第2章 对弧焊电源的基本要求

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1、第第2章章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求 本章阐述对弧焊电源的基本要求，重点学习弧焊工艺对弧焊电源的空载电压、外特性、调节特性和动特性的要求。2.1 对弧焊电源外特性的要求1. 电源的外特性电源的外特性 在电源参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值与输出的电流稳定值之间的关系)(yyIfU2.1.1 电源的外特性电源的外特性yUyI对于直流电源， 和 为平均值，对于交流电源则为有效值。第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制2、一般直流电源的外特性 图2-1 一般直流电源的外特性 0rIEUyy一般直流电源的外特

2、性方程式为：一般直流电源的外特性方程式为：第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制2.1.2 “电源一电弧”系统的稳定性 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。但当干扰消失之后，系统能够自动地恢复稳定平衡，使得焊接规范重新恢复。一、一、“电源一电弧电源一电弧”系统的稳定性的含义系统的稳定性的含义yfUUyfII1、系统在无外界因素干扰时，能在给定电弧电压和电流下，维持长时间的连续电弧放电，保持静态平衡。Uf 和If 为电弧电压和电弧电流的稳定值。第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要

3、求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制图2-3 “电源-电弧”系统工作状态电源外特性电弧静特性第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制静态平衡时:;yfUU yfII 第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制 假定在t=0时,由于某种因素的影响,引起电弧电流向减小的方向偏移了 ,当外界干扰消除后这个电流偏差 也要变化.若用 表示其偏差瞬时值,则在t0时,电路中电流I为fIfifI)2.(ffiII)3.()()()(dtiIdLiIUiIUfffffffy此时,式(1)就

4、应写成动态平衡时(受到干扰且干扰消除后):动态平衡方程式是:) 1.()()(dtdILIUIUfy第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制动态平衡时 (受到干扰且干扰消除后):近似处理近似处理: 虽然弧焊电源和电弧静特性一般是非线性的,但对于离开平衡位置A0不远的范围内的线段可近似认为是直线,并与A0点上特性曲线的切线相重合.)5.( 点B)4.()()( B21fffffffffyfyfffyi)IU(UuU)i(IUiIUUuUiIUfIfI电弧电压：点电源电压：由(4)和(5)得:)6.()()()(dtidLiIUiIUfff

5、fyfIfI第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制动态平衡时(受到干扰且干扰消除后):系统的稳定系数）令()(wyfKIUIUfI0)( ）变6于是式（wffKidtidL成)7.( ）Ii 时，0t（初始条件：当 一阶fftLKffweIi线性微分方程：解常系数第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制动态平衡时(受到干扰且干扰消除后): 只有只有 ,电流偏差值在干扰消除后才会随时间的电流偏差值在干扰消除后才会随时间的增长而趋近于增长而趋近于0.因此因此,可以根据工作点的稳定系

6、数是否大可以根据工作点的稳定系数是否大于于0,来判断这个点是否是稳定点来判断这个点是否是稳定点.0wK 电弧偏差衰减曲线电弧偏差衰减曲线第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制物理过程论证:o对于对于A A0 0点点, ,当某种因素使工作当某种因素使工作点点A A0 0的电弧电流向减小方向的电弧电流向减小方向偏移了偏移了I If f时时, ,电源工作点移电源工作点移至至B B1 1, ,此时弧焊电源电压为此时弧焊电源电压为 U Uy y=U=Uf f+ +U Uy y 而电弧工作点移至而电弧工作点移至B B2 2, ,这时这时U Uy

7、yUUf f, ,供大于求供大于求, ,就使电流增就使电流增加加, ,因而电弧电流偏移量因而电弧电流偏移量I If f减小减小, ,直至恢复到原来的平直至恢复到原来的平衡点衡点A A0 0. . 同理同理, ,当某种因素使电当某种因素使电弧电流向增加方向偏移时弧电流向增加方向偏移时, ,也能使电弧电流自动恢复也能使电弧电流自动恢复. . 对于对于A1点，当某点，当某种因素使工作点种因素使工作点A1的电弧电流增大时，的电弧电流增大时，同样会出现同样会出现UyUf，供大于求，使电流继供大于求，使电流继续增加，直至工作点续增加，直至工作点移至移至A0点才达到平点才达到平衡，即不能回到原来衡，即不能回

8、到原来的工作点的工作点A1。第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制“电源电弧”系统的稳定条件 0)(fIyfWIUIUK 也就是说，电弧静特性曲线在工作点也就是说，电弧静特性曲线在工作点上的斜率必须大于弧焊电源外特性曲线上的斜率必须大于弧焊电源外特性曲线在该工作点上的斜率。在该工作点上的斜率。第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制2.1.3.1 对弧焊电源外特性工作区段形状的要求o 手工电弧焊手工电弧焊 在手工弧焊中，一般是工作于电弧静特性的水平段上。采用下降外特性的弧焊电源

9、，便可以满足系统稳定性的要求。 第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制p 熔化极弧焊熔化极弧焊 熔化极弧焊包括埋弧自动焊、混合气体保护焊(MAG)、惰性气体保护焊等。这些弧焊方法，不仅要根据其电弧静特性的形状，而且还要考虑送丝的方式来选择合适的弧焊电源外特性工作部分的形状。第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制根据送丝方式不同，熔化极弧焊可分为两种：l等速送丝控制系统的熔化极弧焊等速送丝控制系统的熔化极弧焊 C02MAG、MIG焊或细丝(直径3mm)的直流埋弧自动焊，电弧静特

10、性均是上升的。弧焊电源外特性为下降、平、微升(但上升的陡度需小于电弧静特性上升的陡度)都可以满足“电源一电弧”系统稳定条件。 由于“电源-电弧“系统自身调节作用强烈，所以选择平外特性电源更有利。p 熔化极弧焊熔化极弧焊 此外，用平外特性电源还具有短路电流大、易于引弧、有利于防止 焊丝回烧和粘丝等好处。“电源电源-电弧电弧“系统自身调节：当弧长发生变化时，引起电流和焊系统自身调节：当弧长发生变化时，引起电流和焊丝熔化速度变化，使弧长自动恢复的作用。丝熔化速度变化，使弧长自动恢复的作用。第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制图2-5 电弧

11、静特性为上升形状时电源外特性对电流偏差的影响A0A1A2第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制 图2-6 等速送丝a）控制系统示意图 b）弧焊电源外特性与电弧静特性第二章第二章 对弧焊电源的基本要求对弧焊电源的基本要求弧焊电源及其数字化控制弧焊电源及其数字化控制l 变速送丝控制系统的熔化极弧焊变速送丝控制系统的熔化极弧焊 通常的埋弧焊(焊丝直径3mm)和一部分MIG焊，它们的电弧静特性是平的。 为满足Kw 0，只能采用下降外特性的电源。 这种焊接方法焊丝中电流密度较小，自身调节作用不强，所以不宜采用等速送丝控制系统，而应采用变速控制系