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外部特性及调节性能原理

【摘要】:晶闸管式弧焊整流器采用电流反馈、电压反馈或电流电压联合反馈,可得到不同的外特性和实现焊接参数的调节,获得所需的调节性能。由于主电路中变压器的漏抗、电抗器及电路导线电阻等分布参数的压降,使外特性有所下降。

晶闸管式弧焊整流器采用电流反馈、电压反馈或电流电压联合反馈,可得到不同的外特性和实现焊接参数的调节,获得所需的调节性能。

(1)开环特性 在开环运行情况下,没有引入任何反馈,从主电路分析已知,晶闸管式弧焊整流器的输出空载电压U0与控制角α的关系为

U0=AU2cosα (1-2-18)

式中 A——主电路结构系数,三相桥式全控A=2.34,六相半波A=1.35,双反星形带平衡电抗器A=1.17;

U2——变压器二次相电压

α——控制角。

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图1-2-24 三相桥式全控集成移相触发电路原理图

a)三相全控桥式整流电路 b)同步电路 c)KC04集成触发电路

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图1-2-25 闭环反馈控制原理框图及其外特性曲线

a)闭环反馈控制原理框图 b)外特性曲线

由式(1-2-18)可见,当控制角α一定时,输出电压U0也一定,即开环时为平特性,如图1-2-25b曲线1(虚线)所示。由于主电路中变压器的漏抗、电抗器及电路导线电阻等分布参数的压降,使外特性有所下降(曲线1实线)。下降斜率取决于主电路内部多因素带来的等效电阻R0,实际外特性方程为

Uf=U0-IfR0 (1-2-19)

(2)闭环基本特性 将晶闸管式弧焊整流器的输出电压Uf、电流If,通过某种采样环节及放大环节,再与给定量进行比较和放大,形成控制电压UkUk再作用于移相触发电路和主电路,便构成了闭环反馈系统,其原理框图如图1-2-25a所示。在这个系统中,输入控制电压Uk与输出电压Uf成正比,其比例系数(传递函数)为K3;主电路等效电阻为R0m为电压反馈系数;n为电流反馈系数;Ugu为电压给定量;Ugi为电流给定量;K1为电压反馈环节误差放大倍数;K2为电流反馈环节误差放大倍数。该闭环反馈控制系统的外特性方程为

Uf=U0-IfR0=K3Uk-IfR0 (1-2-20)

式(1-2-20)与式(1-2-19)看来完全相同,而实质是不同的。在开环控制方程式(1-2-19)中,Uk是一固定的给定电压,与输出无关。而式(1-2-20)的Uk不仅与输出UfIf有关,还与给定值、反馈系数有关,即为

Uk=Uku+Uki=K1Ugu-mUf)+K2Ugi-nIf) (1-2-21)

式中 Uku——Uku=K1Ugu-mUf)的控制量;

Uki——Uki=K2Ugi-nIf)的控制量;

Uk——Uk=Uku+Uki,为电压、电流反馈的合成结果。将Uk代入式(1-2-20)中得

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对式(1-2-22)进行整理,并写成外特性的基本表达式:Uf=U0-RnIf(其中Rn为等效内阻),则

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可见,如图1-2-25b所示,下降特性曲线2的两个特殊点参数为

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式(1-2-23)中对电流If求导数,得到UfIf的变化率(外特性斜率),Iwd取决于等效内阻Rn,即

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由此可见,在闭环反馈系统中,通过改变反馈系数、放大倍数和给定值等即可改变弧焊电源外特性曲线形状和调节性能与参数。如按一定比例取mn反馈系数,可获不同斜率下降特性。

(3)陡降特性 增加等效内阻Rn,随着If增加Uf迅速下降,获得陡降特性。只取电流反馈n≠0、m=0,通常R0nK3K2Rn=nK3K2,由式(1-2-25)可得

IfIwd=Ugi/n (1-2-27)

即改变Ugin,可调节IfIwd的大小。

(4)平特性 等效内阻Rn极小,随着If增加Rn的压降很小,可获得平特性。只取电压反馈m≠0,n=0,通常R0本身就很小,又978-7-111-46212-5-Part01-82.jpg,由式(1-2-24)可得

UfU0=Ugu/m (1-2-28)

也就是说,调节输出电压UfU0,可通过改变Ugum来实现。

对于晶闸管式弧焊整流器,国内各电焊机厂家生产的电路形式很多,不同形式的主电路和控制电路可以组成多种实用电路,其中生产和应用较为普遍的是ZX5系列,包括ZX5—250、ZX5—400、ZX5—630、ZX5—1000等。