《安培焊条电弧焊双反星形整流焊机电源设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安培焊条电弧焊双反星形整流焊机电源设计.doc（25页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、成 绩 评 定 表学生姓名班级学号专 业材料成型及控制工程课程设计题目250安培焊条电弧焊双反星形整流焊机电源设计评语组长签字：成绩日期 20 年 月 日课程设计任务书学 院专 业学生姓名班级学号课程设计题目250安培焊条电弧焊双反星形整流焊机电源设计实践教学要求与任务:焊条电弧焊双反星形整流焊机电源设计： 已知参数负载持续率60%，额定电流250A(带平衡电抗器双反星形整流电路)工作计划与进度安排:1.查阅文献资料，熟悉焊条电弧焊焊机设计的思路。2.初步了解焊条电弧焊双反星形整流焊机的电源设计。3.根据相关资料，提出可行方案。4.编写说明书。5.答辩。指导教师： 201 年 月 日专业负责人
2、：201 年 月 日学院教学副院长： 201 年 月 日目 录1 绪论41.1 对弧焊电源外特性形状的要求41.2 对电源空载电压的要求41.3 对电源调节特性的要求51.4 对弧焊电源动特性的要求52 主电路设计62.1 带平衡电抗器双反星形可控整流电路62.1.1 电路结构62.1.2 平衡电抗器的工作原理62.1.3 触发电路72.1.4 带平衡电抗器可控整流电路的主要特点92.3 脉冲的产生92.3.1 对触发脉冲的要求93 变压器的计算113.1 弧焊变压器的基本技术参数113.2 弧焊变压器的计算113.2.1 基本技术参数的确定113.2.2 变压器的容量、相电压及相电流123.
3、2.3 变压器的主要尺寸124 平衡电抗器的计算184.1 计算平衡电抗器的电感量184.2 平衡电抗器的设计185 晶闸管的选择215.1 晶闸管工作条件215.2 晶闸管的保护215.2.1 晶闸管的过压保护225.2.2 晶闸管的过流保护225.2.3 晶闸管的过热保护225.3 选择晶闸管23结束语 24参考文献 251 绪论 焊接电源是焊条电弧焊的主要设备。电源外特性、动特性及焊接参数调节特性的优劣，直接影响电弧和焊接过程的稳定性，所以焊条电弧焊应满足下列要求：1.1 对弧焊电源外特性形状的要求焊条电弧焊电极尺寸较大，电流密度低。在电弧稳定燃烧条件下，其负载特性处于U形曲线的水平段，
4、故首先要求电源外特性曲线与电弧静特性曲线的水平段相交，即要求焊条电弧焊的电源应具有下降的外特性。再从焊接参数稳定性考虑，要求电源外特性形状陡降一些为好，因为对于相同的弧长变化，陡降外特性焊接过程中，弧长的变性电源所引起的电流变化比缓降外特性电源所引起的电流变化小得多。焊条电弧化是经常发生的。为了保证焊接参数稳定，从而获得均匀一致的焊缝，显然要求电源具有陡降的外特性。外特性形状对电流稳定性的影响 焊条电弧焊电源理想的外特性 1-陡降外特性 2-缓降外特性 图1.1陡降外特性能克服由于弧长波动所引起的电流变化，但其短路电流过小，不利于引弧。最理想的焊条电弧焊电源的外特性是具有垂降带外拖的外特性。在
5、正常电弧电压范围内，弧长变化是焊接电流保持不变。当电弧电压低于拐点电压值时，外特性曲线向外倾斜，焊接电流变大，增大了熔滴过渡的推力。由于短路电流也相应增大，有利于引燃电弧。1.2 对电源空载电压的要求电源空载电压的确定应保证引弧容易和电弧功率稳定。电源的空载电压越高，引弧越容易，电弧燃烧的稳定性越好，电弧功率越稳定。但空载电压越高，安全性越低；电源所需的铁、铜材料越多，体积和重量越大，同时还会增加能量的损耗，降低弧焊电源效率。为保证人身和设备安全，提高经济性，就要求对空载电压必须加以限制。因此，在设计弧焊电源确定空载电压时，应在满足弧焊工艺需要的前提下，尽可能采用较低的空载电压。对于通用的交流
6、和直流焊条电弧焊电源的空载电压有如下规定：焊条电弧焊交流弧焊电源、焊条电弧焊直流弧焊电源1.3 对电源调节特性的要求为了满足不同焊接工艺的要求，如不同的焊芯直径、焊接位置、工件厚度等，要求焊机有良好的调节特性。焊条电弧焊电源的调节是指调节焊接电流，实质上是改变电源的外特性。其调节特性有以下三种情况：a） b） c）图1.2焊机外特性在调节时的变化第一种是焊接电流小是，空载电压同时降低。如图a所示这种调节特性不够理想，U0低不易引弧和保证电弧的稳定燃烧。第二种是空载电压U0不变，通过改变电源外特性陡降程度而实现焊接电流的改变。这种调节特性是比较好的，用小电流焊接时，仍能保证引弧容易，如图b所示。
7、第三种是空载电压随焊接电流的减小而增大，随电流的增大而减小。如图c所示，这种调节特性是理想的，因为在小电流焊接时，由于U0高，引弧容易、电弧稳定。而在使用大电流时，虽然U0低但焊接电流和短路电流大，引弧性能和稳弧性能较好。1.4 对弧焊电源动特性的要求焊接电弧对弧焊电源而言是一个动负载。形成动负载的主要原因是熔滴过渡时弧长发生频繁的变化。尤其短路过渡时这种变化尤为突出，使电弧的燃烧过程经常处于不稳定状态。这就要求弧焊电源具有良好的动态特性，从而适应焊接电流和焊接电压的瞬态变化。所谓弧焊电源的动特性，是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压与电源的响应过程，可以用弧焊电源的输出电流Ih和
8、电压Uh对时间的关系，即Uh=f（t），Ih=f（t）来表示，它反应弧焊电源对负载瞬变的适应能力。只有当弧焊电源的动特性合适时，才能获得预期有规律的熔滴过渡，电弧稳定，飞溅小和良好的焊缝形成，得到满意的焊缝质量。2 主电路设计2.1 带平衡电抗器双反星形可控整流电路2.1.1 电路结构电弧电流所流过的电路称为主电路。主电路由主变压器、晶闸管整流器和输出电抗器组成。2.1.2 平衡电抗器的工作原理其基本电路如下图所示，其结构由六个晶闸管，一个平衡电抗器和一个主变压器组成。主变压器是三相的，二次侧有两组绕组，各以相反极性联成星形，故称“双反星形”。实际上，它只不过是通过平衡电抗器并联起来的两组三相
9、半波可控整流电路。图中，-a、-b、-c点的电压各与a、b、c点的电压相反，V1、V3、V5构成的三相半波整流电路称为正极性组，V2、V4、V6构成者称为反极性组，平衡电抗器是带有中心抽头的电感，抽头O两侧的线圈匝数相等。当在电路中的M和N点之间接入平衡电抗器LB时，同样在wt1时，Ua最高，V1导通，电流通过LB的MO流至负载,在MO上产生一个感应电动势，极性如图2.3 所示（右正左负）。由于O点是LB的中心抽头，所以ON段上感应电动势与MO段相等，且极性一致。这样就提高了N点的电位，反极性组中U-b电压最高，故VT6能与VT1同时导通。当Ua过了其峰值之后至wt2之前，反极性组中U-c高于
10、U-b，于是V2导通而V6关断，则该阶段由V1与V2同时导通。过了wt2是U-c电压最高，V2能导通，于是LB的感应电动势极性如图2.4，由于LB提高了M点的电位，使V1能继续导通。直到过了U-c的峰值以后，则正极性组中的Ub电压最高，于是V3导通而V1关断，由V3和V2同时导通。六个晶闸管的导电次序可依次类推。图2.1带平衡电抗器双反星形整流电路图2.2主电路图2.1.3 触发电路图2.3触发脉冲产生和同步电路单结晶体管触发电路如上图所示。脉冲移向电路，如上图所示，主要由三极管V3、V4，单结晶体管VU1、VU2，电容C20、C21，脉冲变压器TP1、TP2组成。控制电压uk接至三极管V3、
11、V4基极。当有负的uk输入时，C20、C21分别被充电，于是由C20、VU1和C21、VU2组成的张弛振荡器不断产生振荡，脉冲变压器分别输出脉冲。uk越负，C20、C21充电电流越大，产生第一个脉冲就越早，主电路中相应晶闸管的控制角就越小，导通角越大；反之亦然。所以，改变控制电压uk值即可达到脉冲移相的目的。由于单结晶体管和三极管的参数都存在分散性，即使他们型号相同，但参数也不尽相同。为避免两组晶闸管导通角不同造成三相不平衡，需要精细调整电路参数。图中电位器RP8、RP9分别用来弥补VU1、VU2之间参数的不一致性，电位器RP10、RP11分别用来弥补V3、V4之间参数的不一致性。调节这些电位
12、器，可使两套电路输出脉冲对称。同步电路，同步电路主要由控制变压器T2、稳定管VS16、电容C1C3、电阻R3R8、二极管VD1VD4、三极管V1、V2等元件组成。为了保证触发脉冲与晶闸管阳极电压之间的同步关系。在各自的同步点上，由同步信号使V1、V2瞬时饱和导 确定的充电速度开始充电。如此产生的第一个“有效”（因为晶闸管一旦触发导通，控制级便失去控制作用，真正起作用的是第一个触发脉冲，接着再产生的脉冲是无用的，故称为“有效”）触发脉冲的相位完全由uk控制。a）b）c） d）e）图2.4同步电路波形图a）相电压波形 b）、c）、d）各相脉冲波形 e）R6上脉冲波形2.1.4 带平衡电抗器可控整流
13、电路的主要特点1、带平衡电抗器的整流电路，相当于正极性和反极性两组三相半波整流电路的并联。每个器件的导通角为120；2、在任一瞬时，正反极性组均有一支电路导通；3、在正常情况下，两组三相半波整流电路整流电压的平均值是相等的，但他们的瞬时值是不相等的。2.3 脉冲的产生2.3.1 对触发脉冲的要求 1、触发脉冲应有足够功率，信号极性要求门极为正，阴极为负； 2、触发脉冲相位必须与加在晶闸管上的阳极电压同步，触发脉冲与主电路电源电压应有相同频率且保持一定相位关系称为同步；3、触发脉冲可以移相且能达到所要求的移相范围，为了调节焊接参数和控制电源的外特性形状，需要改变晶闸管的控制角，即通过移相触发电路改变触发脉冲相位。4、触发脉冲应有一定宽度，脉冲前沿应尽可能陡，以是晶闸管导通后阳极电流迅速上升，超过擎柱电流而维持可靠导通；5、多路触发脉冲之间应有电气隔离，尤其是在三相全控整流电路中各路触发脉冲必须在电气上隔离。2.3.2 脉冲的选择触发电路一般由同步电路、脉冲形成电路、脉冲移相和放大电路等组成。按触发电路使用的器件可分为单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、数字式触发电路和集成触发电路等几种。在带平衡电抗器双反星形整流电路中，选择单结晶体管触发电路。单结晶
