电源外特性

（3）缓降特性
• 电压、电流负反馈始终同时采用，根据式(4)，当 Ugu≠0时，Ugi≠0，即得：
∂U f / ∂I f = K 2 nf / K1m （7） • • 由上式可是知，得到的外特性是斜降的，如图13 中曲线3所示 • 电压大于一定值时只取电流负反馈，当电压小 于此值时，同时采用电流负反馈和电压负反馈，分 别根据以上两式，可得如图13中曲线4所示的恒流 加外拖特性。此外，还可获得其他形状的外特性。
(1)恒压特性的获得 • 只取决电压负反馈时，即mUf≠0，nIf=0，根 据公式(4)得到: Ugu-mUf=0 即Uf= Ugu/m （5） 式中，m为分压比，为常数。 Uf取决于Ugu，Ugu一经给定后不变。则 电源输出电压Uf也不变，即只用电压负反馈 时可得到恒压外特性，如图13中曲线1所示。
2、熔化极弧焊
（1）等速送丝控制系统的熔化极弧焊 CO2/MAG、MIG焊或细丝的直流埋弧自动焊 一般工作于电弧静特性的上升段，电源外特 性为下降、平、微升都可以满足“电源— 电弧”系统稳定条件。图10所示了电弧静 特性为上升形状时，电源外特性对电流偏 差的影响。
图 10 电源外特性对电流偏差的影响
图 9 弧长变化引起的电流偏移
• 使用图9中曲线3所示的垂降外特性的电源， 焊接工艺参数是最稳定的，电弧弹性也是 最好的。但是其Iwd过小，容易造成引弧困 难，电弧推力弱，熔深浅，而且熔滴过渡 困难，故一般采用恒流带外拖的弧焊电源， 如图5所示。它即可体现恒流特性使焊接工 艺参数稳定的特点，又通过外拖增大短路 电流，提高引弧性能和电弧熔透能力。而 且可以根据焊条类型，板厚和工件位置的 不同来调节外拖拐点和外拖部分斜率，使 熔深过渡有合适的推力，从而得到稳定的 焊接过程和良好的焊缝成形。
图2
• b、U=f(I)图形接近于 1/4椭圆，又称缓降特 性，其焊接电流变化 较横流特性大 • 适用范围：一般焊条 手弧焊、变速送丝埋 弧焊
图3
图4
• c、在运行范围内 U=f(I)图形接近一 斜线，又称缓降特 性 • 适用范围：一般焊 条手弧焊，特别适 合立焊、仰焊。粗 丝CO2焊，埋弧焊
• d、在运行范围内恒流 带外拖，外拖的斜率 和拐点可调节。 • 适用范围：一般焊条 手弧焊
1、手弧焊
• 手弧焊中，一般是工作于电弧静特性的水 平段上，采用下降外特性的弧焊电源就可 以满足系统稳定性的要求。至于选择哪种 类型的下降特性曲线，还得从保证焊接工 艺参数稳定和保证电弧的弹性好来考虑。 在焊接过程中，由于工件形状不规则或手 工操作技能的影响，使弧长发生变化，会 引起焊接电流产生偏差。焊接电流静态偏 差小，则焊接工艺参数稳定、电弧弹性好。
• 电源电弧系统的自身调节作用：当弧长变 化时，引起电流和焊丝熔化速度变化，使 弧长恢复的作用。 • 在焊丝中电流密度较大、电弧静特性为上 升的条件下，尽可能的采用平特性的电源 外特性，这时自身调节作用才足够强，可 使焊接工艺参数更稳定。
（2）变速送丝控制系统的熔化极弧焊
• 埋弧焊（焊丝直径>3mm）、一部分MIG焊。 • 工作时电弧静特性是平的，为满足Kω>0， 只能采用下降外特性的电源。但是这类焊 接方法焊丝中电流密度小，自身调节作用 不强，不足以在弧长变化时维持焊接工艺 参数稳定，故采用变速送丝系统，它利用 电弧电压作为反馈量来调节送丝速度。当 弧长增加时，电弧电压增大迫使送丝加快， 因而弧长得以恢复。
3、不熔化极弧焊
• 钨极氩弧焊（TIG）、不熔化极等离子弧焊、 不熔化极脉冲弧焊等。 • 电弧工作不分呈平的或略上升的形状，为 了稳定焊接工艺参数最好采用恒流特性的 电流。如图9中曲线3所示，当弧长由l1变为 l2时，恒流特性的电流偏差∆I3很小。
4、熔化极脉冲弧焊
• 一般采用等速送丝，利用“电源—电弧” 系统的自身调节作用来稳定焊接工艺参数， 维弧阶段和脉冲阶段分别工作于两条电源 外特性上。两阶段都采用平的外特性，最 好采用双阶梯形特性，如图11所示。
逆变式CO2气体保护焊电源
主电路：半桥式 控制电路：脉宽调制电路（PWM）
• 逆变电源的输入输出的关系为
U 0 = Eq / 2n
(1) (2)
q = Ton /(Ton + Toff ) ×100%
• 式中，U0为电源输出电压；E为逆变器输入 直流电压；n为高频变压器变比；q为占空比； Ton为逆变器功率开关管导通时间；Toff为逆 变器功率开关管关断时间。 • 由于E、n为固定值，固此，改变占空比q 的大小就可以调节电源输出的电压值。
图5
（2）平特性
• a、在运行范围内U≈常 数，又称恒压特性， 有时电压稍有下降 • 适用范围：等速送丝 的粗细丝气体保护焊 和细丝(直径 <3mm)埋 弧焊
图6
• b、在运行范围内随电 流的增加电压稍有增 高，有时称上升特性。 • 适用范围：等速送丝 的细丝气体保护焊 （包括水下焊）
图7
（3）双阶梯形特性
Uy
ro=0
ro>0
r0=0时，外特性为平特性 r0>0时，外特性为下降直线ຫໍສະໝຸດ 图 1 一般直流电源的外特性
Iy
Iy
• 2、电源外特性形状的分类
• • • • 电源的外特性形状可以分为三类： （1）下降特性 （2）平特性 （3）双阶梯形特性
（1）下降特性
• a、垂直下降特性或 恒流特性，在运行范 围内If≈常数 • 适用范围：钨极氩弧 焊，非熔化极等离子 弧焊
图 11 双阶梯形特性
• 在脉冲阶段电源具有恒流特性，因此熔滴 过渡均匀；在维弧阶段电源具有恒压特性， “电源—电弧”系统自身调节作用强，能 防止短路。 • 根据不同的焊接工艺要求，脉冲电弧和维 弧电弧的工作点也可以分别处在恒压和恒 流特性段，或者任意组合，这就是所谓的 可控外特性。
三、电源外特性的获得
• 由L形和T形外特性切 换而成双阶梯特性 • 适用范围：熔化极脉 冲弧焊、微机控制的 脉冲自动弧焊
图8
二、不同焊接方法对于外特性的要求
• 电源的外特性形状除了影响“电源—电弧” 系统的稳定性之外，还关联着焊接工艺参 数的稳定，同时还关系到电源的引弧性能、 熔滴过渡过程和使用安全性等。所以，一 定形状的电弧静特性需选择适当形状的电 源外特性与之配合，才能既满足系统的稳 定条件又能保证焊接工艺参数稳定。
• 一般直流电源的外特性方程式为 • Uy=E-Iyr0 • E 直流电源的电动势； • r0 电源的内部电阻。 • 当内阻r0>0时，随着Iy增加，Uy下降，其外 特性是一条下倾的直线； • 当内阻r0=0时，则Uy=E，电压不随电流变 化，电源的外特性平行于横轴，这种外特 性称为平特性或恒压特性。如图1所示
占空比的大小又是由误差控制电压UK确 定的，所以只要以不同方式确定UK的大小， 就可获得不同形状的外特性。 • 逆变弧焊电源是利用电子控制系统和电流 电压反馈闭环控制来获得不同外特性曲线 形状的。根据逆变弧焊电源的控制系统组 成框图，可以利用方框图和方程式来描绘 逆变电源闭环控制系统,如图12 •
图 12 逆变弧焊电源的闭环控制系统示意图
电源输出的电流电压经综合放大得到控 制电压UK输入到脉宽调制控制器，获得相 应的占空比去控制电源输出。我们可得到 如下平衡方程式 UK=K3{K1(Ugu-mUf)+K2(Ugi-nIf)} (3) • 式中，K1、 K2、K3为放大环节的放大倍数。 • UK一般只有零点几伏至几伏，而放大倍 数K3值是比较大的，所以有 K1(Ugu-mUf)+K2(Ugi-nIf)≈0 (4) •
U
4
1
2 3
0
I/A
图 13 闭环控制所获得的外特性
（2）恒流特性
• 只取电流负反馈时，即nIf≠0，mUf≠0时，根 据式(4)得到： Ugi-nIf≈0 即If≈Ugi/n （6） 式中，n是分流比，为常数。 由上式可知，Ugi一经确定，If即不变，在理想 的情况下可得到恒流特性。但实际上，若 放大倍数取得太大，系统将易产生振荡， 所以不能将其取得太大，因而只能得到较 为陡降的外特性，如图13中曲线2所示。
弧焊电源的外特性
姓 名：孙丹丹 学 号：092060054 导 师：王加友 教授
弧焊电源的外特性
• 1、电源外特性的概念 • 2、不同焊接方法对电源外特性的要求 • 3、电源外特性的获得
一、电源外特性的概念
1、电源的外特性 • 在电源内部参数一定的条件下，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之间的关系曲线——Uy=f(Iy)称 为电源的外特性。 • 对于直流电源，Uy和Iy为平均值，交流 电源为有效值。