ZX5系列焊机的控制电路常见故障及排除.docx

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ZX5系列焊机的控制电路常见故障及排除

焊接与切割设备的使用和维修（十一）——ZX5系列焊机的电路结构

      1）外特性控制电路

    从主电路分流器RS+上采样得到正的电流反馈信号，经电阻进入N3构成的反相放大器，进行放大后输出负的信号电压，再将该信号电压输入到N4的反相端，设其为Uf，且Uf=-nIfRf，与电位器RP3+（或RP4+）上取出的给定信号电压进行代数相加并放大，最后从145点输出Uk，

    Uk=-K（Ug-Uf），（4—1）

 Uk经R69加到三极管V3、V4的基极，控制V3、V4的导通。

当Ug一定时，随着焊接电流的增加，信号电流If也增加，Uf增加，因此，Uk的绝对值减小。

这使V3、V4的集电极电流Ib减小，C20、C21的充电速度减慢，主晶闸管导通角减小，主电路输出的整流电压降低，从而得到下降的外特性。

    调节电位器RP3+（遥控）或RP4+（近控），可以调节给定电压Ug，即可调节Uk，改变晶闸管的触发延迟角，控制输出电流的大小。

电位器RP2+可以改变外特性陡度，用作额定电流调整。

焊机出厂前，已调整好RP2+，不要再旋动。

    需要说明一点，在触发电路的145点与接地点之间接有稳压管VS11，使电流负反馈带有截止。

由式（4—1）可以看出，电流If减小，则Uk的绝对值|Uk|增大，当|Uk|大于VS11的稳压值时，则这时加于145点与接地点之间的电压就是VS11的稳压值，与nIf无关，即相当于电流负反馈被截止。

只有当If超过这个限度，使|Uk|小于VS11的稳压值，则145点与接地点之间电压才与nIf有关，而有电流负反馈作用。

    2）引弧电路与推力电路

    见图4—7，引弧电路是从焊机输出的正端（48点）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VS10及电阻输入到三极管V9的基极。

焊接前，已起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VS10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，随即使VS10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|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（即电弧电压），使V9、V10再次导通，C24、C25放完电后被短接，RP7+输出的附加电压消失。

调节RP7+即可调节引弧电流的大小。

    推力电路是当焊机输出端（48点）电压U高于15V时，二极管VD18因反向电压而截止。

由121点输往N4的电压是±15V电源在RP6+、R49、R50上的分压，该电压接近于0，U对N4输出的Uk无影响。

当低于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压段下降变缓，出现外拖，短路电流增大，使焊件熔深增加，避免焊条被粘住。

调节RP6+可改变外特性在低压外拖段的下降斜率，以满足不同工件施焊时对电弧穿透力的要求。

    3）网压补偿电路

    二极管VD28～VD31是一般的整流电源，因而能反应网压的变化。

其整流电压Up串联在由R67、RP1+、+15V的稳压电源所组成的支路上。

Ug是从RP1+的动点和接地点之间取得的分压。

所以，当电网电压上升时，整流器负端的电压随之更负（与+15V电源电压方向相反），而+15V稳压电源电压不变。

因此，RP1+动点的电位下降，使Ug以至Uk的绝对值和晶闸管的导通角减小，从而抵消电网电压升高对输出电压的影响。

反之，当电网电压下降时，则补偿情况相反。

    ③稳压电源电路

    +15V电源电压电路是一般的单相桥式整流和集成块组成的简单稳压电源电路。

    4．3．2ZX5系列焊机各电路的具体组成及其工作

 原理分析

    4．3．2．1主电路

    a．主电路的各个组成部分与作用

    主电路采用适用于低电压大电流场合的带相间变压器的双反星形可控整流电路。

它由2组三相半波可控整流电路并联，为了解决2组电流平衡问题，特设相间变压器。

同时为了使电流波形连续，在输出电路中串联了滤波电抗器。

主电路如图4-8所示。

   ①主变压器

   主变压器接线如图4—9所示。

三相主变压器二次侧的2个绕组匝数相同，都呈星形（Y形）联结。

但为了消除变压器中的直流磁势，应使2绕组的极性相反，2个绕组的中性点通过相间变压器联在一起。

三相变压器的作用是将380V的交流电压降为几十伏的交流电压。

   ②晶闸管整流器

    晶闸管整流器如图4—8中的VT1～VT6。

晶闸管整流器的整流元件即为大功率晶闸管。

它们的阴极分别设在二次绕组上。

阳极通过平衡器联在一起。

晶闸管元件在电路中既起整流作用，又可通过控制其触发角的相位来调节输出电流、输出电压的大小。

另外还可利用晶闸管响应速度快的特点，在电网电压波动时进行迅速补偿。

    ③滤波电抗器

    图4—8中L1为滤波电抗器。

在主电路中，滤波电抗器有2个作用：

一是滤波，二是改善动特性。

因为晶闸管整流电路输出电压的脉动比较大，当导通角比较大时，波形甚至会出现不连续，容易造成断弧。

加入滤波电抗器可使波形较平整连续，同时滤波电抗器还能抑制短路电流峰值，改善动特性。

    ④相间变压器

    图4—8中L1为相间变压器。

相间变压器是一个带有中心抽头的电抗器，电抗器2组线圈都绕在同一铁心上，抽头两侧的匝数相等，每相整流电路各占一半。

由于2相整流电路共同向负载供电，使这2个绕组的极性相反，因而直流磁势互相抵消，电抗器的铁心也就不会产生直流磁化和饱和的问题。

    相间变压器的作用在于使2组并联的整流电路互不干扰，同时导电，使2组电路都能保持正常的工作状态。

   在晶闸管弧焊整流器中，因电流较大，所以一般要用2组三相半波可控整流电路并联。

但如果不接相间变压器，即相间变压器短路，则双反星形整流电路就成为一个六相半波整流电路，如图4—10所示。

即所有的整流元件的阳极直接联在一起，哪只管子的阳极电位高，哪只管子就导通，其余5只管子均承受反向电压而阻断。

这样每个管子的导通角最大为60°，并负担全部负载Id。

这样晶闸管整流元件的导通时间短，电流峰值高，所需晶闸管元件的容量增大。

同时因为在2个直流电源并联运行时，只有2个电源的情况完全一样（平均值和瞬时值均相等），才能使负载电流平均分配。

在双反星形电路中，虽然2组整流电压的平均值Ud1和Ud2是相等的，但是它们的脉动波相差60°，它们的瞬时值ud1和ud2是不同的，如图4—11所示。

   当加入相间变压器后，使2组整流电路的中点用相间变压器联结起来，2组整流电压的相位差部分就由相间变压器来承担。

这样2只管子（每组1只）就可同时导通。

每只管子通过的电流的峰值就为Id/2，导通时间各为120°，这样就克服了六相半波整流电路的缺点。

    同时相问变压器与滤波电抗器配合，在简化触发电路上起着重要作用。

如无相间变压器，即为六相半波整流电路，误触发的可能性很大。

那么每组一相公用1套触发电路是不可能的，而必须用2套触发电路分别按各自同步点运行的触发电路。

    b．主电路的工作原理

    因为带相间变压器双反星形晶闸管整流电路实际上是由2组三相半波可控整流电路的并联，所以先介绍1组三相半波可控整流电路，如图4—12所示。

   图中a、b、C表示三相相电压，它们的相位各相差120°。

如整流器的元件是整流二极管，则哪一相的正电压高，哪一相的整流二极管才能导通。

在2相电压相等时，整流二极管的导通将由一相换到另一相，这叫做换相。

相交点称为自然换相点，如图4-13所示。

   对于晶闸管而言，导通的条件除了阳极电位高于阴极电压外，同时门极上必须存在触发脉冲。

如果触发脉冲在自然换相点出现，也就是在C、a2相电压相交之时（a相电压上升，c相电压下降1，对a相的晶闸管发出触发脉冲，则a相晶闸管立即导通。

同样，在a、b2相电压相交时，对b相的晶闸管发出触发脉冲；在b、c2相电压相交时，对c相晶闸管发出触发脉冲。

三相的触发脉冲相差120°，在各自然换向点依次出现，整流电压波形如图4—14所示。

当触发脉冲后移α角时（α角称为晶闸管的触发延迟角，它从自然换向点算起），假如原来c相导通，则通过自然换向点后，由于a相晶闸管门极上没有触发脉冲而未被触发导通，所以c相继续导通，直到α角时，a相晶闸管才被触发脉冲触发导通，于是由c相导通转换到a相导通，依次类推，此时=30°。

   现分析2组晶闸管同时导电的原理。

    在图4—15中取任意一个瞬间，例如ωt1，这时ub'、ua均为正值，然而ub'＞ua，如果2组三相半波整流电路中点O1和O2直接相连，则必然只有ub'相的晶闸管导电，接入相间变压器后，O1、O2间的电位差加在相间变压器的两端，补偿了ub'及ua的电位差，使得ub'和ua相的晶闸管同时导电。

由于ωt1时ub'电压最高，晶闸管VT5导通，电流在流经L1时，ub'相间变压器的一半绕组O—O1端感应一电势up／2，它的方向是阻止电势增长（即O端为正，O1端为负）。

因为相间变压器的另一半绕组O—O2端与绕组O—O1端绕在同一铁心上，且匝数相等，绕向一致，所以在绕组O—O2端上也要感应出电势up／2来，它的方向是O2端为正，O端为负，很显然，它和O—O1绕组上的电势与ub'的方向是相反的，而O—O2端绕组上的电势与的方向是一致的。

因此只要相间变压器感应的电势up=ub'-ua，则ub'-up/2=ua+up/2，晶闸管VT1导通，随着时间的推移至ub'与ua的交点时，由于ub'=ua，2相继续导电，此时up=0，之后ua>ub'，则流经ub'相的电流减小，但相问变压器有阻止此电流减小的作用，所以在其上感应一与原来极性相反的电势，相间变压器仍起平衡的作用，使得VT5继续导电，直到uc'>ub'，电流才从VT5换到VT6，此时VT1和VT6同时导电，每隔60°有1个晶闸管换流，每1组中每1个晶闸管仍按二相半波的导电规律而各自轮流导电120°。

这样以相间变压器中心作为整流电压输出的一端（负端），其输出的整流电压瞬时值为2组三相半波整流电压瞬时值的平均值。

波形如图4—11所示。

    c．晶闸管整流元件的保护电路

    在主电路中晶闸管整流元件VT1-VT6的门极与阴极之间的电容C12～C17是防止晶闸管误导通，如图4—16所示。

晶闸管的误导通通常是由于干扰信号进入门极电路而引起的。

如在多相和大功率晶闸管装置中，晶闸管的阴极和门极的引线间常有磁场干扰信号。

其次是触发电路本身带干扰信号输出造成的。

因而为了防止误触发，可在靠近晶闸管的阴极和门极之间连接电容。

由于加上了电容，它会影响触发脉冲的波形和功率，因而不宜用较大的容量。

    在主电路中晶闸管VT1～VT6的阴阳极上并1个RC的串联电路，如图4—16所示。

电容C6～C11、电阻R17～R22起保护晶闸管的作用，晶闸管在开关过程中瞬时电压的分配决定于各晶闸管的结电容、导通时间和关断时间等差别。

为了使开关过程中的电压分配均匀，应对晶闸管并联电容。

为了防止晶闸管导通瞬间，电容对晶闸管放电造成过大的di／dt，还应在电容支路中串联电阻。

    4．3．2．2控制电路

    a．触发电路

    ①对触发电路的要求

    每个晶闸管的触发电流、电压大小不一样，同一元件在不同温度下的触发电流、电压也不同，所以晶闸管的触发电路应能供出足够大的触发电压、电流，使符合规格的晶闸管均能可靠触发，下文触发电压应在4V以上10V以下为宜。

    1）触发脉冲应有足够的功率，触发电压、电流和脉冲宽度应足以触发晶闸管。

    2）触发脉冲与加于晶闸管的电流电压必须同步，触发脉冲与主电路电压应有相同频率，且有一定的相位关系，这样才能使每个周期都在同样的相位触发，即各周期中触发延迟角不变，从而可输出稳定的电压和电流，为了保持各相平衡，还要求各相的晶闸管具有相同的触发延迟角。

    3）触发脉冲应能移相并达到要求的移相范围。

为了调节焊接规范需改变晶闸管的导通角，这主要靠脉冲移相来实现，晶闸管弧焊整流器是工作于电阻电感性负载下，其输出电压从最大值调至零，对应触发延迟角α的调节范围，即为所要求的触发脉冲移相范围，对三相桥式全控，带相间变压器双反星形和六相半波可控整流电路都要求触发脉冲移相范围为0°～90°。

    4）晶闸管不触发时，触发电路输出的电压应小于相应元件的门极触发电压。

    5）触发电路工作要稳定可靠，不受温度变化的影响，更换元件时不需重新校正。

    ②触发电路的数目

    对于带相间变压器的双反星形晶闸管整流电路可采用6个、3个或2个触发电路。

ZX5系列焊机中采用的是2个触发电路。