直流弧焊电源及其应用

（一）直流弧焊发电机

直流弧焊发电机是第一代直流弧焊电源，自问世以来大多用于焊条电弧焊。有时，这种直流弧焊发电机还作为碳弧气刨的电源，也可作为直流埋弧焊的电源。例如两台AX1—500型直流焊机并联可作为MZ—1000型埋弧焊的电源。直流弧焊发电机具有输出电流脉动小，工作电流稳定，受电网波动影响小等优点，因而深受用户欢迎。但由于其耗能大、耗材多、噪声大、效率低和制造复杂等缺点，电动机驱动的弧焊发电机已列为淘汰产品。但内燃机驱动的弧焊发电机在野外无电网条件下仍是必需使用的焊机，需要量也很大。

直流弧焊发电机由驱动装置、发电机、调节装置和指示装置等组成。驱动装置可以是电动机、汽油机、柴油机和拖拉机等。利用去磁方法，例如串联去磁绕组、电枢反应去磁和换向极绕组等去磁等方式，使电枢工作磁道（主磁通）随焊接电流的增加而迅速降低，从而获得缓降型的外特性。该类发电机的结构由去磁机构而定，一般有差复励式——用串联去磁绕组方式去磁（AX1、AX7系列）；裂极式——用电枢反应方式去磁（AX系列）；换向极式——用换向极绕组去磁（AX3、AX4系列）。

常用的焊机型号有如下几种：

A1—500型差复励式直流弧焊机，AX—320型裂极式直流弧焊机，AX4—300型换向极式直流弧焊机。其中最常用的为差复励式直流弧焊机和裂极式直流弧焊机。其工作原理见图4-27和图4-28。

图4-27 差复励式直流弧焊机原理

图4-28 裂极式直流弧焊机原理

（二）硅弧焊整流器

硅弧焊整流器是一种直流弧焊电源，它以硅二极管作为整流元件，将交流电整流成直流电。虽然最早使用的直流弧焊电源是直流弧焊发电机。但随着半导体技术的发展，具有优越性能的大容量硅二极管问世，使硅弧焊整流器应运产生。它与直流弧焊发电机相比有以下优点：

1）易造好修、节省材料、减轻重量、降低成本、提高效率。

2）易于获得不同形状的外特性，以满足不同焊接工艺的要求。

3）噪声小。

由于硅弧焊整流器有以上优越性，曾成为直流弧焊发电机的部分替代产品。

1.硅弧焊整流器的组成 为了获得脉动小、较平稳的直流电，以及使电网三相负荷均衡，通常都采用三相整流电路。其组成如图4-29所示。

图4-29 硅弧焊整流器的组成

（1）主变压器 其作用是降压，把三相380V电压降至所要求的空载电压。

（2）电抗器 用以控制外特性形状并调节焊接参数。可以是交流电抗器或磁放大器（磁饱和电抗器）。当主变压器为增强漏磁式或要求得到平外特性时，则可不用电抗器。

（3）整流器 其作用是把三相交流电整流成直流，常采用三相桥式电路。

（4）输出电抗器 这是接在直流焊接电路中的直流电感（由带空气隙的铁心和线圈构成），其作用主要是改善和控制动特性，其次是滤波。

2.硅弧焊整流器的分类可按有无电抗器来分，可分为如下两种：

（1）有电抗器的硅弧焊整流器 这类硅弧焊整流器所用的电抗器都是磁放大器式的。根据其结构特点不同又可分为：

1）无反馈磁放大器（或称为磁饱和电抗器）式硅弧焊整流器。

2）外反馈磁放大器式硅弧焊整流器。

3）全部内反馈磁放大器（自饱和电抗器）式硅弧焊整流器。

4）部分内反馈磁放大器（内桥自饱和电抗器）式硅弧焊整流器。

（2）无电抗器的硅弧焊整流器 按主变压器的结构不同又可分为：(www.xing528.com)

1）主变压器正常漏磁式硅弧焊整流器。

2）主变压器增强漏磁式硅弧焊整流器。

主变压器为正常漏磁的这类电源的外特性是近于水平，主要用于CO₂气体保护焊及其他熔化极气体保护焊。按调节空载电压的方法不同，硅弧焊整流器又分为抽头式、辅助变压器式和调压器式。

主变压器为增强漏磁的这类电源，由于主变压器增强了漏磁，因而无需外加电抗器即可获得下降外特性并调节焊接参数。按增强漏磁的方法不同，硅弧焊整流器可分为动线圈式、动铁心式和抽头式。

表4-5列出了部分硅弧焊整流器的型号和技术数据。

表4-5 部分硅弧焊整流器的型号和技术数据

（三）晶闸管式弧焊整流器

以晶闸管为整流元件的弧焊电源称为晶闸管式弧焊整流器。该弧焊电源不需要磁放大器，而是通过改变晶闸管的导通角，来实现对焊接参数的调节和电源外特性的控制。其性能更优于磁放大器式硅弧焊整流器。

1.晶闸管式弧焊整流器的组成 一般晶闸管弧焊整流器的组成如图4-30所示。主电路由主变压器T、晶闸管整流器UR和输出电感L组成。AT为晶闸管的触发电路。当要求得到下降外特性时，触发脉冲的相位由给定电压和电流反馈信号确定；当要求得到平外特性时，触发脉冲相位则由给定电压和电压反馈信号确定。此外，还有操纵、保护电路CB。

图4-30 晶闸管弧焊整流器的组成

2.晶闸管式弧焊整流器的主要特点

（1）动特性好 这种弧焊整流器与弧焊发电机和磁放大器式弧焊整流器相比，其内部电感要小得多，具有电磁惯性小、反应速度快的特点。在其用作平特性电源时，可以满足所需的短路电流增长速度；而当用作下降外特性电源时，不易产生有过大的短路电流冲击。且在必要时可以对其动特性指标加以控制和调节。

（2）控制性能好 由于晶闸管式弧焊整流器可以用很小的触发功率来控制整流器的输出，并具有电磁惯性小的特点，因而易于控制。通过不同的反馈方式可以获得所需的各种外特性形状。电流、电压可在宽广的范围内均匀、精确、快速地调节。并且易于实现电网电压补偿。因此，这种整流器可用作弧焊机器人的配套电源。

（3）节能 晶闸管式弧焊整流器与弧焊发电机相比，前者没有机械损耗，而且其空载电压可较低些，而效率、功率因数较高，输入功率较小，因而可节约电能。

（4）省料 晶闸管式弧焊整流器与弧焊发电机相比，无原动机。与磁放大器式硅弧焊整流器相比，它没有磁放大器。因而可以节省材料，减轻重量。

（5）噪声小 与弧焊发电机相比因其无旋转运动的部分，噪声明显减小。

（6）电路较复杂 该弧焊整流器除主电路之外，还有触发电路，使用的电子元器件较多。因而，元器件的质量、组装的水平等对电源使用的可靠性有很大影响；同时，这种电源对调试和维修的技术水平要求也较高。

晶闸管式弧焊整流器的电路结构有许多种，其主电路结构有三相桥式全控整流式、六相半波整流式及带平衡电抗器双反星形整流式等；触发脉冲发生电路有单结晶体管式、晶体管式、数字式等。国产设备的主流电路结构为带平衡电抗器双反星型整流配单结晶体管式触发电路。

晶闸管式弧焊整流器的外特性是由闭环反馈控制系统的反馈性质决定的，与主电路结构基本无关。若只采用电压反馈控制，获水平外特性（也称恒压特性）；若只采用电流信号反馈控制，获垂直陡降外特性（也称恒流特性）；若采用电压、电流信号联合反馈控制，则获缓降外特性；若取不同信号分段反馈控制，则得到组合形状的外特性。

图4-31所示是三相桥式全可控晶闸管弧焊整流器的主电路原理图，它主要由三相降压主变压器、晶闸管整流器（VT₁～VT₆）、电抗器（DK）和控制电路等组成，外特性和工艺参数靠调节晶闸管整流器获得，同组各晶闸管的触发电路互差120°，两组之间互差60°，在电阻电感负载条件下，移相范围为90°。

图4-3 1三相桥式全可控晶闸管弧焊整流器的主电路原理图

国产晶闸管式弧焊整流器有多种型号。其主要型号有下降外特性的ZX5系列和多种外特性的ZDK系列等。常用晶闸管式下降特性弧焊整流器的型号有ZX5—250、ZX—400、ZX—500、ZX—630和ZX—800。表4-6为三种国产常用晶闸管式弧焊整流器的型号和技术数据。

表4-6 国产常用晶闸管式弧焊整流器的型号和技术数据