新型高频引弧器的设计_何建军

所示 !
1& 的最小抽头匝数约为 &>( 匝 " 故不能作为一
次侧 " 因此只能选择另一组绕组匝数较少的抽头作 为一次侧 "以获得尽量高的升压比 ! 在此条件下 " 通 过改变输入电压 != 可以发现 "在火花放电器的放电
1&%高频升压变压器 "采用 &8 英寸黑白电视机行输出变压器 # /56 % 封装于行输出变压器中的高压硅堆 #B% 火花放电器 # 3;% 振荡电容 #1(% 高频耦合变压器 #2% 受控多谐振荡器 !
新型高频振荡引弧器电路电路原理图如图 &
逆变频率为 (! ;<6 ! 而行输出变压器为制成品 " 其 一 $ 二次绕组匝数已确定 " 并且由于一次侧为多抽 头结构 " 因此需要对输入电压 !=$ 占空比及一次侧 抽头位置进行选择 ! 该设计是通过实验进行选择 " 以较低的输入电 压 != 作为一个基本条件 !
!" 输出功率不足 ! 文献%&’介绍的小型高频引弧
器 " 在晶闸管与中频变压器构成的自激中频振荡电 路中 " 没有设置中频变压器的磁恢复回路 " 因此晶 闸管导通时 " 尽管流过晶闸管的电流很大 " 但由于 中频变压器磁心处于直流磁化状态 " 因此耦合系数 很低 "难以向火花放电回路提供足够高的能量 " 导致 等效内阻过大 " 高频振荡电容充电速度慢 " 单位时 间内火花放电组数少 " 引弧能力差 # 文献 %() 所介绍 的多极倍压整流升压模式"同样存在 着 输 出 阻 抗 大 " 引弧能力不够高的问题 ! 实验表明 " 动特性一定的弧焊电源对高频引弧 器的引弧能力*主要表现为引弧电压及引弧功率 + 的 要求会有一个较为明显的分水岭 ! 当引弧能力低于 分水岭时 "引弧间隙及引弧成功率会很低 #当引弧能 力超过分水岭时 "引弧间隙及引弧能力会迅速增加 ! 针对整流式自激中频弧焊发电机构成的氩弧 焊机引弧困难的问题 " 在此提出了一种新型高频引 弧器 " 其目的是进一步提高引弧能力 " 根本解决上 述 ( 种引弧器用于该类焊机引弧时存在的问题 " 并 取得了满意的结果 !
Q= 7J24< A7KM7K KG34JDAGOCG!J24<@C C4NCN DAGP3GN KG34JDAGO E2GE72K 2J DAGOCN"’FC G2J24< IA@K3<C KG34JDAGOCG AD KG3N2K2A43@ F2<F DGCH7C4E= JK3GKCG 2J GCM@3ECN L= 4CP F2<F DGCH7C4E= JK3GKCG"RA 2KJ IA@7OC!PC2<FK 34N EAJK 3GC <GC3K@= GCN7ECN "’FC KCJK JFAPJ KF3K KFC 4CP F2<F DGCH7C4E= JK3GKCG PAGS JK3L@= 34N GC@23L@= 34N F3J <AAN JK3GK24< 3GE E3M3L2@2K=" TC= PAGNJ" KG34JDAGOCG ! /U 3GE JK3GKCG%M3G3OCKCGJ NCJ2<4%343@=J2J
引言
高频振荡引弧器广泛应用于 ’9( 焊或等离子 弧焊接与切割中 !以实现非接触式引弧# 传统的高频 振荡引弧器采用高漏抗工频升压变压器模式 ! 该变 压器容量大约在 [$\&$$ X 左右 ! 不仅体积大 $ 质量 大 $ 效率和功率因数低 ! 并且由于生产工艺等问题 ! 故障率极高 # 我们先后购买过若干厂家的高频振荡 器装机试用 !但工频升压变压器很容易被击穿 !从而 影响了整机的可靠性 # 文献 ]&^ $]*^ 分别介绍了一种’ 小型高频引弧器 的研究( 和一种 ’ 超小型中频脉冲引弧器的研究 (# 其 基本设计思想均是改进工频升压这种传统技术 ! 其 ’ 小型高频振荡引弧器的研究 ( 采用晶闸管作为 中 开关元件 ! 构成自激式中频振荡器 ! 并由体积较小 的中频升压变压器升压 % ’ 超小型中频脉冲引弧器 的研究 ( 则是采用多级倍压整流升压 ! 因取消了铁 磁元件!体积和质量大大减轻 # 但这 * 种引弧器用于 整流式自激中频弧焊发电机构成的氩弧焊机进行 引弧时 ! 存在着引弧能力差 $ 引弧成功率低的问题 #
! !"#$%& ’( &") *+ ,-. #/,-/"/0 12345674!89: ;24<5=7!>9 ?275@24<!89 ’A4< !BA@@C<C AD ;CEF342E3@ 04<24CCG24< !BFA4<H24< :42ICGJ2K= !BFA4<H24< #$$$## !BF243% +LJKG3EK " ’FC MG24E2M@C 34N KFC OCKFANJ DAG NCJ2<424< L3J2E M3G3OCKCGJ AD 4CP F2<F DGCH7C4E= JK3GKCG 3GC 24KGAN7ECN 24 KF2J M3MCG"
综合指标最好 " 如果一次绕组的匝数减为 + 匝 ! 或二 次绕组的匝数减为 1 匝时 ! 引弧能力会大大降低 " 但 如果将二次 绕 组 的 匝 数 增 为 $ 匝 !引 弧 能 力 会 进一步加强 " 但由于二次绕组要通过焊接电流 ! 导 线 截 面 积 很 大 !因 此 对 于 铁 氧 体 磁 心 窗 口 面 积 的 选择以及绕 制 工 艺 都 会 带 来 困 难 " 如 采 用 + 个 磁 心 合 并 绕 制 !即磁心截面积增大为 2 .% 时 !引弧能
Fra Baidu bibliotek第7期
弧! 如果将火花放电器的放电间隙调大"如调至 !"# $$ 时"施加在钨极与工件之间的引弧电压会升高!但由于 火花放电器的放电间隙调大后 " 振荡电容充电速度 会放慢 "单位时间内高频振荡的组数也会随之下降 " 因而引弧间隙及引弧成功率提高得并不多!并且调大 火花放电器的放电间隙时 " 当火花放电器的钨棒表 面氧化受潮后 "会出现火花放电器无法击穿的问题 " 必须经常用砂纸对其表面进行打磨 "方能正常工作 " 使用不方便 !
/0"即关闭高频引弧器 ! 但由于 777 时基组件易遭受
高频高压冲击而损坏 98)" 因此该设计中采用分立元 件接成多谐振荡器 ": 端为其使能端 "同样设计为高 电平有效 "如图 & 所示 !
$"$
主要参数设计
为了减少逆变器的高频噪音 "选择逆变逆器的
#
$%&
电路的分析及设计
电路组成及工作原理’()
,-. 管 /0$升压变压器 1& 与受控多谐振荡器 2
组成单端正激变换器 " 并由升压比高的行输出变压 器 1& 的二次侧输出高压 "为火花放电回路提供所需 的充电高压和能量 ! 由于行输出变压器是制成品 " 没有绕制磁恢复 绕组!因此该设计中采用电容 3$电阻 4 及二极管 /5 构成的电容 % 电阻 % 二极管箝位电路来确保 1& 不 出现单向磁饱和现象 " 这样 " 既可以防止磁饱和造 成过大激磁电流而损坏 /0 的现象 " 又可以保证 1& 应有的耦合系数 " 有效输出足够的能量 ! 由于 1& 二次绕组的匝数较多 " 本身具有一定的 内阻"因此当火花放电器放电并将 1& 二次侧短路时" 也不会造成 1& 一次侧出现过大电流的现象 "无需采取 串 接 限 流 电 阻 或 将 1& 设 计 成 高 漏 抗 变 压 器 等 措 施 " 因此设计简单 !
+
"
结论
该设计采用 72 英寸黑白电视机行输出变压器
构成的单端正激变换器取代传统的高漏抗工频升 压变压器 % 由于行输出变压器为制成品 !其生产工艺 可以使其具有高工作可靠性 ! 并且所构成的高频引 弧器具有体积小’质量小’工作可靠’价格便宜的特点% 提供的结构参数 ! 不仅可以有效满足整流式自 激中频弧焊发电机对高频引弧器引弧能力的高要 求 ! 而且具有通用性 % 提供的高频引弧器已批量应用于整流式自激 中频弧焊发电机构成的氩弧焊机的生产中 %
第
)# 卷 第 - 期 *$$# 年 - 月
电焊机
0@CEKG2E XC@N24< ;3EF24C
VA@")# WA";3= *$$#
新型高频引弧器的设计
何建军 !刘明宇 !綦秀玲 !李 铜
机械工程学院材料加工工程系 !重庆 #$$$##% !重庆大学 " 摘要 "介绍了一种新型高频引弧器的工作原理和参数设计 # 采用 &# 英寸黑白电视机行输出变压器构
’ !" ’
!"#$%
电焊机
第 /2 卷
经过反复试验 !最终选定 !! 为 "#$ %& 对应的占空比 为最佳占空比 " 在此占空比下 !一方面可以保证获得 足够高的火花放电强度 !另一方面可以使 ’() 管的 温升限制在合理数值上 " 高频耦合变压器 *+! 一方面作为火花放电回路 的振荡电感 ,-! 另一方面是将高频高压有效耦合至 钨极与工件之间 ! 用于引弧 ! 因此其结构参数的选 择也是一项重要的工作 " 试验表明 !可选择 # ($ 型铁 氧体磁环 ! 也可选用# ! $ 型铁氧体磁心作为铁心 ! 其截面积可以选为 + .% % 当变压比选择为 /!0 时!其
/56 为封装于 1& 内的高压硅堆 "用于对 1& 输出
的高频高压进行整流 " 因此无需外加高压整流二极 管!受控多谐振荡器 2 为单端正激变换器的 /0 提供 合适占空比的方波驱动信号 ! 该多谐振荡器可以用 时基组件 777 构成 "其脚 8 为受控端 ! 即脚 8 接高电 位时 " 受控多谐振荡器 2 输出方波信号 # 而脚 8 接 低电位时 "则受控多谐振荡器 2 输出低电平而关闭
成单端正激变换升压电路 ! 取代传统高频振荡引弧器的高漏抗工频升压变压器 ! 具有体积小 $ 质量 小 $价格便宜的特点 # 试验表明 "工作稳定可靠 !引弧能力极强 #
关键词 "变压器! 高频引弧器 % 参数设计 %分析 中图分类号 "’(#)#"* 文献标识码"+ 文章编号"&$$&,*)$)!*$$#%$-,$$-.,$)
图& 新型高频振荡引弧器电路原理图
间隙调节大于等于 &"7 $$ 时 "!= 的最小值 约 &# /" 故选择 != 为 (8 /! 试验发现"当占空比调节为近 7!? 时 "火花放电会过分强烈 "单位时间放电的组数非常 多"因而输入电流 "= 可达 @ A"导致 /0 的温升过高 !
!"#$%&’$ ()"*’+, -.$/’+)
21 火花放电器击穿间隙过小 ! 其放电间隙只能 调节为 $"- OO# 这是由于 * 种引弧器能够为火花放电
器提供的高电压过低造成的 ! 因而最终加在钨极与 工件之间的引弧电压也会过低 ! 难以可靠地引燃电
) !" )
!"#$%&’$ ()"*’+, -.$/’+)
!"#$%
何建军等 & 新型高频引弧器的设计
收稿日期 !*$$),&$,*# 作者简介 ! 何建军 !&YZZ &% !男 ! 四川纳溪人 ! 在读硕士 !主要
从事弧焊电源及自动化方面的研究工作 #
0
存在问题的分析
,1 整流式自激中频弧焊发电机自身的动特性
较差 # 该种焊机规范参数调节方式为调节转子的激 磁电流 ! 并且当调节激磁电流时 ! 其输出的空载电 压也会随之改变 # 即焊接电流减小时 !空载电压会降 低 %反之调大焊接电流时 ! 空载电压也会随之调高 # 并且在调小焊接电流空载电压降低后 ! 其动特性会 更差 # 实验表明 ! 在 [$ + 电流以下引弧焊接时 ! 由于 焊机的动特性差 ! 空载电压也较低 ! 尽管可以观察 到钨极与工件之间存在着较为强烈的高压放电现 象!但电弧却很难被引燃# 即使将引弧间隙压得很小 ! 引弧的成功率仍很低 !引弧成功率不超过 -$_# 若钨 极温度较高! 即在热态下 % 引弧成功率和引弧间隙会 大大增加 # 这种现象又说明了文献 ]&^]*^ 所介绍的 * 种高频引弧器本身输出的引弧电压及引弧功率不 够大 ! 不能满足整流式自激中频弧焊发电机对引弧 器引弧能力的要求 #
+
和的铁板 ! 引弧间隙为 7" %%! 并在冷态下引弧 !试 验表明引弧成功率达 7""; ( 在 +"" & 条件下 ! 引弧 间 隙 可 高 达 2" %% % 因 此 上 述 参 数 的 搭 配 是 合 理 的 ! 引弧能力完全满足整流式自激中频弧焊发电机 这种动特性很差的焊接电源对高频引弧器引弧能 力的高要求 % 由于输入电流 !! 调定为 "#$ & ! 因此 :3 可不再 使用散热器散热 !在此条件下连续工作 7" %!<!其温 升不超过 +" =!因此可以进一步减小其尺寸% 目前该 新型高频引弧器已批量应用于相应的氩弧焊机的 生产中 %