弧焊电源及数字化控制复习题湘大版.docx

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弧焊电源及数字化控制复习题湘大版

1、电源按照控制技术分为哪些？

每种类型各举一例。

1）交流弧焊电源弧焊变压器矩形波弧焊电源

2）直流弧焊电源直流弧焊发电机弧焊整流器

3）脉冲弧焊电源与焊接方法结合使用

4）逆变式弧焊电源IGBT式逆变式弧焊电源

控制方式：

机械式控制、电磁式、电子式、数字式（单片机控制、PLC/PLD控制、ARM、DSP）

2、脉冲弧焊电源的特点是什么？

适用于哪些方面的焊接？

脉冲弧焊电源的特点是电源输出电流是周期性变化的，脉冲频率、脉冲电流等脉冲参数可调。

调节脉冲参数可以调节焊接工件的热输入量、焊丝的熔滴过渡形式等，有利于对热输入比较敏感的材料、薄板和全位置的焊接。

故大部分弧焊电源中都包含脉冲弧焊电源。

1.1、什么是焊接电弧？

电弧中最基本的物理现象是什么？

焊接电弧是一种强烈的持久的气体放电现象，是气体放电的一种形式。

气体的电离和电子的发射时电弧中最基本的物理现象。

1.2、什么是焊接电弧的静特性？

静特性曲线的形状是什么？

常用电弧焊接方法的电弧特性曲线是什么形状？

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，称为焊接电弧的静态伏安特性，简称伏安特性或静特性，其曲线形状类似于U型，可称之为U形曲线。

包括下降特性、平特性、上升特性三部分曲线形状。

不同的焊接方法，在其正常使用范围内，其电弧静特性曲线只是整个电弧“U”形静特性曲线的某一部分。

常用电弧焊接方法的电弧特性如下：

焊条电弧焊、埋弧焊等焊接电弧基本工作在电弧静特性的水平段； 

TIG焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊的焊接电弧也基本工作在电弧静特性的水平段，但当电流很小时，如微束等离子弧焊、微束TIG焊的焊接电弧则工作在电弧静特性的下降段；     熔化极气体保护焊（MIG焊或CO2焊等）和水下焊接等焊接电弧基本上工作在电弧静特性的上升段。

1.3、什么是焊接电弧的动特性？

焊接电弧存在动特性的本质原因是什么？

一定弧长的电弧，当电弧电流以很快速度连续变化时，电弧电压瞬时值与电流瞬时值之间的关系称为电弧动态伏安特性，简称为电弧动特性。

热惯性：

当电流快速增加或减小时，游离作用或消游离作用来不及变化，使得弧柱温度的变化相对滞后。

1.4、与直流电弧相比，交流电弧燃烧的特点是什么？

1）交流电弧的电流、空载电压存在极性变化，最常见的交流电弧是工频正弦波交流电弧。

该电弧一般是由50Hz按正弦规律变化的电源供电，每秒钟内电弧电流变换极性50次，100次经过电流的零点。

电流经过零点的瞬间，电弧熄灭，过零点后电弧重新引燃。

能否引燃主要取决于电源电压和再引燃电压之间的关系2）交流电弧的再引燃过程使交流电弧放电的物理条件和电、热物理过程也随之改变，这对电弧的稳定燃烧和弧焊电源的特性有很大的影响。

 3）对于电阻型弧焊电源其焊接电流是不连续的，如要使得焊接电流连续，应串联一个足够大的电感

1.5、影响交流电弧稳定燃烧的因素有哪些？

提高稳定性的措施？

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dif/dt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。

PS：

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。

1.6、请画出直流矩形脉冲电弧电流的波形，并列出脉冲电弧的基本参数。

2.1、弧焊工艺对弧焊电源有哪些要求？

1）保证引弧容易2）保证电弧稳定3）保证焊接参数稳定4）具有足够宽的焊接参数调节范围5）具备对环境的适应性

Ps:

弧焊电源的电气性能要求（焊接电源空载电压、外特性、调节性能、动特性）

2.2、什么是弧焊电源的外特性？

弧焊电源的外特性是指，在规定范围内，弧焊电源稳态输出电压Uy与输出电流Iy之间的关系。

换言之，在电源内部参数一定的条件下，改变负载，稳态输出电压Uy与稳态输出电Iy值之间的关系，一般采用Uy＝f（Iy）来表示。

2.3、电源-电弧系统的稳定条件是什么?

（1）无干扰时，能在给定负载电压和焊接电流下，保证电弧的稳定燃烧，系统保持静态平衡状态。

（2）当系统受到瞬时干扰，破坏了系统原有的静态平衡，负载电压和焊接电流发生变化；当干扰消失后，系统能够自动恢复到原来的平衡状态或者达到新的平衡状态。

稳定条件公式：

“即：

电弧静特性曲线在工作点上的斜率   必须大于电源外特性曲线在该工作点上的斜率 ） 

2.8钨极氩弧焊（TIG）等离子弧焊分别选择什么形状的电源外特性？

为什么？

都选择恒流外特性。

1）两者的电弧静特性工作部分呈平的或略上升的形状，从“电源—电弧”系统稳定的角度（Kw>0）考虑，应选用下降外特性的电源。

2）从焊接规范稳定的角度考虑，两者稳定焊接参数主要指稳定焊接电流。

所以采用恒流外特性，电流静态偏差最小，电源外特性如下图。

2.9对弧焊电源空载电压有哪些要求？

1）保证引弧容易空载电压愈高愈好

2）保证电弧的稳定燃烧U0≥（1.8~2.25）Uf

3）保证电弧功率稳定2.5>U0/Uf>1.57

4）要有良好的经济性

5）保证人身安全

2.10什么是弧焊电源稳态短路电流？

稳态短路电流过大和过小对焊接过程有和影响？

在弧焊电源外特性上，当Uf=0时对应的电流为稳态短路电流Iwd。

当电弧引燃和金属熔滴过度到熔池时，经常发生短路，过大会使焊条过热，药皮易脱落，使熔滴过渡中因有大的积蓄能量儿增加金属飞溅。

过小会因电磁压缩推动力不足而使引弧和焊条熔滴过渡产生困难。

2.11什么是弧焊电源的调节特性？

如何调节焊接参数？

焊接电源能满足不同工作电压、电流的需求的可调节性能称为电源调节性能。

调节焊接参数，即在给定电弧电压时来调节电弧电流，火在给定电弧电流时调节电弧电压，都可以通过调节弧焊电源的空载电压U0和等效阻抗z来实现。

2.12弧焊电源的负载持续率和额定电流的含义是什么？

额定负载持续率是指给定的负载持续时间与全周期时间的百分比。

额定电流Ie就是指在规定的环境条件下，按额定负载持续率FS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。

2.13在弧焊电源的电流调节范围内，按不同的负载持续率FS工作时，所允许使用的焊接电流If为（额定负载持续率和额定电流分别为FSe、Ie）

2.14什么是弧焊电源的动特性？

熔化极电弧焊的哪种熔滴过渡形式对弧焊电源的动特性有严格要求？

弧焊电源适应焊接电弧这样的动态负载所输出电流、电压相对时间变化的特性,称为弧焊电源的动特性。

短路过渡（它的电弧有较大变化的动负载，使弧焊电源常在空载、负载、短路三态之间转换，故需要对弧焊电源的动特性提出要求。

）

3．1弧焊变压器的外特性是什么形状？

如何获得？

如何调节焊接电流？

弧焊电源的外特性是指,在规定范围内,弧焊电源稳态输出电压Uy与输出电流Iy之 间的关系。

换言之,在电源内部参数一定的条件下,改变负载,稳态输出电压Uy与 稳态输出电Iy值之间的关系,一般采用Uy=f（Iy）来表示。

a） 平（缓）特性b）斜特性c）缓降特性d）恒流特性e）恒流带外拖特性①只取电压负反馈时,弧焊电源的输出特性为恒压外特性;②只取电流负反馈时,输出为 恒压外特性;③电流截止负反馈时,初始为平特性,当电流大于阈值时为恒流或陡降外特性; 复合负反馈中:

④同时采用电压电流负反馈得到下降外特性;⑤不同时刻采用不同反馈可以 得到陡降带外拖外特性;恒压恒流截止负反馈时得到初始恒压后来电流大于某值时恒流的外 特性。

改变XL或者XK可调节焊接电流If公式：

3．2串联电抗器式弧焊变压器的外特性如何获得？

3.3增强漏磁式弧焊变压器有哪些？

各自的外特性如何获得？

3.4动铁心式弧焊变压器的梯形动铁心移进、移出时。

外特性曲线如何变化？

3.5动线圈式弧焊变压器的动绕组与固定绕组之间的间距增大、减小时，去外特性曲线如何变化？

5.1试述晶闸管弧焊整流器的基本组成和工作原理。

三相主变压器T、晶闸管组V和输出直流电感L组成；二极管组VD还限流电阻R构成维弧电路；控制电路由给定电路G、检测电路M、比较电路和触发电路组成。

大功率晶闸管组V受控于触发电路。

触发电路的移相可以改变晶闸管导通角的大学，晶闸管导通角打，则焊接电流（电压）大；反之亦然。

晶闸管式弧焊整流器外特性控制是借助于电流、电压反馈信号，当需要获得下降外特性时，触发脉冲的相位由给定电压和电流反馈信号经比较器后得到的控制信号确定；当需要获得平外特性时，触发脉冲的相位由给定电压和电压反馈信号确定；当需要获得任意外特性时，触发脉冲的相位由电压、电流反馈信号的比例确定，改变这个比例，就可以获得任意外特性。

框图：

5.2晶闸管弧焊整流器的主电路主要由哪些组成？

试作图说明，指出哪一种主电路更适合作弧焊电源，为什么？

半控电路、三相桥式全控电路和带平衡电抗器双反星形电路。

带平衡电抗器双反星形整流电路更适合。

当于两组三相半波整流器并联。

它的各相电流流通时间课延长至120°，儿六相半波整流电路每相电路流通时间只有60°,显然前者的整流变压器和我整流元件的利用率较高。

该电路中同时有两个晶闸管并联导电，每管分担1/6的负载电流。

而三相桥式整流电路相当于两个三相半波整流电路中的串联，同时又两个整流元件串联导电，每个晶闸管分担1/3的负载电流，后者所用晶闸管的额定电流也就要求较大。

同时后者要考虑两倍的管压降，因而效率较低。

所以。

。

。

。

。

。

。

5.3试画图分析三相桥式半控整流电路在控制角为0°、30°和60°时，电阻负载上的电压、电流波形图，并注明晶闸管触发脉冲的相位。

5.4试画图分析三相桥式全控整流电路在控制角为0°、30°和60°时，电阻负载上的电压、电流波形图，并注明晶闸管触发脉冲的相位。

5.5试画图分析带平衡电抗器双反星形整流电路在控制角为0°、30°和60°时，电阻负载上的电压、电流波形图

5.6在三相桥式半空整流、三相桥式全控整流电路和平衡电抗器双反行刑整流电路中，每个晶闸管分布承担多少的负载电流？

答案1/3Id、1/3Id、1/6Id

5.7什么是晶闸管弧焊整流器触发电路？

触发电路的作用是什么？

晶闸管门极控制电路称为触发电路。

它是用来产生移相触发脉冲的。

5.8晶闸管弧焊整流器对触发电路的要求是什么？

为什么？

1）触发脉冲应有足够功率2）触发脉冲相位必须与加在晶闸管上的阳极电压同步。

。

。

。

5.9晶闸管弧焊整流器的触发电路由哪些环节组成？

一般由同步电路、脉冲形成电路、脉冲移相和放大电路等组成。

5.10晶闸管弧焊整流器的触发脉冲的传输方式有哪些？

1）电磁耦合2）光电耦合3）直接传输

光电耦合的优点：

a、驱动晶体管不时候感性负载产生的反电压，工况得到改善

b、以输出任意波形脉冲信号

c、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。

5.11在晶闸管弧焊整流器的移相触发电路中，控制电压的变化改变触发脉冲的相位，从而决定了晶闸管的导通角和弧焊电源的输出电压。

5.12晶闸管弧焊整流器如何获得恒流、恒压、缓降和恒流带外拖的外特性？

①只取电压负反馈时,弧焊电源的输出特性为恒压外特性;②只取电流负反馈时,输出为 恒压外特性;③电流截止负反馈时,初始为平特性,当电流大于阈值时为恒流或陡降外特性; 复合负反馈中:

④同时采用电压电流负反馈得到下降外特性;⑤不同时刻采用不同反馈可以 得到陡降带外拖外特性;恒压恒流截止负反馈时得到初始恒压后来电流大于某值时恒流的外 特性。

5.13晶闸管弧焊整流器外特性控制电路由哪两部分组成？

反馈信号采样点路和误差放大器

5.14说明晶闸管给定值式脉冲弧焊电源的工作原理和调节方式。

（图略）

晶闸管式脉冲弧焊电源的主电路和控制电路工作原理与晶闸管式弧焊整流器基本相同。

晶闸管式脉冲弧焊电源的控制电路中的比较电路环节的给定值是脉冲电压，其主电路输出电流为脉冲电流，这就是所谓的给定信号变换式的脉冲弧焊电源。

当给定脉冲电压为高幅值时，主电路将输出相应幅值的脉冲电流；当脉冲给定脉冲电压为低幅值时，主电路将输出与其相应的基本电流。

通过调节脉冲给定电压的脉冲宽度和脉冲间歇时间，就可以实现输出电流的脉宽比和脉冲频率的调节。

5.15请说明单电源直流断续器晶闸管式脉冲弧焊电源的工作原理和调节方式。

（图略）

其主要由直流弧焊电源、晶闸管直流断续器Q和电阻R1组成。

脉冲电流和基本电路由直流弧焊电源分别通过断续器Q和电阻R1提供。

当Q断开（晶闸管断开）时，电源通过R1对电弧供以基本电流。

当开关Q闭合（晶闸管导通）时，则对电弧直接供给较大的脉冲电流。

如果开关Q不断地闭合和断开，就可以对电弧提供间断出现的脉冲电流和基本电流，改变开关Q的断开和闭合的周期，即可控制脉冲电流的频率。

控制Q的延迟断开时间t1，就可调节脉宽比（t1/T）。

基本电流值和脉冲电流幅值分别通过R1和直流弧焊电源进行调节。

5.16矩形波交流弧焊电源的特点是什么？

适用于哪方面的焊接？

矩形波交流电流和正弦波交流电流相比较，主要的特点是电流过零点时的上升与下降率高，其次是通过电子控制电路，使正、负半波通电时间比和电流比值君可以自由调升。

当它用于铝及其合金的钨极氩弧焊接时，其特点有：

电弧稳定，电流过零点时重新引弧容易，不必加穏弧器：

通过调节正、负半波通电时间比，在保证阴极雾化作用的条件下增大正极性电流，从而获得最佳的熔深，提高生产率和延长钨极的寿命：

可以不必采用消除直流分量的装置。

应用于碱性焊条手工焊时，，可使电弧稳定、飞溅小。

用于埋弧焊时，焊接过程稳定，焊缝成型形好，提高了焊接接头的力学性能。

5.17画出晶闸管电抗器式矩形波交流弧焊电源的电路原理图，并说明如何获得矩形波交流电流。

通过晶闸管桥的开关和直流电抗器的储能作用，把正弦波交流电流转变成矩形波交流电流。

将单桥式全控整流电路电源主电路放在交流一侧与变压器二次侧绕组想串联，其中电抗器L是个带有间隙大电抗相桥式整流电路。

由于其电感量很大，具有储能及续流作用，而保证小电流的连续性。

1什么是逆变？

将直流电转变为交流电的过程叫逆变

2试述弧焊逆变器的主要组成和工作原理。

供电部分，电子功率系统，电子控制系统，给定与反馈电路，焊接电弧。

一般都采用闭环反馈系统控制他的电气性能，及控制他的外特性和动特性。

3弧焊逆变器如何获得恒流，恒压，缓降和恒流带外拖的外特性

恒压特性：

只取电弧电压负反馈时mUf≠0nIf＝0Uf＝Ugu/m

m：

分压比取定后是常数Uf取决于Ugu，Ugu是定值，则Uf是定值

只用电弧电压反馈恒压外特性，分析：

Uk＝K（Ugu－mUf）UfUgu不变Uk控制脉冲往减小输出电压方向变

恒流特性：

只取电流负反馈时mUf＝0nIf≠0If＝Ugi/nn：

分流比取定后是常数

Uf取决于Ugi，Ugi是定值，则If是定值只用电流反馈恒流外特性，

分析：

Uk＝K（Ugi－nIf）If，Ugi不变Uk控制脉冲往减小输出电流方向变

缓降特性：

电弧电压负反馈和电流负反馈同时采用mUf≠0nIf≠0K1mUf＝－K2nIf＋C

恒流加外拖特性

当电压大于一定值，取电流负反馈

当电压小于此值，同时采用电流负反馈和电压负反馈，可获得恒流加外拖特性

4IGBT弧焊逆变器采用什么调节方式来实现外特性调节特性和输出脉冲的控制

借助于电压控制和PWM定频调宽的调剂控制方式及输出电压，电流负反馈，实现弧焊逆变器的外特性，调节性能，动特性及波形的控制和调节。

5弧焊逆变器电子控制电路的作用是什么？

向弧焊逆变器驱动电路提供一对前后沿陡峭，相位差180，对称和宽度可变相位可以动的矩形脉冲列。

《除晶闸管逆变器》

6IGBT弧焊逆变器的驱动电路采用电压控制型。

8借助于电压控制和PWM定频调宽的控制方式及输出电压，电流负反馈，实现IGBT弧焊逆变器的外特性，调节特性，动特性及波形的控制和调节。

9对IGBT弧焊逆变器驱动电路的最基本要求是什么？

使功率开关管在各种工作条件下都能迅速开通和关断，同时驱动电路还应具备一定的抗干扰能力，避免出现误导通或关断的情况发生。

12硬开关型弧焊电源的功率器件在被强迫开通的状态下，其开关损耗大，软开关型弧焊电源的功率器件工作在零电压或零电流条件下自然开通或关断状态，其开关损耗小。

第七章

1弧焊电源数字化控制系统的关键技术有哪些？

工艺时序控制技术，引弧和收弧控制技术，一元化调节技术，弧焊电源的波形控制技术，弧焊电源的数字化控制技术。

2熔化极气体保护焊在引弧和收弧过程中，电流电压应如何控制才能保证引弧顺利和收弧效果好？

在引弧过程中在空载电压上维持有一段时间，电流上升迅速，引弧时间短，引弧顺畅，电弧声音柔和。

在收弧过程中电流应缓慢减小到零，让焊丝回烧以填平弧坑，减少坑裂纹等焊接缺陷。

10

3什么是STT弧焊电源？

STT弧焊电源工作于熔滴短路过渡方式，在CO2焊过程实时测量电压与电压变化率，弧焊电源在一个过渡周期内根据不同电弧电压值（电弧状态）输出不同的焊接电流。

4数字化弧焊电源的含义是什么？

数字化弧焊电源是采用计算机技术以0和1的方式来完成对弧焊工艺过程的闭环控制。

5数字化弧焊电源是在那种类型的弧焊电源基础上开发的？

弧焊逆变器

6弧焊电源的数字化体现在以下3个方面

1）主电路的数字化：

主电路中的大功率电力电子器件工作在0和1的开关状态，使弧焊逆变器的主电路由模拟工作状态变为开关状态：

2）控制电路的数字化：

以单片机，DSP或ARM嵌入式微处理器为控制核心，通过软件编程实现弧焊工艺过程控制；

3）专家数据库软件系统：

将专家经验作为系统输入固化到焊机内部形成专家系统，大大提高弧焊电源的可操作性。

7单片机控制的弧焊电源实现的功能有哪些？

外特性控制，动特性控制，预置焊接参数，实现一元化调节功能，对焊接电流波形的控制，对焊接工艺程序的控制和焊接故障报警。

8弧焊电源的单片机控制主要分为哪些模块？

1主电路的驱动控制2电参数控制3信号检测电路4故障报警与处理电路5通信电路6人机界面

9全数字化控制的弧焊电源DSP技术实现了PID控制器和PWM信号发生电路的全数字化。

10弧焊电源的智能控制包括模糊控制，人工神经网络控制和专家系统三个方面

11弧焊机器人的研究经历了三个阶段：

示教再现，离线编程和自主编程的智能机器人。

12弧焊机器人所用电源是在弧焊逆变器基础上进行数字化控制的弧焊电源。

第8章

1正确合理的选择弧焊电源，一般应考虑哪些方面？

1焊接材料与工件材料2焊接电流的种类3焊接工艺方法4弧焊电源的功率5工作条件和节能要求6工件重要程度和经济价值

2铝及铝合金的TIG焊最好采用矩形波交流弧焊电源。