063#弧焊电源.docx

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063#弧焊电源

《弧焊电源》模拟试卷1

一、简答题：

1．电弧静特性“U”曲线是如何形成的？

答：

电弧的静特性是指一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系。

电弧沿其长度方向分为三个区域：

阳极区、弧柱区和阴极区，因此电弧电压Uf可表示为：

Uf=Ui+Uy+Uz

其中：

Ui为阴极压降；Uy为阳极压降；Uz为弧柱压降。

阳极压降Uy,因为在阳极区不发射带电粒子，因此阳极压降几乎与电流无关，Uy=f（Iy）为一水平线，见图。

阴极压降：

因为阴极压发射点子，阴极发射电子是从阴极的斑点区发射出来的。

当电流较小时，随着电流的增加，阴极斑点的面积增加Si，此时电流密度

基本上不变，这样阴极的电场强度就不变，Ui也就不变。

当阴极斑点面积和阴极端部面积相等时，电弧电流继续增加，Si不能再扩大，电流密度将随着电流的增加而增加，这样阴极区的电场强度增加，阴极电压也就增加，阴极压降与电流关系见图。

弧柱压降：

电弧可以看成一个近似均匀的导体，电压降表示为：

在弧柱长度一定的条件下，

1）当电流比较小时，

，随着电弧电流的增加，弧柱面积快速增加，电流密度jZ减小；另一方面，随着电流增加，弧柱温度增加，热电离产生的带电粒子数增加，从而使弧柱的导电率

增加，最终使弧柱压降降低。

2）当电流中等大小时，

，即随着电流增加，弧柱面积按比例增加，弧柱电流密度不变，而此时，电弧温度不再增加，电离度基本不变，弧柱的导电率也就基本保持不变，因而此时弧柱电压不随电流的变化而变化。

3）当电流很大时，电弧导电率不再变化，而此时由于电磁收缩力、保护气体产生的等离子流力的作用，弧柱面积不再扩张，即弧柱面积SZ不随电弧电流的变化而变化，弧柱电流密度增加，弧柱压降增加。

综上所述，电弧电压Uf随电流增加呈U形曲线变化。

2．哪些因素影响交流电弧的稳定燃烧？

采用何种措施稳弧？

答：

电弧连续燃烧条件方程式为：

，因此影响交流电弧稳定燃烧的因素有：

1）空载电压U0:

U0愈高，在同等大小的引弧电压下，熄弧时间愈短，电弧愈稳定；

2）引燃电压Uyh：

Uyh愈高，电弧愈不稳定，引弧困难；

3）电路参数：

增大电感L，减小电阻R可使电弧趋向稳定燃烧；

4）电弧电流：

电流愈大，产热愈多，而且电流变化率

愈大，热惯性作用明显，电弧愈稳定；

5）电源频率f:

f提高，熄弧时间缩短，热惯性增强，也可提高电弧的稳定性；

6）电极的热物理性能和尺寸：

它们影响电极所达到的温度，从而影响电弧的引燃电压。

提高交流电弧稳定性的措施包括：

1）提高弧焊电源频率；

2）提高电源的空载电压；

3）改善电弧电流波形；

4）叠加高压电。

3．手弧焊、TIG焊、MAG焊、埋弧焊、脉冲MIG焊各用什么形状的电源外特性？

为什么？

答：

对弧焊电源外特的要求包括：

1）为保证电源-电弧系统的稳定，电弧静特性对电源外特性的要求；2）根据不同焊接工艺方法的特点，为保证焊接工艺稳定而对电源外特性的要求；3）熔滴过渡和电弧引燃对电源外特性的要求。

4．动铁心式和动绕组式弧焊变压器如何调节焊接规范和扩大焊接电流调节范围？

答：

动铁心式和动绕组式弧焊变压器的结构特点。

对于动铁心式弧焊变压器，附加漏磁通如何获得和调节，他对空载电压、附加漏抗的影响，从而对焊接电流和短路电流的影响。

对于动绕组式弧焊变压器，它的漏磁通如何获得和调节，以及它对空载电压和焊接电流的影响；焊接电流均匀调节存在的问题以及解决措施。

5、三相桥式全控整流电路有哪两种触发方式？

说明采用这些触发方式的基本理由？

答：

三相桥式全控整流电路是由共阴极组和共阴极组两组三相半波晶闸管整流电路串联而成，要使电路导通，两组中必须各有一个晶闸管同时导通，为启动电路或在负载电流断续时保证电路可靠工作，晶闸管的触发脉冲必须采用双窄脉冲或单宽脉冲。

二、分析下图中同步电路和单结晶体管触发电路的工作原理。

1）触发电路

参考答案：

上图左侧是晶闸管触发脉冲产生电路。

VU1和VU2时单结晶体管，单结晶体管的工作原理是当晶闸管的发射结合第一基极之间的电压高于一峰值电压时，单结晶体管导通且发射结和基极之间的电压下降到一谷点电压。

因此触发电路的工作原理是当控制电压Uk为负时，晶体管V3、V4导通，与单结晶体官并联的电容C4、C5充电，当电容中的电压超过单结晶体管的峰值电压时，电容通过单结晶体管和脉冲变压器T3、T4放电，脉冲变压器中输出触发脉冲，见上图。

可变电阻RP4、RP5、RP6的作用是用于平衡左右两侧触发电路

二、同步电路

上面电路的左侧是同步电路，它用于电源的相电压过零时，同步电路产生同步脉冲，使晶体管V1、V2瞬时饱和导通，从而使与单结晶体管并联的电容放电到零，这样可保证触发电路产生的第一个有效脉冲于相电压保持确定的相位。

同步电路由三相变压器T2,电阻R1-3,稳压管VS1-6,电容C1-3，电阻R56,二极管VD1-4，晶体管V1、V2组成。

电路工作原理是三相相电压a,b,c经稳压管后削波，10、11、12三点相对于13点的电压变为矩形波，见下图。

电容C1-3与电阻R58组成微分电路，这样可得电阻R58上的电压波形如图。

由图可见，在正向和负向，各脉冲之间相位相差1200，正、负向之间相位相差600。

每个脉冲分别使晶体管V1、V2饱和导通，实现触发脉冲和电源相电压同步。

《弧焊电源》模拟试卷2

一．名词解释：

1、气体原子的电离：

中性气体粒子（分子或原子）吸收足够的外部能量，使得分子或原子中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。

2、光电离：

受到光辐射的作用而产生的电离过程。

3、热发射：

固态或者液态物质表面受热后其中的某些电子具有大于逸出功的动能而逸出到表面以外的空间中去。

4、重离子撞击发射：

能量大的重粒子撞击到阴极上，引起电子的逸出。

二．问答题：

1．对电源－电弧系统的稳定性的静态条件和动态条件（即受到干扰消失后自动回到平衡点）进行描述及分析。

Iwd

Uf

If

1）系统在无外界因素干扰时，能在给定的电弧电压和电流下，维持长时间的连续放电，保持静态平衡。

此时：

Uf＝Uy；Iy＝If

电源的外特性：

Uy=f（Iy）与电弧的静特性：

Uf=f（If）必须相交。

2）当系统一旦受到瞬时的外界干扰，破坏了原来的静态平衡，造成了焊接规范的变化，当干扰消失后，系统能够自动的达到新的稳定平衡，使焊接规范重新恢复。

在满足上式的条件下，系统所产生的电流偏差值能够逐渐消失，如上图所示。

符合Kw>0条件的工作点为稳定工作点。

也就是说，相交点的电弧（负载）静特性曲线斜率应当大于电源外特性曲线的斜率。

因此A0点为稳定工作点

稳定工作点（A0点）调节的物理过程分析

当某种因素使工作点A0点的电弧电流减小了ΔIf，此时电源工作点移至B1点，电弧工作点移至B2点，此时，Uy>Uf，供大于求，这就使得电弧电流增加，电弧电流偏移量Δif减小，直至恢复到原来的平衡点A0点。

当电流增加时，呈现为供小于求，也能恢复到A0点。

A1点：

当电弧电流增加时，同样会出现Uy>Uf，使得电流继续增加，直至工作点移至A0点达到平衡，当电弧电流减小时，则出现相反的情况，电流将继续减小直至电弧熄灭，因此，A1点不是稳定工作点。

2.写出弧焊变压器的详细的电压平衡方程式（即其外特性方程式）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。

电压平衡方程式：

Uf=U0－jI2（X1´+X2+XK）－I2（R1´+R2+RK）

（1）

Uf=U0－jIf（XL+XK）

（2）

Uf=U0－jIfXZ（3）

简化式：

Uf=U0－jIfXZ

3．动铁心式和动绕组式弧焊变压器如何调节焊接规范和扩大焊接电流调节范围？

答：

动铁心式和动绕组式弧焊变压器的结构特点。

对于动铁心式弧焊变压器，附加漏磁通如何获得和调节，他对空载电压、附加漏抗的影响，从而对焊接电流和短路电流的影响。

对于动绕组式弧焊变压器，它的漏磁通如何获得和调节，以及它对空载电压和焊接电流的影响；焊接电流均匀调节存在的问题以及解决措施。

4．画出三相桥式全控晶闸管整流电路以及三相交流电压图，并通过这两个图分析采用主辅双脉冲触发的原因。

答：

触发电压的宽度小于60°，谓之窄脉冲。

其中相互间隔60°的ug1~6为基本脉冲，按序触发VT1~6。

。

另加添补脉冲ug1‘~6’，在基本脉冲触发某一晶栅管的同时，以添补脉冲触发前一晶栅管。

例如ug1触发VT1的同时，令

触发VT6；ug2触发VT2时，令

触发VT1……。

按图所示安排基本脉冲和填补脉冲。

5．画出三种晶闸管关断电路图，并分析其中适合于大功率晶闸管的一种关断电路的关断过程机理。

答：

关断电路图如图所示：

VT2导通时，C经R充电至电压U，C上的电压上正下负。

VT1导通时，VT2受反向电压而关断。

同时，C经电感线圈L和VD放电，至的电压等于零为止。

但由于C上的电能已转换为L中的电磁能，使电流不会终止，并对C反向充电，为VT2再次导通时关断VT1做准备。

以此类推，VT1与VT2不断轮流导通与关断。

只是此电路中的L像自耦变压器那样工作。

因此，C被充电的电压超过E值。

储存的能量增加，以便在大负载电流的情况下，也能正常工作。

《弧焊电源》模拟试卷3

一、名词解释：

气体原子的激发：

气体原子得到外加能量电子从低能级跃迁到高能级，这时原子处于“激发”状态

撞击电离：

在电场中，被加速的带电质点（电子、离子）和中性质点（原子）碰撞后发生的电离。

热电离：

在高温下，具有高动能的气体原子（或分子）互相碰撞而引起的电离。

电子发射：

阴极表面的分子或原子接受外界的能量而释放出自由电子的现象

二、问答题

1、电弧静特性“U”曲线是如何形成的？

答：

电弧的静特性是指一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系。

电弧沿其长度方向分为三个区域：

阳极区、弧柱区和阴极区，因此电弧电压Uf可表示为：

Uf=Ui+Uy+Uz

其中：

Ui为阴极压降；Uy为阳极压降；Uz为弧柱压降。

阳极压降Uy,因为在阳极区不发射带电粒子，因此阳极压降几乎与电流无关，Uy=f（Iy）为一水平线，见图。

阴极压降：

因为阴极压发射点子，阴极发射电子是从阴极的斑点区发射出来的。

当电流较小时，随着电流的增加，阴极斑点的面积增加Si，此时电流密度

基本上不变，这样阴极的电场强度就不变，Ui也就不变。

当阴极斑点面积和阴极端部面积相等时，电弧电流继续增加，Si不能再扩大，电流密度将随着电流的增加而增加，这样阴极区的电场强度增加，阴极电压也就增加，阴极压降与电流关系见图。

弧柱压降：

电弧可以看成一个近似均匀的导体，电压降表示为：

在弧柱长度一定的条件下，

2）当电流比较小时，

，随着电弧电流的增加，弧柱面积快速增加，电流密度jZ减小；另一方面，随着电流增加，弧柱温度增加，热电离产生的带电粒子数增加，从而使弧柱的导电率

增加，最终使弧柱压降降低。

2）当电流中等大小时，

，即随着电流增加，弧柱面积按比例增加，弧柱电流密度不变，而此时，电弧温度不再增加，电离度基本不变，弧柱的导电率也就基本保持不变，因而此时弧柱电压不随电流的变化而变化。

3）当电流很大时，电弧导电率不再变化，而此时由于电磁收缩力、保护气体产生的等离子流力的作用，弧柱面积不再扩张，即弧柱面积SZ不随电弧电流的变化而变化，弧柱电流密度增加，弧柱压降增加。

综上所述，电弧电压Uf随电流增加呈U形曲线变化。

2、画出脉冲弧焊电源进行切换的双阶梯外特性图，并说明在受到扰动情况下（例如弧长的变化），这种组合式外特性在脉冲期间以及维弧期间所产生的优良的调节作用。

维弧阶段工作于L形特性上，而脉冲阶段工作于反L形特性上。

由这两种外特性切换而成双阶梯形特性，或称框形特性。

在脉冲阶段电源具有恒流特性，熔滴过渡均匀；在维弧阶段电源具有恒压特性，使“电源一电弧”系统自身调节作用强而能防止短路。

3、画出弧焊变压器在空载和负载时各量的矢量图。

1）.空载：

以空载主磁通

为参考矢量，变压器初、次极感生电动势比它滞后900，空载电流与主磁通同相位，根据：

，可画出各量的矢量图见下图。

2）.负载

以主磁通

为参考矢量，空载电流与主磁通同相位，变压器初、次极感生电动势比它滞后900，由于变压器的二次电路为感性电路，二次电流I2比次级感生电动势滞后

角。

根据：

可画出各量的矢量图

4、画出有关电路，分析带平衡电抗器双反星形晶闸管可控整流电路中正反两个极性组中，各有一只管子同时导通的机理。

答：

在

时刻ua最高，VT1导通，电流通过LB的OM流至负载，在OM上产生的感应电动势极性是右正左负。

由于O点是LB的中心抽头，故NO段上的感应电动势与OM段上的相等且极性一致。

如此，

极性相反，使VT1的阳极电位降低了

，而uon与u－b极性相同，将VT6的阳极电位提高了uon，从而使VT6能与VT1同时导电，

LB将ua与u－b之差以相反的极性平均分摊到两支路中，使VT1与VT6的阳极电位相等而能同时导电，以起平衡作用。

5、画出晶闸管弧焊整流器闭环控制系统示意框图，写出控制电压UK的表达式，以及只用电压反馈mUf时的负载电压表达式和只用电流反馈nUf时的负载电流表达式。

答：

控制电压：

只用电压反馈mUf时的负载电压表达式：

UK＝K1（Uga－mUf）

只用电流反馈nUf时的负载电流表达式：

即