電源式或一體式。2．脈沖弧焊電源的分類（1）按獲得脈沖電流的主要器件不同分類

①單相整流式脈沖弧焊電源；

②磁飽和電抗器式脈沖弧焊電源；

③晶閘管式脈沖弧焊電源；

④晶體管的脈沖弧焊電源?！?-3脈沖弧焊電源（2）按獲得脈沖電流的方法分類

①交流斷續(xù)器式（單相整流式、單相半控整流式和交流開關(guān)式）脈沖弧焊電源；

②直流斷續(xù)器式（充放電式、輔助電源充電式，派生的輔助電源充電式、變壓器充電式、振蕩式和主電源短路式）脈沖弧焊電源；

③阻抗變換式（單相不平衡式、磁放大器式和晶體管式）脈沖弧焊電源。

三、單相整流式脈沖弧焊電源1．并聯(lián)式單相整流脈沖弧焊電源由一臺(tái)普通直流弧焊電源提供基本電流，用另一臺(tái)有中心抽頭的單相變壓器和硅二極管組成的單相整流器與其相并聯(lián)，提供脈沖電流。其電路原理如圖8-7所示。§8-3脈沖弧焊電源圖8-7并聯(lián)式單相整流脈沖弧焊電源電路原理圖§8-3脈沖弧焊電源當(dāng)開關(guān)SA斷開時(shí)為半波整流，脈沖電流頻率為50Hz，開關(guān)SA閉合時(shí)為全波整流，脈沖電流頻率為100Hz。一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。

2．差接式單相整流脈沖弧焊電源差接式單相整流脈沖弧焊電源的電路原理如圖8-8所示。改用兩臺(tái)二次電壓和容量不同的變壓器組成單相半波整流電路，再反向并聯(lián)而成，在正、負(fù)半周交替工作。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。§8-3脈沖弧焊電源圖8-8差接式單相整流脈沖弧焊電源電路原理圖§8-3脈沖弧焊電源3．阻抗不平衡式單相整流脈沖弧焊電源阻抗不平衡式單相整流脈沖弧焊電源電路原理及電流波形如圖8-9所示。采用正、負(fù)半周阻抗不相等的方式獲得脈沖電流。阻抗大小不相等。正半周時(shí)，通過(guò)為電弧提供基本電流；負(fù)半周時(shí)，通過(guò)為電弧提供脈沖電流。因此，改變的、大小就可以調(diào)整脈沖焊接電流的幅值。四、磁飽和電抗器式脈沖弧焊電源1．阻抗不平衡型磁飽和電抗器式脈沖弧焊電源阻抗不平衡型磁飽和電抗器式脈沖弧焊電源的主電路如圖8-10所示。

§8-3脈沖弧焊電源圖8-9阻抗不平衡式單相整流脈沖弧焊電源a）主電路原理圖b）電流波形圖（Z1>Z2）§8-3脈沖弧焊電源圖8-10阻抗不平衡型脈沖弧焊電源的主電路圖§8-3脈沖弧焊電源使三相磁飽和電抗器中某一相的交流感抗增大或減小，引起輸出電流有一相不同于另兩相，從而獲得周期性脈沖輸出電流。另外，也可以通過(guò)三相電壓不平衡來(lái)獲得脈沖電流。2．脈沖勵(lì)磁型磁飽和電抗器式脈沖弧焊電源脈沖勵(lì)磁型磁飽和電抗器式脈沖弧焊電源的主電路如圖8-11所示。其主電路與普通磁飽和電抗器式弧焊整流器相同，但勵(lì)磁電流不是穩(wěn)定的直流電流，而采用了周期性變化的脈沖電流，使隨著周期性變化而變化，從而獲得周期性的脈沖焊接電流?！?-3脈沖弧焊電源圖8-11脈沖勵(lì)磁電流型脈沖弧焊電源主電路圖§8-3脈沖弧焊電源磁飽和電抗器式脈沖弧焊電源具有下列特點(diǎn)：1）脈沖電流與基本電流取自同一臺(tái)變壓器，屬于一體式，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。2）通過(guò)改變磁飽和電抗器的飽和程度，可以在焊前或在焊接過(guò)程中無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)輸出功率，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)容易，使用方便。3）這種弧焊電源具有控制功率小、可以方便地利用磁飽和電抗器式弧焊整流器進(jìn)行改裝、可做到一機(jī)多用、電流大小和波形調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。4）由于磁飽和電抗器時(shí)間常數(shù)大，反應(yīng)速度慢，使輸出脈沖電流的頻率受到一定限制，一般在10Hz以下，因此常用作非熔化極氣體保護(hù)焊的電源?！?-3脈沖弧焊電源五、晶閘管式脈沖弧焊電源

晶閘管式脈沖弧焊電源按獲得脈沖電流的方式不同，可分為晶閘管給定值式和晶閘管斷續(xù)器式兩類。晶閘管給定值式的主回路與普通晶閘管式弧焊整流器相同，但在控制電路中比較環(huán)節(jié)的給定值不是恒定的直流電壓，而是脈沖電壓，使弧整流器的輸出電流也相應(yīng)地為脈沖電流，這就是給定信號(hào)變換式脈沖弧焊電源。晶閘管斷續(xù)器式脈沖弧焊電源，主要由直流弧焊電源和晶閘管斷續(xù)器兩個(gè)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(shuō)相當(dāng)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?！?-3脈沖弧焊電源晶閘管斷續(xù)器式脈沖弧焊電源，可分為交流斷續(xù)器式和直流斷續(xù)器式兩種。1．交流斷續(xù)器式脈沖弧焊電源這種脈沖弧焊電源是在普通弧焊整流器的交流回路中，即主變壓器的一次側(cè)或二次側(cè)回路中串入晶閘管交流斷續(xù)器，通過(guò)晶閘管交流斷續(xù)器周期性地接通與關(guān)斷，獲得脈沖電流。

2．直流斷續(xù)器式脈沖弧焊電源直流斷續(xù)器式脈沖弧焊電源的直流斷續(xù)器接在脈沖電流電源的直流側(cè)，起開關(guān)作用。按一定周期觸發(fā)和關(guān)斷晶閘管，就可獲得近似矩形波的脈沖電流，其內(nèi)脈動(dòng)大小與直流弧焊電源的種類有關(guān)?！?-3脈沖弧焊電源晶閘管直流斷續(xù)器式脈沖弧焊電源，按供電方式不同可分為單電源式和雙電源式兩種。（1）單電源式如圖8-12所示。這種脈沖弧焊電源主要由直流弧焊電源、晶閘管直流斷續(xù)器VT、電阻箱R組成?；倦娏骱兔}沖電流都由直流弧焊電源提供，但電流的流通路徑不同。（2）雙電源式這種弧焊電源與單電源式的主要差別是采用兩個(gè)電源供電，其電路如圖8-13所示。它由并聯(lián)工作的兩個(gè)電源供電?；倦娏饔梢慌_(tái)額定電流較小的直流電源供電，脈沖電流則由另一臺(tái)額定電流較大的直流電源供電。晶閘管直流斷續(xù)器串入脈沖電流的供電回路中，控制脈沖電流的通與斷。§8-3脈沖弧焊電源圖8-12單電源式脈沖弧焊電源示意圖§8-3脈沖弧焊電源圖8-13雙電源式脈沖弧焊電源示意圖I－脈沖電流波形Ⅱ－焊接電流波形Ⅲ－基本電流波形§8-3脈沖弧焊電源這種脈沖弧焊電源由于采用雙電源供電，基本電流和脈沖電流可以分別調(diào)節(jié)，可調(diào)參數(shù)多，小電流時(shí)電弧也較穩(wěn)定；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電源利用率低。六、晶體管式脈沖弧焊電源

（一）概述晶體管式弧焊電源是依靠大功率晶體管組、電子控制電路與不同的閉環(huán)控制相配合，從而獲得不同的外特性和輸出電流波形。大功率晶體管組在主電路回路中起著兩種作用：一是起到線性放大調(diào)節(jié)器（即可控電阻）的作用；二是起著電子開關(guān)的作用。根據(jù)晶體管組的工作方式不同，常把前者稱為模擬式晶體管弧焊電源，后者則稱為開關(guān)式晶體管弧焊電源?！?-3脈沖弧焊電源

晶體管式弧焊電源的基本工作原理，如圖8-14所示?？刂齐娐肥菑闹麟娐分械妮敵鰴z測(cè)器M中取出反饋信號(hào)（電壓反饋信號(hào)和電流反饋信號(hào)），與給定值信號(hào)和分別在、比較放大后得出控制信號(hào)，經(jīng)比例加法器綜合放大后，輸入控制晶體管組V的基極，從而可以獲得所需的外特性。（二）模擬式晶體管脈沖弧焊電源1．主電路組成如圖8-15所示，它的主電路由三相變壓器TC、整流器UR、濾波電容器組C、大功率晶體管組V、分流器RS、分壓器RP等組成?！?-3脈沖弧焊電源圖8-14晶體管式弧焊電源原理框圖§8-3脈沖弧焊電源圖8-15模擬式晶體管弧焊電源基本原理圖§8-3脈沖弧焊電源三相變壓器將電網(wǎng)電壓降至幾十伏的交流電壓，經(jīng)整流器UR整流、電容器組C濾波后得到所需的焊接空載電壓。串入主回路的大功率晶體管組V工作在放大狀態(tài)，起可變電阻作用，以控制外特性形狀、調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)和控制電流波形。

2．特點(diǎn)和應(yīng)用主要特點(diǎn)有：1）模擬式晶體管脈沖弧焊電源是一個(gè)帶反饋的大功率放大器，可以在很寬的頻帶內(nèi)獲得任意波形的輸出電流。2）控制靈活，調(diào)節(jié)精度高，對(duì)采用微機(jī)控制具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，便于實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用?！?-3脈沖弧焊電源3）通過(guò)“比例-積分”電子線路，就可以方便的控制，進(jìn)而減少短路過(guò)渡焊接時(shí)出現(xiàn)的飛濺，獲得十分理想的動(dòng)特性。4）電源的外特性可任意調(diào)節(jié)，因而適用范圍廣。5）這類弧焊電源的主要缺點(diǎn)是功耗大，晶體管上消耗40％以上的電能，因而效率低。（三）開關(guān)式晶體管脈沖弧焊電源1．基本原理圖8-16為開關(guān)式晶體管弧焊電源原理方框圖，它的晶體管組V工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)它“開”（飽和導(dǎo)通）時(shí)，輸出電流很大，而管壓降接近于零；當(dāng)它“關(guān)”（截止）時(shí)，管壓降高而輸出電流接近于零?！?-3脈沖弧焊電源圖8-16開關(guān)式晶體管脈沖弧焊電源基本原理方框圖§8-3脈沖弧焊電源開關(guān)式晶體管弧焊電源的外特性控制和焊接工藝參數(shù)調(diào)節(jié)，一般是在脈沖頻率一定的條件下通過(guò)改變脈沖占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這就是“定頻率調(diào)脈沖寬度”的控制調(diào)節(jié)方式。即通過(guò)引入電壓和電流的反饋來(lái)控制占空比，以獲得任意斜率的外特性。2．開關(guān)式晶體管脈沖弧焊電源的種類（1）指令式這種電源的原理簡(jiǎn)圖如圖8-17所示。開關(guān)式晶體管弧焊電源的開關(guān)頻率由指令器給定。主電路由主變壓器TC、整流器UR、濾波電容C、開關(guān)晶體管組V以及分流器RS等組成。§8-3脈沖弧焊電源圖8-17指令式開關(guān)晶體管脈沖弧焊電源§8-3脈沖弧焊電源圖8-18電流截止反饋式開關(guān)晶體管脈沖弧焊電源原理簡(jiǎn)圖§8-3脈沖弧焊電源（2）電流截止反饋式原理簡(jiǎn)圖見8-18。這類晶體管弧焊電源由三相變壓器TC將交流電網(wǎng)電壓降低，經(jīng)整流器UR和濾波電容后成為幾十伏的平穩(wěn)直流電壓，再經(jīng)開關(guān)晶體管組V5的開關(guān)控制后輸出矩形波脈沖直流電壓。3．特點(diǎn)和應(yīng)用1）大功率晶體管組工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗小，效率高，而且單位電流用晶體管少，造價(jià)低。2）開關(guān)頻率約為10～30kHz，