第五章晶闸管弧焊整流器课件.ppt
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1、第五章 晶闸管弧焊整流器,1,第五章 晶闸管弧焊整流器,第五章 晶闸管弧焊整流器,2,第一节 概述第二节 主电路第三节 触发电路第四节 外特性控制电路第五节 晶闸管式脉冲及矩形波交流弧焊电源第六节 晶闸管式弧焊整流器典型产品介绍,第五章 晶闸管弧焊整流器,3,第一节 概述,二极管:一个PN结三极管:PNP,NPN晶闸管:两个PN结 阳极A 阴极K 控制极G,一个晶闸管等效为两个三极管。,第五章 晶闸管弧焊整流器,4,晶闸管导通条件: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Ug。晶闸管导通后,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
2、 Ug,晶闸管也仍然维持导通状态。,晶闸管关断方法:1)使晶闸管的阳极电流低于维持电流或切断阳极电流(适合于低频电路)。2)在晶闸管阳极和阴极之间加一反向电压(常用的方法)。,第五章 晶闸管弧焊整流器,5,图5-1 晶闸管式弧焊整流器基本原理图,晶闸管弧焊整流器输出电压和电流的大小决定于整流器中晶闸管的导通角,晶闸管的导通角越大,电源输出电压和电流越大。晶闸管导通角的大小是由其触发脉冲的相位所决定的。,下降外特性:触发脉冲的相位由给定电压和电流反馈信号确定。平外特性:触发脉冲相位则由给定电压和电压反馈信号确定。任意外特性:调节电压、电流反馈信号的比例,而触发脉冲的相位是由电流给定信号Ugi、电
3、压给定信号Ugu和电流、电压反馈信号 Ufi、Ufu通过电子控制电路C得到的控制信号Uk所确定的。Uk决定着晶闸管触发脉冲的相位,也就决定了晶闸管导通角的大小。Uk的变化规律决定了弧焊电源输出电压和电流的变化规律,通过对Uk的控制,可以控制晶闸管式弧焊整流器的输出特性。,晶闸管式弧焊整流器的主要组成,第五章 晶闸管弧焊整流器,6,晶闸管整流器的主要特点 1.动特性好,响应速度快 2.控制性能好电流电压控制范围大 3.调节特性好-不同外特性 4.节能、省材 5.噪声小;6.电路较复杂,第五章 晶闸管弧焊整流器,7,三、整流波形脉动问题,三相半波电阻性负载控制角60时整流电压波形,晶闸管弧焊整流器
4、输出电压和电流的大小决定于整流器中晶闸管的导通角,晶闸管的导通角越大,电源输出电压和电流越大。小规范焊接时,导通角小,整流波形的脉动加剧,波形不连续,引起电弧不稳定。,第五章 晶闸管弧焊整流器,8,3并联高压引弧电源;,4.在每个晶闸管上并联维孤电路;,防止措施:1.采用直流电抗器-滤波 2.选择合适的整流电路,第五章 晶闸管弧焊整流器,9,第二节 晶闸管式弧焊整流器主电路,一、三相桥式半控整流电路二、三相桥式全控整流电路三、六相半波整流电路四、带平衡电抗器双反星形可控整流电路,第五章 晶闸管弧焊整流器,10,一、三相桥式半控整流电路,电阻性负载电阻电感性负载,第五章 晶闸管弧焊整流器,11,
5、1、电阻性负载,=0=60,VT1、3、5:三个共阴极晶闸管,其管子导通规律是阳极电位最高且控制极加有有效脉冲的管子导通;,VD2、4、6:三个共阳极二极管,其管子导通规律是阴极电位最低的管子导通。,第五章 晶闸管弧焊整流器,12,三个二极管导通情况,三个晶闸管导通情况,负载电压为三相电压信号上包络线与下包络线之差。,控制角=0,相电压波形,负载电压波形,触发脉冲时序,SCR导通顺序,三相半控桥电阻性负载触发角=30的波形图,第五章 晶闸管弧焊整流器,14,60 后便会发生波形不连续了。,Ufz,控制角=60,三个晶闸管导通情况 t1 时,三个共阴极晶闸管中VT1阳极电位Ua最高,VT1导通,
6、其电位钳位到VT3、VT5的阴极,使VT5的阴极电位比阳极电位高而截止。,t1 至t3中点处之后,出现UbUa,但仍然是VT1导通,是因为此时尽管Ub最大,但VT3触发端没加触发脉冲,故仍截止。,t3时,VT3阳极电位Ub最高,且控制极加触发脉冲,VT3导通;VT3导通后阳极电位钳位到VT1阴极使它截止。每个管子导通角为120,导通顺序为1、3、5循环,三个二极管导通情况t2时,Uc最低,对应的二极管VD6导通,导通后Uc钳位到VD2、VD4阳极使VD2、VD4截止。依次类推每个管子导通角为120。管子导通顺序为6、2、4、6循环。,负载电压为:Ufz=1.17 U2(1+cos)U2是相电压
7、的有效值。移相范围为180,电阻性负载三相桥式半控整流电路的电流波形在一个周期中只有三个波峰,脉动大,甚至出现不连续,因此不能满足弧焊要求。,第五章 晶闸管弧焊整流器,15,VD7,2、电阻电感性负载,L足够大时,负载电压 Uf z 为零时,负载电流减少产生自感电势,i f z不中止。在VT1、VD6继续导通。至 t4时,虽然Uac=0,但二极管中由VD6自然换相为VD2导通,于是L、Rfz、VD2和VT1之间构成回路,由L上的自感电动势继续为VT1提供正向电压使其不能及时关断。VT1继续导通多长时间取决于L中存储的能量的大小,甚至延长到VT3被触发为止。,与纯电阻负载相比,晶闸管的导通角失控
8、,不能正常关断。避免失控的方法:在负载两端接上续流二极管VD7,这样当整流电压间断时,由L、Rfz和VD7构成回路续流,既使ifz不中止,又使晶闸管按时关断。,第五章 晶闸管弧焊整流器,16,三相桥式半控整流电路特点:优点:制造简单、可靠、经济和较易调试缺点:调至低压或小电流时波形脉动较明显,需配置大电感量的输出电抗器。,第五章 晶闸管弧焊整流器,17,二、三相桥式全控整流电路,电阻性负载 电阻电感性负载,第五章 晶闸管弧焊整流器,18,电阻性负载控制角=0,各晶闸管分别导通120,第五章 晶闸管弧焊整流器,19,控制角=0时的触发脉冲信号,第五章 晶闸管弧焊整流器,20,电阻性负载三相桥式全
9、控电路a=60时负载电压波形,各晶闸管依然分别导通120,但输出功率降低。,第五章 晶闸管弧焊整流器,21,电阻性负载三相桥式全控电路a=90时的负载电压波形,各晶闸管导通时间不足120,输出波形不再连续。,电路特点:1、每周有6个波峰,脉动较小,配用的输出电感量也较小;2、整流输出电压、电流在控制角为60o时,临界连续;3、6只晶闸管,电路复杂,调试和维护困难。4、整流电路的移相范围为120,第五章 晶闸管弧焊整流器,22,电阻电感性负载,三相桥式全控整流电路的负载电压平均值:Ud=2.34 U2 cos 移相范围90,第五章 晶闸管弧焊整流器,23,三、六相半波整流电路,铁心有三个心柱,每
10、个心柱上各有一个一次绕组和两个二次绕组(如a和-a),两个二次绕组的非同名端相连。,只要控制级有触发信号,六个共阴极晶闸管的导通规律是阳极电位最高的管子导通。只需单管导通即可构成回路。六个管子轮流导通。,第五章 晶闸管弧焊整流器,24,电阻性负载=0,相电压60时为自然换相点。,六个管子轮流导通各60。,第五章 晶闸管弧焊整流器,25,=60时 六相半波可控整流波形,60 后,便会发生波形不连续了。,=120时,输出电压 Ufz=0,第五章 晶闸管弧焊整流器,26,(2)电阻电感性负载,六相半波整流电路的负载电压平均值:Ud=1.35U2cos=0 时,Ufz=1.35U2;=90时,Ufz=
11、0,第五章 晶闸管弧焊整流器,27,四、带平衡电抗器双反星形可控整流电路,1、组成2、平衡电抗器LB的作用3、管子导通的波形图4、不同控制角情况下波形图5、晶闸管弧焊整流器主电路的比较,第五章 晶闸管弧焊整流器,28,VT1、3、5组成三相半波整流电路,称为正极性组;VT2、4、6组成三相半波整流电路,称为反极性组。,平衡电抗器,第五章 晶闸管弧焊整流器,29,(1)将LB短接 成六相半波整流电路。=0,t1+时Ua最高,U-b次高,VT1导通后因 Ua U-b,故VT6承受反向电压而截止。,平衡电抗器LB的作用,第五章 晶闸管弧焊整流器,30,(2)接入LB t1+时Ua最高,VT1导通,电
12、流通过LB的OM流至负载,在OM上产生的电势极性是右正左负。在ON上也是右正左负。UOM与Ua极性相反,使VT1的阳极电位降低了UOM;而UON与U-b极性相同,使VT6的阳极电位提高了UON。从而使VTI、VT6阳极电位相同而同时导通。UON=UOM=(Ua-U-b)/2,第五章 晶闸管弧焊整流器,31,t2+时 当Ua过了峰值之后至wt2之前,反极性组中u-c高于u-b,于是VT2导通而VT6关断,则该阶段由VT1、VT2同时导通。过了wt2之后u-c电压最高,VT2继续导通且该支路电流较大,于是LB的感应的电动势极性如右所示。,借此提高了M点与VT1阳极电位,而降低了N点与VT2阳极电位
13、,使二者阳极电位趋于相等。因而VT1继续导通。直到过了U-c的峰值之后,则正极性组中Ub电压最高,于是VT3导通,VT1关断,由VT3与VT2同时导通。,第五章 晶闸管弧焊整流器,32,特 点:1)每个整流元件最大导通角为120度,负载电流Ifz同时由两个整流元件和两个变压器组提供,提高了利用率,也提高了电源功率。,2)负载电压瞬时值等于与导通管相应的两相电压瞬时值的平均值。,3)平衡电抗器是维持两组三相半波电路互不干扰各自正常工作所必需的。平衡电抗器两端电压近似于三角波,频率为电网电压的三倍。,第五章 晶闸管弧焊整流器,33,4、不同控制角情况下波形图,=30,第五章 晶闸管弧焊整流器,34
14、,=60,第五章 晶闸管弧焊整流器,35,=90,此时他们的平均值均为零,因此控制角的调节范围为0-90带平衡电抗器双反星形整流电路的负载电压平均值:Ud=1.17U2cos,第五章 晶闸管弧焊整流器,36,带平衡电抗器双反星形整流器的特点(1)它相当于两组三相半波整流电路并联,各相电流流通时间可达120,因此变压器和整流元件的利用率高。每个晶闸管只分担六分之一负载电流。(2)触发电路比三相桥式半控整流电路的复杂,比三相桥式全控整流电路的简单。(3)整流电压波形为每个周波六个波峰,其脉动程度较小,因此输出电抗器体积较小。(4)应避免铁心被直流成分所磁化,需用平衡电抗器,要求两组整流电路的参数(
15、变压器匝数和漏感)应基本对称。,第五章 晶闸管弧焊整流器,37,晶闸管弧焊整流器主电路比较,30,第五章 晶闸管弧焊整流器,38,第三节 触发电路,一、对触发电路的要求二、需要的触发电路套数三、单结晶体管触发电路四、晶体管触发电路,第五章 晶闸管弧焊整流器,39,一、对触发电路的要求 1.生成足够功率的触发脉冲。2.触发脉冲与晶闸管的阳极电压必须同步。3.触发脉冲应能移相并达到要求的移相范围。4.触发脉冲应有一定宽度 5.多路触发脉冲之间应有电气隔离 三相桥式全控、带平衡电抗器双反星形与六相半波可控整流电路要求触发脉冲移相范围为090度;三相桥式半控整流电路触发脉冲移相范围为0180度。,第五
16、章 晶闸管弧焊整流器,40,二、需要的触发电路套数 1.六套 移相范围为090度 主电路适用的形式:三相桥式全控、六相半波可控整流电路。适用于ZDK-500型、GS400SS型弧焊整流器。缺点:触发套数过多,难以保证三相电路平衡,增加电路故障的可能性。,第五章 晶闸管弧焊整流器,41,2.三套,第五章 晶闸管弧焊整流器,42,3.两套,一套触发正极性组a、b、c所对应的晶闸管VT1、3、5;另一套触发负极性组-a、-b、-c所对应的晶闸管VT2、4、6。,当第一个触发脉冲Ug1出现时,Ua最负,使VT1导通,其正向电压很小,且电阻R上的压降忽略不计,因而o点的电位近似为Ua。VT5、VT3承受
17、反向压降而截止。因而VT阳极不与VT3、5的阴极相通。,VT承受相隔120度的一系列脉冲触发。在wt1+时VT触发脉冲1使VT导通,从而使VT1控制极承受其阳极电压ua的一部分,也导通。,VT1一旦导通,其正向压降只有1V左右,不足以维持VT继续导通,而使其关断,为触发另一晶闸管做准备。,wt2+时,脉冲2触发VT,ub最负,VT3导通。最后VT5导通,Q,第五章 晶闸管弧焊整流器,43,三、单结晶体管触发电路 1.单结晶体管 一个PN结,两个基极。,单结晶体管导通原理,第五章 晶闸管弧焊整流器,44,VA=rb1/(rb1 rb2)vbb=Vbb,分压比 由管子内部结构决定的常数,一般为0.
18、3-0.85。,第五章 晶闸管弧焊整流器,45,2.ZX5系列晶闸管弧焊整流器的触发电路,脉冲产生与移相电路,同步信号产生电路,第五章 晶闸管弧焊整流器,46,脉冲产生与移相原理 当Uk输入负值时,晶体管V3、V4导通,C4、C5充电,到达VU1、VU2的峰值电压时,VU1、VU2导通。由于C4 和VU1、C5和VU2组成驰骋振荡电路,C4、C5不断的进行充放点,在脉冲变压器T4、T3两端产生两套触发脉冲。,移相原理:Uk越负,则C4、C5充电越快,产生第一个脉冲越早,主电路中相应的晶闸管的控制角就越小;反之控制角越大。因而控制Uk的大小就控制了脉冲的移相。,Uk值确定控制角的大小,第五章 晶
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