專利名稱：電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一個系列適用于多種電弧焊接的電磁調(diào)節(jié)類型的弧焊電源。
背景技術(shù)：
目前大量的弧焊電源主要有兩大類，第一類是動鐵心式和動線圈式的交流弧焊變壓器(或交流電焊機(jī))，結(jié)構(gòu)簡單是下降的外特性；但存在著機(jī)械調(diào)節(jié)部分，會產(chǎn)生機(jī)械磨損和振動，影響焊機(jī)的壽命和輸出電流的穩(wěn)定性。第二類是可控硅直流弧焊電源，以可控硅移相控制電路取代了機(jī)械調(diào)節(jié)部分，同時可以應(yīng)用不同的反饋方式得到不同的外特性，也可以采用脈沖控制輸出脈沖焊接電流；但是，隨著焊接電流的減小，可控硅的移相角加大，可控硅導(dǎo)通中斷的時間間隔也加大，而影響到輸出電流的平穩(wěn)性，盡管采用加大輸出平波電抗的辦法來彌補(bǔ)，仍然不夠理想，特別是對于氣體保護(hù)焊機(jī)的輸出電抗還不能太大。
本實(shí)用新型解決其問題所采用的技術(shù)方案是一種電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源，該電源在弧焊變壓器鐵心的窗口中和初級線圈、次級線圈之間，其特征在于安裝了帶控制線圈可變磁阻的固定磁分路鐵心，控制線圈與控制電源、控制電路相聯(lián)接，形成下降特性的弧焊電源。通過調(diào)節(jié)控制線圈中的直流控制電流，來調(diào)節(jié)磁分路的磁阻、次級線圈的漏抗和輸出電流。
根據(jù)上述的電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源，其特征在于在控制電路中接入反饋器件，降壓變壓器或者特殊的電流互感器、整流器、反饋電量調(diào)節(jié)電位器等，應(yīng)用不同的反饋方式，構(gòu)成平特性或者陡降特性的弧焊電源；在控制電路中接入脈沖控制器等，構(gòu)成下降特性的低頻脈沖弧焊電源；在控制電路中同時接入反饋器件和脈沖控制器等，構(gòu)成平特性或者陡降特性的低頻脈沖弧焊電源；從而形成了一個系列電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源。
實(shí)用新型與背景技術(shù)相比所具有的特點(diǎn)(1)沒有機(jī)械調(diào)節(jié)部分，焊接電流穩(wěn)定，噪音低，焊機(jī)壽命長；(2)輸出電流波形連續(xù)，在中小焊接電流段，特別是小焊接電流段，輸出電流的平穩(wěn)性優(yōu)于可控硅弧焊電源；(3)也可以對外特性進(jìn)行控制，除了得到下降的外特性外，應(yīng)用不同的反饋方式，而獲得不同需要的外特性；(4)也能制成低頻脈沖弧焊電源，特別是能方便地實(shí)現(xiàn)交流鎢極脈沖氬弧焊(TIG)，對于焊接鋁合金具有優(yōu)異的適用性；(5)也可以對電網(wǎng)電壓波動進(jìn)行補(bǔ)償，提高輸出的穩(wěn)定性和精度；(6)既適于單相供電，也適于三相供電；不僅適用于交流焊機(jī)，也適用于交、直流兩用焊機(jī)或者直流焊機(jī)。
根據(jù)動鐵式弧焊變壓器的工作原理磁分路中總的漏磁通Φf在數(shù)值上等于次級電流I2所產(chǎn)生的反抗磁通Φ2，把這個漏磁通Φf看作是電流I2所產(chǎn)生的，則等效的電感為L2f=N2φfI2=N2I2×N2I2Rμ=N22Rμ---(1)]]>又因?yàn)榇抛鑂μ=δμ0Sf---(2)]]>漏抗X2f=ωL2f=2πfμ0N22Sfδ(Ω)---(3)]]>上三式中L2f—電感，X2f—漏抗(Ω)，N2—次級線圈(2)的匝數(shù)，Φf—磁分路中總的漏磁通，I2—次級電流(A)，Rμ—磁分路的磁阻，δ—磁分路鐵心(3)與鐵心(6)間的空氣間隙(cm)，Sf—磁分路鐵心(3)的凈截面積(cm2)，μ0—磁導(dǎo)率，μ0＝4π×10-9(H/cm)。次級輸出的焊接電流與漏抗成反比I2=U202-Uh2X2f(A)---(4)]]>式中U20—次級的空載電壓(v) Uh—焊接電弧電壓(v)Uh＝20+0.04I2≤44(v)……………………………………⑤而電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源，在固定的磁分路鐵心(3)中，設(shè)置了直流激磁控制線圈(4)，當(dāng)控制電流Ik＝0時，磁分路的磁導(dǎo)率μ0最大，磁阻最小，次級線圈(2)的漏感和漏抗最大，次級輸出的焊接電流最小；隨著控制電流Ik的增大，磁導(dǎo)率μ0隨之減小，磁阻增大，漏感和漏抗隨之減小，次級輸出的焊接電流也隨之增大；當(dāng)Ik增大到一定期程度，磁分路鐵心(3)達(dá)到飽和，磁導(dǎo)率μ0最小，磁阻最大，漏感和漏抗最小，有最大的次級輸出焊接電流。變化規(guī)律簡單表達(dá)為Ik↑，μ0↓，Ru↑，L2f↓，X2f↓，I2↑。
所以，電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源其特征在于用小的直流電流來調(diào)節(jié)磁分路鐵心(3)的磁阻(磁導(dǎo)率或磁通密度)、次級線圈(2)的漏抗和次級輸出的焊接電流(或者焊接電壓)。
現(xiàn)代高磁導(dǎo)率的硅鋼片，使用小電流控制線圈(4)產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度H(At/cm)，就可以大幅度地調(diào)節(jié)磁通密度和磁導(dǎo)率μ0，為小控制電流節(jié)能的電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
2、電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源的結(jié)構(gòu)形式電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源，以單相固定磁分路的弧焊變壓器為基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)形式有三類(1)單相弧焊電源，有心式鐵心帶固定磁分路的單相變壓器(如


圖1、2)和殼式鐵心帶固定磁分路的單相變壓器(如圖3)兩種形式。
(2)三相V接的弧焊電源，由兩臺結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的單相電磁調(diào)節(jié)弧焊變壓器(心式的或殼式的)，初、次級線圈(1)、(2)依次按規(guī)定聯(lián)接成三相V形接而構(gòu)成的三相V接的弧焊電源。
(3)三相弧焊電源，有三柱鐵心二固定磁分路的三相變壓器(如圖4)和五柱鐵心四固定磁分路的三相變壓器(如圖5)兩種形式。
2.1單相電磁調(diào)節(jié)弧焊變壓器的基本結(jié)構(gòu)單相電磁調(diào)節(jié)弧焊變壓器的基本結(jié)構(gòu)如
圖1、2、3，主要由矩形鐵心(6)，帶控制線圈(4)的固定磁分路鐵心(3)、初級線圈(1)、次級線圈(2)，以及控制電源、控制電路等構(gòu)成。
2.2三相V形聯(lián)接的弧焊電流三相V形接的弧焊電源，由兩臺結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的單相電磁調(diào)節(jié)弧焊變壓器，初、次級線圈(1)、(2)依次按V形聯(lián)接，兩臺的磁分路控制電流同步調(diào)節(jié)，次級按三相橋式整流聯(lián)接，直流輸出，并且能做到三相輸入和輸出平衡；或者有兩組交流輸出，輸出分別獨(dú)立調(diào)節(jié)，作為雙絲埋弧焊的電源或供兩人使用的手弧焊電源，但此時三相輸入是不平衡的；同理，也可以制成有一組直流輸出和二組交流輸出的三相交、直流兩用弧焊電源，具體見圖6是“三相V接交、直流兩用弧焊電源”。若去掉其中的兩組交流輸出，即為直流弧焊電源，而去掉整流部分就是有二組交流輸出的交流弧焊電源。
2.3三相弧焊電源三相弧焊電源，可以由三柱鐵心二固定磁分路的三相變壓器(如圖4)或者五柱鐵心四固定磁分路的三相變壓器(如圖5)來構(gòu)成，初、次級線圈按各種電源的具體要求，依次接成星接或者角接，加上三相橋式整流器，而形成了三相直流弧焊電源，磁分路的控制電流同步調(diào)節(jié)。
需要說明的，三柱鐵心二固定磁分路的三相變壓器，由于中柱的漏抗較兩側(cè)柱的大，造成三相輸入和輸出電流不平衡，在三相平衡度要求嚴(yán)格的場合，不采用此種結(jié)構(gòu)形式。
3、電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源可開發(fā)的系列品種根據(jù)上述的說明，電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源，可開發(fā)的系列品種是多用途、多特性的，具體見表1
表1 電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源可開發(fā)的系列品種

4、電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源的基本設(shè)計(jì)計(jì)算電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源的基本設(shè)計(jì)計(jì)算，以單相固定磁分路的弧焊變壓器為基礎(chǔ)，基本設(shè)計(jì)計(jì)算與動鐵式弧焊變壓器的類似，這里著重闡述與電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源有關(guān)的部分。
4.1鐵心(6)(1)鐵心(6)的硅鋼片的最大工作磁通密度Bm，在硅鋼片的性能價格比較理想的前提下，磁通密度Bm一般選用在1.50～1.75(T)之間，也便于和磁分路鐵心(3)高磁導(dǎo)率的硅鋼片相匹配。
常用的冷軋硅鋼片的牌號有D310～D340，或者用電力變壓器鐵心牌號Z11或類似牌號性能的硅鋼片(包括舊電力變壓器鐵心拆卸出來的此類的硅鋼片)更為理想，但要求供應(yīng)商保證硅鋼片的牌號、裁片質(zhì)量、尺寸均勻一致、平整、無毛刺、無銹蝕等。
(2)鐵心(6)的凈截面積鐵心(6)的凈截面積按下式計(jì)算S=20~30BmPc(cm2)---(6)]]>式中S—鐵心(6)的凈截面積(cm2)Bm—鐵心(6)的磁通密度(T)Pc—弧焊變壓器的長時工作容量(KVA)4.2磁分路鐵心(3)4.2.1磁分路鐵心(3)的硅鋼片和截面積(1)硅鋼片的牌號為了盡可能地減少控制電流節(jié)約能量，磁分路鐵心(3)應(yīng)選用高磁導(dǎo)率的硅鋼片，如常見的進(jìn)口牌號Z11、Z10等，武漢鋼鐵公司生產(chǎn)的DQ151-35硅鋼片性能與Z11-0.35的接近，DQ137G-35的性能與Z10-0.35的相似，DQ151、DQ137G后面的-35和Z11、Z10后面的-0.35均表示硅鋼片的厚度0.35mm。
(2)磁分路鐵心(3)的凈截面積磁分路鐵心(3)的凈截面積的計(jì)算與動鐵式弧焊變壓器的計(jì)算方法相同Sf=45Bm(U1N1-U2minN2)(cm2)---(7)]]>式中Sf—磁分路鐵心(3)凈截面積(cm2)，U1—初級額定的輸入電壓(V)，N1—初級線圈(1)的匝數(shù)，N2—次級線圈(2)的匝數(shù)，U2min—最小焊接電流I2min所對應(yīng)的電弧電壓(V)U2min＝20+0.04I2min(V)………………⑧
4.2.2磁分路鐵心(3)的結(jié)構(gòu)尺寸(1)在設(shè)計(jì)計(jì)算和總體結(jié)構(gòu)布置時，確定磁分路鐵心(3)的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖7是“磁分路鐵心結(jié)構(gòu)尺寸圖”，其硅鋼片采用斜山直角梯形，便于交錯插鐵，減小氣隙和控制電流。
鐵心片寬度bl＝b[鐵心(6)的疊厚](mm)鐵心片高度hf＝[hc-(0.6～1.0)](mm)，hc—鐵心(6)窗口高度(mm)磁分路鐵心(3)窗口高度hfc(mm)磁分路鐵心(3)窗口長度lf(mm)磁分路鐵心(3)的疊厚bf=10Sf0.95(bl-lf)(mm)---(9)]]>Sf的單位由cm換算乘mm，前面乘10，0.95—疊鐵系數(shù)。
箭號表示硅鋼片的軋制方向。
一般應(yīng)使(bl-lf)2=(hf-2hfc)4.]]>(對于窗口高度hfc狹窄的鐵心，允許圖7磁分路鐵心旋轉(zhuǎn)90°橫置。)(2)磁分路中控制線圈(4)的窗口面積Sfc＝lfhfc≈(2～3)NkSk(mm2)……………………⑩式中Sfc—磁分路鐵心(3)窗口面積(cm2)Nk—控制線圈(4)的匝數(shù)Sk—控制線圈(4)單根導(dǎo)線的截面積(mm2)磁分路鐵心(3)的窗口尺寸在控制線圈(4)的匝數(shù)Nk、導(dǎo)線的截面積Sk計(jì)算出來和具體繞制核算之后，具體確定，注意保持磁分路鐵心(3)的有效截面積Sf。
4.2.3直流磁路長度的計(jì)算按圖7直流控制磁路的長度lk=210[(bl-lf2+lf)+(hfc+hf-2hfc4)]---(11)]]>=0.1[bl+lf+hfc+hf2](cm)]]>式中l(wèi)k—直流控制磁路的長度(cm)若lk＝0.2bl，hfc＝0.1hf，則lk＝0.06(2bl+hf)(cm)…………4.2.4磁分路硅鋼片的加工硅鋼片的主要加工方法有(1)沖壓法成批生產(chǎn)最好采用沖壓加工，生產(chǎn)率高，尺寸一致性好，對于有晶粒取向硅鋼片，注意保證軋制方向與交流主磁通方向一致。
(2)裁剪硅鋼片外形，銑削或沖出窗口法一般小批生產(chǎn)，可以先將硅鋼片裁剪成均勻一致的直角梯形，然后整齊疊積壓緊，再準(zhǔn)確地銑出窗口，或者采用準(zhǔn)確定位的沖模沖出窗口。注意保持尺寸精度和窗口的位置度，并且去毛刺。
(3)硅鋼片的退火硅鋼片在經(jīng)過剪切、沖壓等加工后會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使磁導(dǎo)率和磁化性能降低，有條件的單位，對磁分路的硅鋼片盡可能采用CO2等氣體保護(hù)防止氧化的高溫退火，退火溫度一般為795±10℃，退火時采取措施防止硅鋼片變形。
5、控制特性和控制線圈(4)5.1控制特性電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源的控制特性是指輸出焊接電流I2與控制電流Ik之間的關(guān)系。主要涉及到額定磁通密度Bmc和相應(yīng)的額定磁場強(qiáng)度He的選定，額定控制電流Ike，以及額定焊接電流I2e三者之間關(guān)系。這是電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源設(shè)計(jì)和計(jì)算所要重點(diǎn)分析、研究和解決好的問題。
有關(guān)常見牌號Z10、Z11硅鋼片的性能數(shù)據(jù)見表2。
表2 Z10、Z11硅鋼片磁通密度B與磁場強(qiáng)度H數(shù)據(jù)

現(xiàn)以Z11硅鋼片的磁化曲線加以分析說明，見圖8是“Z11硅鋼片B—H磁化曲線(I2-Ik控制示意曲線)”。
圖8的說明①I2max—弧焊變壓器磁分路完全飽和(相當(dāng)于無磁分路)時的最大輸出電流。
I2e—弧焊變壓器的額定焊接電流。
I2min—弧焊變壓器設(shè)計(jì)規(guī)定的最小焊接電流。
②Ike—額定的控制電流。
Bme—額定控制電流下所對應(yīng)的額定磁通密度，和磁場強(qiáng)度He，此時弧焊變壓器輸出額定焊接電流I2e。
即滿足控制電流0～I(xiàn)ke磁通密度0～Bme焊接電流I2min～I(xiàn)2e當(dāng)lk、Nk確定后，圖中橫坐標(biāo)值也可以近似地表示控制電流Ik值。對圖8Z11硅鋼片的B-H磁化曲線可以大致分為四段(1)B從0～1.5(T)，屬于近似的直線段， 的斜率為4.8～4；(2)B從1.5～1.7(T)，為過渡段， 的斜率從4降到2；(3)B從1.7～1.75(T)，為趨飽和段， 的斜率從2降到1.3；(4)B從1.75～1.8～Bmax，為飽和段， 的斜率從1.3降到0.8，最后達(dá)到飽和，斜率降至0。
額定的磁通密度Bme應(yīng)該在趨飽和段(3)中選定比較合適，相應(yīng)的磁場強(qiáng)度He也就確定了。若Bme選得過大，進(jìn)入了飽和段，使控制電流過大，降低弧焊電源的效率；盡管此時，額定焊接電流與最大輸出電流更接近，比較適合傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)計(jì)算。Bme選的過小，雖然能降低控制電流，但是會引起額定焊接電流與最大輸出電流間的差值過大，對弧焊變壓器的設(shè)計(jì)布置和調(diào)整帶來困難，處理不當(dāng)，在額定控制電流Ike時，焊接電流難以達(dá)到額定值I2c。
5.2控制電流的計(jì)算式和額定控制電流的確定(1)控制電流的計(jì)算式按全電流定律Hl＝0.4πNI …………理論的控制電流Iko=Haclk0.4πNk---(14)]]>式中H—磁場強(qiáng)度(At/cm)lk—直流磁路的長度(cm)Nk—控制線圈(4)的匝數(shù)Iko—理論的控制電流(A)Hac—交流磁場強(qiáng)度(At/cm)但是，在實(shí)際鐵心中，Hac只能使磁通降到零，而要使磁通回歸至負(fù)向飽和，至磁場強(qiáng)度Ho處截止，為此，需要比Hac大得多的控制磁場強(qiáng)度，所以實(shí)際的控制電流的計(jì)算式為Ik=KH0lk0.4πNk=K2Haclk0.4πNk(A)---(15)]]>同理，額定控制電流的計(jì)算式Ike=K2Helk0.4πNk(A)---(16)]]>式中，K＝(2～3)—余度系數(shù)，考慮到硅鋼片材料各個方向磁化性能的不均勻性，加工過程對磁化性能的影響，以及氣隙和應(yīng)用反饋等因素的影響；開始用大一點(diǎn)的，經(jīng)試驗(yàn)后，確定合適的余度系數(shù)。對于非電子電路的負(fù)反饋，K值應(yīng)取大一些，正反饋時可以取小一些。
(2)額定控制電流Ike的選定為了簡化計(jì)算和節(jié)約電能，對于中等容量的弧焊變壓器，額定控制電流可選定為Ike＝1A。
小容量的弧焊變壓器可以適當(dāng)減小，大容量的酌情增大。
(3)求控制線圈(4)的導(dǎo)線直徑控制線圈(4)導(dǎo)線的截面積Sk=Ikej(mm2)---(17)]]>式中j—銅導(dǎo)線許用的電流密度(A/mm2)，一般自冷的取2.5 A/mm2，風(fēng)冷的取3.5～4A/mm2。
銅導(dǎo)線的直徑dk=2Skπ=2Ikeπj(mm)---(18)]]>(4)控制線圈(4)的匝數(shù)控制線圈(4)的匝數(shù)按下式計(jì)算Nk=K2Helk0.4πIke---(19)]]>5.3弧焊電源的最大輸出電流為了不使額定的控制電流過大而降低弧焊電源的效率，設(shè)計(jì)和計(jì)算時，使弧焊變壓器的最大輸出電流為額定電流的1.25倍，即I2max＝1.25I2e(A)…………………………………… 式中I2e—弧焊變壓器的額定焊接電流(A)。
6、弧焊電源的最小漏抗和最大輸出電流的計(jì)算電磁調(diào)節(jié)的弧焊變壓器的漏抗和輸出電流的計(jì)算方法與動鐵式弧焊變壓器的計(jì)算方法相同。
(1)最小漏抗當(dāng)電源頻率f＝50Hz時X0=KjKR395Lp(A12+A1+A23)N22h2108(Ω)---(21)]]>
當(dāng)電源頻率f＝60Hz時X0′=KjKR474Lp(A12+A1+A23)N22h3108(Ω)---(22)]]>式中Kj—結(jié)構(gòu)系數(shù)，取0.8～1.0KR—洛氏系數(shù)KR＝1-σ+0.35σ2……… σ=A1+A2+A12πh2---(24)]]>Lp—次級線圈(2)的平均匝數(shù)(cm)N2—次級線圈(2)的匝數(shù)A1—初級線圈(1)的寬度(cm)A2—次級線圈(2)的寬度(cm)A12—初、次級線圈(1、2)間的距離(cm)h2—次級線圈(2)的厚度(cm)A1、A2、A12、h2具體見
圖1所示。
(2)最大輸出電流I2max由式 I2max＝1.25I2e，另，最大輸出電流按下式計(jì)算I2max=U202-Uhmax2x0---(25)]]>式中Uhmax—最大輸出電流時所對應(yīng)的電弧電壓(V)Uhmax＝20+0.04I2max＝20+0.05I2e≤44V ………………………… 當(dāng)f＝50Hz時，用X0；f＝60Hz時，用X0′。
U20—弧悍變壓器次級的空截電壓(V)。
7.弧焊電源的最大阻抗和最小焊接電流的計(jì)算(1)最大阻抗當(dāng)電源頻率f＝50Hz時Xmax=X0+X2f=X0+395SfN22δ108(Ω)---(27)]]>當(dāng)電源頻率f＝60Hz時X′max=X′0+X′2f=X′0+474SfN22δ108(Ω)---(28)]]>注以μ0＝4π×10-9(H/cm)，和頻率f分別代入式③分別得出X2f、X′2f，即式 的后半部分的具體計(jì)算式。
(2)最小焊接電流I2minI2min=U202-U2max2Xmax---(29)]]>式中U2min—最小焊接電流時所對應(yīng)的電弧電壓(V)。
U2min＝20+0.04I2min…………………⑧當(dāng)f＝50Hz時，用Xmax；f＝60Hz時，用X′max。
8.制造實(shí)測值與設(shè)計(jì)規(guī)定值之間超差值的消除弧焊電源的額定焊接電流、最小焊接電流、及其偏差等，國家有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中作了明確的規(guī)定。
當(dāng)弧焊電源制造的實(shí)測值對設(shè)計(jì)的規(guī)定值(或者標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值)出現(xiàn)超差時，可以按動鐵式弧焊變壓器設(shè)計(jì)和制造的調(diào)整方法進(jìn)行消除超差值；對于電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源也可以采取以下的方法加以消除(1)當(dāng)額定焊接電流實(shí)測值大于規(guī)定值時，可以在控制電路中加調(diào)整電阻(如圖9中的R1，圖9是“交流鐵磁諧振穩(wěn)壓的控制電路”)，對額定焊接電流值進(jìn)行鎖定。
(2)當(dāng)最小焊接電流實(shí)測值小于規(guī)定值時，也可以在控制電路中增加調(diào)整電阻和開關(guān)對最小焊接電流進(jìn)行鎖定(如圖9中的R2和K)；最好還是按常規(guī)的設(shè)計(jì)和制造方法加以調(diào)整消除此超差值。
9.電磁調(diào)節(jié)的控制電源和電流調(diào)節(jié)方式9.1控制電源(1)交流鐵磁諧振穩(wěn)壓器(如圖9)以往老一代磁放大器焊機(jī)中常用，圖9中，Bc—交流鐵磁諧振穩(wěn)壓器，W—控制電流調(diào)節(jié)電位器，R1—可調(diào)電阻，R2—可調(diào)電阻，K—開關(guān)，斷開時對最小焊接電流鎖定，合上后W適合大中電流的調(diào)節(jié)。
(2)直流電子穩(wěn)壓電源有晶體管穩(wěn)壓電源的控制電路，如
圖10；三端集成穩(wěn)壓器及其擴(kuò)展的控制電路，如
圖11。
9.2控制電源的功率對于中等容量的單相弧焊變壓器，額定控制電流為1A，控制電壓約為15～40V，控制電源的功率約為20～50W。小容量的焊機(jī)控制功率可以小一些，大容量的焊機(jī)控制功率應(yīng)該大一些，多磁分路的控制線圈采用串聯(lián)供電，控制電壓和功率要按比率加大。為了保證弧焊電源的效率，控制電源的功率消耗，在設(shè)計(jì)計(jì)算時必須考慮進(jìn)去。
9.3控制電流的調(diào)節(jié)方法控制電流的調(diào)節(jié)方法主要有以下幾種(1)電位器直接調(diào)節(jié)的方式如圖9、10、11中的電位器W，此處的電位器應(yīng)該選用大功率的線繞變阻器。
(2)晶體管調(diào)節(jié)電路，如
圖12。
(3)可控硅的調(diào)節(jié)電路，如
圖13。
具體電路的設(shè)計(jì)請參考有關(guān)的書籍資料。
10.磁分路鐵心(3)、鐵心(6)的緊固與裝配10.1主要技術(shù)要求(1)必須保持磁分路鐵心(3)和鐵心(6)柱的上、下平面整齊和平面度，以及上、下平面之間嚴(yán)格的平行。
(2)保證磁分路鐵心(3)右側(cè)(或在弧焊變壓器的后側(cè))上、下的緊固螺栓(10)和夾件(9)、磁分路鐵心(3)之間可靠地絕緣，防止形成閉合環(huán)路產(chǎn)生感應(yīng)電流使弧焊變壓器過載。
(3)用穿心鉚桿緊固鐵心(6)柱時，要嚴(yán)格保證穿心鉚桿與鐵心之間可靠的絕緣。
(4)為了減少交流漏磁場中的渦流損耗，提高弧焊電源的效率，用于夾緊和裝配的夾持件和緊固件等建議采用非導(dǎo)磁材料制成，如1Cr18Ni9不銹鋼。
(5)保證不損傷控制線圈(4)和初、次級線圈(1、2)的絕緣。
10.2磁分路鐵心(3)的緊固(1)膠接緊固法采用工作溫度能滿足100℃粘接強(qiáng)度較高的清漆或者西安產(chǎn)的雙H膠，對磁分路鐵心(3)進(jìn)行膠接緊固。在磁分路鐵心(3)硅鋼片插入控制線圈(4)，并整理達(dá)到技術(shù)要求后，對鐵心(3)端面進(jìn)行清理、除油，均勻涂刷清漆或膠液，靜置一段時間，讓漆或膠滲入硅鋼片的間隙中，然后均勻壓緊，注意將上、下表面擠出的漆或膠涂平，不致形成過厚的漆疤。用熱固性的漆或膠粘接強(qiáng)度更高。膠接緊固法值得采用推廣。
(2)焊接緊固法如
圖14所示，在硅鋼片插入控制線圈(4)和保證技術(shù)要求后，均勻壓緊硅鋼片，將上、下各一處接縫用鎢極氬弧焊(TIG)焊牢，為了幫助硅鋼片接縫的熔合，可用H08Mn2SiA焊絲拔動熔化金屬進(jìn)行焊接，焊縫力求薄而平整，焊后將過高的焊縫修磨平。注意，只允許在上、下接縫處施焊，不準(zhǔn)在左、右垂直面上焊接。
10.3鐵心(6)柱的緊固一般采用傳統(tǒng)的用穿心鉚桿鉚緊固定法，或者采用膠接緊固法[參考10.2(1)]，同樣保證滿足技術(shù)要求！10.4磁分路鐵心(3)與鐵心(6)的裝配10.4.1主要技術(shù)要求(1)使磁分路鐵心(3)與鐵心(6)接合面之間用絕緣墊片(5)保持絕緣。
(2)使磁分路鐵心(3)與鐵心(6)的裝配固定可靠，在長途運(yùn)輸以及長期強(qiáng)大的電磁力反復(fù)作用下等，都能保持穩(wěn)定可靠的工作。
(3)其他同“10.1”中相關(guān)的要求。
10.4.2裝配方法一般采取對磁分路鐵心(3)先膠接或焊接緊固后，再進(jìn)行裝配比較簡便。
(1)夾件(9)和螺栓(10)裝配法(如
圖15)這種方法適合于在鐵心(6)與初、次級線圈(1、2)裝配并留出合適的窗口高度后，插裝磁分路鐵心(3)。
圖15中限位絕緣墊塊(7)用于限制磁分路鐵心(3)的左右位置；絕緣墊片(5)和(8)，螺栓(10)和夾件(9)用于磁分路鐵心(3)與鐵心(6)的裝配固定；絕緣球面墊圈(11)和絕緣套管(13)防止夾件(9)、螺栓(10)、磁分路鐵心(3)形成閉合的導(dǎo)電回路；球面墊圈(12)和絕緣球面墊圈(11)為了適應(yīng)鐵心(6)和磁分路鐵心(3)端面不齊時能使夾件(9)均勻地壓緊。
裝配前，先將鐵心(6)、磁分路鐵心(3)和絕緣墊片(5)的接合面清理干凈、涂膠，然后準(zhǔn)確就位夾緊。
(2)熱軋低硅鋼片拉帶(19)裝配法(如
圖16)此法適用于先將磁分路鐵心(3)與上、下鐵心(6)柱、絕緣墊片(5)先組裝成“工”字形。裝配前同時對三者的接合面清理、涂膠和按圖準(zhǔn)確就位，左右兩側(cè)的軛鐵處用輔助夾具臨時支持和夾持。
圖16中下鐵心(6)柱外側(cè)采用階梯疊裝，下中部襯圓弧絕緣角墊(18)，裝配部位上部有絕緣墊(16)，前、后、下側(cè)用絕緣墊(17)，外側(cè)用厚0.5mm熱軋低硅鋼片拉帶(19)上部有U形螺桿(14)與壓件(15)，將磁分路鐵心(3)與鐵心(6)壓緊裝配在一起。限位絕緣墊塊(7)在裝配初、次級線圈(1、2)時再固定。注意不能用易脆性斷裂的硅鋼片做拉帶！(3)鋼帶打包裝配法參考
圖16的下半部分，上、下鐵心(6)柱外側(cè)均采用階梯疊裝法，便于襯圓弧絕緣角墊(18)，類似(2)法，在磁分路鐵心(3)兩邊緣處用二道鋼帶(最好用1Cr18Ni9不銹鋼薄板條)和鎖緊扣，用打包器捆綁緊固鎖緊。
其他的參考動鐵心式弧焊變壓器的裝配。
注意事項(xiàng)
(1)電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源的性能、參數(shù)和安全技術(shù)要求等，在設(shè)計(jì)和制造中同樣要認(rèn)真執(zhí)行國家、行業(yè)有關(guān)弧焊電源的標(biāo)準(zhǔn)。
除此之外，磁分路鐵心(3)、裝配緊固用的金屬件等，必須各有一處牢靠地接地保護(hù)。
(2)由于磁分路控制線圈(4)的電感量較大，在斷電時會產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，而危及到電子器件，所以，在控制電路中也必須采取可靠的保護(hù)措施和保護(hù)器件。附錄A 電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源中反饋的應(yīng)用電磁調(diào)節(jié)弧焊變壓器的外特性與動鐵式弧焊變壓器的外特性相近，是下降的外特性。在此基礎(chǔ)上，電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源中應(yīng)用不同方式的反饋對弧焊電源的外特性進(jìn)行控制，得到所需的不同的外特性，或者對電網(wǎng)電壓的波動進(jìn)行補(bǔ)償。A1.反饋的方式電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源的控制電路中，主要應(yīng)用的是電壓負(fù)反饋、電流負(fù)反饋和電流正反饋三種方式。A2.反饋的主要作用(1)電壓負(fù)反饋的作用當(dāng)應(yīng)用電源電壓負(fù)反饋時，是對電源電壓的波動進(jìn)行補(bǔ)償，提高輸出參數(shù)的穩(wěn)定性和精度。
當(dāng)應(yīng)用電弧電壓負(fù)反饋時，是減小原來下降外特性的斜率，可以使外特性變得緩慢下降或者趨向于水平。
(2)電流負(fù)反饋的作用應(yīng)用焊接電流負(fù)反饋，使原來下降外特性的斜率增大，成為陡降或者垂直下降的外特性。
(3)電流正反饋的作用應(yīng)用焊接電流正反饋，使原來下降外特性的斜率減小，使外特性變得緩慢下降或者趨向于水平。A3.反饋電路的基本形式A3.1單線圈直流控制回路疊加反饋的電路如圖A1是“直流控制電路”，圖中符號分別表示Bf—反饋電量變換器，在下列情況下，各自的含義如下①當(dāng)對電網(wǎng)電壓補(bǔ)償時，Bf為降壓變壓器，Ufl端接在弧焊變壓器的初級上。
②當(dāng)對電弧電壓負(fù)反饋時，Bf也為降壓變壓器，Ufl端接在弧焊變壓器的次級上。
③當(dāng)對焊接電流反饋時，Bf是特殊的電流互感器，Ufl端串入弧焊變壓器次級的輸出回路中，此時Bf的次級必須并接限壓電阻Ri！防止產(chǎn)生過電壓。W—控制電流調(diào)節(jié)電位器Wfl—反饋電量調(diào)節(jié)電位器Nk—磁分路鐵心(3)的控制線圈(4)ZL—整流器(1)負(fù)反饋電路按照圖A1電路的聯(lián)接為負(fù)反饋電路，控制電流Ik=Uk-UfRw+Rwf1(A)---(A1)]]>由于反饋電壓Uf抵消控制電壓Uk的作用，所以，比沒有反饋時，需要更大的控制電源的功率。
(2)正反饋電路將圖A1中電位器Wfl的a、b點(diǎn)分別換接到整流器的“-”、“+”極上去，就成了正反饋電路，控制電流Ik=Uk+UfRw+Rwf1(A)---(A2)]]>由于控制電壓Uk與反饋電壓Uf同向串聯(lián)，因而能夠降低控制電源的功率。
(3)復(fù)合反饋電路在圖A1電路的基礎(chǔ)上，同時串入電壓負(fù)反饋Ufu和電流正反饋Ufi，就成了復(fù)合反饋電路，其控制電流Ik=Uk-Ufu+UfiRw+Rwf1+Rwf2(A)---(A3)]]>A3.2雙線圈的反饋電路在磁分路鐵心(3)中設(shè)置了兩個線圈，一個線圈Nk通過控制電流Ik，另一個線圈Nf通過反饋電流If，各自獨(dú)立調(diào)節(jié)。其優(yōu)點(diǎn)是，簡化了合成電路，避免控制電流和反饋電流的互相牽制。A3.3運(yùn)算放大器的反饋電路采用運(yùn)算放大器的反饋電路，具有放大倍數(shù)大，反饋采樣的信號小，反饋深度和放大倍數(shù)容易調(diào)節(jié)，和便于反饋的復(fù)合等優(yōu)點(diǎn)。所以，在弧焊電源的控制中得到廣泛的應(yīng)用，其工作原理見圖A2是“運(yùn)算放大器控制原理圖”，圖中控制器(20)、弧焊電源(21)。A3.3.1反饋信號的采樣方法
(1)電流反饋信號的采樣電流反饋信號的采樣可以采用分流器(如圖A2中的Rf)或者電流互感器來實(shí)現(xiàn)。
(2)電壓反饋信號的采樣直流電壓反饋信號一般使用分壓電位器采樣，如圖A2中的電位器Wf；交流電壓采樣一般應(yīng)用電壓互感器或圖A1中的Bf降壓變壓器。A3.3.2反饋運(yùn)算電路反饋運(yùn)算電路，如圖A3所示，運(yùn)算放大器(YS)有兩個輸入端(差動輸入)，一個是同相輸入端“+”(輸出信號與輸入同相)，另一個是反相輸入端“-”(輸出信號與輸入信號反相)，設(shè)R11＝R12＝R0，K=R13R0]]>放大倍數(shù)，則，輸出電壓Uk=-R13R0(Uf+Ug)]]>=-K(Uf+Ug)---(A4)]]>(1)負(fù)反饋給定電壓Ug采用負(fù)電壓，反饋電壓Uf采用正電壓，兩者反向，輸出電壓Uk=R13R0(Ug-Uf)=K(Ug-Uf)---(A5)]]>Uf＝Ufu是電壓反饋量時，為電壓負(fù)反饋；Uf＝Ufi是電流反饋量時，為電流負(fù)反饋。
(2)正反饋給定電壓Ug采用負(fù)電壓，反饋電壓Uf也采用負(fù)電壓，兩者同向，輸出電壓Uk=R13R0(Ug+Uf)=K(Ug+Uf)---(A6)]]>此時為正反饋。
(3)復(fù)合反饋圖A2的電路中同時采用了電壓負(fù)反饋和電流負(fù)反饋的復(fù)合電路，K1、K2、K3分別是三個運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)，得出Uk＝K3[K1(Ugu-mU)+K2(Ugi-nI)]……………………(A7)式中Uk—控制電壓，U—電弧電壓，I—焊接電流，m—采樣分壓比，n—采樣分流比，Ugu—控制電壓給定值，Ugi—控制電流給定值。
因Uk值很小僅零點(diǎn)幾伏至幾伏，而K3相對較大，所以，簡化上式得K1(Ugu-mU)+K2(Ugi-nI)＝0 ……………………(A8)在Ugu、Ugi一定時，可得dUdI=-K2K1·nm---(A9)]]> 為弧焊電源外特性曲線的斜率。通過調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)K1、K2和分壓比m、分流比n，來調(diào)節(jié)外特性的斜率 工作點(diǎn)的范圍Ugu、Ugi決定后，外特性的任何變化都只能繞定工作點(diǎn)P(Ugu、Ugi)轉(zhuǎn)動。A4.電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源應(yīng)用反饋的特點(diǎn)圖A4是“電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源外特性曲線”。
沒有反饋的電磁調(diào)節(jié)弧焊變壓器的外特性與動鐵式弧焊變壓器的外特性相近，如圖A4中的曲線“1”，工作點(diǎn)P處外特性的斜率 是斜線“2”。
要得到陡降或者垂直下降的外特性，就應(yīng)該應(yīng)用電流負(fù)反饋，加大外特性的斜率，使外特性曲線繞給定的工作點(diǎn)P左旋，如圖A4中的線“3”。
如果要得到緩慢下降或者趨向于水平的外特性，應(yīng)用電壓負(fù)反饋、電流正反饋，或者兩者的復(fù)合反饋，減小原來下降外特性的斜率，使外特性曲線繞給定點(diǎn)P右旋，如圖A4中的線“4”。
由于采用了電流正反饋式(A8)變?yōu)镵1(Ugu-mU)+K2(Ugi+nI)＝0……………………(A10)式(A9)變?yōu)閐UdI=K2K1·nm---(A11)]]> 符號有負(fù)變正，表示了斜率右(上)旋的趨勢。
電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源的反饋電路，根據(jù)其自身的特點(diǎn)，參考并區(qū)別于磁放大器的控制電路和晶閘管直流弧焊電源的反饋電路，以及有關(guān)的電子電路的資料進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和調(diào)試。附錄B 電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源的低頻脈沖功能電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源屬于電磁慣性較大的控制電路，能否實(shí)現(xiàn)脈沖焊？實(shí)際上可以制成性能良好的低頻脈沖鎢極氬弧(T1G)焊機(jī)或者等離子脈沖焊機(jī)。
低頻脈沖T1G焊是解決單面焊雙面成形的優(yōu)良工藝。既能保證工件焊透而又不產(chǎn)生燒穿；不僅適合于焊接鋼制件，也適合于焊接導(dǎo)熱性好的銅、鋁件，更適合于焊接導(dǎo)熱性差異很大的如銅與不銹鋼的制件，是一般焊接方法無法比擬的；特別是容易實(shí)現(xiàn)T1G交流脈沖焊，對于焊接鋁合金具有更加優(yōu)良的工藝性，是電磁調(diào)節(jié)的脈沖弧焊電源的獨(dú)到之處。B1.主要的脈沖參數(shù)脈沖頻率f＝0.5～10Hz脈沖波形矩形波，或帶尖峰的矩形階梯波由于電磁調(diào)節(jié)回路磁慣性的作用，使輸出電流波形的前沿不會太陡，后沿又較為緩降，在工藝上恰恰是好事，使電弧比較柔和，不易咬邊，焊縫成形好，也利于全位置焊接，后沿緩降有利于熔池緩冷，避免裂紋。B2.脈沖控制電路B2.1磁分路中控制線圈(4)的個數(shù)磁分路中控制線圈(4)的個數(shù)，分為單控制線圈(4)和雙控制線圈二種。雙控制線圈的電路如圖B1是“雙線圈脈沖電路示意圖”，圖中脈沖控制器(22)。圖中Nki—基值電流控制線圈Nkf—峰值電流控制線圈Nki和Nkf采用雙線并繞，匝數(shù)相等。
Kp—轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)接通“1”位時，無脈沖。此時，W負(fù)責(zé)整個焊接電流的調(diào)節(jié)；當(dāng)接通“2”位時，W負(fù)責(zé)脈沖基值電流的調(diào)節(jié)，由脈沖控制器(22)負(fù)責(zé)峰值脈沖電流、脈沖頻率、脈沖寬度的調(diào)節(jié)和控制。
這種電路的優(yōu)點(diǎn)是脈沖基值和峰值控制電流各自獨(dú)立調(diào)節(jié)，簡化了合成電路，其缺點(diǎn)是需要兩個控制線圈。B2.2.脈沖發(fā)生器矩形波脈沖發(fā)生器的電子電路較多，有晶體管多諧振蕩器、運(yùn)算放大器方波發(fā)生器，以及“555”時基電路構(gòu)成的矩形波發(fā)生器等，其中以“555”時基電路的脈沖發(fā)生器比較簡潔，脈沖頻率和脈沖寬度調(diào)節(jié)比較方便。
(1)“555”時基電路脈沖發(fā)生器如圖B2是“555時基電路的脈沖發(fā)生器”。接通電源后，首先調(diào)節(jié)電位器Wt決定脈沖頻率(或者周期T)；然后再調(diào)節(jié)電位器WD到所需的占空比tD(或者脈沖寬度)。此電路的脈沖周期T＝0.695[RWD+2×4.7K+(0～RWt)]C4(S)占空比tD=4.7KRwt+RwD+2×4.7K~4.7K+RwDRwt+RwD+2×4.7K]]>輸出波形矩形波，輸出電壓V0=23Vcc,]]>
最大輸出電流Iomax＝200mA，電源電壓Vcc一般為15V。
在確定了脈沖頻率和脈沖寬度之后，初步選定電容器C4的值，分別解出RWt和RWD的具體數(shù)值。
(2)尖脈沖階梯波發(fā)生器帶尖脈沖階梯波脈沖電路的方框圖見圖B3，圖中單穩(wěn)態(tài)電路(23)、無穩(wěn)態(tài)電路(24)、單晶管振蕩電路(25)、可控硅電路(26)、控制線圈(4)、弧焊電源(21)。B2.3脈沖調(diào)制電路對于控制電流進(jìn)行脈沖調(diào)制的電路，具體結(jié)合說明書中“9.電磁調(diào)節(jié)的控制電源和電流調(diào)節(jié)方式”的內(nèi)容，以及參考有關(guān)的電子電路和弧焊電源的控制電路等書籍資料進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。
權(quán)利要求1.一種電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源，該電源在弧焊變壓器鐵心(6)的窗口中和初級線圈(1)、次級線圈(2)之間，其特征在于安裝了帶控制線圈(4)可變磁阻的固定磁分路鐵心(3)，控制線圈(4)與控制電源、控制電路相聯(lián)接，形成下降特性的弧焊電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源，其特征在于在控制電路中接入反饋器件，降壓變壓器或者特殊的電流互感器(Bf)、整流器(ZL)、反饋電量調(diào)節(jié)電位器(Wfl)等，應(yīng)用不同的反饋方式，構(gòu)成平特性或者陡降特性的弧焊電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源，其特征在于在控制電路中接入脈沖控制器(22)等，構(gòu)成下降特性的低頻脈沖弧焊電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源，其特征在于在控制電路中同時接入脈沖控制器(22)等，構(gòu)成平特性或者陡降特性的低頻脈沖弧焊電源。
專利摘要電磁調(diào)節(jié)的弧焊電源是適用于多種電弧焊接一個系列的電焊機(jī)，該電源在弧焊變壓器中，安裝了可變磁阻的固定磁分路的新型裝置，通過調(diào)節(jié)其控制電流來調(diào)節(jié)磁分路的磁阻、次級線圈的漏抗和焊接電流，得到下降的外特性；若在控制電路中應(yīng)用不同的反饋方式，可以獲得不同的外特性；若對控制電流進(jìn)行低頻脈沖調(diào)制，可構(gòu)成低頻脈沖弧焊電源；因此形成了系列的電磁調(diào)節(jié)的孤焊電源。
文檔編號B23K9/08GK2601773SQ0227000
公開日2004年2月4日 申請日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月9日
發(fā)明者沈茂堂 申請人:沈茂堂