李永江 弧焊电源课程设计

弧焊电源课程电路设计综述报告

《弧焊电源课程设计》

课题名称：晶闸管触发电路的设计学院: 材料科学有工程学院

班级：焊接三班姓名：李永江

学号：1007074308

指导教师：杨文杰

一、引言

自从1956年美国贝尔实验室发明晶闸管，1957年美国通用电气公司发出世界上第一只晶闸管以后，从此揭开了电力电子技术发展和应用的序幕。由于晶闸管容量大、耐压高、功耗小、具有良好的可控性，因此很适合制作弧焊电源。在20世纪60年代初期，便出现了以晶闸管为整流元件的弧焊电源——晶闸管弧焊整流器。它采用小功率信号改变晶闸管的导通角来实现对弧焊电源外特性的控制以及焊接参数的调节。目前在各种弧焊电源中，晶闸管弧焊整流器的应用较为广泛。

二、晶闸管弧焊电源主电路形式及原理

晶闸管式弧焊整流器主电路主要有三种：三相桥式半控电路、三相桥式全控电路以及

带平衡电抗器双反星形电路。

2.1、三相桥式半控电路

电阻性负载其电路如图5-6。图中T为变压器，整流电路由三个晶闸管V1、V3、V5和三个二极管VD2、VD4、VD6组成，Rf为负载，其中三个晶闸管构成共阴极，三个

二极管构成共阳极。当晶闸管。0时波形分析如图α=控制角所示。分别在自然换向点5-7，触发三只ωt5、ωt3、ωt1晶闸管，使其轮流导通。而二t6处自然换向。t4、ωω极管则在自然换

向点ωt2、

°三相桥＝0图5-7 α式半控整流电路电阻负载波形a) 相电压

b) 负载电压

触发电压c)

管子导通顺序d)

所5-830°时，如图当α＝管触发导时刻V1t示，ω1加和VD6u ab通过V1通，电源电压时，共

阳极组2两端。在fωt于负载R自然换向，VD6流二极管VD2与整

导通，电源电之后，2VD2所以在ωt一直加于负载，、通过V1VD2u压ac承受管导通后使V1时刻，到ωt3V3VD2与反压而关断，电路转换为V3。依此类推。bc u两端电压是f R导通。．

从输出电压波形看每个周期有六次脉动，且脉动是不均匀的。

当α＝60°时，即在滞后于自然换相点60°处触发晶闸管得到的负载波形如图5-8所示。其特点是，在触发晶闸管时正值二极管的自然换相点，因而晶闸管与二极管同时换相。

2.2、三相桥式全控整流电路

当α＝60°时，三相桥式半控整流电路的整流电压波形每周只有三个波峰脉动较大。如果将其三个二极管VD2、VD4、VD 6换成三个晶闸管，就变成了三相桥式全控整流电路，如图5-11所示，

其输出电压波形较

好。

1.电阻性负载

其电路如图5-11所示，六只晶闸管：V1、V3、V5接成共阴极组，V2、V4、V6接成共阳极组。现讨论电阻性负载时的工作情况，先将输出电抗器L短路起来。要使负载中流过电流，必需让上述二组晶闸管中各有一个同时导通。与其它全波整流电路一样，由于管子压降可以忽略，负载上承受的是线电压。工作过程中，共阳极组和共阴极组的晶闸管都在不断相换，换相时刻取决于产生触发脉冲的相位。为了获得一周有六个波峰的负载电压波形，则需同时触发两组晶闸管。即要求同组各晶闸管的触发电压互差120o，二组之间互差60o。如图5-12所示是，即在自然换点ωt1～6上，由互差60o的u g1～6按序触发对应的晶闸管VH1～6的波形。

图5-12 a＝0°三相桥式全控整流电路电阻负载波形a) 相电压b) 负载电流、电压c) 触发电压d) 管子导通顺序

2.3、带平衡电抗器双反星形可控整流电路

其基本电路，如图5-16所示，可接成图5-16a、b形式，其工作原理及组成是一样的。其结构由六个晶闸管，一个平衡电抗器LB和一个主变压器组成。主变压器是三相的，二次有两组绕组，

各以相反极性联成星形，故称“双反星形”。

带平衡电抗器双反星形整流电路，相当于正极性和反极性两组三相半波整流电路的并联。各组输出电压波形如图5-21a、b中实线所示，是各相电压的包络线。任何瞬时，正、反极性组均有一支电路导通工作，故可将该电路简化成如5-22所示。图中u a、u b各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的变压器相电压瞬时值，晶闸管的正向压降略去不计。平衡电抗器是维持两组三相半波电路互不干扰各自正常工作所必需的。

图5-21带平衡电抗器双反星形整流电路波形图(a＝0°时)电阻负载波形a) 正极性组的整流电压波形图b) 反极性组的整流电压波形图c) 负载电压波形d) 平衡电抗器两端电压波形e) 整流元件导通顺序

当α＝0°时。其波形如图5-21d所示，频率为电网电压的三倍、近似于三角波形，其幅值为相电压幅值的1/2倍。

当α＝30°时，正、反极性组整流电压u MP和u MP波形如图5-23所示。

图5-24为α＝60°时的波形，正、反极性组整流电压u MP、u NP波形如图5-24a、b所示。．图5-25为α＝60°时的波形，这时u MP、u NP都对称于横轴，它们的平均值皆为零。

通过以上分析可知，带平衡电抗器双反星形整流器在电路中要有足够大的电感，与上述其他电路相比它具有以下特点：

1）它相当于两组三相半波整流电路并联。它的各相电流流通时间可延长至120°，而六相半波整流电路每相电流流通时间只有60°，显然前者的整流变压器和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的串联，同时有二个整流元件串联导电，每个晶闸管分担1/3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子压降，因而效率较低。因而，一般地说，带平衡电抗器的双反星形整流电路更适合于作弧焊电源，因为弧焊电源要求大电流低电压。

2）有六个晶闸管，触发电路比三相桥式半控整

流电路的要复杂，但比三相桥式全控整流电路的简单。

3）整流电压波形为每个周波六个波峰，其脉动程度比三相桥式半控电路的小，最低谐波为六次，要求输出的电感量及体积都较小。

4）需用平衡电抗器，且为保证电路能正常工作，其铁心不宜饱和。为此，应避免该铁心被直流成分所磁化，要求其抽头两边线圈的直流安匝相互抵消，即两组整流电路的参数（主要是变压器的匝数和漏感）应基本对称。．

三、晶闸管触发电路

晶闸管是半控型器件，它最重要的特性是正向导通的可控性，当阳极加上一定的正向电压后，还必须在门极和阴极之间加上足够的正向控制电压、电流即触发电压、电流,以及达到维持晶闸管导通的维持电流时，晶闸管才能从阻断转化为导通。晶闸管导通后，门极控制信号就失去了控制作用，直到电源过零时，其阳极电流小于维持电流，晶闸管才自行关断。根据这一特性，触发电压、电流可以是交流、直流或短暂的脉冲电压、电流，为减少门极损耗与触发功率，常用脉冲电压、电流触发晶闸管。