弧焊电源及其数字化控制
弧焊电源及控制 学习指南
第1章绪论一、重点内容提要1.1 弧焊电源概述弧焊电源：电弧焊机中的核心部分，是供给焊接电弧电能（提供电流和电压），并具有适宜于电弧焊工艺电气特性的设备。
1.2 弧焊电源的分类、特点与应用常见分类见图1-1。
动铁心式弧焊变压器Array动绕组式弧焊变压器抽头式弧焊变压器动铁式弧焊整流器动绕组式弧焊整流器抽头式弧焊整流器滑动调节式弧焊整流器单相整流式脉冲弧焊电源串联饱和电抗器式弧焊电源磁放大器式弧焊整流器磁放大器式脉冲弧焊电源电动机驱动式弧焊发电机内燃机驱动式弧焊发电机晶闸管式弧焊电源晶闸管电抗器式矩形波交流弧焊电源模拟式晶体管弧焊电源模拟式晶体管脉冲弧焊电源开关式电力电子器件弧焊电源开关式电力电子器件脉冲弧焊电源逆变式晶闸管矩形波交流弧焊电源晶闸管式弧焊逆变器晶体管式弧焊逆变器场效应晶体管式弧焊逆变器IGBT式弧焊逆变器双逆变式变极性弧焊电源其它单片机控制式数字化弧焊电源DSP控制式数字化弧焊电源单片机和DSP控制式数字化弧焊电源其它图1-1 常用弧焊电源分类机械调节型弧焊电源是借助于机械装置实施特性调节的弧焊电源。
该类弧焊电源的主要电气特性是由电源结构所决定的，其输出的大小也是通过机械装置实施调节的。
电磁控制型弧焊电源一般是通过调节弧焊电源内部电磁器件的电磁状态来调节电源的特性。
电子控制式弧焊电源是借助电子线路来实现弧焊电源各种特性的控制，还可以通过电子线路对焊接电流波形等进行控制。
1.3弧焊电源的发展弧焊电源的发展可以说是日新月异，其发展可以概括以下几个方面。
1）多种电子控制型的弧焊电源相继出现和完善，目前已经基本取代了电磁控制型弧焊电源。
许多经济发达国家，除在野外作业仍采用柴（汽）油内燃机驱动的弧焊发电机之外，基本上都选用电子控制型弧焊电源。
2）各种脉冲弧焊电源的应用，进一步提高了焊接质量，促进了全位置焊接的自动化。
3）各种高效、节能、轻便、焊机性能良好的逆变弧焊电源得到了飞速发展，逐渐成为主导产品之一。
弧焊电源及数字化控制复习题
1、电源按照控制技术分为哪些？每种类型各举一例。
1矩形波弧焊电源）交流弧焊电源弧焊变压器弧焊整流器2）直流弧焊电源直流弧焊发电机 3）脉冲弧焊电源与焊接方法结合使用式逆变式弧焊电源4)逆变式弧焊电源 IGBT）控制、ARM 、DSP 、电磁式、电子式数字式（单片机控制、PLC/PLD控制方式：机械式控制、、脉冲弧焊电源的特点是什么？适用于哪些方面的焊接？2脉冲弧焊电源的特点是电源输出电流是周期性变化的，脉冲频率、脉冲电流等脉冲参数可调。
调节脉冲参数可以调节焊接工件的热输入量、焊丝的熔滴过渡形式等，有利于对热输入比较敏感的材料、薄板和全位置的焊接。
故大部分弧焊电源中都包含脉冲弧焊电源。
、什么是焊接电弧？电弧中最基本的物理现象是什么？焊接电弧是一种强烈的持久的气体放电现象，是气体放电的一种形式。
气体的电离和电子的发射时电弧中最基本的物理现象。
什么是焊接电弧的静特性？静特性曲线的形状是什么？常用电弧焊接方法的电弧特性曲线、是什么形状？之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特与电弧电流If一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf形曲线。
包括下降特性、平特性、上升型，可称之为U性，简称伏安特性或静特性，其曲线形状类似于U 特性三部分曲线形状。
”形静特性曲线的某一部分。
不同的焊接方法，在其正常使用范围内，其电弧静特性曲线只是整个电弧“U 常用电弧焊接方法的电弧特性如下：焊条电弧焊、埋弧焊等焊接电弧基本工作在电弧静特性的水平段；焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊的焊接电弧也基本工作在电弧静特性的水平段，但当电流很小 TIG熔化极气体保时，如微束等离子弧焊、微束TIG焊的焊接电弧则工作在电弧静特性的下降段；CO2焊等）和水下焊接等焊接电弧基本上工作在电弧静特性的上升段。
护焊（MIG焊或、什么是焊接电弧的动特性？焊接电弧存在动特性的本质原因是什么？一定弧长的电弧，当电弧电流以很快速度连续变化时，电弧电压瞬时值与电流瞬时值之间的关系称为电弧动态伏安特性，简称为电弧动特性。
第8章 弧焊电源的选择与使用《弧焊电源及其数字化控制(第2版)》课件
8
8.1 弧焊电源的选择 8.2 弧焊电源的使用条件及相关信息 8.3 安全和绿色环保用电
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8.2.1 弧焊电源的安装
以现在应用最广泛的焊条 电弧焊电源为例，介绍弧焊电 源的安装知识。焊机主回路示 意图如图8-1所示。由图可见， 在主回路中除了弧焊电源外， 还有电缆、熔断器、开关等附 件，因此先要讲述有关的附件 选择问题。
4. 根据工作条件和节能要求选择弧焊电源
在一般生产条件下，尽量采用单站式弧焊电源。但是在大型焊接车间，如船体车 间，焊接站数多而且集中，可以采用多站式弧焊电源。由于直流弧焊电源需用电阻 箱分流而耗电较大，应尽可能少用。
在维修性的焊接工作情况下，由于焊缝不长，连续使用电源的时间较短，可选用 额定负载持续率较低的弧焊电源。例如，采用负载持续率为40%、25%，甚至15%的 弧焊电源。
一般应根据如下几个方面来选择弧焊电源: ① 焊接材料与工件材料； ② 焊接电流的种类； ③ 焊接工艺方法； ④ 弧焊电源的功率； ⑤ 工作条件和节能要求； ⑥ 工件重要程度和经济价值。
3
表8-1 交、直流弧焊电源的特点比较表
电弧稳定性 Leabharlann 性可换性 磁偏吹影响 空载电压 触电危险 构造和维修
噪声
成本 供电 质量
0.1~0.2 0.2
30~35
0.30~0.4 0.38~0.46
35~40
0.68~0.86 0.03~0.1
8~13
20~30
30~40 5
1. 焊接电流种类的选择 焊接电流有直流、交流和脉冲三种基本种类，因而也就有相应的直流弧焊电源、 交流弧焊电源和脉冲弧焊电源，除此之外，还有弧焊逆变器。我们应按技术要求、经 济效果和工作条件来合理地选择弧焊电源的种类。 一般交流弧焊电源比直流弧焊电源具有结构简单、制造方便、使用可靠、维修容 易、效率高和成本低等一系列优点，但又存在普通交流弧焊电源的电弧稳定性较差， 焊接质量不高，而且又无极性之分的缺点。
绪论第一二三章 弧焊电源与数字化控制
射，重粒子碰撞发射和强电场作用下的自发射等。
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第一章
焊接电弧及其电特性
1.1 焊接电弧的物理本质和引燃
• 焊接电弧的引燃
图1-1 引弧过程电压、电流变化曲线图
a) 接触引弧
b) 非接触引弧
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U0- 空载电压 Uf- 电弧电压 if- 电弧电流
应用：它可作各种弧焊的电源
ZX7-160 375×155×24 0 8kg
ZX7-400 300×530×560 36kg
芬兰肯比逆变焊机
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绪 论 － 弧 焊 电 源 的 分 类
（三）脉冲弧焊电源
原理：焊接电流以低频调制脉冲方式输出 优点：具有效率高，输入线能量较小，可在较宽范围内控制线
能量等优点 应用：它主要用作气体保护焊和等离子弧焊以及手工弧焊的电 源，适用于热敏感性大的高合金材料、薄板和全位置焊接等场合
一个数字：西方工业国家，钢产量的50~60%需要焊接
中国2001年，钢产量1.3亿吨，4000万吨需要焊接
焊 电 源
2.电弧焊是第一大类焊接方法,占70%-90%
熔化焊接、固相焊接和钎焊
3.弧焊电源是弧焊设备的主体
电源、控制箱、焊接小车、送丝机、焊枪、气路水路
5
焊接的基本原理
焊接的物理化学过程
采用施加外部能量的方法，促使分 离材料的原子接近、形成原子键结合， 同时去除一切阻碍原子键结合的一切表 面膜和吸附层，以形成一个优质的焊接 接头。
柴(汽)油机驱动直流弧焊发电机
AX1-500型直流弧焊发电机 11
绪 论 － 弧 焊 电 源 的 分 类
2.弧焊整流器(目前主流产品) 原理：交流电经整流装置获得直流电的弧焊电源。一般由初、
弧焊电源及其数字化控制第5章 晶闸管弧焊整流器
图5-2 三相半波纯电阻电路
α=60°时整流电压波形
a) 整流电压波形 b) 触发脉冲
5
晶闸管式弧焊整流器的波形脉动问题的解决措施：
1. 并联高压引弧电源 其基本电路如图5-3所示，其中变压器T、三相半控桥式整 流器组VD2、电抗器L、电阻R2构成晶闸管弧焊整流器的基本电源；变压器T、不可 控桥式整流器组VD1、电阻R1构成高压引弧电源，与基本电源并联。基本电源与并 联引弧电源的外特性如图5-4所示。
图5-5 小电流维弧电路
8
3. 采用直流电抗器 尽管导通角很小时晶闸管式弧焊整流器输出波形不连续， 但经过适的整流电路 不同的整流电路其输出波形的脉动程度不同，如三 相半控桥式整流电路波形脉动程度比三相全桥整流电路大。选择合适的整流电路可 以减小脉动程度。
3. 调节特性好 晶闸管式弧焊整流器通过不同的反馈方式，实现对弧焊电源 外特性形状的任意控制，焊接电流、电压可在较宽的范围内进行调节，并易于实 现网压补偿。
4.节能、省材 与弧焊发电机和磁放大器式硅弧焊整流器相比，可以节省材 料、减轻质量、节约能源。
4
5.1.3 晶闸管整流波形的脉动问题
晶闸管式弧焊整流器的输出电流和电压是通过调节晶闸管的导通角来实现的，因 此它的电流电压波形脉动问题比硅弧焊整流器要大。尤其是当小规范焊接时，导通 角较小，整流波形的脉动加剧，甚至会出现波形不连续，引起电弧不稳定。如图5-2 所示，三相半波整流电路控制角60°，电阻负载时整流电流电压波形，图中波形出 现不连续。
ωt3、ωt5，触发三只晶闸管，使其轮流导通。而二极管则在自然换向点ωt2、ωt4 、ωt6处自然换向。
图5-7 α＝0°三相桥式半控整流电路电阻负载波形
a) 相电压 b) 负载电压 c)触发电压 d) 管子导通顺序
数字化弧焊电源
液晶显示
电流传 感器
电压传 感器
信号处 理电路
信号处 理电路
A/D
A/D 电压反馈
驱动电路
送丝电机 电路系统
DSP控制 数字化弧焊电源结构图
第七章 数字化弧焊电源
AC 三相整 流电路
微机
单片机系统
键盘输入 液晶显示
输入面板
逆变 电路
整流滤 波电路
驱动电路
光电隔离 PWM
DSP系统
PWM
电流传 感器
键盘输入
单
液晶显示
片
机
LED显示
数字I/O
复位 电路
电源
时钟 电路
外部存储器
PC 通信接口
PC
DSP 通信接口
DSP
第七章 数字化弧焊电源
弧焊电源数字控制软件结构
数字化弧焊电源控制系统，其软件结构包括主程序、触发中断服 务子程序、定时器中断服务子程序、外部中断服务子程序以及信号处理、 控制算法子程序等各个功能子程序，以及故障自诊断与显示报警程序等。
DSP芯片一般需要+5V或+3.3V直流电源供电。多数DSP芯片为+3.3V 直流电源供电，如TMS320LF2407A。由于DSP芯片的外围电路往往需要 +5V直流电源，因此DSP控制系统一般需要+5V和+3.3V直流电源 。
第七章 数字化弧焊电源
TMS320LF2407A型DSP
第七章 数字化弧焊电源
第七章 数字化弧焊电源
单片机和DSP的通信
❖ 单片机和DSP双控制系统与单一DSP控制系统相比，其综合处理能力更 强，存储的焊接参数和焊接控制程序更多，功能更强，控制速度更快， 但系统比较复杂。
0绪论-文档资料
先后研制成功高效节能、小巧、性能好的晶闸管、晶体管和场效应管式弧焊
逆变器 它具有更新换代的意义，并正在逐步推广使用。 半导体控制的矩形波交流弧焊电源陆续出现，逐步代替传统式弧焊变压器 它 进一步提高了交流电弧的稳定性，扩大了交流弧焊电源的应用范围。
开发成功与机器人配套使用的弧焊系统。
控制技术的改进和发展体现在如下几个方面：
弧焊电源按照控制技术的分类
（1）机械式控制
（2）电磁式控制 （3）电子式控制 （4）数字式控制 又包括： ①单片机控制； ②PLC/PLD控制； ③ARM控制； ④DSP控制
0.2 各种弧焊电源的特点和应用
弧焊变压器 它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电，由主 变压器及所需的调节部分和指示装置等组成。 矩形波交流弧焊电源 它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流，其 电弧稳定性好，可调参数多，功率因数高。
电弧焊接是焊接方法中最主要的一个大类。按其工艺特点的不同，电弧焊大致又 可分为焊条电弧焊、埋孤焊(或称熔剂层下埋弧焊)、氩弧焊、CO2/ MAG/ MIG气 体保护焊(或称气电焊)和等离子弧焊与切割等。 弧焊电源是电弧焊机中的主要部分（核心部分），是对焊接电弧提供电能的一种 装置，它必须具备电弧焊接所要求的主要电气特性。 本课程将对弧焊电源及其控制技术的核心内容给予系统讲述。至于与其配套的其 他设备和附件部分，将在有关课程中进行讲述。
(1) 单旋钮调节 即用一个旋钮就可以对弧焊电压、电流和短路电流上升 率等同时进行调节，并获得最佳配合。 (2) 通过电子控制电路获得多种形状的外特性 以适应各种弧焊工艺发展的需要， 如除常用的平特性、下降特性、恒流特性之外，还可获得多种形状的外特性。 (3) 可以提供多种电压、电流波形 以满足某些弧焊工艺的特殊需要。 (4) 低压小电流引弧 在钨极氩弧焊引弧时，空载电压只有6V或更低，引弧后工作
弧焊电源及数字化控制复习资料
1.焊接电弧的结构及压降分布：电弧沿其长度方向分为三个区域：阳极区、阴极区、弧柱区，沿着电弧长度方向的电位分布不均匀，阴极区和阳极区电位分布曲线斜率很大，而弧柱区电位分布曲线则较平缓。
这三个区的电压降分别称为阴极压降Ui，阳极区Uy压降UZ。
它们组成总的电弧电压Uf，即：Uf=Ui+Uy+UZ，由于阳极压降基本不变，而阴极压降在一定条件下也为固定值，弧柱压降则在一定气体介质下与弧柱长度成正比，因此弧长不同，电弧电压不同。
2.“电源-电弧”系统的稳定性包括两方面含义：（1）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；（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，造成了焊接参数的变化，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。
3.关于焊条电弧焊采用缓降特性的原因：在焊条电弧焊中，一般是工作于电弧静特性的水平段上，采用下降外特性的焊接电源，便可以满足系统稳定性的要求，在弧长变化时，弧焊电源外特性下降的陡度越大，系统的稳定系数越大，电流偏差越小，这样一方面可使焊接参数稳定，另一方面吧还可增加电弧弹性。
使用垂直下降特性的弧焊电源时，焊接参数最稳定，电弧参数也最好，但其短路电流过小，这将造成引弧困难，电弧推力弱，溶深浅，而且造成熔滴过度困难，当弧焊电源外特性过于平缓时，短路电流又将过大，使飞溅增大，电弧不够稳定，电弧的弹性也较差，因此，焊条电弧焊时采用缓降外特性的弧焊电源，并要求其稳态短路电流与焊接电流之比不小于2。
4.接触引弧的机理：由于电极与工件表面都不是绝对平整的，在短路接触时只是在少数突出点上接触，通过这些接触点的短路电流比平常的焊接电流要大很多，而且接触点的面积又小，因而电流密度大，这就可能产生大量的电阻热，使电极金属表面发热、熔化，甚至产生气化，引起热发射和热电离，随后在拉开电极的瞬间，电极间隙极小，只有10-6左右，使其电场强度达到很大的数值，这样既使室温下都有可能产生明显的自发射，在强电场的作用下，又使已产生的带电质点被加速，相互碰撞，引起撞击电离，随着温度的增加，光电离和热电离也进一步加强，使带电质点的数量猛增，从而能维持电弧的稳定燃烧。
弧焊电源及其数字化控制 第2版
弧焊电源及其数字化控制第2版随着科技的不断发展，弧焊技术也在不断进步。
弧焊电源是弧焊设备中的核心部件，它的性能和质量直接影响到焊接的质量和效率。
为了满足焊接工艺对于精确控制和自动化的需求，数字化控制技术在弧焊电源中得到了广泛应用。
数字化控制技术的应用使得弧焊电源的性能得到了显著提升。
首先，数字化控制技术可以实现对电流、电压和焊接时间等参数的精确控制。
传统的弧焊电源使用的是模拟控制技术，控制精度较低，而数字化控制技术可以实现微小电流和电压的调节，从而使得焊接过程更加精确和稳定。
其次，数字化控制技术可以实现自动化控制，减少人工操作的误差。
通过预设焊接参数，数字化控制技术可以自动调节电流和电压，根据不同的焊接需求进行自动切换，提高了焊接的效率和一致性。
数字化控制技术的应用还使得弧焊电源具有了更多的功能和特点。
首先，数字化控制技术可以实现对焊接过程的实时监控和数据记录。
传统的弧焊电源无法实时监测焊接参数和焊接过程，而数字化控制技术可以通过传感器和数据采集系统实时监测电流、电压、温度等参数，并将数据记录下来，方便后续的分析和评估。
其次，数字化控制技术可以实现故障诊断和报警功能。
传统的弧焊电源无法检测和诊断故障，而数字化控制技术可以通过内置的故障检测和诊断系统及时发现并报警，提高了设备的可靠性和安全性。
数字化控制技术的应用还带来了弧焊电源的节能和环保效益。
数字化控制技术可以实现对电能的精确控制和优化利用，减少了能量的浪费。
此外，数字化控制技术还可以实现对焊接过程的精确控制，避免了烟尘和有害气体的产生，减少了对环境的污染。
弧焊电源及其数字化控制技术的应用为焊接工艺带来了巨大的改进和进步。
数字化控制技术提高了弧焊电源的性能和质量，实现了精确控制和自动化控制，扩展了弧焊电源的功能和特点。
数字化控制技术还带来了节能和环保效益，促进了焊接工艺的可持续发展。
在未来，随着数字化控制技术的不断创新和应用，弧焊电源将继续发挥重要作用，并为焊接行业的发展做出更大的贡献。
弧焊电源及其数字化控制第7章 弧焊电源及其数字化控制
7.2.1 弧焊工艺的时序控制
各种焊接方法都要按照一定的程序
操作焊接过程，如图7-2a所示为带高
频引弧器的TIG弧焊逆变器工艺控制时
序。焊枪/焊炬控制开关接通后，弧焊
电 源 的 控 制 电 路 开 始 工 作 ， Ar 保 护 气
电磁阀开通；延时后，高频引弧器开通
引燃电弧，引弧成功后高频引弧器关断
8
图7-3 MAG焊的引弧收弧过程
a) 引弧过程 b) 收弧过程
7.2.2 引弧和收弧控制
对于脉冲弧焊一般采用“热脉冲”引弧技术，如图7-4a所示为实测脉冲引弧电 流波形。用“热脉冲”引弧电流波形能够较好地完成引弧，引弧点熔深比普通引弧好 ，同时“热引弧”对铝板预热充分，引弧过程电弧相对稳定，并不扰乱弧焊气氛,焊缝 气体保护状况较好。
5
数字化控制的弧焊电源自身并不能提高弧焊工艺性能,只是提供了易于提高弧 焊性能的控制平台,要真正提高弧焊性能,还需要更加深入地研究弧焊工艺机理。
数字化控制弧焊的关键技术包括:
弧焊工艺的时序控制 成功率高的起弧和重新引弧技术 稳定的弧焊过程 一元化参数控制技术 短路过渡焊、脉冲焊、高速焊等的电流波形及其软性变换控制技术 收弧和收弧控制技术
1. 弧焊电源控制系统概述 2. 弧焊电源数字化控制系统的关键技术 3. 弧焊电源的单片机控制 4. 弧焊电源的全数字化控制 5. 弧焊电源的智能控制 6. 弧焊电源动态特性的数学描述 7. 数字化控制弧焊电源产品简介
1
7.1.1 弧焊电源的控制方法分类
对弧焊电源的控制方法可有 不同的分类方法，按控制装置来 分，主要有：机械式控制、电磁 式控制、电子式控制和数字式控 制,如图7-1所示。按控制方法来 分，主要有：PID控制、自适应 控制、模糊逻辑控制、人工神经 网络控制等。按控制内容来分有 外特性控制、动特性控制和工艺 程序控制等等。
弧焊电源及其数字化控制课程设计
弧焊电源及其数字化控制课程设计背景随着工业化程度的不断提高，焊接成为了工业生产中必不可少的工艺技术之一。
在各种焊接方法中，弧焊是一种常见的焊接方法。
在弧焊中，焊接电源起着至关重要的作用，它提供了足够的电能用于将电极和作为工件的金属材料融合在一起。
传统的弧焊电源通常具有较简单的控制系统，不能满足实际生产环境中对焊接过程的高要求。
随着数字化控制技术的不断发展，数字化弧焊电源成为了焊接电源的发展趋势。
数字化弧焊电源通过先进的控制技术，可以实现更加稳定精准的焊接过程控制，从而提高生产效率和焊接质量。
因此，开展数字化弧焊电源及其数字化控制的课程设计，对于研究数字化控制技术及其在焊接工艺中的应用具有重要的意义。
课程设计目标•掌握数字化弧焊电源的基本原理和结构；•熟悉数字化控制技术在焊接工艺中的应用；•利用数字化弧焊电源开展焊接实验，掌握数字化控制技术在实际工作中的应用；•提高学生实验能力和创新能力。
课程设计内容弧焊电源的基本原理和结构•弧焊过程的基本原理；•弧焊电源的基本结构和工作原理；•数字化弧焊电源的特点和优势。
数字化控制技术在焊接工艺中的应用•数字化控制技术的基本原理；•数字化控制技术在焊接工艺中的应用；•数字化控制技术与传统控制技术的比较。
数字化弧焊电源实验•数字化弧焊电源的基本操作方法；•数字化弧焊电源进行焊接实验；•数字化控制参数的调整和优化；•实验结果分析和总结。
课程设计方法•理论授课：通过课堂讲解和教材学习，让学生掌握数字化弧焊电源的基本原理和结构，以及数字化控制技术在焊接工艺中的应用。
•实验操作：设置数字化弧焊电源实验课程，设计焊接实验项目，通过实验操作，让学生掌握数字化控制技术在实际工作中的应用，提高其实验能力和创新能力。
•论文写作：要求学生在课程设计结束后，完成一篇关于数字化弧焊电源及其数字化控制的论文，内容包括研究背景、课程设计目标、课程设计内容、课程设计方法等。
评价方法•因地制宜。
弧焊电源及其数字化控制第0章 绪论
脉冲MIG弧焊电源，高精度控制脉冲MIG焊的多参数及其优化匹配，扩大稳定 的工作调节范围，大幅度改善焊缝的成形与质量。
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控制技术的改进和发展体现在如下几个方面： (1) 单旋钮调节 即用一个旋钮就可以对弧焊电压、电流和短路电流上升率等同时进
行调节，并获得最佳配合。 (2) 通过电子控制电路获得多种形状的外特性 以适应各种弧焊工艺发展的需要，如
除常用的平特性、下降特性，恒流特性之外，还可获得多种形状的外特性。 (3) 可以提供多种电压、电流波形 以满足某些弧焊工艺的特殊需要。 (4) 低压小电流引弧 在钨极氩弧焊引弧时，空载电压只有6 V或更低，引弧后工作电
焊接方法，称为埋弧焊。 （3）气体保护焊：是用外加气体作为电弧介质，并保护电弧、金属熔滴、焊接熔
池和焊接区高温金属的电弧焊方法。在生产中常用的外加气体有氩气、氦气、二氧化 碳气、氩加二氧化碳和氧的混合气体，氩和二氧化碳的混合气体等，分为熔化极和非 熔化极两种。
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弧焊电源按照电流的分类： （1）交流弧焊电源； （2）直流弧焊电源； （3）脉冲弧焊电源；
绪论 第1章 焊接电弧及其电特性 第2章 弧焊电源的基本要求 第3章 弧焊变压器 第4章 直流弧焊发电机与硅弧焊整流器 第5章 晶闸管弧焊整流器 第6章 弧焊逆变器 第7章 弧焊电源的数字化控制 第8章 弧焊电源的选择和使用
0.1 弧焊电源的分类 0.2 各种弧焊电源的特点和应用 0.3 弧焊电源的由来及发展趋向 0.4 本课程的性质、任务、要求和分工
弧焊电源及数字化控制复习资料
弧焊电源及数字化控制复习资料名词解释：弧焊电源的外特性：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Uy与输出的电流稳定值Iy之间的关系Uy=f(Iy)。
焊接电弧的静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf 与电弧电流If之间的关系。
电子发射：在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出电子的现象称为电子发射。
焊接电弧的动特性：是指在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系：Uf=f(if)。
热电离：在高温下，具有高动能的气体原子（或分子）互相碰撞而引起的电离。
热发射：物质的固体或液体表面受热后，其中某些电子具有大于逸出功的能量而逸出到表面的空间中去的现象。
焊接电源的额定负载持续率：指设备能够在额定电压，额定电流或额定功率的情况下负荷工作时间的比率。
P37逆变：通过一定的电路方式将一定规格的直流电源变为所需要的交流电源。
简答题1焊接电弧的静特性和动特性？焊接电弧的静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf 与电弧电流If之间的关系。
电子发射：在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出电子的现象称为电子发射。
焊接电弧的动特性：是指在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系：Uf=f(if)。
2影响交流电弧稳定燃烧的因数有哪些？答：1、空载电压Uo Uo愈高，在同等大小的引弧电压下，熄弧时间愈短，电弧就越稳定。
2、引燃电压Uyh Uyh 愈高，引燃电弧愈难，电弧愈不稳定。
3、电路参数当ωL/R这一比值不大时，增大L或减小R，即使ωL/R比值增大，均可使电弧趋向稳定连续燃烧。
电弧电流电弧电流愈大，电弧的稳定性会提高。
5、电源频率f f提高，会提高电弧的稳定性。
6、电极的物理性能和尺寸第二章3弧焊电源的外特性是指什么？弧焊电源的外特性可分为哪几种基本形状？如何定量划分？答：（1）弧焊电源的外特性是指在电流参数一定的条件下，改变负载时，电源输出的电压稳定值Uy与输出电流稳定值Iy之间的关系Uy=f（Iy）。
弧焊电源及控制
弧焊电源及控制
弧焊电源是电弧焊接工艺的核心装备之一，它的作用是提供稳定的电流和电弧能量，
使焊接电弧能够在表面形成熔池，并使熔池形成稳定的形态。
同时，弧焊电源还具有智能
控制功能，可以实现自动控制焊接参数和焊接过程，提高焊接效率和质量。
弧焊电源的主要分类有直流弧焊电源和交流弧焊电源两类。
直流弧焊电源能够产生稳
定的直流电流，适用于焊接大多数金属材料，尤其适用于焊接不锈钢、铜、铝和镁等材料；交流弧焊电源能够产生交流电流，适用于焊接高反射性金属材料，如铝、铜等材料。
待机功率控制是弧焊电源的关键技术之一。
大多数弧焊机在焊接完成后会继续运行，
导致电能浪费和设备损耗。
待机功率控制可以有效降低弧焊机的能耗和损耗，同时也可以
提高耐用性和可靠性。
有些电源采用高效电源技术，可以将待机功率下降至最低极限。
弧焊电源还应该具备过热保护和防护等安全功能。
在焊接过程中，电源会不断发热，
超出温度范围会对设备和人员造成危害。
过热保护功能可以及时发现设备故障，防止由于
过热导致设备损坏。
防护功能可以防止由于触电等原因导致人员受伤的事故。
相变触发技术是目前较为先进的控制技术之一。
该技术通过采用相变触发单元，产生
瞬时高能脉冲，促进电弧的形成和稳定。
这种技术可以有效提高焊接效率和稳定性，同时
还可以节省电能和降低电器噪音。
总之，弧焊电源是现代弧焊技术中不可或缺的重要装备，可以通过智能控制和高端技
术提高焊接效率和质量，并保护设备和人员的安全。
河南理工大学弧焊电源重点资料
河南理工大学弧焊电源及其数字化控制参考资料第一章焊接电弧及其电特性（填空）焊接电弧的特性：电压最低，电流最大，温度最高，发光最强三种电离：撞击电离，热电离，光电离四种电子发射：热发射，光电发射，重粒子撞击发射，强电场作用下的自发射1.弧焊电源可分为哪几类？按什么分类？答：（1）弧焊电源及其控制技术的分类：交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源、逆变式弧焊电源（2）弧焊电源的控制技术分类：机械式控制、电磁式控制、数字式控制、电子式控制。
2弧焊电源的压降如何分布？答：电弧沿其长度方向分为三个区：阳极区、阴极区、弧柱区，这三个区的电压降分别称为阳极压降Uy、阴极压降Ui、弧柱压降Uz。
它们组成了总的电弧电压Uf，且Uf=Uy+Ui+Uz。
阳极压降基本不变，而阴极压降在一定条件下基本上也是固定的数值，弧柱压降则在一定气体介质下与弧柱长度成正比。
则，弧长不同，电弧电压也不同。
3.弧焊电源的静特性、动特性是指什么？答：电弧静特性：电极材料、气体介质、弧长一定的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系。
Uf=f(If)电弧动特性：在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系为：Uf=f(if)4.焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊得电弧静特性是怎样的？答：焊条电弧焊：多半工作在静特性的水平段。
埋弧焊：多半工作在静特性的水平段。
CO2气体保护焊：基本上工作在上升段。
（虚线的是二氧化碳的，实线的是Ar 弧焊的）5.交流电弧有什么特点？为保护交流电弧连续燃烧电路参数应当怎样配合？答：特点：a.电弧周期性的熄灭引燃b.电弧电压和电流波形发生畸变c.热惯性作用较为明显（2）a.交流电弧连续引燃的条件之一： 即当ωt=π时，使电弧电流if 正好过零点，if=0，从而得到： b.连续引燃条件之二：即在ωt=0时，弧焊电源电压Uy 应大于电弧引燃电压Uyh ，即： 综上分析：为保证交流电弧连续燃烧必须保证电路中各项参数：电源空载电压U0、电弧电压Uf 及引燃电压Uyh 之间必须保持一定的关系。
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弧焊电源的发展趋势
世纪70～ 年代 年代） （20世纪 ～80年代） 世纪
多种形式的弧焊整流器相继出现和完善 它们正在愈来愈多地取代直
流弧焊发电机。有些工业发达国家，除在野外作业采用柴( 流弧焊发电机。有些工业发达国家，除在野外作业采用柴(汽)油弧焊 发电机之外， 发电机之外，基本上都用弧焊整流器
式 单 式 弧 焊 逆 变 器 控 制 式 数 字 化 弧 焊 电 源 片 机 控 制 式 数 字 化 弧 焊 电 源
场 效 应 管 式 弧 焊 逆 变 器
本课程的性质、任务和要求
1. 课程性质 本课程是理论性和实践性较强的专业课
掌握各种常用弧焊电源及其控制技术的基本理论、 2. 课程任务 掌握各种常用弧焊电源及其控制技术的基本理论、基本知识和 实验技能，并能根据不同弧焊工艺方法正确地选择、 实验技能，并能根据不同弧焊工艺方法正确地选择、使用和维修弧焊电源
和焊接过程的顺利进行
弧焊电源的分类
• 按输出电流类型分类
（1）交流弧焊电源 ） （2）直流弧焊电源 ） （3）脉冲弧焊电源 ）
• 按电源的控制技术分类
（1）机械式控制 ） （2）电磁式控制 ） （3）电子式控制 ） （4）数字式控制 ）
各种弧焊电源的特点和应用
• 弧焊变压器 它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电， 它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电， 由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成 （SMAW、SAW、TIG） 、 、 ） • 矩形波交流弧焊电源 它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流， 它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流， 其电弧稳定性好，可调参数多， 其电弧稳定性好，可调参数多，功率因数高（TIG、 SMAW） 、 ） • 直流弧焊发电机 一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装 适用于各种焊接方法 各种焊接方法） 置等组成（适用于各种焊接方法） • 弧焊整流器 它是把交流电经降压整流后获得直流电的，它由主变压 它是把交流电经降压整流后获得直流电的， 各焊接） 器、半导体整流元件以及获得所需外特性的调节装置等组成（各焊接） • 弧焊逆变器 它把单相(或三相)交流电经整流后，由逆变器转变为几 它把单相(或三相)交流电经整流后， 百至几万赫兹的中频交流电， 百至几万赫兹的中频交流电，经降压后输出交流或直流电 • 脉冲弧焊电源 焊接电流以低频调制脉冲方式馈送，一般是由普通的 焊接电流以低频调制脉冲方式馈送， 弧焊电源与脉冲发生电路组成， 弧焊电源与脉冲发生电路组成，也是由一个弧焊电源产生脉冲波形
弧焊电源（总结）
机械调节式 动 绕 组 式 弧 焊 变 压 器 动 铁 式 弧 焊 变 压 器 抽 头 式 弧 焊 变 压 器 动 绕 组 式 弧 焊 整 流 器 动 铁 式 弧 焊 整 流 器 抽 头 式 弧 焊 整 流 器 滑 动 调 节 式 弧 焊 整 流 器 单 相 整 流 式 脉 冲 弧 焊 电 源 串 联 饱 和 电 抗 器 式 弧 焊 电 源 磁 放 大 器 式 弧 焊 整 流 器 磁 放 大 器 式 脉 冲 弧 焊 电 源 电 动 式 弧 焊 发 电 机 式 柴 油 汽 油 内 燃 机 驱 动 式 弧 焊 发 电 机 串 联 饱 和 电 抗 器 式 弧 焊 电 源 式 磁 放 大 器 式 脉 冲 弧 焊 电 源 模 拟 式 晶 体 管 弧 焊 电 源 模 拟 式 晶 体 管 脉 冲 弧 焊 电 源 式
弧焊电源的基本介绍
• 弧焊电源是电弧焊设备的主要/核心部分；弧 弧焊电源是电弧焊设备的主要/核心部分； 焊电源是指供电能（电流、电压）给焊接电弧， 焊电源是指供电能（电流、电压）给焊接电弧， 并具有适宜电弧焊/ 并具有适宜电弧焊/切割工艺所需电气特性的 设备。 设备。
• 弧焊电源是一种特殊的电源 • 弧焊电源的负载是焊接电弧 • 弧焊电源的任务是保证电弧顺利引燃、稳定燃烧 弧焊电源的任务是保证电弧顺利引燃、
应用范围
开发成功与机器人配套使用的弧焊系统
弧焊电源的发展趋势（ 20世纪末～21世纪） 20世纪末 21世纪 世纪末～ 世纪）
• IGBT式弧焊逆变器出现 IGBT式弧焊逆变器出现 经历了晶闸管式→晶体管式→ 经历了晶闸管式→晶体管式→场效 应管式→IGBT式等结构 式等结构、 应管式→IGBT式等结构、品种的变化和发展过程 • 数字化的控制技术向纵深发展 ARM控制 DSP控制 控制→ →ARM控制→DSP控制 从单片机控制→PLC/PLD控制 从单片机控制→PLC/PLD控制
主要参考： 现代电力电子技术部分） （主要参考：第三编 现代电力电子技术部分） 主编 编 编
编
Welding Robot
Thank you for your attention
3. 要求
1) 学习了解电弧的机理、电弧静特性的形成、电弧的动特性；交流电弧 学习了解电弧的机理、电弧静特性的形成、电弧的动特性； 的特点及其稳定燃烧的条件和影响因素； 的特点及其稳定燃烧的条件和影响因素；掌握常用弧焊电源获得不同外特性 的基本原理与调节方法 深入了解弧焊电源的性能与电弧稳定性、规范稳定的关系， 2) 深入了解弧焊电源的性能与电弧稳定性、规范稳定的关系，并能从工 艺的角度对弧焊电源提出要求； 熟悉弧焊电源的性能特点， 艺的角度对弧焊电源提出要求； 熟悉弧焊电源的性能特点，能正确选择与 合理使用各种类型弧焊电源和具备排除常见故障的能力 学习和掌握弧焊电源的控制技术的基本方法、特点、 3) 学习和掌握弧焊电源的控制技术的基本方法、特点、原理与应用
• 出现短路熔滴过渡电流波形控制 可减少飞溅， 可减少飞溅，提高焊接过 程的稳定性；完善一元化的调节技术；开发了双脉冲MIG MIG弧焊 程的稳定性；完善一元化的调节技术；开发了双脉冲MIG弧焊 电源，高精度控制脉冲MIG焊的多参数及其优化匹配， 电源，高精度控制脉冲MIG焊的多参数及其优化匹配，扩大稳 MIG焊的多参数及其优化匹配 定的工作调节范围， 定的工作调节范围，大幅度改善焊缝的成形与质量 • 多个弧焊电源的组合工作与协同控制 可实现双丝、 可实现双丝、三丝高 速高效MIG/MAG/脉冲焊/ MIG/MAG/脉冲焊 速高效MIG/MAG/脉冲焊/埋弧焊等新的焊接工艺
本课程推荐参考书
• 《新型弧焊电源及其控制》机械工业出版社，黄石生 教授 新型弧焊电源及其控制》机械工业出版社， • 《弧焊整流电源及其控制》机械工业出版社，何方殿 教授 弧焊整流电源及其控制》机械工业出版社， • 《电子控制的弧焊电源》机械工业出版社，黄石生 教授 电子控制的弧焊电源》机械工业出版社， • 《弧焊电源》机械工业出版社，郑宜庭 黄石生 编 弧焊电源》机械工业出版社， • 《电气工程和电力电子技术》化学工业出版社，严克宽 张仲超 电气工程和电力电子技术》化学工业出版社，
弧焊电源及其数字化控制 Arc Welding Power Source and the Digital Control
第一章 绪论
• • • • • 焊接的定义、 焊接的定义、分类以及常用焊接方法 弧焊电源及其分类 各种弧焊电源的特点和应用 弧焊电源的发展趋势 本课程的性质、 本课程的性质、任务和要求
开 关 式 电 力 电 子 器 件 弧 焊 电 源 开 关 式 电 力 电 子 器 件 脉 冲 弧 焊 电 源 数 字 开 关 式 晶 闸 管 矩 形 波 交 流 弧 焊 电 源
式
式 晶 闸 管 式 弧 焊 逆 变 器 晶 体 管 式 弧 焊 逆 变 器
பைடு நூலகம்
式 式
逆 变 式 晶 闸 管 矩 形 波 交 流 弧 焊 电 源
焊接的定义、分类及常用焊接方法
• 焊接的定义
通过加热或加压或两者并用， 通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充 材料，使焊件达到结合（原子间结合） 材料，使焊件达到结合（原子间结合）的一种工 艺/方法叫焊接 方法叫焊接
• 焊接的分类及常用焊接方法
如电弧焊、激光焊等） （1）熔化焊 （如电弧焊、激光焊等） ） 如电阻焊、摩擦焊等） （2）压力焊 （如电阻焊、摩擦焊等） ） 软钎焊和硬钎焊） （3）钎焊 （软钎焊和硬钎焊） ）
研制成功多种型式的脉冲弧焊电源 为进一步提高焊接质量和适应全
位置焊接自动化提供了性能优良的弧焊电源
先后研制成功高效节能、小巧、性能好的晶闸管、晶体管和场效应管 先后研制成功高效节能、小巧、性能好的晶闸管、 式弧焊逆变器 它具有更新换代的意义，并正在逐步推广使用 它具有更新换代的意义， 半导体控制的矩形波交流弧焊电源陆续出现，逐步代替传统式弧焊变 半导体控制的矩形波交流弧焊电源陆续出现， 压器 它进一步提高了交流电弧的稳定性，扩大了交流弧焊电源的 它进一步提高了交流电弧的稳定性，