晶闸管式脉冲弧焊电源及其工作原理

脉冲弧焊电源与一般弧焊电弧的主要区别就在于所提供的焊接电流是周期性脉冲式的，包括基本电流和脉冲电流，它的可调参数较多，如脉冲频率、幅值、宽度、电流上升速度和下降速度等，还可以变换脉冲电流波形，以便最佳地适应焊接工艺的要求。

（一）脉冲弧焊电源的应用范围

脉冲弧焊电源的应用范围十分广泛，大体可以归纳为如下几方面：

1）这种电源适用于熔化极和非熔化极的气体保护焊接。其中包括熔化极、非熔化极的氩弧焊、混合气体保护焊，等离子弧焊和微束等离子弧焊等主要的焊接方法，也可以用于焊条电弧焊。

2）该电源不仅可应用于窄间隙脉冲气体保护焊方法，对几十至150mm以上的厚板焊件进行焊接，而且可以采用微束等离子弧焊工艺，实现对超薄金属板（厚度仅为几十微米）的焊接。

3）可用于普通金属材料的焊接，也可用于普通电弧焊难以胜任的对热输入敏感性大的高合金钢、铝合金或稀有金属的焊接。

4）对于全位置自动焊，它具有独特的优越性。正因为它的可调焊接参数很多，可以根据各个位置的成形要求通过程控、数控和微计算机的自适应控制，选择最佳的焊接参数进行焊接，从而使各个位置的焊缝获得几乎均匀的成形和良好的质量。

5）在单面焊双面成形和封底焊等工艺上，也具有突出的优点，既能保证质量又可提高工作效率。

（二）脉冲弧焊电源的分类

按照获得脉冲电流的主要器件，脉冲弧焊电源可分为如下几类：

1）晶闸管式脉冲弧焊电源。

2）晶体管类脉冲弧焊电源。

3）磁放大器式脉冲弧焊电源。

4）单相整流式脉冲弧焊电源。

5）逆变式脉冲弧焊电源。

其中晶体管类脉冲弧焊电源又分为晶体管式脉冲弧焊电源、场效应管式脉冲弧焊电源和IGBT式脉冲弧焊电源。

（三）晶闸管式脉冲弧焊电源

晶闸管式脉冲弧焊电源是利用晶闸管的电子开关作用而获得脉冲电流的弧焊电源，可分为晶闸管给定值式和晶闸管断续器式脉冲弧焊电源两种类型。

1.晶闸管给定值式脉冲弧焊电源 晶闸管给定值式脉冲弧焊电源的主电路和控制电路工作原理，与晶闸管式弧焊整流器的工作原理基本相同。两者不同之处在于，晶闸管式弧焊整流器控制电路中的比较电路环节的给定值为直流电压，其主电路输出电流为一般直流电；晶闸管式脉冲弧焊电源控制电路中的比较电路环节的给定值为脉冲电压，其主电路输出电流为脉冲电流，即焊接脉冲电流是由脉冲式给定电压控制的，这就是所谓的给定信号变换式的脉冲弧焊电源。当脉冲式给定电压为高幅值时，主电路将输出相应幅值的脉冲电流；当脉冲式给定电压为低幅值时，主电路则输出与其相应的基本电流。通过调节脉冲给定电压的脉冲宽度和脉冲间歇时间，就可以实现输出电流的脉宽比和脉冲频率的调节。当晶闸管式弧焊电源为平外特性时，如采用上述脉冲式给定电压，则输出为电压脉冲。

2.晶闸管断续器式脉冲弧焊电源 晶闸管断续器式脉冲弧焊电源，主要由直流弧焊电源（弧焊整流器或直流弧焊发电机）和晶闸管断续器两个部分组成。

晶闸管断续器在脉冲弧焊电源中所起的作用，从本质上说相当于开关。正是依靠这种开关作用，把直流弧焊电源供给的连续直流电流，切断变为周期性间断的脉冲电流。(www.xing528.com)

晶闸管关断的基本原理是，只要晶闸管同时具备下列两个条件，就可由不通（阻断）变为导通。

1）晶闸管阳极加上正向电压U。

2）控制极加上适当的同步正向触发电压U_g。

如图4-32所示，当晶闸管VT导通后，只要正向电流I的大小等于或大于晶闸管的维持电流，即使去掉控制极上的触发电压U_g，晶闸管也仍然维持导通状态。

一般采用如下两种方法使晶闸管关断：

1）使晶闸管的阳极电流低于维持电流或切断阳极电流，设法使阳极电流小于维持电流或为零时，晶闸管就由导通变为关断。但是，这仅适用于低频电路，在高频电路中并不适用。

图4-32 晶闸管工作原理

2）在晶闸管阳极和阴极之间加一反向电压，这是使晶闸管强迫关断常用的一种方法，也是晶闸管式脉冲弧焊电源通常所用的方法。

（四）晶体管式脉冲弧焊电源

晶体管式脉冲弧焊电源主电路特点是：在变压、整流后的直流输出端串入大功率晶体管组，但这种弧焊电源是依靠大功率晶体管组、电子控制电路与不同的闭环控制相配合，从而获得不同的外特性和不同的输出电压、电流波形。

大功率晶体管组在主电路可以起线性放大调节器作用，也可以起电子开关作用，前者称为模拟式晶体弧焊电源，后者称为开关式晶体管弧焊电源。晶体电源的两种形式均可以输出平稳的直流电压、电流，也可以输出脉冲电压电流，但是后者更能体现它的优越性。

（五）MOSFET（场效应管）式和IGBT（绝缘极栅双极晶体管）式脉冲弧焊电源

MOSFET（场效应管）式和IGBT（绝缘极栅双极晶体管）式脉冲弧焊电源的主要特点有：

1）用MOSFET和IGBT（绝缘极栅双极晶体管）代替双极型晶体管作为电源二次侧快速开关，使它与晶闸管式、晶体管式脉冲弧焊电源比较具有许多优点，如工作性能好、可靠工作范围大、效率高（开关速度快，开关损耗小），采用电压驱动便于采用微机控制。

2）低频脉冲调制获得脉冲输出。其峰值电流、基值电流、脉冲频率及脉宽比均可独立调节，可获得任意形状的波形。

常用脉冲弧焊电源型号有ZXM—25、ZXM—160、ZXM—250和ZXM5—100，表4-7列出了常用脉冲弧焊电源型号和技术数据。

表4-7 常用脉冲弧焊电源型号和技术数据