ZS5-400型焊机整机电路原理分析(附图7-10)

[焊机主电路]在焊接、电镀等需要低电压大电流的可调直流的场合，多采用带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，主变压器二次侧为两组匝数相同但极性相反的绕组，分别接成两组半波可控整流电路。变压器二次侧两绕组的极性相反，可消除铁心的直流磁化，设置平衡电抗器L1的目的是为保证两组三相半波整流电路能同时导电，与三相桥式电路相比，双反星形整流电路的输出电流可增大一倍。

两个直流电源并联时，只有当电压平均值和瞬时值均相等时，才能达到均流，也即是才具备最佳并联条件，但焊机电路中，两路整流电压虽相等，但瞬时值不等，会使电源自身产生有害环流；如不加平衡电抗器，成为六相整流电路，则任一时刻，只有一相导通，其他五相被阻断，晶闸管的导通时间短，电源利用率低。增加平衡电抗器后，可以有两相晶闸管同时导通，而且晶闸管的导通角加大；与桥式整流电路相比，整流脉动成分减小，电流输出能力增大。为提高输出电流的稳定性和连续性，在输出端串联了平波电抗器L2，对提高焊接质量有较大益处。

每一组3只单向晶闸管元件由一路触发电路来控制，触发电路依次发送3个与电网电压（半波）相对应的3个触发脉冲信号，到3只晶闸管的栅阴结，3只晶闸管则以承受正向电压的次序依次导通。

[同步信号电路]TB1为同步变压器，二次降压绕组输出与电网三相电压相对应的同步正弦波电压信号，三相电压的正半波信号，分别经R1～R3限流，6只稳压二极管BW1～BW6削波成梯形波，由C1～C3微分电容微分后，在电阻R4两端得到正、负电网过零点同步脉冲。Z1～Z4组成桥式整流电路，是一个“信号极性自动选择电路”，对R4上的正，负信号电压信号进行选择性输入，使输入到三极管T1、T2的均为正向脉冲电压，T1、T2在输入尖脉冲作用期间饱和导通，提供图7-11中电容C1、C2的电荷泄放通路，保障C1、C2从电网过零后重新充电，从而使触发脉冲形成同步点。

图7-10 ZS5-400型晶闸管直流弧焊机整机电路图

[移相触发信号形成电路]从图7-10中摘出该部分电路形成如图7-11所示的移相触发信号形成电路。这是一个以单结晶体管为核心组成的张弛振荡器电路，R1和R4为第二基极分压和降流电阻，R2、R5为避免VT1、VT2进入直通区而停振，RP1～RP4为T3、T4、VT1、VT2工作点整定电位器，以确定电路输出触发脉冲的移相控制范围。DW1、R7用于稳定晶体管T3、T4的基极电流，使之具有恒流特性，从而控制C1、C2上充电电压线性上升。

晶体管T3、T4为控制放大器，在输入控制信号的作用下，其导通电阻发生变化，控制C1、C2电容上充电电压的变化速率，进而改变脉冲变压器输出移相触发脉冲的时刻，使主电路晶闸管的导通角变化，达到控制焊接电流的目的。当输入控制信号负向增大时（往负电压变化时），控制放大器T3的I_b上升，导通电阻减小，C1、C2充电加快，触发脉冲出现的时刻提前，焊接电流增大；当输入控制信号正向增大时（往正电压变化时），控制的结果，使焊接电流减小。

晶体管T5、T6组成急停控制电路，当进入“远控”模式时，需要停机时，R8经远控开关接电源地，形成T5、T6的正向偏压，两只管子饱和导通，使a、b点电压为0，移相触发电路被强制停止工作。一些焊机电路中省掉了T5、T6组成的急停电路。

图7-11 移相触发信号形成电路

[控制信号形成电路]是一个具有引弧电流和推力电流调节，兼具电流和电压反馈双闭环控制电路。(www.xing528.com)

1）焊接电流给定信号电路：由电流/电压整定元件W1～W4、R50、二极管Z23等元件，形成对+15V和-25V的分压电路，W1、W2为信号电压范围整定电位器，W3、W4为近控（本地）和远控电流调节电位器，控制方式由转换开关SA1切换。调整所得的电流给定信号经晶闸管模块温度（保护）继电器WK的常闭触点、电阻R34输入到运算放大器F007C的反相输入端。给定的电流信号向正方向变化时，输出端电压向负反向变化，移相触发电路中的T3、T4导通能力增强，移相触发脉冲提前，晶闸管主电路输出电流越大。当模块温升异常，温度继电器WK断开，中断了电流给定信号，可控整流电路的晶闸管全部关断，实现了超温时的停机保护。

2）电流反馈信号电路：电流反馈信号由输出端75mV分流器上取得（输出电流达额定电流值时，该分流电阻上的压降达到75mV），分流器的右端接控制电源地，从电流（方向）极性上看，电流反馈信号I_F为负电压信号，输出电流越大，I_F信号越负。I_F信号经电阻R33，也输入到运算放大器F007C的反相输入端。形成如下电流反馈闭环控制过程：I_F信号负向上升→F007C输出端控制信号正向上升→T3、T4导通变弱→晶闸管导通角下降→可控整流电路输出电流下降，从而使焊机获得下降的外特性；

3）电压反馈信号电路：电压反馈信号U_F由主电路输出正端取得，电压极性为正，一路经D13、R44、W6活动臂、R41输入到F007C的同相输入端，当U_F电压上升时→W6活动臂分压点电压上升→F007C输出端电压往正的方向变化→T3、T4导通变弱→晶闸管导通角下降→可控整流电路输出电压下降。这是一路“常态”的电压负反馈闭环控制支路，在因电网电压或负载变化引起输出电路变化时，起到稳定输出电压的作用。

4）推力电流和引弧电流调节电路。电压反馈信号U_F又经R45、W5，并从W5活动臂上分压（整定）取得控制信号，W5为推力电流调节电位器。当轻载和焊接电流较小时，U_F电压幅度大，稳压管D19处于反穿状态，经R46为晶体管T7提供较大的基极电流，T7饱和导通，集电极电位为0V，二极管Z17的负端电流给定信号为正，D17处反偏截止状态，F007C依据给定的电流控制信号输出控制电压；当焊接电流增大时（焊接状态近似于电源短路状态），焊接电压严重变低（如低于10V），此时起弧困难，焊条极易粘住，这时候电压反馈信号U_F降低，稳压管D19出离反向击穿区而截止，晶体管T7失去基极偏流而截止，集电极变为高电位，形成由15V电源正端→R48→C24→W7固定端到电源地的C24的充电电流回路，由此在W7活动臂得到正电压分压输出，此时二极管Z17因承受正向电压而导通，这个正电压叠加在给定电流信号上，使输入至F007C反相端的电压上升，控制的结果使晶闸管导通角增大，主电路输出电压上升，焊接中起弧顺利。这是一个“暂态”的由C24充电电压形成的电压反馈信号控制支路，起到瞬间提升给定电流信号的作用。电位器W5用以整定输出电压的“引弧点”，即输出电压低至某阈值时，开始引弧动作。电位器W7用于整定提升信号的大小，所以又称为引弧电流调节电位器。

可见，给定电流信号、反馈电流信号、反馈电压信号均经运算放大器F007C处理混合为一路控制信号，这是根据直流焊机的工作特性处理得出的信号，送入后级移相触发电路，动态控制主电路晶闸管的导通角，完成对焊接电流输出的控制。

[末级功率放大电路]移相触发电路采用张弛振荡器的优点（电路简单），但缺点是输出脉冲窄，触发功率小，只宜触发小功率晶闸管。需触发大功率晶闸管时，要增加末级触发电流放大电路。将末级触发电路简化为图7-12所示末级脉冲功率放大电路，看一下其工作过程。

图7-12 末级脉冲功率放大电路

单结晶体管的b1极输出尖脉冲信号，经脉冲变压器B1耦合，由D2整流输入小功率单向晶闸管SCR1，控制其导通与关断。在一个电网周期内，B1送出3个触发脉冲，SCR1导通3次，SCR1导通时，经D3～D5、R2～R4接通大功率晶闸管SCR2～SCR4的触发电流回路。因为对应电网电压的3个负半波电压，并非在同一时刻到来，即SCR1导通，提供触发电流期间，功率晶闸管SCR2～SCR4总是只有其中一只承受正向电压而导通，其他两只则处于截止状态，所以完全可由SCR1控制3只功率晶闸的导通，在电压出现自然过零点时，功率晶闸管SCR2～SCR4则能自行关断。以SCR4功率晶闸管的触发电路为例，分析一下触发电流的形成通路：当SCR1受控导通时，形成从SCR4的阳极→D5→R4→SCR4的栅极→SCR4的阴极的触发电流通路，电路中D5只为SCR4提供正向触发电流，避免反向触发电压的出现，R4用于限制触发电流的大小，C4用于消噪和吸收干扰信号。小功率晶闸管SCR1在此电路中起到对触发电流/功率的放大作用，以提高驱动能力，保障SCR2～SCR4的可靠导通。

也可以看出，晶闸管的主电路，只有当负载（焊接）回路接通时，才能形成晶闸管的触发电流通路，若负载端处于开路状态，则功率晶闸管将因无法形成触发电流的通路，而全部处于关断状态，而使直流输出电压为0V。这是检修中需予注意的一个问题。