弧焊整流器的工作原理及构成

弧焊整流器是一种将交流电变为直流电的弧焊电源。与旋转式直流弧焊机比较，它有噪声小（无旋转部分）、空载损耗小、惯性和磁偏吹较小、效率高、成本低、制造和维护容易等特点。这类整流器多采用硅元件作为整流元件，故这种焊机也叫做硅整流弧焊机。近年来这种焊机有代替部分旋转式直流弧焊机的趋势。

整流弧焊机分为单相和三相两大类，根据构造特点又分为磁饱和电抗器式、动圈式、动铁心式和晶闸管整流式。三相动铁心式与晶闸管式整流焊机目前尚处于试验阶段，应用还不广泛。我国生产的这类产品的主要型号、技术数据见表3-25。

表3-25 硅焊接整流器主要技术数据

注：表中部分产品为非定型产品。括弧内的型号为旧型号。

1.单相弧焊整流器

ZXG3-150型是单相弧焊整流器的产品之一。它包括漏磁动铁式交流变压器与单相桥式整流线路。线路原理图如图3-47所示。焊接电流细调靠移动动铁心、粗调靠改变绕组分接头来实现。

这种焊机的主要优点是制造简单，便于交直流两用。

这类焊机也可以用普通交流弧焊机改装而成，改装方法是在交流弧焊机的输出端加装一套整流器。这样如果有交流焊机，只要加一整流器即可达到交直流两用焊机的目的。

改装实例如图3-48所示。

图3-47 单相弧焊交直流两用整流器线路图

1—焊接变压器 2—带磁心连续可调的电感器 3—桥式整流器 4—带磁心铁心的电感器

图3-48 整流器线路图

在交流焊机BX1-330型的输出端加装上述整流装置，其直流输出空载电压达100V，工作电压20～300V，工作电流≤300A。为提高整流效果，采用硅元件作单相桥式整流。用电感、电容Ⅱ型滤波以减小交流成分，并改善其动特性，外特性仍保持陡降外特性。经实际使用，效果良好。

整流装置中所用主要元件的数据如下：

UR——硅整流元件，ZCZ-220A/200V共4个；

C₂——电解电容器，30～200μF之间共2个；

L——自制电感，其数据如下：

1）铁心：

①材料：0.35mm厚的热轧硅钢片。

②尺寸（mm）：

③叠法（图3-49）。

每层用两片，先A、D，后B、C，依此循环，直至叠厚80mm为止（压紧状态）。已叠好的铁心呈L形，应叠两个L形，厚度均为80mm，中间用3mm纸板隔开，构成空气隙（尺寸为δ），以防饱和，如图3-50所示。

图3-49 自制铁心叠法

图3-50 空气隙的构成

铁心应该用角铁、螺杆夹紧。

2）线圈：共40匝，分两个绕组串联，每个绕组20匝，分两层，每层10匝。绝缘用0.2mm厚玻璃丝漆布和0.1mm厚绝缘纸进行绝缘。线圈分别置于两个铁心柱上。串联时，应注意磁通之间的一致，如图3-51所示。

3）其他元件数据：

R₁——电阻，30Ω，3W；

C₁——电容，10～20μF/100V；

R——电阻，＜50Ω，1W；

C——电容，0.5～1μF/100V。

2.三相弧焊整流器

（1）ZXG型整流器式弧焊机

图3-51 自制整流器的电抗线圈接线示意图

一般多采用三相磁饱和电抗器线路。焊机包括三相降压变压器、三相磁饱和电抗器、硅整流器组、输出电抗器和通风机组等部分。

三相变压器接法一般为星形联结或三角形联结。饱和电抗器由三个日字形铁心组成，在每个铁心的两侧柱上绕有两个交流绕组，相互反向串联，其串联共点分别接到变压器输出端的三相上，而串联后的交流绕组的两端分别接整流器上，如图3-52所示。直流控制绕组为三个铁心共用。硅整流器组由型号ZCZ-200型硅整流元件6个组成，并分别与饱和电抗器的6个交流绕组接成三相桥式全波整流线路。饱和电抗器和硅整流器组又组成一个内桥内反馈三相磁放大器线路。

图3-52 磁饱和电抗器结构原理图

a）磁饱和电抗器结构示意图(www.xing528.com)

1—交流绕组 2—直流励磁绕组 3—铁心

b）每一相的磁饱和电抗器接线图

I_f—直流励磁电流 I_d—直流输出电流

输出电抗器串联在焊接回路中，其作用是进一步减小输出电流的脉动程度，同时还能改善焊机的动特性，减少金属飞溅，并使电弧稳定。通风机组使整流器组和焊机各部件得到良好的冷却。

焊机控制系统如图3-53所示，其电器元件规格见表3-26。

图3-53 ZXG-300型硅整流弧焊机电气原理图

表3-26 ZXG-300型硅整流弧焊机电气元件规格

其动作原理如下：

1）焊机的起动。将电源开关S₁置于接通位置，接通电源，通风电动机M运转。当风量达到一定值时，即以一定压力推动微动开关KX，使交流接触器KM通电。焊接变压器通过KM的主触头与电网接通，于是焊机开始工作。

2）焊接电流的调节。靠调节面板上的焊接电流控制器R₁₀，用以改变直流控制绕组的电流，从而调节焊接电流的大小。为了减小电网电压的波动对焊接电流的影响，直线控制绕组的电源采用铁磁谐振式稳压器来保持励磁电流的稳定。

3）过电压保护。焊机整流器组采用在硅整流元件侧及输出端并联电阻R和电容C，防止瞬时过电压击穿硅整流元件。

焊机具有陡降外特性，其特性曲线如图3-54所示。

（2）ZXG6-300型整流器式弧焊机

此种焊机采用三相动绕组来调节电流并得到陡降外特性，它由三相变压器、整流器组、转换开关、保护电容等组成。

三相变压器系三相动绕组式、具有陡降外特性的变压器。三个铁心由铁轭联结组成放射形铁心（图3-55），使三相漏抗一致，以保证三相电流平衡。一次绕组固定在铁心下部，二次绕组安装在铁心柱上部，由可动支架将三相连接，可借手柄转动螺杆，使二次绕组沿铁心柱上、下移动。改变一次、二次绕组间距离，即改变它们之间的漏抗值，可改变焊接电流的大小。一次、二次绕组间距离越大，漏磁越大，焊接电流越小。反之，焊接电流增大。

整流器组由200A/150V的硅整流元件6个组成三相桥式全波整流回路。

转换开关是用来对一次、二次绕组并联（大档）、串联（小档）进行换接，实现电路粗调节。

为了防止焊接回路中出现的冲击电压击穿硅元件，这种整流器装有电阻、电容保护及交流侧硅堆保护装置。

ZXG6-300型弧焊机电气原理图如图3-56所示，外特性曲线如图3-57所示，其电气元件规格见表3-27。

3.使用和维修

弧焊整流器的使用和维修在很多方面与交流弧焊变压器相同，所不同的是它加入了整流部分。因此，应针对硅元件、控制部分等的运行特点加以注意。

图3-54 ZXG型焊机外特性曲线

图3-55 三相动圈式硅整流焊机变压器结构示意图

a）变压器铁心结构图

1—铁心柱 2—铁轭

b）一次、二次绕组布置示意图

1—二次绕组 2—一次绕组 3—变压器铁心

1）并联运用。同极性、陡降外特性的焊机都可以并联运用，它不会因空载电压不同而引起串流，因为被整流元件彼此阻断（除非彼此空载电压相差太悬殊，以致于一台的电压高于另一台元件的反电压）。当然不同的焊机并联运用时也要注意电流合理协调分配。

2）要特别注意硅元件的保护和冷却。发现硅元件损坏后，要找出损坏原因排除故障，再更换新元件。

3）硅元件及有关电子线路要特别注意保持清洁、干燥。长期停用后再用时，要作外部或内部（先轻载通电）干燥处理。

图3-56 ZXG6-300型弧焊机电气原理图

图3-57 ZXG6-300型弧焊机外特性曲线

表3-27 ZXG6-300型弧焊机电气元件规格

4）磁放大器铁心为冷轧硅钢片等高导磁材料制成，勿强烈振击，以防磁性变坏。

故障及修理方法见表3-28。

表3-28 焊条电弧焊整流器故障及修理方法