ZX5-400晶闸管整流弧焊机的电 路原理分析

1绪论

焊接技术被誉为工业生产的“裁缝”，随着科技的发展和工业需求的增加，焊接技术在工业生产中所占据的分量越来越大，而且焊接技术的优良度直接影响着零件或者产品的质量。随着焊接技术的发展，大量新的焊接技术不断涌现出来，而这些不同的焊接技术又表现出不同的工艺特性和应用环境，所以在产品的制造过程中首先能较全面的了解各种焊接技术的特点和工艺要求，并结合各种焊接工艺的特点选择相应的焊接方法。

作为一种气体导电的物理现象,电弧是在19世纪初被发现的,直到1885年俄国人别那尔道斯发明碳极电弧可以看作是电弧作为热源应用的创始,而电弧真正运用于工业是在1892年发现金属极电弧后。上世纪40年代研究成功埋弧焊,而随着航天与原子能的发展出现了氩弧焊。上世纪50年代出现了CO2与各种气体保护焊并研究出等离子弧焊,到70 - 80年代,弧焊电源的发展更是出现飞跃:多种型式的弧焊整流器相继出现和完善,研制成功多种型式的脉冲弧焊电源,为进一步提高焊接质量和适应全位置焊接自动化提供了性能优良的弧焊电源。此外,还先后研制成功高效节能,性能好,晶闸管式、晶体管式、场效应管式和IGBT弧焊逆变器。随着新型弧焊技术的发展,弧焊电源也有了长足的进步。弧焊变压器,它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电,由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成. 它具有结构简单、易造易修、成本低、效率高等优点,但其电流波形为正弦波,输出为交流下降外特性,电弧稳定性较差,功率因数低,但磁偏吹现象很少产生,空载损耗小,一般应用于手弧焊埋、弧焊和钨极氩弧焊等方法。

矩形波交流弧焊电源,它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流,其电弧稳定性好,可调参数多,功率因数高。它除了用于交流钨极氩弧焊( TIG)外,还可用于埋弧焊,甚至可代替直流弧焊电源用于碱性焊条手弧焊.直流弧焊发电机,一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装置等组成. 它的缺点是空载损耗较大、磁偏吹现象较明显、效率低、噪声大、造价高、维修难;优点是过载能力强、输出脉动小,可用于各种弧焊方法的电源,也可用柴油机驱动用于没有电源的野外施工。

弧焊整流器,它是把交流电经降压整流后获得直流电的,外特性可以是平的或下降的,它由主变压器、半导体整流元件以及获得所需外特性的调节装置等组成. 与直流弧焊发电机比较,它具有制造方便、价格低、空载损耗小、噪声小等优点,而且大多数可以远距离调节,能自动补偿电网电压波动对输出电压、电流的影响,但有磁偏吹现象. 它可作为各种弧焊方法的电源。弧焊逆变器,它把单相(或三相)交流电经整流后,由逆变器转变为几百至几万赫兹的中频交流电,经降压后输出交流或直流电. 整个过程由电子电路控制,使电源具有符合需要的外特性和动特性. 它具有高效节电、质量轻、体积小、功率因数高、控制性能好、动态响应快易于实现焊接过程的实时控制、焊接性能好等独特的优点,可用于各种弧焊方法,是一种最有发展前途的普及型弧焊电源。

脉冲弧焊电源,焊接电流以低频调制脉冲方式馈送,一般是由普通的弧焊电源与脉冲发生电路组成,也有其他结构形式. 它具有效率高,输入线能量较小,可在较宽范围内控制线能量等优点。这种弧焊电源用于对热输入量比较敏感的高合金材料薄板和全位置焊接,具有独特的优点。

传统的弧焊电源,如占焊机总产量90%的手弧焊机生产中,是以技术落后的矩形动铁式和大量耗材的动圈式交流弧焊机为主。在我国直流弧焊电源中,在国家三令五申下,虽已逐步减少了电力拖动的旋转式直流弧焊发电机的生产,但未能完全禁绝。对整流式弧焊电源的推广,也是较为困难,由于老式的硅整流弧焊电源的性能难以与旋转式直流弧焊电源相匹敌,而国家重点推广的晶闸管整流电源ZX5 -250、ZX5 - 400初期性能并不稳定,使用户无所适从,这一局面直到90年代中期才得到改变。

数字化弧焊技术是一种新兴的技术,数字化弧焊电源是指焊机主要的控制电路由数字控制技术替代传统的模拟控制技术,且在控制电路中的控制信号也由模拟信号过渡到0 /1编码的数字信号。数字系统与模拟系统相比有着明显的优势,数字系统具有系统灵活性好、控制精度高、稳定性与产品一致性好、接口兼容性好以及系统功能升级方便等特点。1994年,国外Fronius公司的Lahnsteiner.Robert指出,现代GMAW焊接电源应满足多方面的不同需求,如:适合于短路过渡焊接、脉冲焊接、射流过渡焊接和高熔敷率焊接等焊接工艺,合理的焊接电源外特性可以通过原边工作于开关状态的逆变电源实现;大量的焊接规范参数的设计必须实现Synergic控制(一元化控制)以使焊接电源便于操作;为满足新的质量控制要求,焊接电源必须实时记录焊接规范参数、识别偏差量。基于上述思想,伴随着新型的功能强大的数字信息处理器DSP的出现, Fronius

公司推出了全数字化焊接电源,随后Panosonic等公司也推出了各自的数字化焊接电源产品,并相继进入中国市场。

数字化焊接电源实现了柔性化控制和多功能集成,具有控制精度高、系统稳定性好、产品一致性好、功能升级方便等优点。如Fronius 公司的Transp lus synergic 2700 /4000 /5000系列产品在一台焊机上实现了M IG/MAG、TIG和手工电弧焊等多种焊接方法,可存储近80个焊接程序,实时显示焊接规范参数,通过单旋钮给定焊接规范参数和电流波形参数,可以实现熔滴过渡和弧长变化的精确控制,同时,此类焊接电源还可以通过网络进行工艺管理和控制软件升级。

弧焊电源从诞生到目前已经历了一百多年的历史,它总是随着科技的进步而发展。其一,数字化弧焊电源。从硬件电路角度看,数字化电源借助DSP技术实现了P ID控制器和PWM信号发生电路的数字化。随着实现了模拟电路和数字电路有机结合的混模电路的出现,预计不久的将来分立式的模拟电路将逐步为高度集成的数字化混模电路所取代。而焊接电源和功率模块的设计制造也可根据需要以数字化的方式完成。焊接电源的能量控制由电流、电压、时间的协同方式来完成,具体表现为输出波形的数字化。其二,绿色弧焊电源。早在2000年就有人提出绿色焊机的概念,绿色焊接是在全球资源与能源日渐紧缺,人民的环保意识逐渐增强的情况下提出的。节能环保的绿色焊机必是未来焊机弧焊电源的研制发展方向。

弧焊电源的飞速发展，不仅表现在弧焊电源种类的大量增加，还表现在广泛应用电子技术、控制技术、电子计算机技术等方面的理论知识和最新成就，来不断提高弧焊电源的质量，改善其电气性能。例如，采用单旋钮调节，即用一个旋钮就可以对电弧电压、焊接电流和短路电流上升速度等同时进行调节并获得最佳配合；通过电子控制电路获得多种形状的外特性，以适应各种弧焊工艺的需要；提供多种电压、电流波形，以满足某些弧焊工艺的特殊需要；采用电压和温度补偿控制；设置电流递增和电流衰减环节，以防止引弧冲击和提高填满弧坑的质量；采用计算机控制，具有记忆、预置焊接参数和在焊接过程中自动变换焊接参数等功能，使弧焊电源智能化。

2 焊条电弧焊工艺方法分析

2.1焊条电弧焊的特点

焊条电弧焊与其他的熔焊方法相比，具有以下特点；

1.操作灵活

焊条电弧焊之所以成为应用最广泛的焊接方法，主要是因为他的灵活性。焊于焊条电弧焊设备简单，移动方便，电缆长，焊把轻，因而广泛应用与平焊、立焊、仰焊、横焊等各种空间位置和对接、搭接、角接、T形接头等各种接头形式的焊接。

2待焊接头装配要求低

由于焊接过程有焊工手工控制，可以适时调整电弧位置和运条姿势。修正焊接参数，以保证跟踪接缝和均匀熔透。因此，对接头的装配精度要求相对较低。

3.可焊金属材料广

焊条电弧焊广泛应用与低碳钢、低合金结构钢的焊接，选配相应的焊条，焊条电弧焊也常用于不锈钢、耐热钢、低温钢等合金结构钢的焊接，还可以用于铸铁，铜合金、镍合金等材料的焊接，以及耐磨损、耐腐蚀等特殊使用要求的构建进行表面层对焊。

4.焊接生产率低

焊条电弧焊与其他电弧焊相比，由于其使用方法的焊接电流小，每焊完一根焊条后必须更换焊条，以及因清渣而停止焊接等，故这种焊接方法的熔敷速度比较慢。焊接生产率低，劳动强度大。

5.焊接质量依赖性强

虽然焊接接头的力学性能可以通过母材力学性能相当的焊条来保证。但焊缝质量在很大程度上依赖于焊工的操作技能及现场发挥，甚至焊工的精神状态也会影响焊缝质量。

6焊条电弧焊的设备构成

焊条电弧焊的设备和使用工具包括：焊接电源、焊把、面罩和护目镜、焊条保温桶、焊缝接头尺寸见检测器、敲渣捶、钢丝刷、气动打渣工具及高速角向砂轮机。

2.2 焊条电弧焊的电源

焊接电源是焊条电弧焊的主要设备。电源外特性、动特性及焊接参数调节特性的优劣，直接影响电弧和焊接过程的稳定性，所以焊条电弧焊电源应满足下列要求：

2.2.1 对弧焊电源外特性形状的要求

焊条电弧焊电极尺寸较大，电流密度低。在电弧稳定燃烧条件下，其负载特性处于U 形曲线的水平段，故首先要求电源外特性曲线与电弧静特性曲线的水平段相交，即要求焊条电弧焊的电源应具有下降的外特性。再从焊接参数稳定性考虑，要求电源外特性形状陡降一些为好，因为对于相同的弧长变化，陡降外特性焊接过程中，弧长的变性电源所引起的电流变化比缓降外特性电源所引起的电流变化小得多。焊条电弧化是经常发生的。为了保证焊接参数稳定，从而获得均匀一致的焊缝，显然要求电源具有陡降的外特性。

外特性形状对电流稳定性的影响 焊条电弧焊电源理想的外特性

1-陡降外特性曲线 2-缓降外特性曲线

图 1

陡降外特性能克服由于弧长波动所引起的电流变化，但其短路电流过小，不利于引弧。最理想的焊条电弧焊电源的外特性是具有垂降带外

拖的外特性。在正常电弧电压范围内，弧长变化时焊接电流保持不变。当电弧电压低于拐点电压值时，外特性曲线向外倾斜，焊接电流变大，增大了熔滴过渡的推力。由于短路电流也相应增大，有利于引燃电弧。

2.2.2、对电源空载电压的要求

电源空载电压的确定应保证引弧容易和电弧功率稳定。电源的空载电压越高，引弧越容易，电弧燃烧的稳定性越好，电弧功率越稳定。但空载电压越高，安全性越低；电源所需的铁、铜材料越多，体积和重量越大，同时还会增加能量的损耗，降低弧焊电源效率。为保证人身和设备安全，提高经济性，就要求对空载电压必须加以限制。

因此，在设计弧焊电源确定空载电压时，应在满足弧焊工艺需要的前提下，尽可能采用较低的空载电压。对于通用的交流和直流焊条电弧焊电源的空载电压有如下规定：

焊条电弧焊交流弧焊电源U0=55~70V 、U0≥（1.8~2.25）Uf

焊条电弧焊直流弧焊电源U0=45~70V

2.2.3、对电源调节特性的要求

为了满足不同焊接工艺的要求，如不同的焊芯直径、焊接位置、工件厚度等，要求焊机有良好的调节特性。焊条电弧焊电源的调节是指调节焊接电流，实质上是改变电源的外特性。其调节特性有以下三种情况：

图2焊机外特性在调节时的变化

第一种是焊接电流小时，空载电压同时降低。如图a 所示这种调节特性不够理想，当用小电流时，U0低不易引弧和保证电弧的稳定燃烧。

第二种是空载电压U0不变，通过改变电源外特性陡降程度而实现焊接电流的改变。这种调节特性是比较好的，用小电流焊接时，仍能保证引弧容易，如图b 所示。

第三种是空载电压随焊接电流的减小而增大，随电流的增大而减小。如图c所示，这种调节特性是理想的，因为在小电流焊接时，由于U0高，引弧容易、电弧稳定。而在使用大电流时，虽然U0低但焊接电流和短路电流大，引弧性能和稳弧性能仍然较好。

2.2.4、对弧焊电源动特性的要求

焊接电弧对弧焊电源而言是一个动负载。形成动负载的主要原因是熔滴过渡时弧长发生频繁的变化。尤其短路过渡时这种变化尤为突出，使电弧的燃烧过程经常处于不稳定状态。这就要求弧焊电源具有良好的动态特性，从而适应焊接电流和电弧电压的瞬态变化。

所谓弧焊电源的动特性，是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压与电源的响应过程，可以用弧焊电源的输出电流Ih和电压Uh对时间的关系，即Uh=f（t），Ih=f（t）来表示，它反应弧焊电源对负载瞬变的适应能力。只有当弧焊电源的动特性合适时，才能获得预期有规律的熔滴过渡，电弧稳定，飞溅小和良好的焊缝形成，得到满意的焊缝质量。

熔化极电弧焊对动特性的要求是随熔滴过渡形式不同而异的，尤其对采用短路过渡的熔化极电弧焊来说，是特别重要的。对于直流弧焊电源，由于磁场与电枢均有相当大的电感或电磁惯性，因此对动特性予以注意。对于普通的熔化极电弧焊，金属熔滴过渡的形式有三种；喷射过渡、粗滴过渡和短路过渡。

对于喷射、粗滴过渡，对弧焊电源的动特性没什么要求;而短路过渡则不然。短路过渡是焊接电流密度很小，电弧电压较低，弧长较短，电极端部的熔化金属在尚未形成大体积的熔滴时就与熔池短路接触，即直接向熔池过渡。

3.ZX5-400晶闸管整流弧焊机原理分析

Zx5-400焊机主要有带平衡电抗器的双反星形可控整流主电路，触发电路，外特性控制电路，以及推力引弧电路共组成。如图3所示：

图3晶闸管式弧焊整流器原理图

3.1主电路原理分析

3.1.1主电路的在组成及作用

电弧电流所流过的电路称为主电路。主电路由主变压器、晶闸管整流器和输出电抗器组成。

3.1.2主电路的工作原理

此电路采用的是二套触发电路，也就是说只用一套可触发电路可触发一组三相半波可控整流电路中的三只晶闸管。其触发电路见图4-a，由晶闸管VD1、VD3、VD5和电阻R组成。其作用是将由触发电路送来间隔120的触发脉冲，由VT轮流分配给VT1、3、5三只晶闸管的控制级使其导通。例如，在wt1

的控制级，VT 即导通。此时又图4-b 可知ua 最负，即VT1阴极电位最负，VT 阴极即可经R 、VD1、VT1的控制极通向VT1的阴极，并将使VD1导通，所以Q 点电位近似等于ua(忽略电阻R 两端压降，二极管VD1正向压降)，以致VD3、VD5均承受反向电压而截止。此时，VT 只令VT1触发导通，而VT3、VT5未获得触发脉冲而不能导通。VT1一旦导通，其正向管压降约

R

h a)

Q 触发脉冲（由触发电路来）

图4一套触发电路触发一组三相半波晶闸管整流电路时的脉冲的分配 a）脉冲分配电路图 b）相电压波形c）触发脉冲波形

为1V，欲使晶闸管VT的导通回路（包括电阻R，二极管VD1及VT1控制

极）继续导通，所需的正向电压远比1V高，因此这1V电压不能维持晶

闸管VT继续导通而自行关断，为触发另一只晶闸管做好准备。依次类推，

只要一套每个120发出一个脉冲的触发电路，通过脉冲分配电路既能依

次触发晶闸管VT1、2、3.

3.1.3触发电路

a

b

图 5 单结晶体管触发电路

单结晶体管触发电路如图5所示。

脉冲移相电路，简图5右面部分所示。它分成左右对称的两套。由

电容C4与单结晶体管VU1、电容C5与单结晶体管VU2组成驰张振荡器。

当有负的控制电压UK输入是，三极管V3、V4导通，C4、C5充电，驰张

振荡器产生振荡。C4、C5不断充电，脉冲变压器TI4、TI3有脉冲分别输

出供给两套脉冲分配电路中的晶闸管（见图3中的VT）。UK越负，则C4、

C5充电速度越快，产生第一个触发脉冲的时刻越早即控制角α越小，反

之|UK|越小，C4、C5充电速度减慢，产生第一个触发脉冲的时刻推迟，

控制角α增大。所以，改变控制电压UK值，即可达到脉冲移相的目的。图中电位器RP4和RP5用于弥补V3和V4参数的差异，使两套电路输出的脉冲对称。

同步电路，ZX5系列晶闸管弧焊整流器触发电路中是采用15V直流电源作为触发电路的电源。依靠在C4、C5两端各并联三级管V1、V2来解决触发脉冲与晶闸管电压之间同步问题的。在各自的同步点上，由同步信号使V1、V2瞬时饱和导通，则C4、C5放电过程瞬时完成，起清零作用，以便在同步点后按控制电压Uk确定的充电速度开始充电。如此产生的第一个“有效”（因为晶闸管一旦触发导通，控制级便失去控制作用，真正起作用的是第一个触发脉冲，接着再产生的脉冲是无用的，故称为“有效”）触发脉冲的相位完全由Uk控制。产生同步信号的同步电路是由三相控制变压器TC2、稳压管组成稳压电路、电容C1～3与电阻R58组成的微分电路及三极管V1、V2等组成的。

如上所述，在两套触发电路中，要求每套触发脉冲每隔120产生一次“有效”的触发脉冲，既要求V1、V2各相隔120产生一次短暂的饱和导通。又由于在主电路中并联两组三相半波可控整流电路的极性相反，所以要求V1和V2轮流产生短暂饱和导通的间隔为60.这些要求都是通过同步电路实现的。

同步电路产生同步信号过程如下：

三相控制变压器TC2二次三相电压互差120°与主电路正极性组的电源电压同相，如图6a所示。各相接有正、反向稳压管，在点10、11、12对点13之间所得到的正、反向矩形波以及各矩形波经C1、C2、C3和R58构成的微分电路得到的尖脉冲电压均如图6b、c、d所示。由图可见，各相正脉冲a、b、c、之间和负脉冲a′、b′、c′之间都是互差120.图6-e是R58上的脉冲波形，正、负脉冲相间，每个正脉冲和后面的负脉冲之间都是相差60.将正脉冲经VD1和VD4接至V1的发射结，而将负脉冲经VD3和VD4接至V2的发射结，以使V1、V2产生短暂的饱和导通，正好满足上述同步关系的要求。

这种单结晶体管触发电路的特点，是结构简单，输出脉冲前沿较陡；但触发功率小，脉冲较窄，加之单结晶体管参数分散性大，电路调试比较困难，因而仅适用于小功率晶闸管系统。

u?

u10~13

u11~13

u12~13

u R58

u

c4

u c5

图6同步电路波形图

a）相压波形图b）、c）、d）各相脉冲波形e）R58上脉冲波形

f）、g）C4、C5上充放电波形

3.1.4外特性控制电路

145

图7控制电路简化图

控制电路简化图如图7所示。它主要包括运算放大器，其作用是控制外特性和进行电网电压补偿

电路根据输入电压的给定电压和电流反馈信号，产生控制电压送往触发电路，以便得到所要求的下降外特性。首先，将由主电路中的分流器RS采样得到正的电流负反馈信号，送入反相放大器N1进行放大后输出负信号-nIh。再将-nIh输入反相比例加法器N2，与电位器RP10上取出的给定电压Ugi信号进行代数相加并放大。最后从145端点输出Uk,即

Uk=-K（Ugi-nIh）

Uk由点145和接地点接到触发电路的V3和V4的输入端。当Ugi一定，随着焊接电流Ih增加，Uk的绝对值减小，使V3、V4，集电极电流减小，即C4、C5充电逐渐减慢，晶闸管VT7、VT8导通角减小（控制角α增加），从而使主电路输出的整流电压减小，得到陡降外特性。

只用电流负反馈时，由式Ih≈Ugi/n可知，通过电位器RP10改变Ugi

可进行电流调节。通过电位器RP3可调节分流比n，改变外特性陡降度，也可调节电流Ih.有时可适当调节Ugi和n，使某一焊接电流可从不同陡度的外特性上获得，以适应不同位置焊接的要求。ZX5-400型弧焊整流器的外特性曲线如图8所示。另外与电位器RP10相并联的RP11是装在远控盒上，以实现远控之用。

图8 Z X5-400型弧焊整流器的外特性曲线

这里值得注意的是，在触发电路的点145和接地点之间有稳压管VS9（原理图），使电流负反馈截止。其原理是：由式Uk=-K（Ugi-nIh）可知，Ih减小，则|Uk|增大。当Ih为零或小于某一限度时，|Uk|将大于VS9的稳压值，则这时加在点145和接地点之间的电压就是VS9的稳压值，与nIh无关，即相当于电流负反馈被截止。只有当电流Ih超过这一限度，使|Uk|小于VS9的稳压值，则点145和接地点间电压才与nIh有关，而有电流负反馈作用。

3.1.5电网电压波动补偿电路

由图左下角可见，给定电压Ugi有俩电源：稳压电源和一般整流电源，他们串联在R1、RP7和R12上。Ugi是从RP7动点和接地点之间取得的。当电网电压上升时，整流器负端的电位随之更负，而稳压电源输出的电压不变，于是RP7动点的电位下降，这使Ugi和Uk的绝对值及晶闸管的导通角减小，从而抵消电网电压升高的影响。当电网电压下降时，RP7动点的电位升高，使Ugi和Uk的绝对值及晶闸管的导通角增大，抵消电网电压下降的影响。调节RP7可改变对电网电压补偿的强弱。

3.1.6推力电路

推力电路是当焊机输出端电压U高于15V时，二极管VD18因反向电压而截止。由点121输往N4的电压是15V电源在RP6、R50、R49上的分压，该电压接近于0，U对N4输出的Uk无影响。U低于15V时，VD18导通，使121点电位随U降低而具有电压负反馈作用。因而，使可控整流电源的外特性在低电压段下降变缓，出现外拖，短路电流增大，使焊件溶深增加并避免焊条呗粘住。调节RP6，可以变外特性在低压外拖的下降斜率，以满足不同工件施焊时对电弧穿透力的要求。推力电流是当使用偏低规范焊接，如焊缝根部焊到全位置焊接时，可适当调节推力电流，增加短路电流值，使焊条不易粘住，一般正常焊接时，焊条不易粘住，可不加推力电流，另外特别需要注意，焊接时如需要加入推力电流亦要适当，过大的推力电流会使飞溅明显增加。

3.1.7引弧电路

引弧电路是从焊机输出端引入电压加到控制线路的48端此电压经降压后由电位器RP14取出信号电压，经稳压管V10及电阻输入到三极管V9的基极。焊接前，已启动了焊机并作了焊前调整，焊机有60V左右的空载电压输出。该电压很高，使稳压管V10击穿导通，三极管V9导通，电容C24、C25被短接。引弧时，焊条碰地，48点电位变为0，随机使V10关断，V9截止，+15V电源电流经电阻R57向C24、C25充电，于是从电位器RP7的动点输出正的电压，使给定电压Ug升高，N4输出电压的Uk 的绝对值增大，主晶闸管导通角增大，得到较大的引弧电流。电弧引燃后，焊条不再对地短路，有一定的工作电压，使V10、V9再次导通，C24、C25放完电被短接，RP7输出的附加电压消失。调节RP7，即可调节引弧电流的大小。

引弧电流是在引弧时叠加一个电流，使起弧时电流较大，因而起弧较容易，调节此引弧电流值，亦即调节起弧附加热量，有利于焊缝接头的溶透。

3.2推力电路引弧电路功能的检验

3.2.1推力电路功能的检验

调节电位器W4使C4、C5上有两次充放电波形，然后将调试箱上推力电

流调节电位器逐渐调大（调试前已预置开关K4在短路位置），应观察到C4、C5上充放电次数逐渐增加，则表示推力电路工作正常。检查完毕将电位器W6调至零位。

3.2.2引弧电路功能的检验

将弧压选择开关K4置于短路位置，将K5合上，接入外接电压（模拟焊机端电压），W4、W7均置于零位。调节外接直流电压到46V，K4置于空载位置，调节RP14使V9处于非饱和导通状态（即尚有2-13V管压降）。然后调节外接直流电压值，如外接电压在48V以上时T9即饱和和导通，44V以下即截止，则表示RP14已整定好。调节W4使C4、C5上出现一次相角推前，然后在退回的过程，则表示引弧电路工作正常。

结论

Z X5系列晶闸管是弧焊整流器有Z X5-250、Z X5-400、Z X5-600等型号，广泛应用于直流焊条电弧焊及碳弧气刨，特别适用于低氢型焊条焊接重要的低碳钢、中碳钢、以及普通低合金钢构件。前述俩种整流器可作用于直流钨极氩弧焊电源。他们的电路原理基本相同，采用直流负反馈获得陡降的外特性，动特性好，电弧稳定，飞溅小，焊缝成形美观，有利于进行全位置焊接。电路中有电网电压自动补偿和过流保护环节，还有远控盒，可远距离调节焊接电流。另外，还具有引弧电流和推力电流装置，易于起弧且不沾焊条。

致谢

首先感谢本人的导师刘新林老师，他对我的仔细审阅了本文的全部内容并对我的毕业设计内容提出了许多建设性建议。刘新林老师渊博的知识，诚恳的为人，使我受益匪浅，在毕业设计的过程中，特别是遇到困难时，他给了我鼓励和帮助，在这里我向他表示真诚的感谢！

感谢母校——河南机电高等专科学校的辛勤培育之恩！感谢材料工程系给我提供的良好学习及实践环境，使我学到了许多新的知识，掌握了一定的操作技能。

感谢和我在一起进行课题研究的同窗杨鹏飞、谭毅雄同学，和他在一起讨论、研究使我受益非浅。

最后，我非常庆幸在三年的的学习、生活中认识了很多可敬的老师和可亲的同学，并感激师友的教诲和帮助！

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Formechanical. Comput er-Aeded Design.1990(10)

弧焊电源复习题(本科)

弧焊电源复习题（本科）（2006年10月） 名词解释 1．名词解释：（20分） 1、撞击电离 2、热电离 3、电子发射 4、焊接电弧的动特性 5、弧焊电源的外特性 2．名词解释：（20分） 1、气体原子的电离 2、热发射 3、重离子撞击发射 4、光电离 5、焊接电源的额定负载持续率 3．名词解释：（20分） 1、气体原子的激发 2、光电发射 3、强电场作用下的自发射 4、焊接电弧的静特性 5、弧焊电源的负载特性 第一章焊接电弧的电特性 4．画图说明焊接电弧的压降分布？ 5．焊接电弧的静特性曲线呈什么形状（分为哪几段）？是怎么形成的？ 6．说明焊接电弧的静特性曲线的各区段分别对应哪些焊接工艺方法？ 7．交流电弧连续燃烧的条件是什么？如何提高交流电弧的稳定性？ 8．影响交流电弧稳定燃烧的因数有哪些？ 第二章焊接电源的电特性 9．对电源－电弧系统的稳定性的静态和动态（受到干扰消失后自动回到平衡点）条件进行描述及分析。 10．电源外特性大致可分为哪几种？分别适用于哪些弧焊工艺方法？ 11．分别分析手工电弧焊、粗丝埋弧焊、细丝CO2气体保护焊对弧焊电源外特性的要求？ 12．试分析等速送丝控制系统熔化极电弧焊对电源外特性的要求？ 13．在细焊丝CO2焊接短路过渡并采用平特性电源的情况下，电源动特性及其优劣的含义是什么？ 第三章弧焊变压器 14．写出弧焊变压器的详细的电压平衡方程式（既其外特性方程式）及其简化式，并据此画出弧焊变压器的简化矢量图以及外特性曲线。 15．用矢量图分析同体式弧焊变压器次级绕组与电抗绕组进行顺连或反连时，中间磁轭磁通量大小的不同，并说明采用那种连接方法合理。 16．画出动铁心式弧焊变压器在负载时的磁通分布图，并写出总漏抗的表达式？17．动绕组式弧焊变压器的结构有哪些特点？焊接电流如何调节？ 第五章磁放大器式硅弧焊整流器 18．画图分析磁放大器式弧焊整流器采用双铁心结构的原因。 19．根据磁放大器式弧焊整流器换相时出现电压面积缺失的现象推导该类电源的外特性曲线方程式。 20．写出磁放大器式弧焊整流器外特性曲线方程式，并据此在磁化曲线平面上分析无反馈磁放大器得到下降外特性曲线的机理。 21．写出磁放大器式弧焊整流器外特性曲线方程式，并据此在磁化曲线平面上分析全部内反馈磁放大器得到平外特性曲线的机理。 第六章晶闸管弧焊整流器 22．晶闸管弧焊整流器的主要特点有哪些？

单相全控桥式晶闸管整流电路的设计

电力电子技术课程设计报告题目：单相全控桥式晶闸管整流电路的设计

目录 第1章绪论 (3) 1.1 电力电子技术的发展 (3) 1.2 电力电子技术的应用 (3) 1.3 电力电子技术课程中的整流电路 (4) 第2章系统方案及主电路设计 (5) 2.1 方案的选择 (5) 2.2 系统流程框图 (6) 2.3 主电路的设计 (7) 2.4 整流电路参数计算 (9) 2.5 晶闸管元件的选择 (10) 第3章驱动电路设计 (12) 3.1 触发电路简介 (12) 3.2 触发电路设计要求 (12) 3.3 集成触发电路TCA785 (13) 3.3.1 TCA785芯片介绍 (13) 3.3.2 TCA785锯齿波移相触发电路 (17) 第4章保护电路设计 (18) 4.1 过电压保护 (18) 4.2 过电流保护 (19) 4.3 电流上升率di/dt的抑制 (19) 4.4 电压上升率du/dt的抑制 (20) 第5章系统仿真 (21) 5.1 MATLAB主电路仿真 (21) 5.1.1 系统建模与参数设置 (21) 5.1.2 系统仿真结果及分析 (22) 5.2 proteus 触发电路仿真 (26) 设计体会 (28) 参考文献 (29) 附录A 实物图 (30) 附录B 元器件清单 (31)

第1章绪论 1.1 电力电子技术的发展 晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明时期。晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组。并且，其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制式，简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为表的复合型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优点。与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管（IGCT）复合了MOSFET和GTO。 1.2 电力电子技术的应用 电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，在电气自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理。 在电力电子技术中，可控整流电路是非常重要的内容，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、

晶闸管整流电源技术方案

1.概述 1.1基本要求和技术指标 63MW晶闸管整流电源是大功率电弧加热设备的主要组成部分，主要为专用大功率电弧加热设备提供电源。该电源由主回路、控制系统构成。 主回路由交流进线部分、晶闸管整流器、直流回路等部分构成。 控制系统由模型计算机、整流器控制器、信号检测装置、触发隔离电路、保护电路等部分构成。 整流电源的主要数据为 额定输入电压：10 kV 额定输出电流：3 kA 输出功率：63MW 分组数量： 4 单组最大功率：16MV A 单组额定输出：3000A，5500V 主要技术指标 恒流特性输出时要求 调压范围：0-空载电压连续可调 恒流偏差：1 电流调节响应时间：20ms～40ms(能人工设定) 调节时间：300mS-3000mS(能人工设定) 电流调节超调量：<20% 调节过程中动态偏差：<5% 回升时间：100mS 晶闸管整流电源其它功能要求 （1）供电特性 电源输出电压能够自动平滑调节; 电源的整体控制能满足加热设备不同工艺要求; 电流给定，起弧电压给定以及各反馈环节工作可靠，性能稳定，相同状态下电参数应准确重复;

（2）运行工况 63MW电源采取负极接地方式。可分为两套独立的电源同时或单独运行。并满足以下运行工况： （3）机组组合和运行方式 整流机组可以通过串、并联输出满负荷运行，供电参数如下指标： 也能满足电弧加热器的主要工作点

单组运行时构成12相或以上整流，全系统构成24相或更多相整流。 多机组串联运行时，应允许在试验过程中一组或多组退出运行，允许若干组机组交流侧不供电投运，该机组作为其它机组串联运行通道使用。允许在实验过程中，投入新的机组 多机组串并联运行时，电源调节方式应满足以下要求： a.加热设备启动时采取等α角控制; b.运行过程中（含启动过程），允许一组机组定α角运行（即恒压运行）其

电弧焊机能耗研究现状及其发展

摘要： 电焊机是金属焊接加工领域主要的耗能用电设备，已被列为国家12类高耗能产品之一。在对各类电弧焊机输入、输出参数进行大量测试的基础上，重点分析了国内目前常见的交流弧焊机、整流式 直流弧焊机、 逆变式直流弧焊机的效率、功率因数、能耗对比。针对电弧焊机在使用过程中状态转换频繁、长期空载运行等现状，指出了节能降耗在电弧焊机设计过程中应解决的问题。关键词： 电弧焊机；节能；降耗中图分类号：TG434 文献标识码： C 文章编号： 1001－2303(2010)06－0001－04第40卷第6期2010年6月 Vol．40No．6Jun．2010 Electric Welding Machine 司立峰1，潘 颖2，杨庆轩2 (1．中国质量认证中心，北京100070；2．成都三方电气有限公司，四川成都610052) The current situation and development of arc welding energy SI Li-feng 1，PAN Ying 2，YANG Qing-xuan 2 (1．China Qulity Certification Centre ，Beijing 100070，China ；2．Chengdu Sanfang Electrical Appliance Co．，Ltd．，Chengdu 610052，China) Abstract ：Electric welding machine ， as a major electricenergy-consuming equipment in the field of metal welding ，has been listed as one of the 12national high energy consuming products．This paper ，based on an extensive test of the input and output parameters of various arc welding machines ，mainly analyzes the efficiency ，power factor ，and electric energy consumption comparison of AC arc welder ，rectifier DC arc welding machine ，inverter DC arc welding machine ，all of which are currently very common in China．Furthermore ， for the problem of Arc welder changing its mode frequently and running long-term no-load ，this paper presents problems to be solved concerning energy-saving in the designing process of Arc welder Key words ：arc welding machine ；energy conservation ；saving energy 收稿日期：2009－11－18 作者简介：司立峰(1977—)，男，河北大名县人，硕士，工程师， 主要从事电器产品检测和认证工作。 0前言 作为世界上人口最多、经济增长最快的发展中国家，我国的能源形势面临着长期的挑战，目前已 经成为煤炭的第一消费大国，油、 电的第二消费大国[1－2]，并且随着我国的经济规模进一步扩大，对能源的需求还会持续增加，能源问题已成为制约我国 经济发展的重要因素。 受技术水平、制造水平、产品价格等因素的影响，我国能源利用效率远低于发达国家。为此，国家出台了“能源开发与节约并举，把节约放在首位”的能源战略方针；在党的十六届五 中全会上提出把节约资源作为基本国策；在“十一·五”规划《纲要》中确定的国家节能指标为：“十一·五”时期单位GDP 能耗降低20％左右。 电焊机是金属焊接加工领域主要的耗能用电设备，45％左右的钢材和大量的有色金属(如：Cu 、Al 、Ti)以及部分非金属(如：塑料)都是通过焊接加工成 为构件而付诸使用，素有 “钢铁缝纫机”之称，而电弧焊机在电焊机产品中应用最为广泛。据2008年中国电器工业协会电焊机分会对全国41家主要电 焊机、 切割机制造厂的调查统计，电弧焊机的产量约196．7万台，占我国全年电焊机行业电弧焊机总产量的97．1％[3]。在过去的几年中，电焊机的耗电量占全国发电总量的比例较高，已被列为国家12类 电弧焊机能耗研究现状及其发展 专题综述

晶闸管可控整流技术直流电机调速系统

目录 1.引言 (3) 2.原始资料和数据 (3) 3.电路组成和分析 (4) 3.1工作原理 (4) 3.2对触发脉冲的要求 (5) 3.3晶闸管的选型 (6) 3.4参数计算 (7) 3.5二次相电压U2 (7) 3.6一次与二次额定电流及容量计算 (8) 4.触发电路的设计 (9) 5保护电路的设计 (10) 5.1电力电子器件的保护 (10) 5.2过电压的产生及过电压保护 (11) 5.3过电流保护 (11) 6.缓冲电路的设计 (12) 7.总结 (14) 参考文献 (15) 晶闸管可控整流技术直流电机调速系统设计 摘要:可控整流电路技术在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。由晶闸管等组成的可控整流主电路，其输出端的负载，可以是电阻性负载、大电感性负载以及反电动势负载。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发 电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交 流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。 该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。此外，还有双窄脉冲形成环节。同时考虑了保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型，也对直流电动机进行了简单的介绍。 关键词:可控整流晶闸管触发电路缓冲电路保护电路 1.引言 当今,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展,而自动调速控制系统的应用在现代化生产中起着尤为重要的作用,直流调速系统是自动控制系统的主要形式。 由可控硅整流装置供给可调电压的直流调速系统(简称KZ—D系统)和旋转变流机组及其它静止变流装置相比，不仅在经济性和可靠性上有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。 可控硅虽然有许多优点，但是它承受过电压和过电流的能力较差，很短时间的过电压和过电流就会把器件损坏。为了使器件能够可靠地长期运行，必须针对过电压和过电流发生的原因采用恰当的保护措施。为此，在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧过电压保护；在直流负载侧并联电阻和电容构成直流侧过电压保护；在可控硅两端并联电阻和电容构成可控硅关断过电压保护；并把快速熔断器直接与可控硅串联，对可控硅起过流保护作用。 随着电力电子器件的大力发展，该方面的用途越来越广泛。由于电力电子装置的电能变换效率高，完成相同的工作任务可以比传统方法节约电能10%～40%，因此它是一项节能技术，整流技术就是其中很重要的一个环节 2.原始数据： 1、输入交流电源：

(完整版)晶闸管可控整流技术直流电机调速系统设计

目录 1 绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介 (1) 1.3 课题设计要求 (1) 1.4 课题主要内容 (2) 2 主电路设计 (3) 2.1 总体设计思路 (3) 2.2 系统结构框图 (3) 2.3 系统工作原理 (4) 2.4 对触发脉冲的要求 (5) 3 主电路元件选择 (6) 3.1 晶闸管的选型 (6) 4 整流变压器额定参数计算 (8) 4.1 二次相电压U2 (9) 4.2 一次与二次额定电流及容量计算 (13) 5 触发电路的设计 (15) 6 保护电路的设计 (18) 6.1 过电压的产生及过电压保护 (18) 6.2 过电流保护 (19) 7 缓冲电路的设计 (20) 8 总结 (23)

1 绪论 1.1 课题背景 当今,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展,而自动调速控制系统的应用在现代化生产中起着尤为重要的作用,直流调速系统是 自动控制系统的主要形式。 由可控硅整流装置供给可调电压的直流调速系统(简称KZ—D系统)和旋转变流机组及其它静止变流装置相比，不仅在经济性和可靠性上有很大 提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。 可控硅虽然有许多优点，但是它承受过电压和过电流的能力较差，很短时间的过电压和过电流就会把器件损坏。为了使器件能够可靠地长期运 行，必须针对过电压和过电流发生的原因采用恰当的保护措施。为此，在 变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧过电压保护；在直流负载侧并联 电阻和电容构成直流侧过电压保护；在可控硅两端并联电阻和电容构成可 控硅关断过电压保护；并把快速熔断器直接与可控硅串联，对可控硅起过 流保护作用。 随着电力电子器件的大力发展，该方面的用途越来越广泛。由于电力电子装置的电能变换效率高，完成相同的工作任务可以比传统方法节约电 能10%～40%，因此它是一项节能技术，整流技术就是其中很重要的一个环 节。 1.2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介 该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、 移相控制、脉冲形成和输出。此外，还有双窄脉冲形成环节。同时考虑了 保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型。 1.3 课题设计要求 1、输入交流电源： 2、三相140V f=50Hz 3、直流输出电压：50~150V 5、直流输出电流额定值50A 6、直流输出电流连续的最小值为5A

桥式整流电路的工作原理

桥式整流电路的工作原理 电子系统的正常运行离不开稳定的电源，除了在某些特定场合下采用太阳能电池或化学电池作电源外，多数电路的直流电是由电网的交流电转换来的。这种直流电源的组成以及各处的电压波形如图所示。直流电源的组成 图中各组成部分的功能如下838电子： ⑴电源变压器：将电网交流电压（220V或380V）变换成符合需要的交流电压，此交流电压经过整流后可获得电子设备所需的直流电压。因为大多数电子电路使用的电压都不高，这个变压器是降压变压器新艺图库。 ⑵整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50Hz交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。 ⑶滤波电路：利用储能元件电容器C两端的电压（或通过电感器L的电流）不能突变的性质，把电容C（或电感L）与整流电路的负载RL并联（或串联），就可以将整流电路输出中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电。在小功率整流电路中，经常使用的是电容滤波。 ⑷稳压电路：当电网电压或负载电流发生变化时，滤波电路输出的直流电压的幅值也将随之变化，因此，稳压电路的作用是使整流滤波后的直流电压基本上不随交流电网电压和负载的变化而变化。 利用二极管的单向导电性组成整流电路，可将交流电压变为单向脉动电压。本章为便于分析整流电路，把整流二极管当作理想元件，即认为它的正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。但在实际应用中，应考虑到二极管有内阻，整流后所得波形，其输出幅度会减少0.6~1V，当整流电路输入电压大时，这部分压降可以忽略。但输入电压小时，例如输入为3V，则输出只有2V 多，需要考虑二极管正向压降的影响。 在小功率直流电源中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和三相整流电路等。 整流（和滤波）电路中既有交流量，又有直流量。对这些量经常采用不同的表述方法：输入（交流）——用有效值或最大值；输出（直流）——用平均值；二极管正向电流——用平均值；二极管反向电压——用最大值。838电子 单相全波桥式整流器电路的工作原理 由图可看出，电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载R L上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载R L的电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。桥式整流的名称只是说明电路连接方法是桥式的接法，桥式整流二极管：大家常用的一般是由4只单个二极管封装在一起的元件，取名桥式整流二极管,整流桥或全桥二极管。

ZX5系列整流弧焊机说明书(修改)

ZX5系列晶闸管整流弧焊机使用说明 承蒙贵厂购买ZX5系列晶闸管整流弧焊机，在此谨表谢意。 请使用前必须详细阅读本使用说明书,阅读后请妥加保管,以使日后便于查阅. 1、用途 ZX5-630、1000、1250型整流弧焊机(以下简称焊机)是具陡降外特性的晶闸管式直流焊机。 焊机提供柔和、稳定的电弧，焊接性能优良，能获得高质量的焊缝，电子控制线路有效地补偿电网电压的波动，保证了焊接电弧的稳定性。焊机主要用作在焊药层下进行自动埋弧焊的焊接电源，亦可作为药性焊丝和炭弧气刨的电源。 2、焊机简解 2.1焊机由三相变压器、三相全可控晶闸管整流器、输出电抗器、电子控制 线路板、电流反馈传感器、通风机组、接触器和各类电源开关组成。 2.2焊机外形尺寸，见图1、图2、图3。

图 1 图 2 图 2 图1

图 3 图 3 2.3焊机结构，见图4、图5、图6 1.多芯插座 2.霍尔传感器 3.输出接线板 4.控制面板 5.输入接线板 6.风冷机组 7.主变压器 8.输出电抗器 9.主控制板 10.晶闸管

图 4 1.多芯插座 2.霍尔传感器 3.输出接线板 4.控制面板 5.输入接线板 6.风冷机组 7.主变压器8.输出电抗器9.主控制板10.晶闸管 图 5 1.多芯插座 2.霍尔传感器 3.输出接线板 4.控制面板 5.输入接线板 6.风冷机组 7.主变压器8.输出电抗器9.主控制板10.晶闸管 图 6

2.4负载特性率，见图7。 焊机的负载持续率是10分钟周期的百分比,某一给定的焊接电流在相应的负载持续率下工作不会引起焊机的过热或焚坏,焊机的额定负载持续率是60%。这意味着焊机的在10分钟周期内，以额定负载运行6分钟，空载运行4分钟，以便焊机得到适当的冷却。如果焊接电流减小，负载持续率可增加，反之，如果焊接电流增加，负载持续率应减小，图3负载持续率曲线图能使操作者决定在不同负载持续率情况下的焊机输出电流值。 负载持续率（％）图7 2.5焊机静外特性曲线，见图8。 图8.a ZX 5-630 200 300 400 500 630 800 1000 1250 1600 焊接电流（A ）

三相桥式晶闸管整流装置matlab仿真

《计算机仿真技术》课程大作业 自动化112 雷禧生 1102100409 3、假设调速系统中采用三相桥式晶闸管整流装置，直流电动机：220V ， 14A ，1500r/min ，C e =0.12V/（r/min ），允许过载倍数λ=1.5；晶闸管装置：K s =80；电枢回路总电阻：R=6.5Ω；时间常数：T 1=0.02s ，T m =0.25s ，反馈系数：α=0.004V/(r/min)，β=0.4V/A ；反馈滤波时间常数：T oi =0.005s ，T on =0.005s ，对系统进行仿真。 4、要求参照例14.4.1 完成仿真实验，记录仿真结果，并计算转速超调量。 1、基本原理 （1）电动机数学模型 他励直流电动机的回路电压和转矩平衡的微分方程为： E dt dI L RI U d d d ++=0 dt dn GD T T L e ? =-3752 2）晶闸管整流装置的数学模型 晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后的放大环节，考虑到失控时间很小，忽略其高次项，则其传递函数可近似成一阶惯性环节。

()()1 0+≈ s T K s U s U s ct d （3）双闭环调速系统的数学模型 2、控制器设计 双闭环调速系统的电流调节器和转速调节器即ASR 和ACR ，均采用PI 调节器。 其中取1i T τ=，1 ,2I s oi i i K T T T T ==+∑ ∑ ，I i i s K R K K τβ= 电流调节器： ()1 i ACR i i s W s K s ττ+=转速调节器： ()1 n ASR n n s W s K s ττ+=其中取5n n T τ=?∑，2on n i T T T =+∑∑，()12e m n n h C T K haRT β+=∑

各类整流电路图及工作原理

桥式整流电路图及工作原理介绍 桥式整流电路如图1所示，图（a）、（b）、（c）是桥式整流电路的三种不同画法。由电源变压器、四只整流二极管D1~4 和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。 图1 桥式整流电路图 桥式整流电路的工作原理 如图2所示。

在u2的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由TR次级上端经D1→ RL →D3回到TR 次级下端，在负载RL上得到一半波整流电压。 在u2的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，电流由Tr次级的下端经D2→ RL →D4 回到Tr次级上端，在负载RL 上得到另一半波整流电压。 这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即 UL = 0.9U2 IL = 0.9U2／RL 流过每个二极管的平均电流为 ID = IL／2 = 0.45 U2／RL 每个二极管所承受的最高反向电压为 什么叫硅桥,什么叫桥堆 目前，小功率桥式整流电路的四只整流二极管，被接成桥路后封装成一个整流器件，称"硅桥"或"桥堆"，使用方便，整流电路也常简化为图Z图1（c）的形式。桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，但多用了两只二极管。在半导体器件发展快，成本较低的今天，此缺点并不突出，因而桥式整流电路在实际中应用较为广泛。 二极管整流电路原理与分析 半波整流 二极管半波整流电路实际上利用了二极管的单向导电特性。

当输入电压处于交流电压的正半周时，二极管导通，输出电压v o=v i-v d。当输入电压处于交 流电压的负半周时，二极管截止，输出电压v o=0。半波整流电路输入和输出电压的波形如图所 示。 二极管半波整流电路 对于使用直流电源的电动机等功率型的电气设备，半波整流输出的脉动电压就足够了。但对于电子电路，这种电压则不能直接作为半导体器件的电源，还必须经过平滑（滤波）处理。平滑处理电路实际上就是在半波整流的输出端接一个电容，在交流电压正半周时，交流电源在通过二极管向负载提供电源的同时对电容充电，在交流电压负半周时，电容通过负载电阻放电。 电容输出的二极管半波整流电路仿真演示 通过上述分析可以得到半波整流电路的基本特点如下： （1）半波整流输出的是一个直流脉动电压。 （2）半波整流电路的交流利用率为50%。 （3）电容输出半波整流电路中，二极管承担最大反向电压为2倍交流峰值电压（电容输出 时电压叠加）。 （3）实际电路中，半波整流电路二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。

单相半控桥式晶闸管整流电路的设计

单相半控桥式晶闸管整流 电路的设计 Prepared on 22 November 2020

课程设计题目单相半控桥式晶闸管整流电路的设计 （带续流二极管）（阻感负载）学院自动化 专业自动化 班级100...班 姓名 指导教师许湘莲 2012年12月29日

一课程设计的性质和目的 性质：是电气信息专业的必修实践性环节。 目的： 1、培养学生综合运用知识解决问题的能力与实际动手能力； 2、加深理解《电力电子技术》课程的基本理论； 3、初步掌握电力电子电路的设计方法。 二课程设计的内容: 单相半控桥式晶闸管整流电路的设计（带续流二极管）（阻感负载）？ 设计条件： 1、电源电压：交流100V/50Hz 2、输出功率：500W 3、移相范围0o~180o 三课程设计基本要求 1、两人一个题目，按学号组合； 2、根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路、控制电路； 3、用MATLAB/Simulink对设计的电路进行仿真； 4、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理、选择元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形，绘出触发信号（驱动信号）波形，说明仿真过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料； 5、通过答辩。

摘要 电力电子技术课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。本次课程设计要完成单相桥式半控整流电路的设计，对电阻负载供电，并使输出电压在0到180伏之间连续可调，由于是半控电路，因此会用到晶闸管与电力二极管。此外，还要用MATLAB对设计的电路进行建模并仿真，得到电压与电流波形，对结果进行分析。 关键词：半控整流晶闸管

晶闸管整流直流电动机调速系统

晶闸管整流直流电动机调速系统设计 概述：许多机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用最广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。 本此设计主要：就是针对直流调速装置，利用晶闸管相控整流技术，结合集成触发器芯片和调节器，组成晶闸管相控整流直流电动机调速系统，主要应用的芯片是TCA785集成移相触发控制芯片，实现调速系统。同时设计出完整的电气原理图，将分别介绍各个模块的构成原理和使用方法。 关键词：双闭环直流调速晶闸管相控 1 设计意义及要求 1.1 设计意义 电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电半导器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制装置。 通过此次课程设计要求学会电力电子装置的设计，能够利用相控整流装置对直流电动机进行调速系统的设计。

1.2 设计要求 本次课程设计的题目是晶闸管相控整流直流电动机调速系统设计。 已知直流电动机参数：N P =3KW ，N U =220V ，N I =17.5A ，N n =1500min r 。要求采用集成触发器及调节器构成转速电流闭环的直流调速系统。设计绘制该系统的原理图，并计算晶闸管的额定电压和额定电流。 2 系统电路设计 根据设计的要求，可将设计分为两大部分，一是主电路及系统原理图，二是控制电路，系统原理图部分我们采用的是三相全控整流装置，在这里我们使用三个TCA785芯片以便满足设计的要求，同时要加入转速电流双闭环系统，更好的实现调速的要求，达到稳定的速度效果。电路原理总图见附录。 2.1 系统主电路 晶闸管相控整流电路有单相、三相、全控、半控等，调速系统一般采用三相桥式全控整流电路，如图1所示。在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧瞬态过电压及滤波，晶闸管并联电阻和电容构成关断缓冲；快速熔断器直接与晶闸管串联，对晶闸管起过流保护作用。

整流器工作原理

整流器工作原理 桥式整流器原理电路 桥式整流电路（如图5-5所示）是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定 程度上克服了它的缺点。 图5-5（a）为桥式整流电路图（b）为其简化画法 式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。以上两种工作状态分别如图5-6（a）和（b）所示。

图5-6 桥式整流电路的工作原理示意图 如此重复下去，结果在Rfz，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。 桥式整流电路的整流效率和直流输出与全波整流电路相同，变压器的利用率最高。现在常用的全桥整流，不用单独的四只二极管而用一只全桥，其中包括四只二极管，但是要标清符号，有交流符号的两端接变压器输出，+、-两端接入整流电路。 需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。表5-1所列参数可供选择二极管时参考。 另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。

整流器工作原理

创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王* 整流器工作原理 桥式整流器原理电路 桥式整流电路（如图5-5所示）是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。 图5-5（a）为桥式整流电路图（b）为其简化画法 式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外

半波的整流电压。以上两种工作状态分别如图5-6（a）和（b）所示。 图5-6 桥式整流电路的工作原理示意图 如此重复下去，结果在Rfz，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。 桥式整流电路的整流效率和直流输出与全波整流电路相同，变压器的利用率最高。现在常用的全桥整流，不用单独的四只二极管而用一只全桥，其中包括四只二极管，但是要标清符号，有交流符号的两端接变压器输出，+、-两端接入整流电路。 需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。表5-1所列参数可供选择二极管时参考。 另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。

最新ZX7焊机原理与维修精编

ZX7系列逆变式直流弧焊机原理、功能及使用方法 5．1 逆变器及逆变式弧焊电源 将直流电转换成交流电的装置称为逆变器。 逆变式弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型的焊接电源。这种电源一般是将三相工频(50Hz)交流网路电压，先经输入整流器整流和滤波变成直流，再通过大功率开关电子元件(晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT)的交替开关作用，将整流后的直流逆变成几kHz～几十kHz的中频交流电压，并经变压器降至适合于焊接的几十伏电压，然后再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。其变换顺序可简单地表示为：工频交流(经整流滤波)一直流(经逆变)一中频交流(降压、整流、滤波)一直流。如果用符号表示，即为：AC—DC—AC—DC。 为什么要采用上述这种方式呢?这是因为如果直接用逆变降压后的交流电进行焊接，由于其频率高，则感抗大，导致焊接回路中有功功率大大降低。因此，还需再次进行整流。 图5-1为几种具有代表性电子类直流弧焊设备方框图。 表5-1为几种典型直流弧焊设备的性能比较。

5．2 逆变电源的特点 弧焊逆变器的基本特点是工作频率高，由此而带来很多优点。这是因为变压器，无论是一次绕组还是二次绕组，其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁心截面积S及绕组的匝数N 有如下关系： E=4.44fBSN 而绕组的端电压U近似等于E，即 U≈E=4.44fBSN 当U、B确定后，若提高f，则S减小，N减少，因此，变压器的质量和体积就可以大大减少。这样，就能使整机的质量和体积显著减小。不仅如此，还因为频率的提高及其他因素而带来了许多优点，与传统弧焊电源比较，其主要特点如下。 体积小、质量轻，节省材料，移动、携带方便。 高效节能，效率可达80％-90％，比传统焊机节电1／3以上。 动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。 焊接参数自动调节控制方便，很适合作为自动焊接电源。 可一机多用。 5．3 ZX7系列晶闸管逆变弧焊整流器工作原理 5．3．1 主电路原理 由电路原理图5—2、图5—3、图5—4、图5—5可见，三相交流电经自动保护开关QK1后至整流桥VC1整流为脉动直流(R001吸收浪涌电压，限制充电电流)，再经C004～C007仰滤波成为平滑的直流电压，经逆变振荡器(由C008～C011，TV007，TV008，Tc2，L3、L4组成)逆变为中频高压，由主变压器Tc2降压整流后通过滤波(VD009、VD010，L1，L2，C017～C020 变为适合于焊接的低压大电流。其中PCB1为过压保护板，PCB3为阻容保护板，PCB2为主控板，L3和L4起限制晶闸管导通时电流上升率即限制di／dt的作用。控制电路通过控制主电路逆变器中VT3、VT4的开通频率来控制逆变振荡频率，经二次侧整流输出可调的焊接电流。 5．3．2 外特性控制 借助电子电路和电弧电压、电流反馈信号的配合，并通过自动运算调节电路去控制大功率电子元件VT007、VT008的开通频率，使焊机的输出特性可进行任意的控制，以满足各种弧焊工艺方法的需要。ZX7系列焊机为恒流带外拖特性，并具有限制最大电流和最高空载电压的功能。动特性采用对给定信号与反馈电流信号的差值进行PI调节运算后，转换为调频脉冲，对输出电流的变化自动调节。 5．3．3 控制电路(主控板PCB2)工作原理

单相双半波晶闸管整流电路设计(纯电阻负载)

《电力电子技术》课程设计任务书 一、设计课题目 单相双半波晶闸管整流电路设计（纯电阻负载） 二、设计要求 1、单相双半波晶闸管整流电路的设计要求为： 负载为阻性负载. 2、技术要求: (1) 电网供电电压：交流100V/50Hz； (2) 输出功率：500W； (3) 移相范围：0°—180°； 在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。 在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力。要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。 课题设计的主要内容是供电方案的选定，主电路的设计，电路元件的选择，保护电路的选择，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图。 前述 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机

可控硅整流装置的工作原理及保护措施

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/b51036469.html, 可控硅整流装置的工作原理及保护措施 作者：贾通均王井泉 来源：《城市建设理论研究》2013年第09期 摘要：在整流装置过载或输出短路时，保护措施能起到安全保护功能，归结为限流保护 和过电流保护。这两种保护是否可靠，直接影响控硅整流装置的质量，代表着控硅整流装置的水平。本文主要介绍了相控可控硅整流装置的控制原理，及限流、过电流保护在相控可控硅整流充电装置的应用。关键词：可控硅整流装置开环控制闭环控制限流与过电流保护中图分类号： U264.3+71 文献标识码： A 文章编号：1 概述相控整流充电装置不论在电力系统还是在 现代工业的各行各业中已得到广泛应用。例如在电力系统中，即可作为系统控制、保护的工作电源，又可作为蓄电池的充电装置。可控硅整流装置要安全运行，必须有可靠的保护措施。在整流装置过载或输出短路时，保护措施能起到安全保护功能，归结为限流保护和过电流保护。这两种保护是否可靠，直接影响控硅整流装置的质量，代表着控硅整流装置的水平。 2 可控硅整流装置的控制原理可控硅是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件,一般由两晶闸管反向连接而成.它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。可控硅整流就是利用可控硅整流元件把交流电变换成大小可调的直流电。以单相全桥为例，可控硅整流装置的输出 电压Ud与可控硅控制角α之间的关系如下式： Ud=0.9Uz1cosα Ud：可控硅整流装置输出电压； Uz1：整流变压器二次侧线电压； α：可控硅控制角由上式可以看出，可控硅整流装置的输出电压与可控硅控制角α有关。α实际上由控制电压Uy决定.即当Uy增加时，α增大，则Ud减小；当Uy减小时，α减小，Ud增大。所以调节Uy的大小，可以控制整流装置的输出电压值。这就是整流装置的开环控制（手动控制）。; 整流装置的输出通过自动调节单元来控制Uy这一过程便构成了可控硅整流 装置的闭环控制（自动控制），调节单元为整个控制系统的核心，这个调节单元设计的如何，决定着整流装置能否正常工作。调节单元的构成及原理如图2所示。图中UVF、UIF为装置输出电压或电流反馈信号。当只有电压反馈UVF时，整流装置工作在恒压状态下；当只有电流反馈UIF时，装置工作中恒流状态下。R1、R3、R5、C、N构成了PI调节器。 PI调节器输出Uy与电压反馈UVF之间的关系为：