专升本弧焊电源试题1答案

《弧焊电源》试题1答案
一、 简答题：
1． 电弧静特性“U ”曲线是如何形成的？
答：电弧的静特性是指一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压U f 与电弧电流I f 之间的关系。

电弧沿其长度方向分为三个区域：阳极区、弧柱区和阴极区，因此电弧电压U f 可表示为：U f =U i +U y +U z
其中：U i 为阴极压降；U y 为阳极压降；U z 为弧柱压降。

阳极压降U y , 因为在阳极区不发射带电粒子，因此阳极压降几乎与电流无关，U y =f(I y )为一水平线，见图。

阴极压降：因为阴极压发射点子，阴极发射电子是从阴极的斑点区发射出来的。

当电流较小时，随着电流的增加，阴极斑点的面积增加S i ，此时电流密度i f
i S I j = 基
本上不变，这样阴极的电场强度就不变，U i 也就不变。

当阴极斑点面积和阴极端部面积相等时，电弧电流继续增加，S i 不能再扩大，电流密度将随着电流的增加而增加，这样阴极区的电场强度增加，阴极电压也就增加，阴极压降与电流关系见图。

弧柱压降：电弧可以看成一个近似均匀的导体，电压降表示为：
Z Z Z Z Z Z f Z f Z l j S l I R I U γγ===
在弧柱长度一定的条件下，α
f Z kI S =
1） 当电流比较小时，1>α，随着电弧电流的增加，弧柱面积快速增加，电流密度j Z 减小；另一方面，随着电流增加，弧柱温度增加，热电离产生的带电粒子数增加，从而使弧柱的导电率Z γ增加，最终使弧柱压降降低。

2）当电流中等大小时，1=α，即随着电流增加，弧柱面积按比例增加，弧柱电流密度不变，而此时，电弧温度不再增加，电离度基本不变，弧柱的导电率也就基本保持不变，因而此时弧柱电压不随电流的变化而变化。

3）当电流很大时，电弧导电率不再变化，而此时由于电磁收缩力、保护气体产生的等离子流力的作用，弧柱面积不再扩张，即弧柱面积S Z 不随电弧电流的变化而变化，弧柱电流密度增加，弧柱压降增加。

综上所述，电弧电压U f 随电流增加呈U 形曲线变化。

2． 哪些因素影响交流电弧的稳定燃烧？采用何种措施稳弧？ 答：电弧连续燃烧条件方程式为：4212
220π+≥f
yh f U U U U ，因此影响交流电弧稳定燃烧的因素有：
1） 空载电压U 0: U 0愈高，在同等大小的引弧电压下，熄弧时间愈短，电弧愈稳定；
2） 引燃电压U yh ：U yh 愈高，电弧愈不稳定，引弧困难；
3） 电路参数：增大电感L ，减小电阻R 可使电弧趋向稳定燃烧；
4） 电弧电流：电流愈大，产热愈多，而且电流变化率dt di f
愈大，热惯
性作用明显，电弧愈稳定；
5） 电源频率f: f 提高，熄弧时间缩短，热惯性增强，也可提高电弧的稳定性；
6） 电极的热物理性能和尺寸：它们影响电极所达到的温度，从而影响电弧的引燃电压。

提高交流电弧稳定性的措施包括：
1）提高弧焊电源频率；
2）提高电源的空载电压；
3）改善电弧电流波形；
4）叠加高压电。

3． 手弧焊、TIG 焊、MAG 焊、埋弧焊、脉冲MIG 焊各用什么形状的电源外特性？为什么？
答：对弧焊电源外特的要求包括：1）为保证电源-电弧系统的稳定，电弧静特性对电源外特性的要求；2）根据不同焊接工艺方法的特点，为保证焊接工艺稳定而对电源外特性的要求；3）熔滴过渡和电弧引燃对电源外特性的要求。

4． 动铁心式和动绕组式弧焊变压器如何调节焊接规范和扩大焊接电流调节范围？
答：动铁心式和动绕组式弧焊变压器的结构特点。

对于动铁心式弧焊变压器，附加漏磁通如何获得和调节，他对空载电压、附加漏抗的影响，从而对焊接电流和短路电流的影响。

对于动绕组式弧焊变压器，它的漏磁通如何获得和调节，以及它对空载电压和焊接电流的影响；焊接电流均匀调节存在的问题以及解决措施。

5、三相桥式全控整流电路有哪两种触发方式？说明采用这些触发方式的基本理由？ 答：三相桥式全控整流电路是由共阴极组和共阴极组两组三相半波晶闸管整流电路串联而成，要使电路导通，两组中必须各有一个晶闸管同时导通，为启动电路或在负载电流断续时保证电路可靠工作，晶闸管的触发脉冲必须采用双窄脉冲或单宽脉冲。

6、带平衡电抗器双反星形整流电路中，平衡电抗器是如何工作的？
答：当平衡电抗器短接或平衡电抗器中的电流为0时，整流电路相当于六相半波整流电路，变压器和晶闸管的利用率低。

而当接入平衡电抗器时，平衡电抗器将正极性组和负极性组的电压差以相反的极性平均分摊到两组电路中，使在任一瞬时，两组分别各有一只电路工作，使两组三相半波整流电路并联工作，降低了电源输出电压，增加了电路的输出电流。

二、画出弧焊变压器在空载和负载时各量的矢量图。

1、空载：
以空载主磁通0Φ为参考矢量，变压器初、次极感生电动势比它滞后900，空载电流与主磁通同相位，根据：00101E R I X jI U -+= m fN E 022044.4Φ=，可画出各量的矢量图见下图。

2、负载
以主磁通Φ为参考矢量，空载电流与主磁通同相位，变压器初、次极感生电动势比
它滞后900，由于变压器的二次电路为感性电路，二次电流I 2比次级感生电动势滞后2ϕ角。

根据：1
2201N N I I I -= )()(22222k k f jX R I jX R I E U +-+-=可画出各量的矢量图如下：
三、分析下图中同步电路和单结晶体管触发电路的工作原理。

1）触发电路
上图左侧是晶闸管触发脉冲产生电路。

VU1
和
VU2时单结晶体管，单结晶体管的工作原理是当晶闸管的发射结合第一基极之间的电压高于一峰值电压时，单结晶体管导通且发射结和
基极之间的电压下降到一谷点电压。

因此触发电路的工作原理是当控制电压Uk 为负时，晶体管V3、V4导通，与单结晶体官并联的电容C4、C5充电，当电容中的电压超过单结晶体管的峰值电压时，电容通过单结晶体管和脉冲变压器T3、T4放电，脉冲变压器中输出触发脉冲，见上图。

可变电阻RP4、RP5、RP6的作用是用于平衡左右两侧触发电路
二、 同步电路
u t
u c
上面电路的左侧是同步电路，它用于电源的相电压过零时，同步电路产生同步脉冲，使晶体管V1、V2瞬时饱和导通，从而使与单结晶体管并联的电容放电到零，这样可保证触发电路产生的第一个有效脉冲于相电压保持确定的相位。

同步电路由三相变压器T2,电阻R1-3,稳压管VS1-6,电容C1-3，电阻R56,二极管VD1-4，晶体管V1、V2组成。

电路工作原理是三相相电压a, b, c 经稳压管后削波，10、11、12三点相对于13点的电压变为矩形波，见下图。

电容C1-3与电阻R58组成微分电路，这样可得电阻R58上的电压波形如图。

由图可见，在正向和负向，各脉冲之间相位相差1200，正、负向之间相位相差600。

每个脉冲分别使晶体管V1、V2饱和导通，实现触发脉冲和电源相电压同步。

t
u 空载波形
t u c
工作波形。