弧焊电源 要点

焊接电弧是由焊接电源供给能量，在具有一定电压的两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象
焊接电弧的动特性：在一定的弧长下，当电弧电流很快变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系。

uf=f（if）。

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和电弧电流If之间的关系，Uf=f （If）。

焊接电源的外特性：在电源参数一定的条件下，改变负载时，电源输出电压稳定值Uy与电流稳定值Iy之间的关系，Uy=f（Iy）称为焊接电源的外特性。

焊接电源的动特性：是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压与电流的响应过程，可以用弧焊电源的输出电流和电压对时间的关系来表示，即uf=f（t），if=f（t），它说明弧焊电源对负载瞬变的适应能力。

调节特性:弧焊电源能满足不同工作电压、电流的需求的可调性能称为电源调节性能。

负载持续率FS：负载持续运行时间与弧焊电源的工作周期（等于负载持续运行时间与休止时间之和）之比。

弧焊电源：是电弧焊机的核心部分，是用来对焊接电弧提供电能的一种专用装置，或者说，它是一种提供电流和电压，并具有适合于弧焊和电弧切割等工艺所需特性的装置。

占空比：即脉冲宽度比，是在脉冲周期中脉冲时间所占的百分比，表征脉冲的强弱。

调节特性:弧焊电源能满足不同工作电压、电流的需求的可调性能称为电源调节性能。

弧焊逆变器：为焊接电弧提供电能，并具有弧焊工艺所要求的电气性能的逆变器
气体电离：撞击电离，热电离，光电离
电子发射：热发射，光电发射，重粒子发射，强电场作用下的自发射。

电弧静特性呈U形曲线：在阳极区，阳极压降Uy 基本上与电流无关，Uy=f(If)为一水平线。

在阴极区，电弧电流I f较小是，阴极斑点的面积Sj小于电极端部的面积。

这时，Sj随If增加而增大，阴极斑点上的电流密度j(i)=If/Si基本不变，这意味着阴极的电场强度不变，因而Ui也不变。

此时，Uy=f(If)为一水平线。

到了阴极斑点面积与电极端部面积相等时，If继续增加，则Si不能再扩张，于是，j(i)也就是随着增大了，势必造成Ui增大，因此，Ui 随If的增大而上升。

在弧柱区, Uz=IfRz=ＩzLz/(Sz r z)=jzＬz/r z，（Rz弧柱电阻；Lz弧柱长度；Sz弧柱截面积；r z弧柱电导率；jz弧柱电流密度）焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性的水平段；非熔化极气体保护焊、等离子弧焊多半工作在水
平段；焊接电流较大时才工作在上升段；熔化极
气体保护焊和水下焊接基本工作在上升段。

交流电弧特点：1、电弧周期性地熄灭和引燃2、
电弧电压和电流波形发生畸变3、热惯性作用较为
明显
电弧连续燃烧条件方程：
影响交流电弧稳定燃烧的因素：1、空载电压Uo Uo
越高，在同等大小的引弧电压下，熄弧时间越短，
电弧就越稳定。

2、引燃电压Uyh Uyh 越高，引燃
电弧越难，电弧越不易稳定。

3、电路参数wL/R
增大，可使电弧趋向稳定地燃烧4、电弧电流电
流越大，热惯性作用越显著，可导致Uyh 降低，
电弧的稳定性提高。

5、电源频率f f提高，即周期
和电弧熄灭时间相应缩短，且热惯性作用也增强，
从而提高了电弧的稳定性。

6、电极的热物理性能
和尺寸电极若有较大的热容量和热导率，或具有
较大的尺寸和低熔点，就会使电极散热较快，温度
较低，Uyh 较大，电弧稳定性下降。

提高交流电弧稳定性措施：1、提高弧焊电源频率
2、提高电源的空载电压
3、改善电弧电流的波形
4、
叠加高压电
焊接电弧的分类：1、按电流种类：交流电弧、直
流电弧和脉冲电弧2、按电弧状态：自由电弧和压
缩电弧3、按电极材料：熔化极电弧和不熔化极电
弧。

满足弧焊工艺对弧焊电源的要求：1、保证引弧容
易2、保证电弧稳定3、保证焊接参数稳定4、具
有足够宽的焊接参数调节范围
满足以上要求应考虑：1、对弧焊电源空载电压的
要求2、对弧焊电源外特性的要求3、对弧焊电源
调节性能的要求4、对弧焊电源动特性的要求
“电源—电弧”系统稳定性的含义是什么，并简
述系统稳定性规范之间的关系。

“电源—电弧”系统稳定性包含两方面含义：①系
统在无外界因素干扰时，能在给定电弧电压下维持
长时间的连续电弧放电，保持静态平衡，即Uf=Uy，
If=Iy；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，当干扰
消失后，系统能自动恢复稳定平衡，使得焊接规范
能够重新恢复，“电源--电弧”系统稳定性的条件，
在工作点上电弧静特性斜率大于电源外特性斜率。

“电源--电弧”系统恢复到稳定状态的速度，与弧
焊电源电压与电弧电压之差值及回路的电感L有
关。

Uy与Uf电压的差值越大，即Kw越大；回路
电感越小，则恢复越快，稳定性越好。

对弧焊电源稳态短路电流的要求：对于下降外特性
的弧焊电源，一般要求稳态短路电流Ｉwd对焊接
电流Ｉf的比值范围为：1.25＜Ｉwd/Ｌ＜2
对于焊条电弧焊，为了使焊接参数稳定希望弧焊电
源外特性的下降陡度大，即Kw较大为好，甚至最
好采用恒流特性。

与此同时，为了确保引弧和熔滴
过渡时具有足够大的推动力，又希望稳态短路电流
适当大些。

这就要求弧焊电源外特性在陡降到一定
电压值（5～10v）之后转入外拖段，形成恒流带外
拖的外特性。

根据弧焊变压器获得下降特性的不同，对弧焊变
压器进行分类，并简述各类弧焊变压器的特点。

根据获得外特性方法的不同，分为串联电抗器式和
增强漏磁式。

（一）串联电抗器由正常漏磁（漏磁
很少，可忽略）的变压器与串联电抗器构成，按结
构不同又分为分体式弧焊变压器式和同体式，分体
式又分为单站分体式弧焊变压器和多站式。

特点：
（1）单站式①分体式：优点是变压器和电抗器可
分别使用，易于搬动；缺点是小电流时电弧稳定性
差，结构不紧凑，消耗材料较多；②多站式：优点
是节省设备投资，设备利用率高，便于管理维护，
供电容量小，占地面积小；缺点是线路能量损耗大，
焊接站灵活性差，工作可靠性差；（2）同体式：下
部为变压器，上部为电抗器，公用中间磁轭，其优
点是结构紧凑，省材；缺点是叫笨重；（二）增强
漏磁式，人为地增大了自身的楼康，而无需再串联
电抗器，按增强和调节漏抗的方法分为动铁心式、
动线圈式、抽头式。

①动铁心式在一二次绕组之间
设置可动磁分路，铁心形状有矩形梯形两种，不用
电抗器，结构简单，振动轻微，有两个空气隙，附
加损耗大；②动线圈式一二次绕组间通过增大距离
来增强漏磁，铁心形状高而窄，无活动铁心，振动
更小，电流调节下限受到铁心高度限制，只适用于
中等容量；③抽头式将一二次绕组分开来增加漏
磁，有机调节，成本低，体积小，负载持续率低，
电弧稳定，无噪音，可靠性好。

晶闸管弧焊整流器主要特点：1、节能省材2、一
机多用，可获得多种外特性3、控制精度高4、动
特性好5、波形脉动大
对晶闸管弧焊整流器的波形脉动问题可以采取一
下措施：1、并联高压引弧电源2、并联二极管和
限流电阻构成维弧电路3、采用直流电抗器4、选
择合适的整流电路
双反星中平衡电抗器作用？为什么这种电路更适
合于弧焊电源（大电流低电压）？
如图1所示，若无平衡电抗器，电路的晶闸管在每
周中是依次轮流导电60°，不能两管同时导电，
存在利用率不高的缺点；而加入电平衡电抗器后，
相当于将N点点位相对于M点提高了ua—ub，相
当于正极性和反极性两组三相斑驳整流电路的并
联，提高了利用率。

每个整流元件导通角为120°，负载电流Id同时由
两个整流元件和两个变压器绕组供给，提高了利用
率，每个整流元件只负担1/6的Id，是它适用于输
出大电流的场合，在该电路中，同时有两个晶闸管
并联导电，这使这种电路适用于低电压的场合。

晶体管弧焊逆变器电源半桥式主电路变换过程：
（单相或三相交流整流后得到直流电压）供电系统
输入直流电压。

对边桥臂的两对功率开关管按中频
周期性地轮流导通，从而在中频变压器原边形成了
矩形波交流电。

变压器原边形成的举行波交流电经
受变压器降压后，再由两个输出二极管全波整流，
输出适合焊接工艺的直流电。

★引弧方式：接触式引弧（焊条电弧焊、熔化极气
体保护焊），非接触式引弧（高频高压引弧和高压
脉冲引弧，应用于钨级氩弧焊、等离子弧焊）
★手工电弧焊工作在电弧静特性的平特性段，采用
下降外特性的弧焊电源。

若电机材料、电流大小一
定时，电弧拉长时，弧压升高。

★焊接电弧按电流种类分分为直流电弧、交流电
弧、脉冲电弧。

占空比指的是脉冲周期中脉冲时间
所占的百分比。

★交流电弧连续燃烧条
件：
★提高交流电弧稳定性的措施：提高弧焊电源的频
率，提高电源空载电压，改善电流电压波形，叠加
高压电。

★普通硅弧焊整流器较为简单，是在变压器之后加
整流器构成的，主要有动铁心式、动线圈式、抽头
式。

★弧焊电源：①BX6-500：B弧焊变压器（X下降特
性、P平特性、D多特性）6抽头式，500:额定电
流500A；②NBC—250：N熔化极气体保护焊，B
半自动焊，C：CO2气体保护焊
★场效应管和IGB T属于电压控制型驱动，即只需
要控制栅极电压和极微小的瞬间电流，就能实现开
关控制。

★晶闸管式弧焊整流器主电路分类：三相桥式半控
电路、三相桥式全控电路、带平衡电抗器双反星型。

弧焊逆变器优点：①高效节能：逆变器工作效率高，
可达16kHz以上，因此可大幅度减少电热损耗，大
幅度提高效率；②质量轻、体积小：弧焊变压器的
绕组匝数、铁心面积与频率成反比，在逆变器中通
过高频逆变，是逆变器铁心截面积大大减小，从而
使变压器重量和体积大大减小；③电器性能优良：
1）因为频率高，交变电流过零的时间极短，从而
提高交流电弧的稳定性，2）减少无功损耗和提高
功率因数；3）控制速度快，性能好，易实现微机
和数字化控制；4）电抗器的电感量因频率的提高
而大量减少，故减少了时间常数，动特性得到较大
改善；④具有良好的弧焊工艺性能：
★铝镁合金钨极氩弧焊焊接时，最好选用交流弧焊
电源
★为确保焊接质量和参数稳定，手工电弧焊接时，
最好选用恒流特性。

★动线圈式弧焊变压器中的线圈间距离拉远时U0
减小，外特性曲线左移。

★对CO2用的抽头式普通硅弧焊整流器，与弧焊变
压器类似，属于增强漏磁式，具有平特性。

★对晶闸管弧焊整流器，输出电压波形脉动程度较
小的蒸馏电路时带平衡电抗器的双反星形整流。