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弧焊整流器的工作原理及构成

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:弧焊整流器是一种将交流电变为直流电的弧焊电源。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。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。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。

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

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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。

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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

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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):

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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。

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图3-49 自制铁心叠法

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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

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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。

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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

If—直流励磁电流 Id—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。

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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

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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。

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图3-54 ZXG型焊机外特性曲线

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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。

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图3-56 ZXG6-300型弧焊机电气原理图

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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

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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

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