弧焊电源及控制重点题Word文档格式.docx

弧焊电源及控制重点题Word文档格式.docx

《弧焊电源及控制重点题Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《弧焊电源及控制重点题Word文档格式.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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，称为~~

动特性：

在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系

（2）由于焊接电弧是非线性负载，电弧电压与电流之间不是正比例关系，所以当电弧电流从小到大在很大范围内变化时，电弧的静特性曲线呈U形曲线，又成U形特性。

（3）影响因素：

阴极电子的发射能力、阴极尺寸大小、阴极斑点的电流密度、弧柱长度、弧柱区的气相成分和弧柱的电导率等。

6．电弧的静特性曲线可分为哪几个区段？

实用的几种焊接电弧静特性通常位于哪个区段？

（1）下降特性段、平特性段、上升特性段

（2）焊条电弧焊、埋弧焊——平特性段；

非熔化极气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊——多半工作在平特性段，当焊接电流较大时才工作在上升段；

熔化极气体保护焊（MAG和CO2焊）和水下焊接——上升特性段。

7．交流电弧与直流电弧相比有何特点？

交流电弧连续燃烧的条件是什么？

哪些因素会影响交流电弧的稳定性，从弧焊电源方面考虑，可采取哪些措施来提高其稳定性？

特点：

①电弧周期性熄灭和引燃②电弧电压和电流波形发生畸变③热惯性作用明显

条件：

必须是电弧电流能维持到半个周期；

当焊接电流过零点时，电源电压应大于电弧引燃电压。

影响因素：

①空载电压U0（U0越大，电弧就越稳定）

②引燃电压Uyh（Uyh越高，电弧越不稳定，电弧引燃困难）

③电路参数（增大回路电感L或减小回路电阻R，使电弧趋向稳定）

④焊接电流（焊接电流越大，电弧越稳定）

⑤电源频率（电源频率提高，电弧稳定性提高）

⑥电极的热物理性能和尺寸（电极若具有较大的热容和热导率，或具有较大的尺寸和低的熔点，电弧的稳定性越差）

措施：

提高弧焊电源频率、提高电源的空载电压、改善电弧电流的波形等。

8．焊接电弧从特性上可分为哪些种类？

各种焊接电弧的典型特征是什么？

分类：

按电流种类分：

交流电弧、直流电弧、脉冲电弧

按电弧状态分：

自由电弧、压缩电弧（等离子弧）

按电极材料分：

熔化极电弧、非熔化极电弧

特征：

熔化极电弧通常采用填充金属作为电弧的一个极，在电弧燃烧的过程中电极不断熔化并过渡到焊件中去；

非熔化极电弧电极本身在焊接过程中不熔化，没有金属熔滴过渡，通常采用惰性气体保护。

压缩电弧可分为转移型等离子弧（电极接负极，工件接正极，等离子弧产生于电极与工件之间）；

非转移型等离子弧（电极接负极，喷嘴接正极，等离子弧产生在电极和喷嘴之间）；

混合型等离子弧（上述两种电弧同时存在）

脉冲电弧：

电弧电流周期性的从基本电流幅值增至脉冲电流幅值。

第二章

1、弧焊工艺应具备哪些实用要求？

这些要求反映在弧焊电源性能的哪些方面？

实用要求：

①保证引弧容易②保证电弧稳定③保证焊接规范稳定④具有足够宽的焊接规范调节范围

电弧性能四方面：

①对弧焊电源空载电压的要求②对弧焊电源外特性的要求③对弧焊电源调节性能的要求④对弧焊电源动特性的要求

2、什么叫电源的外特性？

弧焊电源的外特性与普通电源相比有什么不同？

电源外特性：

指在电源的内部参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值Uy与输出的电流的稳定值Iy之间的关系：

Uy=f（Iy）

不同：

普通电源的外特性接近于平的；

而弧焊电源的供电对象不是线性负载，外特性为非线性。

3、何谓“电源——电弧”系统的稳定工作点？

稳定工作点存在的条件是什么？

“电源——电弧”系统的稳定工作点是指电源外特性曲线与电弧静特性曲线的交点。

（稳定工作点保证系统无干扰时能在给定电弧电压和电流下维持长时间电弧放电，并且在有干扰时能自动达到新的平衡）

电弧静特性曲线在工作点的斜率必须大于电源外特性曲线在工作点的斜率。

4、药皮焊条电弧焊、钨极氩弧焊分别要求什么形状的电源外特性？

为什么？

焊条电弧焊：

缓降外特性的弧焊电源。

因为此种电弧一般工作在静特性的水平段，采用下降外特性弧焊电源。

但电源外特性曲线陡降时，短路电流小，引弧困难、熔滴过渡困难；

电源外特性过于平缓，短路电流又太大，飞溅增大，电弧不稳定。

所以采用缓降外特性的弧焊电源，并要求其稳态短路电流与焊接电流之比小于2。

钨极氩弧焊：

恒流外特性（陡降）的弧焊电源。

因为钨极氩弧焊电弧静特性呈平或略上升的形状，采用非熔化的钨极作为电极，电弧不具有自身调节作用，采用恒流外特性可以在电弧弧长波动时维持焊接电流稳定。

5、等速送丝的CO2气体保护焊对弧焊电源的外特性和动特性有什么要求？

外特性：

等速送丝的CO2焊的电弧静特性是上升的，因此电源外特性是平的。

这样外界因素造成弧长波动时，电弧自身调节作用强烈，使焊接规范稳定。

另外，平特性电源短路电流大，有利于接触引弧。

要限制短路电流的增长速度，减少熔滴短路过渡时的飞溅；

弧焊电源要有足够快的空载电压恢复速度。

6、何谓弧焊电源的动特性，它包括哪些指标？

哪类弧焊方法对动特性有特别要求？

弧焊电源的动特性是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出的电压与电流的响应过程。

指标：

短路电流增长速度、短路电流峰值、空载电压的恢复速度。

特别要求的弧焊方法：

具有短路过度的熔化极电弧焊、药皮焊条电弧焊和细丝CO2焊。

7、为什么要求弧焊电源的外特性可调？

通常如何实现调节？

（1）由于电弧电压和电流是由电弧静特性与呼喊电源外特性曲线相交的一个稳定工作点决定的，一定的弧长，只有一个稳定工作点。

因此，为满足工艺要求，获得所需的焊接电流和电弧电压，弧焊电源的外特性必须可以均匀调节，以便与电弧的静特性有一系列稳定工作点。

（2）调节弧焊电源的内部参数——空载电压U0和等效阻抗Z来实现。

不同类型的电源，调节原理不同。

8、比较以下三种下降型电源外特性的调节特性，说明哪一种最好，为什么？

第三种最好。

原因：

第一种是改变等效阻抗的下降外特性，第二种是改变空载电压的外特性，这两种调节方式都不利于小电流焊接时的引弧与稳弧要求。

第三种可以同时改变空载电压和等效阻抗，规范调节的范围广，小电流焊接时由于电源提供了较高的空载电压而使电弧稳定，大电流焊接时由于电子的热发射能力比较强而无需电源提供高的空载电压，此时降低电源的空载电压可以节省电能。

9、何谓弧焊电源的负载特性？

它与电源的外特性、电弧静特性有什么区别？

负载特性：

根据生产经验规定了负载电流与工作电流的关系为一缓升直线，称~~

区别：

负载特性的负载不仅包括电弧，还包括焊接回路的电缆等，而静特性的负载只包括电弧。

电源的负载特性一般近似为线性（可根据生产经验或国家规范规定）。

10、何谓弧焊电源的额定电流Ie、额定负载持续率FSe?

两者与弧焊电源的实际工作电流If、实际负载持续率FS有什么联系?

额定电流：

指在规定的环境条件下，按额定负载持续率FSe规定的负载状态工作，即在符合标准规定的温升限度下所允许的输出电流值。

负载持续率：

额定负载持续率：

按国家标准规定有35%、60%、100%三种

联系：

第三章

1、为什么弧焊变压器的外特性曲线要采用“下降型”？

弧焊变压器主要用于焊条电弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊，焊接电弧一般工作在静特性的水平段上，采用下降特性的弧焊电源，以维持焊接电流稳定。

（当电源外特性曲线为陡降时，虽电流偏差小，但弧长的自身调节作用弱，且陡降特性的电源对应的短路电流小，引弧困难。

）

2、画出弧焊变压器运行时的简化等效电路图，其外特性曲线在理论上是什么形状？

写出外特性方程的矢量表达式与代数表达式。

简化等效电路图：

外特性曲线在理论上是椭圆

矢量表达式：

代数表达式：

3、简要阐述弧焊变压器获得下降外特性的原理和方法。

可以通过改变主变压器中一次绕组与二次绕组的耦合程度（或主变压器的漏磁程度）来获得下降的外特性，称之为增强漏磁式弧焊变压器；

也可通过在负载回路串联电抗器的方法获得下降外特性，称之为串联电抗器式弧焊变压器。

增强漏磁式弧焊变压器工作时除了主磁通Ф穿过一次和二次绕组分别得道感应电动势E1和E2外，还存在漏磁通ФL1和ФL2分别在一次二次绕组中产生漏感电动势EL1和EL2.改变一、二次绕组的耦合程度，使得漏磁通发生变化，从而改变电源外特性的下降程度。

串联电抗器式弧焊变压器，工作时在电抗器绕组上有电压损失，因此原来平的外特性变成下降的外特性。

4、列出电抗器感抗的理论表达式；

简要说明在串联电抗器式弧焊变压器中可采用什么方式来调节电抗器的感抗。

表达式：

或

Rm是磁路中的磁阻，lm是磁路长度；

Sm是磁路截面积；

μ是磁导率。

方式：

①改变磁路中的空气间隙δ的大小②改变绕组匝数Nk③改变铁心的磁导率μ（饱和电抗器）

5、分别列出串联电抗器式、增强漏磁式弧焊变压器的外特性方程；

这两类弧焊变压器各有几种结构形式？

（1）外特性方程

串联电抗器式：

=

—

或

增强漏磁式：

（2）结构形式：

分体式弧焊变压器（包括单站分体式、多站分体式）、同体式弧焊变压器

动铁心式弧焊变压器、动绕组式弧焊变压器、抽头式弧焊变压器。

6、写出动线圈式弧焊变压器的总漏抗理论表达式，并试从其总漏抗的调节方式和空载电压变化上简要阐述这种弧焊变压器的独特优点。

理论表达式：

总漏磁的调节方式有两种：

①改变间隙δ12进行均匀调节：

当δ12增大时，漏磁通增大，使得总漏抗增大，空载电压减小，最终使If减小。

（但由于电流调节的下限受到变压器铁心窗口高度的限制，电流调节的范围常常达不到要求，为此须配合有级调节）。

②改变N2进行有级调节：

若只改变N2，空载电压也随着变化，所以改变N2同时也改变N1，以保持空载电压不变或变化不大。

这种结构特点使得一次与二次绕组之间的耦合不紧密而具有很强的漏磁。

由此产生的漏抗就足以得到下降外特性，不必附加电抗器。

优点：

没有活动铁心，避免了铁心振动所引起的小电流的弧长不稳定等一系列不利后果。

第四章

1.普通硅弧焊整流器具有何类外特性？

其获得下降外特性的原理与弧焊变压器有无区别？

外特性有平特性和下降外特性两类。

（1）主变压器为正常漏磁的，其外特性近于水平（主要用于CO2气体保护焊及其他熔化及气体保护焊），分为抽头式、辅助变压器式和调压器式。

（2）主变压器为增强漏磁的，其因无需外加电抗器即可获得下降外特性，分为动铁心式、动线圈式和抽头式。

2.磁放大器式硅弧焊整流器的电路主要由哪几部分构成、各部分的作用是什么？

由主变压器、电抗器、整流器和输出电抗器组成

作用：

主变压器：

降压

电抗器：

用以控制外特性形状并调节焊接工艺参数

整流器：

把三相交流电变为直流

输出电抗器：

改善和控制动特性，并有滤波作用。

3.试从磁放大器铁心的磁化曲线上简要阐述磁放大器的控制原理。

铁心磁化曲线见课本P79，当磁场强度H增大时，铁心由不饱和变得饱和，μ由大变小，磁阻由小变大。

改变直流控制电流Ic，就可改变铁芯磁场强度H或μ，进而改变交流绕组感抗X，实现用小的IC控制大的IA。

Ic=0时，ΔФ大，外特性陡降；

Ic较大时，ΔФ小，外特性下降缓慢。

4.写出磁放大器式硅弧焊整流器的外特性方程通式，并解释式中各符号的物理意义。

通式：

Uf＝U0–KΔФM

Uf为负载两端的电压，U0为电源次级的空载电压，ΔФM为铁心中磁通的变化幅度，K是与交流绕组匝数、电流频率有关的常数。

5.无反馈磁放大器式硅弧焊整流器的外特性曲线属于什么类型？

其外特性曲线的形状、位置与磁放大器铁心的磁化曲线及其磁状态设置（即Ic大小）有什么关系？

这种弧焊电源适用于何种弧焊方法、在控制性方面的突出缺点是什么？

（1）外特性属于陡降型

（2）控制电流Ic=0时，起始工作点在原点，磁放大器工作在非饱和区，负载电流If变化时，ΔФM大，外特性陡降；

Ic较大时，起始工作点靠近磁饱和区，在负载电流很小时，If变化对应的ΔФM小，外特性下降缓慢；

继续增大If，磁化曲线左端伸入非饱和区，对应ΔФM大，外特性曲线又转入陡降。

（3）该类弧焊电源用于钨极氩弧焊及等离子弧焊。

缺点：

①直流控制绕组匝数与截面积受磁放大器的体积、重量所限，电流放大倍数不能很大，功率有限；

②外特性陡降，短路电流小，不易引弧。

6.全部内反馈磁放大器式硅弧焊整流器的外特性曲线属于什么类型？

这种弧焊电源适用于何种弧焊方法，其焊接参数如何调节？

（图见P88）

（1）外特性曲线为“L”形的。

（2）全部内反馈磁放大器的交流绕组WA中，If总是单向导通，故ΔФM总是出现在起始工作点一侧。

在焊接电流If较小时，工作点处于非饱和区，外特性曲线是陡降的，进入磁饱和区后，外特性曲线呈水平状。

起始工作点的位置越低（Ic越小），进入磁饱和区所对应的If值越大，外特性下降段越长，平直段所对应的电压越低。

（3）“L”型外特性只能用于等速送丝的熔化极气体保护焊，焊接电流大小由送丝速度来确定，电弧电压同通过调节弧焊电源外特性来改变。

7.无反馈磁放大器和全部内反馈磁放大器的调节特性有何区别？

如何较简便地扩大全部内反馈磁放大器的调节范围？

（1）无反馈磁放大器的控制电流Ic用来调节焊接电流If大小；

而全部内反馈磁放大器调节Ic主要是改变Uf的大小，If是由送丝速度来调节的。

（2）在磁放大器上增加一个偏移绕组WP，使其在铁心中产生的磁通方向与Ic相反，这样调节Ic只需改变大小而不改变方向，从而扩大了调节范围。

8.在部分内反馈磁放大器中，内桥电阻Rn的作用是什么，其阻值变化会产生什么效果？

这种弧焊电源的突出优点是什么？

（1）Rn的作用是使交流绕组WA中所通过的电流可以是双向的，内桥电流使铁心去磁，起负反馈作用，降低铁心的饱和程度，使磁通的变化量ΔФM随电流的增大而增加，从而获得下降的外特性。

（2）改变Rn大小，可改变正向电流和反向电流的比例，获得不同下降幅度的外特性。

Rn减小——外特性下降变陡；

Rn增大——外特性下降变缓；

Rn→+∞——全部内反馈

（3）优点：

可通过Rn调节，获得所需的弧焊电源外特性，更具灵活性。

9.磁放大器式硅弧焊整流器可通过哪几种途径变为脉冲弧焊电源？

此类脉冲弧焊电源具有哪些特点？

①采用脉冲控制电路

②变换阻抗（阻抗不平衡）

特点：

①脉冲电流和基本电流取自同意变压器，属一体式脉冲弧焊电源，结构简单、体积小；

②通过改变磁放大器的饱和程度，可以在焊前或焊接过程中无级调节弧焊电源的输出功率，调节参数容易，使用方便；

③这种脉冲电源可以方便地在磁放大器式弧焊整流器基础上实现，可以做到一机多用；

④由于磁放大器的时间常数大，反应速度慢，使输出电流脉冲的频率受到限制。

第五章

1、试分析比较晶闸管弧焊整流器四种不同形式主电路的特点，并指出带平衡电抗器的双反星形主电路的优点。

（1）①三相桥式半控整流电路

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。

②三相桥式全控整流电路

a、每周有6个波峰，脉动较小，配用的输出电感量也较小；

b、整流输出电压、电流在控制角为60o时，临界连续；

c、6只晶闸管，电路复杂，调试和维护困难。

d、整流电路的移相范围为120º

③六相半波整流电路

b、控制角移相范围是0—900，自然换相点相电压600，护发信号相差600

c、晶闸管利用率低

④带平衡电抗器双反星形可控整流电路

a、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°

，利用率高。

b、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。

c、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。

d、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（变压器匝数和漏感）应基本对称。

（2）优点：

a、当于两组三相半波整流电路并联，每个整流元件最大导通角为120度，变压器和整流元件的利用率高，电源功率高

b、同时两个晶闸管并联导电，每管分担六分之一负载电流，额定电流要求小

c、输出电抗器体积较小。

2、阐述晶闸管弧焊整流器对与主电路相配的触发电路的要求；

触发电路的套数有哪几种选择？

选用两套触发电路的主电路应该是什么型式，触发脉冲如何分配？

（1）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

（2）六套、三套、两套

（3）型式：

带平衡电抗器双反星形可控整流电路

分配：

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。

3、参照图5－30回答下列问题：

1）该图是什么类型触发电路，图中包括几套触发脉冲发生单元？

2）图中元件VS7和控制电压Uk的作用分别是什么？

Uk值是怎样得到的？

3）该电路是如何实现触发脉冲同步的？

4）图中TP1、TP2输出的脉冲是如何加到主电路晶闸管上的？

（1）单结晶体管触发电路。

包含两套触发脉冲发声单元。

（2）VS7使电流负反馈带有截止。

（当电流If较小时，︱Uk︱将增大，当大于VS7的稳压值时，加于145点与接地点之间的电压就是VS7的稳压值，而与nIf无关，电流负反馈被截止；

只有当If增大使︱Uk︱小于VS7稳压值，才有电流负反馈作用）

Uk确定控制角大小。

（Uk越负，C20、C21充电电流越大，产生第一个脉冲越早，主电路晶闸管控制角越小，导通角越大，反之亦然。

）改变Uk即可改实现脉冲移相。

（3）通过C4、C5两端各并联一个晶体管V1、V2，控制C4、C5的充放电实现。

在各自的同步点上，由同步信号使V1、V2瞬间饱和导通，C4、C5瞬即放完电，起清零作用

①T2三相次极电压信号Ua、Ub、Uc经R1-3分压，VS1-6正、反方向双向稳压，在10、11、12对点13之间各得正、反方向矩形波。

②各矩形波经过C1-3、R58构成的微分电路，在正矩形波的上升沿、负矩形波的下降沿分别产生尖的脉冲与负脉冲信号。

③每个正脉冲（或负脉冲）之间相差120度。

④在R58上产生正、负脉冲相间，相位相差60度的脉冲信号。

⑤正脉冲经VD1、VD4连接到V1的基极；

负脉冲经VD3、VD2连接到V2的基极，控制V1、V2的导通，从而满足同步要求。

（4）脉冲变压器TP1、TP2输出的脉冲分别通过M、N和P、Q加至（第2题图中的）小晶闸管VT上，由VT触发主电路晶闸管。

4、试画出弧焊电源外特性的闭环控制原理框图，并回答下列问题：

1）列出此类弧焊电源的外特性方程通式；

2）外特性的控制方式通常有几种选择，分别画出其外特性曲线；

3）说明药皮焊条手弧焊应采取何种控制方式；

4）这类弧焊电源是如何获得脉冲电流输出的？

答：

（1）Ｕf=Ａ0Ｕk-ＩfＲ0

（2）①恒流外特性：

（只采用电流负反馈）

②恒压外特性：

（只采用电压负反馈）

③混合反馈：

a.采用电流与电压联合反馈

b.按电压大小采用反馈（当电压大于一定值时只采用电流负反馈,当电压小于一定值时采用电压与电流联合反馈形式。

1-只用电压负反馈

2-只用电流负反馈

3-用电流截止负反馈

4-同时采用电流、电压负反馈

5-上端采用电流负反馈，下端同时采用电流负反馈与电压负反馈。

（3）混合反馈中的b类，即上图中的曲线5。

（4）①采用脉冲控制电流②变换阻抗（阻抗不平衡）

5、试述矩形波交流弧焊电源的获得方法和原理、用途。

方法：

由变压器、晶闸管桥及直流电抗器组成主电路，通过晶闸管桥的开关和直流电抗器的储能作用，把正弦波电流转变成矩形波电流。

原理：

与单相桥式全控整流电路相比较，不是把电弧放在直流一侧与DK相串联，而是将其放在交流一侧与变压器二次绕组相串联。

DK是带有间隙的电抗器，由于其电感量很大，具有储能及续流作用，从而保证了小电流的连续性。

用途：

常用于铝合金交流钨极氩弧焊

6、晶闸管给定值式脉冲弧焊电源的特点？

①输出脉冲电流波形为方波或带前沿尖峰的方波

②脉冲电流和基本电流由同一电源提供，是一体式脉冲弧焊电源

③脉冲频率、脉冲电流和基本电流幅值、脉宽比可无级调节，操作方便

④脉冲频率调节范围较小，0.2-10Hz，适用于GTAW

⑤易于实现一机多用，直流、脉冲

⑥控制线路比较复杂，不易维修

7、触发脉冲的传递方式及各自特点？

（1）电磁耦合（采用脉冲变压器）

脉冲变压器作用：

①阻抗匹配

②触发多个晶闸管可输出多路隔离的触发脉冲

③实现主电路与控制电路之间的电气隔离

（2）光电耦合

优点：

①驱动晶体管不承受感性负载产生的反电压，工况得到改善

②可以输出任意波形脉冲信号

③光电耦合器件与脉冲变压器比，成本低，体积小，易于在电路板上安装焊接

（3）直接传输

优点是结构简单，缺点是控制电路与主电路之间没有电气隔离，易干扰。

外特性控制电路：

Ug一定时，焊接电流增大→信号电流If增大→uf增大→uk绝对值减小→V3/V4集电极电流减小→C20/C21充电速度减慢→晶闸管导通角减小→下降外特性；

RP4可实现近控或远控，RP2可改变外特性陡度

引弧控制电路：

A端电压经RP14、VS1和电阻加到V9基极上。

电源接通，焊接空载电压为60V，VS1击穿导通→V9导通，C24、C25被短接。

引弧时，A点电位为0V，V9截止，+15V→R57给C24、C25充电→ug升高→uk增大→晶闸管导通角增大→得到较大引弧电流；

调节RP7可调节引