弧焊電源及數(shù)字化控制復習題(湘大版)

1、1、電源按照控制技術分為哪些？每種類型各舉一例。1）交流弧焊電源 弧焊變壓器 矩形波弧焊電源2）直流弧焊電源 直流弧焊發(fā)電機 弧焊整流器3）脈沖弧焊電源 與焊接方法結合使用 4)逆變式弧焊電源 IGBT式逆變式弧焊電源控制方式：機械式控制、電磁式 、電子式 、數(shù)字式 （單片機控制、PLC/PLD控制、ARM 、DSP ）2、脈沖弧焊電源的特點是什么？適用于哪些方面的焊接？脈沖弧焊電源的特點是電源輸出電流是周期性變化的，脈沖頻率、脈沖電流等脈沖參數(shù)可調。調節(jié)脈沖參數(shù)可以調節(jié)焊接工件的熱輸入量、焊絲的熔滴過渡形式等，有利于對熱輸入比較敏感的材料、薄板和全位置的焊接。故大部分弧焊電源中都包含脈沖弧焊

2、電源。 1.1、什么是焊接電弧？電弧中最基本的物理現(xiàn)象是什么？焊接電弧是一種強烈的持久的氣體放電現(xiàn)象，是氣體放電的一種形式。氣體的電離和電子的發(fā)射時電弧中最基本的物理現(xiàn)象。1.2、什么是焊接電弧的靜特性？靜特性曲線的形狀是什么？常用電弧焊接方法的電弧特性曲線是什么形狀？一定長度的電弧在穩(wěn)定狀態(tài)下，電弧電壓Uf與電弧電流If之間的關系，稱為焊接電弧的靜態(tài)伏安特性，簡稱伏安特性或靜特性，其曲線形狀類似于U型，可稱之為U形曲線。包括下降特性、平特性、上升特性三部分曲線形狀。 不同的焊接方法，在其正常使用范圍內，其電弧靜特性曲線只是整個電弧“U”形靜特性曲線的某一部分。常用電弧焊接方法的電弧特性如下：

3、  焊條電弧焊、埋弧焊等焊接電弧基本工作在電弧靜特性的水平段；  TIG焊、微束等離子弧焊、等離子弧焊的焊接電弧也基本工作在電弧靜特性的水平段，但當電流很小時，如微束等離子弧焊、微束TIG焊的焊接電弧則工作在電弧靜特性的下降段；     熔化極氣體保護焊（MIG焊或CO2焊等）和水下焊接等焊接電弧基本上工作在電弧靜特性的上升段。 1.3、什么是焊接電弧的動特性？焊接電弧存在動特性的本質原因是什么？一定弧長的電弧，當電弧電流以很快速度連續(xù)變化時，電弧電壓瞬時值與電流瞬時值之間的關系稱為電弧動態(tài)伏安特性，簡稱為電弧動特性。

4、60; 熱慣性：當電流快速增加或減小時，游離作用或消游離作用來不及變化，使得弧柱溫度的變化相對滯后。1.4、與直流電弧相比，交流電弧燃燒的特點是什么？1）交流電弧的電流、空載電壓存在極性變化，最常見的交流電弧是工頻正弦波交流電弧。該電弧一般是由50Hz按正弦規(guī)律變化的電源供電，每秒鐘內電弧電流變換極性50次，100次經(jīng)過電流的零點。電流經(jīng)過零點的瞬間，電弧熄滅，過零點后電弧重新引燃。能否引燃主要取決于電源電壓和再引燃電壓之間的關系 2）交流電弧的再引燃過程使交流電弧放電的物理條件和電、熱物理過程也隨之改變，這對電弧的穩(wěn)定燃燒和弧焊電源的特性有很大的影響。  3）對于電阻型弧焊電源其焊

5、接電流是不連續(xù)的，如要使得焊接電流連續(xù)，應串聯(lián)一個足夠大的電感1.5、影響交流電弧穩(wěn)定燃燒的因素有哪些？提高穩(wěn)定性的措施？1）空載電壓U0: U0愈高，在同等大小的引弧電壓下，熄弧時間愈短，電弧愈穩(wěn)定； 2） 引燃電壓Uyh：Uyh愈高，電弧愈不穩(wěn)定，引弧困難； 3） 電路參數(shù)：增大電感L，減小電阻R可使電弧趨向穩(wěn)定燃燒； 4） 電弧電流：電流愈大，產(chǎn)熱愈多，而且電流變化率dif/ dt愈大，熱慣性作用明顯，電弧愈穩(wěn)定； 5） 電源頻率f: f提高，熄弧時間縮短，熱慣性增強，也可提高電弧的穩(wěn)定性

6、； 6） 電極的熱物理性能和尺寸：它們影響電極所達到的溫度，從而影響電弧的引燃電壓。PS：提高交流電弧穩(wěn)定性的措施包括： 1）提高弧焊電源頻率；  2）提高電源的空載電壓； 3）改善電弧電流波形； 4）疊加高壓電。1.6、請畫出直流矩形脈沖電弧電流的波形，并列出脈沖電弧的基本參數(shù)。2.1、弧焊工藝對弧焊電源有哪些要求？ 1）保證引弧容易 2）保證電弧穩(wěn)定 3）保證焊接參數(shù)穩(wěn)定 4）具有足夠寬的焊接參數(shù)調節(jié)范圍 5）具備對環(huán)境的適應性Ps:弧焊電源的電氣性能要求 (焊接電源空載電壓、 外特性、調節(jié)性能、動特性)2.2、什么是弧

7、焊電源的外特性？弧焊電源的外特性是指，在規(guī)定范圍內，弧焊電源穩(wěn)態(tài)輸出電壓Uy與輸出電流Iy之間的關系。換言之，在電源內部參數(shù)一定的條件下，改變負載，穩(wěn)態(tài)輸出電壓Uy與穩(wěn)態(tài)輸出電Iy值之間的關系，一般采用Uyf（Iy）來表示。2.3、電源-電弧系統(tǒng)的穩(wěn)定條件是什么? （1）無干擾時，能在給定負載電壓和焊接電流下，保證電弧的穩(wěn)定燃燒，系統(tǒng)保持靜態(tài)平衡狀態(tài)。（2）當系統(tǒng)受到瞬時干擾，破壞了系統(tǒng)原有的靜態(tài)平衡，負載電壓和焊接電流發(fā)生變化； 當干擾消失后，系統(tǒng)能夠自動恢復到原來的平衡狀態(tài)或者達到新的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定條件公式： “即：電弧靜特性曲線在工作點上的斜率   必須大于

8、電源外特性曲線在該工作點上的斜率   )     2.8鎢極氬弧焊（TIG）等離子弧焊分別選擇什么形狀的電源外特性？為什么？都選擇恒流外特性。 1） 兩者的電弧靜特性工作部分呈平的或略上升的形狀，從“電源電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定的角度（Kw>0）考慮，應選用下降外特性的電源。 2）從焊接規(guī)范穩(wěn)定的角度考慮，兩者穩(wěn)定焊接參數(shù)主要指穩(wěn)定焊接電流。所以采用恒流外特性，電流靜態(tài)偏差最小，電源外特性如下圖。2.9對弧焊電源空載電壓有哪些要求？1）保證引弧容易 空載電壓愈高愈好2）保證電弧的穩(wěn)定燃燒 U0（1.82.25）Uf3）保證電弧功率穩(wěn)定 2

9、.5 >U0/Uf>1.574）要有良好的經(jīng)濟性5）保證人身安全2.10什么是弧焊電源穩(wěn)態(tài)短路電流？穩(wěn)態(tài)短路電流過大和過小對焊接過程有和影響？ 在弧焊電源外特性上，當Uf=0時對應的電流為穩(wěn)態(tài)短路電流Iwd。 當電弧引燃和金屬熔滴過度到熔池時，經(jīng)常發(fā)生短路，過大會使焊條過熱，藥皮易脫落，使熔滴過渡中因有大的積蓄能量兒增加金屬飛濺。過小會因電磁壓縮推動力不足而使引弧和焊條熔滴過渡產(chǎn)生困難。2.11什么是弧焊電源的調節(jié)特性？如何調節(jié)焊接參數(shù)？ 焊接電源能滿足不同工作電壓、電流的需求的可調節(jié)性能稱為電源調節(jié)性能。調節(jié)焊接參數(shù)，即在給定電弧電壓時來調節(jié)電弧電流，火在給定電弧電流時調節(jié)電弧電

10、壓，都可以通過調節(jié)弧焊電源的空載電壓U0和等效阻抗z來實現(xiàn)。2.12弧焊電源的負載持續(xù)率和額定電流的含義是什么？額定負載持續(xù)率是指給定的負載持續(xù)時間與全周期時間的百分比。額定電流Ie就是指在規(guī)定的環(huán)境條件下，按額定負載持續(xù)率FS規(guī)定的負載狀態(tài)工作，即在符合標準規(guī)定的溫升限度下所允許的輸出電流值。2.13在弧焊電源的電流調節(jié)范圍內，按不同的負載持續(xù)率FS工作時，所允許使用的焊接電流If為（額定負載持續(xù)率和額定電流分別為FSe、Ie）2.14什么是弧焊電源的動特性？熔化極電弧焊的哪種熔滴過渡形式對弧焊電源的動特性有嚴格要求？弧焊電源適應焊接電弧這樣的動態(tài)負載所輸出電流、電壓相對時間變化的特性,稱為

11、弧焊電源的動特性。短路過渡（它的電弧有較大變化的動負載，使弧焊電源常在空載、負載、短路三態(tài)之間轉換，故需要對弧焊電源的動特性提出要求。）31弧焊變壓器的外特性是什么形狀？如何獲得？如何調節(jié)焊接電流？弧焊電源的外特性是指,在規(guī)定范圍內,弧焊電源穩(wěn)態(tài)輸出電壓Uy與輸出電流Iy之 間的關系。換言之,在電源內部參數(shù)一定的條件下,改變負載,穩(wěn)態(tài)輸出電壓Uy與 穩(wěn)態(tài)輸出電Iy值之間的關系,一般采用Uy=f(Iy)來表示。a) 平(緩)特性b)斜特性c)緩降特性d)恒流特性e)恒流帶外拖特性只取電壓負反饋時,弧焊電源的輸出特性為恒壓外特性;只取電流負反饋時,輸出為 恒

12、壓外特性;電流截止負反饋時,初始為平特性,當電流大于閾值時為恒流或陡降外特性; 復合負反饋中:同時采用電壓電流負反饋得到下降外特性;不同時刻采用不同反饋可以 得到陡降帶外拖外特性;恒壓恒流截止負反饋時得到初始恒壓后來電流大于某值時恒流的外 特性。改變XL或者XK可調節(jié)焊接電流If 公式：32串聯(lián)電抗器式弧焊變壓器的外特性如何獲得？3.3增強漏磁式弧焊變壓器有哪些？各自的外特性如何獲得？3.4動鐵心式弧焊變壓器的梯形動鐵心移進、移出時。外特性曲線如何變化？3.5動線圈式弧焊變壓器的動繞組與固定繞組之間的間距增大、減小時，去外特性曲線如何變化？5.1試述晶閘管弧焊整流

13、器的基本組成和工作原理。 三相主變壓器T、晶閘管組V和輸出直流電感L組成；二極管組VD還限流電阻R構成維弧電路；控制電路由給定電路G、檢測電路M、比較電路和觸發(fā)電路組成。 大功率晶閘管組V受控于觸發(fā)電路。觸發(fā)電路的移相可以改變晶閘管導通角的大學，晶閘管導通角打，則焊接電流（電壓）大；反之亦然。晶閘管式弧焊整流器外特性控制是借助于電流、電壓反饋信號，當需要獲得下降外特性時，觸發(fā)脈沖的相位由給定電壓和電流反饋信號經(jīng)比較器后得到的控制信號確定；當需要獲得平外特性時，觸發(fā)脈沖的相位由給定電壓和電壓反饋信號確定；當需要獲得任意外特性時，觸發(fā)脈沖的相位由電壓、電流反饋信號的比例確定，改變這個比例，就可以獲

14、得任意外特性。框圖：5.2晶閘管弧焊整流器的主電路主要由哪些組成？試作圖說明，指出哪一種主電路更適合作弧焊電源，為什么？ 半控電路、三相橋式全控電路和帶平衡電抗器雙反星形電路。 帶平衡電抗器雙反星形整流電路更適合。 當于兩組三相半波整流器并聯(lián)。它的各相電流流通時間課延長至120°，兒六相半波整流電路每相電路流通時間只有60°,顯然前者的整流變壓器和我整流元件的利用率較高。該電路中同時有兩個晶閘管并聯(lián)導電，每管分擔1/6的負載電流。而三相橋式整流電路相當于兩個三相半波整流電路中的串聯(lián)，同時又兩個整流元件串聯(lián)導電，每個晶閘管分擔1/3的負載電流，后者所用晶閘管的額定電流也就要求

15、較大。同時后者要考慮兩倍的管壓降，因而效率較低。所以。5.3試畫圖分析三相橋式半控整流電路在控制角為0°、30°和60°時，電阻負載上的電壓、電流波形圖，并注明晶閘管觸發(fā)脈沖的相位。5.4試畫圖分析三相橋式全控整流電路在控制角為0°、30°和60°時，電阻負載上的電壓、電流波形圖，并注明晶閘管觸發(fā)脈沖的相位。5.5試畫圖分析帶平衡電抗器雙反星形整流電路在控制角為0°、30°和60°時，電阻負載上的電壓、電流波形圖5.6在三相橋式半空整流、三相橋式全控整流電路和平衡電抗器雙反行刑整流電路中，每個晶閘管分布承

16、擔多少的負載電流？ 答案1/3Id、1/3Id、1/6Id5.7什么是晶閘管弧焊整流器觸發(fā)電路？觸發(fā)電路的作用是什么？晶閘管門極控制電路稱為觸發(fā)電路。它是用來產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖的。5.8晶閘管弧焊整流器對觸發(fā)電路的要求是什么？為什么？1）觸發(fā)脈沖應有足夠功率 2）觸發(fā)脈沖相位必須與加在晶閘管上的陽極電壓同步。5.9晶閘管弧焊整流器的觸發(fā)電路由哪些環(huán)節(jié)組成？一般由同步電路、脈沖形成電路、脈沖移相和放大電路等組成。5.10晶閘管弧焊整流器的觸發(fā)脈沖的傳輸方式有哪些？1）電磁耦合 2）光電耦合 3）直接傳輸光電耦合的優(yōu)點：a、驅動晶體管不時候感性負載產(chǎn)生的反電壓，工況得到改善b、以輸出任意波形脈沖信號

17、c、光電耦合器件與脈沖變壓器比，成本低、體積小，易于在電路板上安裝焊接。5.11在晶閘管弧焊整流器的移相觸發(fā)電路中，控制電壓的變化改變觸發(fā)脈沖的相位，從而決定了晶閘管的導通角和弧焊電源的輸出電壓。5.12晶閘管弧焊整流器如何獲得恒流、恒壓、緩降和恒流帶外拖的外特性？只取電壓負反饋時,弧焊電源的輸出特性為恒壓外特性;只取電流負反饋時,輸出為 恒壓外特性;電流截止負反饋時,初始為平特性,當電流大于閾值時為恒流或陡降外特性; 復合負反饋中:同時采用電壓電流負反饋得到下降外特性;不同時刻采用不同反饋可以 得到陡降帶外拖外特性;恒壓恒流截止負反饋時得到初始恒壓后來電流大于某

18、值時恒流的外 特性。5.13晶閘管弧焊整流器外特性控制電路由哪兩部分組成？反饋信號采樣點路和誤差放大器5.14說明晶閘管給定值式脈沖弧焊電源的工作原理和調節(jié)方式。（圖略）晶閘管式脈沖弧焊電源的主電路和控制電路工作原理與晶閘管式弧焊整流器基本相同。晶閘管式脈沖弧焊電源的控制電路中的比較電路環(huán)節(jié)的給定值是脈沖電壓，其主電路輸出電流為脈沖電流，這就是所謂的給定信號變換式的脈沖弧焊電源。當給定脈沖電壓為高幅值時，主電路將輸出相應幅值的脈沖電流；當脈沖給定脈沖電壓為低幅值時，主電路將輸出與其相應的基本電流。 通過調節(jié)脈沖給定電壓的脈沖寬度和脈沖間歇時間，就可以實現(xiàn)輸出電流的脈寬比和脈沖頻率的調

19、節(jié)。5.15請說明單電源直流斷續(xù)器晶閘管式脈沖弧焊電源的工作原理和調節(jié)方式。（圖略）其主要由直流弧焊電源、晶閘管直流斷續(xù)器Q和電阻R1組成。脈沖電流和基本電路由直流弧焊電源分別通過斷續(xù)器Q和電阻R1提供。當Q斷開（晶閘管斷開）時，電源通過R1對電弧供以基本電流。當開關Q閉合（晶閘管導通）時，則對電弧直接供給較大的脈沖電流。如果開關Q不斷地閉合和斷開，就可以對電弧提供間斷出現(xiàn)的脈沖電流和基本電流，改變開關Q的斷開和閉合的周期，即可控制脈沖電流的頻率。 控制Q的延遲斷開時間t1，就可調節(jié)脈寬比（t1/T）?；倦娏髦岛兔}沖電流幅值分別通過R1和直流弧焊電源進行調節(jié)。5.16矩形波交流弧焊電源的特點

20、是什么？適用于哪方面的焊接？矩形波交流電流和正弦波交流電流相比較，主要的特點是電流過零點時的上升與下降率高，其次是通過電子控制電路，使正、負半波通電時間比和電流比值君可以自由調升。 當它用于鋁及其合金的鎢極氬弧焊接時，其特點有：電弧穩(wěn)定，電流過零點時重新引弧容易，不必加穏弧器：通過調節(jié)正、負半波通電時間比，在保證陰極霧化作用的條件下增大正極性電流，從而獲得最佳的熔深，提高生產(chǎn)率和延長鎢極的壽命：可以不必采用消除直流分量的裝置。應用于堿性焊條手工焊時，可使電弧穩(wěn)定、飛濺小。用于埋弧焊時，焊接過程穩(wěn)定，焊縫成型形好，提高了焊接接頭的力學性能。5.17畫出晶閘管電抗器式矩形波交流弧焊電源的電路原理圖

21、，并說明如何獲得矩形波交流電流。通過晶閘管橋的開關和直流電抗器的儲能作用，把正弦波交流電流轉變成矩形波交流電流。將單橋式全控整流電路電源主電路放在交流一側與變壓器二次側繞組想串聯(lián)，其中電抗器L是個帶有間隙大電抗相橋式整流電路。由于其電感量很大，具有儲能及續(xù)流作用，而保證小電流的連續(xù)性。1什么是逆變？將直流電轉變?yōu)榻涣麟姷倪^程叫逆變2試述弧焊逆變器的主要組成和工作原理。供電部分，電子功率系統(tǒng)，電子控制系統(tǒng)，給定與反饋電路，焊接電弧。一般都采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)控制他的電氣性能，及控制他的 外特性和動特性。3弧焊逆變器如何獲得恒流，恒壓，緩降和恒流帶外拖的外特性恒壓特性：只取電弧電壓負反饋時mUf0 n

22、If0 UfUgu/mm：分壓比 取定后是常數(shù) Uf取決于Ugu， Ugu 是定值，則Uf是定值只用電弧電壓反饋 恒壓外特性，分析：UkK（UgumUf）Uf Ugu不變 Uk 控制脈沖往減小輸出電壓方向變恒流特性：只取電流負反饋時mUf 0 nIf 0 IfUgi/nn：分流比 取定后是常數(shù) Uf取決于Ugi， Ugi 是定值，則If是定值只用電流反饋 恒流外特性，分析：UkK（UginIf）If ，Ugi不變 Uk 控制脈沖往減小輸出電流方向變緩降特性：電弧電壓負反饋和電流負反饋同時采用mUf 0 nIf 0K1mUfK2nIfC恒流加外拖特性當電壓大于一定值，取電流負反饋當電壓小于此值，

23、同時采用電流負反饋和電壓負反饋，可獲得恒流加外拖特性4 IGBT弧焊逆變器采用什么調節(jié)方式來實現(xiàn)外特性 調節(jié)特性和輸出脈沖的控制 借助于電壓控制和PWM定頻調寬的調劑控制方式及輸出電壓，電流負反饋，實現(xiàn)弧焊逆變器的外特性，調節(jié)性能，動特性及波形的控制和調節(jié)。5弧焊逆變器電子控制電路的作用是什么？向弧焊逆變器驅動電路提供一對前后沿陡峭，相位差180，對稱和寬度可變相位可以動的矩形脈沖列。除晶閘管逆變器6 IGBT弧焊逆變器的驅動電路采用電壓控制型。8借助于電壓控制和PWM定頻調寬的控制方式及輸出電壓，電流負反饋，實現(xiàn)IGBT弧焊逆變器的外特性，調節(jié)特性，動特性及波形的控制和調節(jié)。9對IGBT弧焊

24、逆變器驅動電路的最基本要求是什么？使功率開關管在各種工作條件下都能迅速開通和關斷，同時驅動電路還應具備一定的抗干擾能力，避免出現(xiàn)誤導通或關斷的情況發(fā)生。12硬開關型弧焊電源的功率器件在被強迫開通的狀態(tài)下，其開關損耗大，軟開關型弧焊電源的功率器件工作在零電壓或零電流條件下自然開通或關斷狀態(tài)，其開關損耗小。第七章1弧焊電源數(shù)字化控制系統(tǒng)的關鍵技術有哪些？工藝時序控制技術，引弧和收弧控制技術，一元化調節(jié)技術，弧焊電源的波形控制技術，弧焊電源的數(shù)字化控制技術。2熔化極氣體保護焊在引弧和收弧過程中，電流電壓應如何控制才能保證引弧順利和收弧效果好？在引弧過程中在空載電壓上維持有一段時間，電流上升迅速，引弧時間短，引弧順暢，