《焊接电源及控制》实验指导书

材料科学与工程学院

本科实验指导书

课程名称：焊接电源及控制

实验学时： 4

适应专业：焊接技术及工程、高新材料基地班（焊接方向）

承担实验室：焊接实验室

材料科学与工程学院

材料工程国家级实验教学示范中心

实验须知

1、上实验课前，必须预习课程实验指导书及相关的讲课内容，明确实验目的及步骤，并做好进行实验数据记录的准备（实验指导教师有检查预习情况的责任，对未预习者，不得进行实验）。

2、进入实验室后，必须听从实验指导教师及相关人员的指导，遵守实验室有关制度。

3、进入实验室后，必须听从实验指导教师或相关人员介绍设备使用情况，待熟悉设备后，经指导教师同意方能开动设备。

4、使用实验设备前，必须按照实验指导书中所规定的实验步骤进行相关实验。进行实验时，思想必须集中，要安全操作实验设备，避免实验事故发生。

5、实验完毕后，必须整理实验场地（须将实验设备擦拭干净、上油，打扫实验场地等）。

6、学生必须爱护国家财产，如有损坏仪器、设备、工具、量具等物情况发生，应立即报告实验指导教师及相关人员。属自然损坏，酌情处理；属故意损坏，除责令其写出检查外，应呈报学院进行处理。

7、实验试样原则上不准拿出实验室，如确实因测量未完成或其他情况，须得到实验指导教师同意，方能办理借出手续。

8、实验报告内容包括实验目的、步骤、使用仪器设备、工具、模具以及测量数据及其结果分析等各方面。实验数据需用曲线表示出来时，一律用方格纸描绘。

9、实验报告一律用学院所规定的统一的实验报告纸撰写，在实验结束后一周内交给实验指导教师。

目录

实验一弧焊电源结构观察 (1)

实验二弧焊电源外特性测定 (8)

实验一弧焊电源结构观察

一、实验目的：

1．了解弧焊变压器结构，掌握各种弧焊变压器下降外特性的获得方法及焊接参数的调节方法；

2．熟悉晶闸管整流主电路的形式和结构，了解移相触发控制电路工作原理，掌握晶闸管弧焊电源外特性、调节特性的控制方法；

3．掌握弧焊逆变电源的基本组成、基本原理，熟悉逆变主电路及控制驱动电路、反馈电路、外特性、调节特性以及动态特性的获得方法、特点、

分类等。

二、实验仪器设备：

1．BX1－500交流弧焊变压器一台；

2．ZX5－500弧焊整流器一台

3．NB-500 （IGBT） MIG/MAG逆变焊机一台；

三、实验原理：

不同类型弧焊电源的结构和组成各不相同，它们的外特性调节方式也不相同。通过实际观察弧焊电源结构，能够获得对不同类型弧焊电源内部结构的直观认识，对理解课堂理论教学内容起到很好的帮助作用。

1．弧焊变压器结构组成及工作原理

弧焊变压器是一类特殊的变压器，其基本原理与一般电力变压器相同，但为满足弧焊工艺要求又具有自身的特点。弧焊变压器具有下降的外特性，根据获得下降外特性的方法不同分为：串联电抗器式弧焊变压器和增强漏磁式弧焊变压器。

1）串联电抗器式弧焊变压器

这类弧焊电源由变压器和电抗器组成。前者为正常漏磁的普通变压器，

将电网电压降至所要求的空载电压，变压器本身的外特性是接近于平的，为

了得到下降外特性及调节电流需要串联电抗器，电抗器在交流电路中分担一

部分电压，通过调整电抗器电抗值的大小，获得所需要的下降外特性和电流。

2）增强漏磁式弧焊变压器

这类弧焊电源通过人为地增大变压器的漏抗，而无需再串联电抗器。按

增强和调节漏抗的方式不同又可分为以下三种：

(1)动铁心式在一、二次侧绕组间设置可动的磁分路，以增强和调节漏磁。

BX1系列弧焊变压器即属于此类。

图1 动铁心式弧焊变压器结构

铁心Ⅱ可以移动，进出于铁心I的窗口(在图1中是垂直于纸面移动)以

调节漏磁，从而可以获得不同的下降外特性。

(2)动线圈式通过增大一、二次恻绕组之间的距离来增强漏磁，改变绕组

之间距离来调节。BX3系列弧焊变压器属于此类。

如图2所示，通过改变变压器绕组1（下部）和绕组2（上部）之间的

距离δ

，调节漏磁通的大小，从而改变漏抗值的大小，可以获得不同的下12

降外特性。

图2 动线圈式弧焊变压器结构示意图 图3 两心柱抽头式弧焊变压器结构示意图

(3) 抽头式 将一、二次绕组分开来增加漏磁，通过绕组抽头来改变绕组匝数以调节漏抗。BX6-120-1型弧焊变压器属于此类。

如图3所示，一次侧绕组由W 1I 和W 1II 两部分绕组共同组成，通过调整一次侧

绕组W 1I 和W 1II 在一次绕组中所占的比率，使得一、二次侧绕组耦合程度发生改变，

从而起到调节变压器漏磁量的作用，进而获得不同的下降外特性。

2． 晶闸管弧焊整流器结构及外特性调节原理

图4 晶闸管式弧焊整流器基本原理图

一般晶闸管式弧焊整流器的组成如图4所示。主电路由三相主变压器T 、晶闸管整流器V 和输出直流电感L 组成。二极管组VD 和限流电阻R 构成维弧电路。

控制电路由给定电路、检测电路、比较电路和触发电路组成。

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。晶闸管式弧焊整流器的外特性多种多样，其外特性是采用闭环负反馈控制原理获得的，可以采用电流反馈、电压反馈或电流电压联合反馈获得不同的外特性。

3．弧焊逆变器的基本组成及基本工作原理

图5 弧焊逆变器主要组成和基本原理方框图

弧焊逆变器的主要组成包括：供电系统；电子功率系统；电子控制系统；给定与反馈电路。其基本组成方框图如图5所示。

在供电系统中，单相220V（或三相380 V）50Hz的交流网压，经输入整流器整流和滤波器滤波之后，获得逆变主电路所需的平滑直流电压，单相整流约310V（或三相整流约520V）。该直流电压在电子功率系统中经逆变主电路的大功率开关电子器件(晶闸管、晶体管、场效应管或IGBT)组Q的交替开关作用，变成几千至几十万赫兹的中频高压电，再经中频变压器（T）降至适合于焊接的几十伏低电压，并借助于电子控制系统的控制驱动电路和给定与反馈电路(M、G、N 等组成)，以及焊接回路的阻抗，获得弧焊工艺所需的外特性和动特性。如果需要采用直流电进行焊接，还需经输出整流器整流和经电抗器L、电容器C的滤波，把高(中)频交流变换成为直流输出。