《焊接电源》课程讲义 第7章 逆变式弧焊电源
《弧焊电源》重要知识点
1.焊接电弧的物理本质的气体放电。
2.焊接引弧分：接触引弧、非接触引弧。
3.焊接电弧静特性：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压U f与电弧电流I f 之间的关系，即焊接电弧的静特性伏安特性，可表示为：U f= f ( I f ) .4.焊接电弧动特性：在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系，可表示为：u f= f ( i f ) .5.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、微束等离子弧焊、等离子弧焊多半工作在水平段，当焊接电流较大时才工作在上升段；熔化极气体保护焊（MAG、CO2焊）、水下焊基本工作在上升段。
6.交流电弧的特点：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。
7.交流电弧连续燃烧的条件：U0U f=1√2√U yh2U f2+π24(电弧连续燃烧条件方程式).8.影响交流电话稳定燃烧的因素：⑴空载电压U0，U0愈高，同等大小的引弧电压下，熄弧时间t x愈短，电弧就愈稳定；⑵引燃电压U yh，U yh愈高，引燃电弧愈短，电弧愈不易稳定；⑶电路参数，增加L或减小R，使ωLR比值增大，可使电弧趋于稳定燃烧；⑷电弧电流，电弧电流愈大，可导致U yh降低，电弧的稳定性提高；⑸电源频率f，f的提高，周期和电弧熄灭的时间t x1相应缩短，热惯性作用增强，提高了电弧稳定性；⑹电极的热物理性能和尺寸，电极有较大的热容量和热导率，或尺寸较大，熔点较低，则电极散热较快，温度较低，U yh较大，电弧稳定性下。
9.提高交流电弧稳定性的措施，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。
10弧焊工艺对弧焊电源要求：①保证引弧容易；②保证电弧稳定；③保证焊接参数稳定；④具有足够宽度的焊接参数调节范围。
11.弧焊电源电气性能四个考虑方面：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。
弧焊电源的基本特性
在制造业中的应用
弧焊电源广泛应用于制造业中的金属焊接，如钢铁、铝、铜等材 料的焊接。
在建筑行业中的应用
弧焊电源在建筑行业中用于钢结构、钢筋等材料的焊接。
在汽车行业中的应用
弧焊电源在汽车行业中用于车体、底盘、发动机等部件的焊接。
02
弧焊电源的基本特性
输入特性
输入电压范围
输入电流
弧焊电源应在一定的电压范围内 正常工作，通常为200-240V AC。 超出此范围可能会影响电源的性 能和寿命。
损失和能源浪费，提高焊接效率。
02
节能特性
现代弧焊电源通常具备节能模式或智能控制功能，可以根据焊接需求自
动调整输出功率，降低能耗。
03
能效标识
为了鼓励节能减排，政府或行业协会可能会对弧焊电源制定能效标准并
进行标识。选择能效高的弧焊电源有助于降低运营成本和维护费用。
03
弧焊电源的性能指标
焊接性能指标
01
焊接过程稳定性
弧焊电源应提供稳定、连续的焊 接电流和电压，以保持焊接过程 的稳定性和一致性。
焊接效率
02
03
焊接质量
弧焊电源应具有较高的焊接效率， 以减少焊接时间和材料消耗，提 高生产效率。
弧焊电源应保证焊接质量，包括 焊缝的外观、内部质量和机械性 能等。
电气性能指标
输入电压范围
弧焊电源应具有较宽的输入电压范围，以适应不同的 电网环境和电压波动。
输出电流和电压调节
弧焊电源应能够调节输出电流和电压，以满足不同的 焊接需求和工艺要求。
电气保护功能
弧焊电源应具备过流、过压、欠压等电气保护功能， 以确保设备和操作人员的安全。
环境性能指标
01
焊接电源课程讲义绪论
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第一章 绪论
1.2 弧焊电源的分类、特点及应用
? 弧焊电源的分类方法 ? 按输出电流种类分类：直流、交流、脉冲等弧焊电源 ? 按关键器件分类：弧焊变压器、整流器、逆变器等 ? 按输出特性分类：平特性、缓降特性、恒流特性等 ? 按用于不同焊接方法分类：焊条电弧焊电源、埋弧焊电源等 ? ……
—— 搅拌摩擦焊 FSW
—— 扩散焊 Diffusion Welding
? 钎焊 Brazing/Soldering
其中，应用最广泛的是电弧焊工艺
? 电弧焊是采用电极与工件之间燃烧的电弧作为热源来加热熔化工件
进行焊接的。
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模拟式 开关式
模模 拟拟 式式 晶晶 体体 管管 弧脉 焊冲 电弧 源焊
电 源
开开数逆 关关字变 式式开式 电电关晶 力力式闸 电电晶管 子子闸矩 器器管形 件件矩波 弧脉形交 焊冲波流 电弧交弧 源焊流焊
电弧电 源焊源
电 源
晶晶场
闸 体 效 IGBT
管 式 弧 焊 逆 变 器
管 式 弧 焊 逆 变 器
弧焊电源是电弧焊机中的核心部分：
供给电弧能量（提供电流电压），并具有适于电弧焊工艺电气特 性的设备或者装置。
? 弧焊电源的主要作用
? 提供电弧燃烧的能量 ? 保证电弧稳定燃烧 ? 调节电弧能量
没有先进的弧焊电源，不可能实现先进的弧焊工艺
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《弧焊电源教案》课件
《弧焊电源教案》课件一、教学目标1. 了解弧焊电源的基本概念、分类和性能。
2. 掌握弧焊电源的工作原理和主要参数。
3. 学会弧焊电源的选择和使用方法。
4. 能够分析弧焊电源的故障并进行维修。
二、教学内容1. 弧焊电源的基本概念1.1 定义1.2 作用1.3 弧焊电源与焊接的关系2. 弧焊电源的分类2.1 直流弧焊电源2.1.1 直流弧焊电源的原理2.1.2 直流弧焊电源的优缺点2.2 交流弧焊电源2.2.1 交流弧焊电源的原理2.2.2 交流弧焊电源的优缺点2.3 弧焊发电机2.3.1 弧焊发电机的原理2.3.2 弧焊发电机的优缺点3. 弧焊电源的性能3.1 输出电流和电压3.2 输出功率3.3 调节性能3.4 稳定性能3.5 保护性能三、教学方法1. 讲授法：讲解弧焊电源的基本概念、分类和性能。
2. 演示法：展示弧焊电源的工作原理和操作方法。
3. 案例分析法：分析实际案例，讲解弧焊电源的选择和使用。
4. 讨论法：分组讨论弧焊电源的故障分析和维修方法。
四、教学资源1. 课件：弧焊电源的基本概念、分类、性能等。
2. 实物：弧焊电源设备、配件等。
3. 教材：弧焊电源相关章节。
4. 网络资源：弧焊电源的相关资料和视频。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对弧焊电源基本概念的理解。
2. 实操考核：学生操作弧焊电源设备，检查操作熟练度和故障排除能力。
3. 课后作业：布置相关习题，巩固所学知识。
4. 小组讨论：评估学生在讨论中的表现，包括分析问题和解决问题的能力。
六、教学重点与难点1. 教学重点：弧焊电源的基本概念及其在焊接工艺中的重要性。
弧焊电源的分类和各自的工作原理。
弧焊电源的主要性能指标及其对焊接质量的影响。
弧焊电源的选择和使用方法。
2. 教学难点：弧焊电源内部电路的复杂性和工作原理的理解。
不同类型弧焊电源的性能比较和故障分析。
弧焊电源保护措施的实施和故障排除技巧。
七、教学安排1. 课时：共计20课时（包括理论讲解、实操演示和练习）。
弧焊电源教案
脉冲弧焊电源
原理及结构
脉冲弧焊电源是一种特殊的直流弧焊电源，通过控制电路产生脉冲电流进行焊接。其结构复杂，包括变压器、整流器 、脉冲发生器和控制电路等部分。
焊接特点
脉冲弧焊电源具有能量密度高、热影响区小、焊缝质量高等优点。同时，脉冲电流能够改善熔滴过渡和电弧稳定性， 减少飞溅和烟尘等污染。
应用范围
检查弧焊电源类型是否 与焊接工艺要求相匹配 ，如直流或交流电源。
检查设备状态
确保弧焊电源外观完好 ，无损坏或严重磨损现
象。
连接线路检查
检查所有连接线路，包 括电源线、焊接电缆和 接地线，确保连接牢固
、绝缘良好。
调试与测试
在正式操作前，对弧焊 电源进行空载调试和测 试，确保其工作正常。
正确使用和维护保养方法
针对实验结果，探讨弧焊电源性能优化的可能性和 途径。
03
分析实验结果与预期结果的差异，提出改进意见和 建议。
结果分析和讨论
3. 实验总结
强调实验过程中的重要发 现和体会。
概括本次实验的主要内容 和结果。
对未来的学习和实践提出 建议和展望。
THANK YOU
弧焊电源教案
contents
目录
• 弧焊电源基本概念与原理 • 弧焊电源主要技术参数与性能指标 • 常见弧焊电源类型及其特点分析 • 弧焊电源选用原则与方法 • 弧焊电源操作规范与安全注意事项 • 实验环节：弧焊电源性能测试与评估
01
弧焊电源基本概念与 原理
弧焊电源定义及作用
定义
弧焊电源是提供焊接电弧的电能，并 具有适当的空载电压、短路电流、负 载特性和工艺特性的设备。
不同品牌、型号的弧焊电源价格 差异较大，应根据预算合理选择 。
焊接方法与设备常用弧焊电源
焊接方法与设备常用弧焊电源引言弧焊是一种常见的金属连接方法，广泛应用于制造业和建筑业。
在进行弧焊过程中，合适的弧焊电源对焊接质量和效率起着至关重要的作用。
本文将介绍焊接方法与设备中常用的弧焊电源，包括直流弧焊电源和交流弧焊电源。
直流弧焊电源直流弧焊电源是一种常见的焊接电源，适用于多种金属的焊接。
下面将介绍几种常见的直流弧焊电源。
静止特性直流电源静止特性直流电源是一种最常见的弧焊电源。
它的特点是输出电流稳定，容易控制焊接参数。
这种电源适用于一般的焊接工作，尤其适合焊接较小的工件。
反特性直流电源反特性直流电源的输出特性与静止特性直流电源相反，即输出电流随焊接电压的增加而减小。
因此，焊接过程中焊缝呈现出较大的电流波动，这对一些特殊焊接工艺可能有用。
斜变特性直流电源斜变特性直流电源是一种具有多段变压器的弧焊电源，通过选择不同的变压器段，可以实现不同的输出电流特性。
这种电源适用于焊接不同厚度的工件，可以根据需要调整焊接参数。
交流弧焊电源交流弧焊电源是另一种常用的焊接电源，适用于一些特殊的焊接工艺。
下面将介绍几种常见的交流弧焊电源。
交流非自复位电源交流非自复位电源是一种最简单的交流弧焊电源，只有一根焊接电缆。
它的特点是焊接电流仅由电源的正半周提供，适用于对焊缝左侧具有较高要求的焊接工艺。
交流自复位电源交流自复位电源是一种常见的交流弧焊电源，它的输出电流在正负半周均有提供。
这种电源适用于一般的焊接工作。
双源交流电源双源交流电源是一种复杂的交流弧焊电源，它由两个相互补偿的电源组成。
这种电源适用于对焊接工艺要求非常高的特殊焊接工作。
结论在焊接过程中，选择合适的弧焊电源对焊接质量和效率起着至关重要的作用。
直流弧焊电源和交流弧焊电源是常用的弧焊电源类型。
各种类型的弧焊电源具有不同的特点和适用范围，通过选择适合的弧焊电源，可以实现高质量的焊接。
以上对焊接方法与设备中常用的弧焊电源的介绍，希望能对读者有所帮助。
参考文献•《焊接机械与设备手册》•《焊接技术与装备》•《焊接工艺与设备》。
弧焊电源ppt课件
24
例如1 z X 7 - 200
例如2：B X 6 - 300
额定焊接电流250A 逆变式系列 下降外特性 弧焊逆变器
额定焊接电流300A 抽头式系列
下降外特性
完整最新版课件 弧焊变压器
25
序 X1
号 代表 大类
字母 名称
X2
代表 小类 字母 名称
1 A 弧焊发 X
下降
电机
P
平
D
多
2Z
弧焊整 X
下降
流器
P
平
D
多
X3
代表 附注特征 字母
省略 D Q C T H 省略 M L
电动机驱动 单纯弧焊发电机 汽油机驱动 柴油机驱动 拖拉机驱动 汽车驱动
一般电源 脉冲电源 高空载电压
E
交直流两用电源
完整最新版课件
X4
数字 序号
省略 1
2
省略
1 2 3 4 5 6 7
系列产品
直流 交流发电机整 流
交流
磁放大器或饱 和电抗器式
焊间隙大的对接焊缝时，加垫板
加引弧板和引出弧
短弧焊接
调整焊条角度
改变接地线位置
完整最新版课件
1
尽量采用小电流
六、焊接时的极性及其应用
（一）、焊接时的极性 定义： 直流电弧焊或直流电弧切割时，焊件与电源输出 端正、负极的接法。 种类： 有正接和反接
焊件接电源的正极，电极接电源负极的接线法，称正接也叫正极性； 焊件接电源的负极，电极接电源正极的接线法，称反接也叫反极性；
一般要求稳态短路电流：完I整W最d新=版（课件1.25-2.0）Ih
12
四、对弧焊电源调节特性的要求
弧焊电源复习提纲
《弧焊电源》第一章焊接电弧及其电特性焊接电弧：在一定条件下，两电极间强烈而持久的气体放电现象特点：阴极压降低电流密度大1）气体分子（原子）必须电离成正离子和电子才能导电2）电弧阴极必须不断发射电子才能维持电弧燃烧气体电离和电子发射是电弧中最基本的物理现象El能量来源：1.撞击电离：电场加速带电质点碰撞中性质点 2.热电离：高温高动能质点无规则碰撞3.光电离：光射线光子能使气体质点电离逸出功：电子发射所需的能量电子发射形式：1、热发射：物质表面受热热发射在焊接电弧起重要作用，随温度上升而增强当阴极表面温度达2000~2500K时，就能产生明显的热发2、光电发射：物质表面接受光射线能量条件：（金属和氧化物）光射线波长＜极限波长3、重粒子撞击发射：重粒子撞到阴极上4、强电场作用下自发射：阴极表面强电场存在在非接触引弧时，作用明显焊接电弧的引燃:(1)接触引弧(2)非接触引弧电弧的三个区：阴极区弧柱区阳极区焊接电弧电特性：静特性、动特性焊接电弧的静特性定义：一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf与电弧电流If 之间的关系，称为焊接电弧的静特性伏安特性，简称伏安特性或静特性。
焊接电弧的动特性定义：所谓焊接电弧的动特性，是指在一定的弧长下，当电弧电流很快变化的时候，电弧电压和电流瞬时值之间的关系交流电弧的特点：1、电弧周期性地熄灭和引燃交流电流每当经过零点并改变极性时，电弧熄灭、电弧空间温度下降2、电弧电压和电流波形发生畸变（电弧电阻不是常数）3、热惯性作用较为明显交流电弧连续燃烧的条件：1）保证每半波内电弧能顺利引燃2）电弧引燃后，if 能维持半个周期提高交流电弧稳定性的措施：1、提高弧焊电源频率2、提高电源的空载电压，同时考虑安全性和经济性3、改善电弧电流的波形采用矩形波弧焊电源或在方波过零处叠加高压窄矩形波4、叠加高压电如在交流TIG 焊铝时，负半波高压脉冲或高频高压稳弧焊接电弧的分类：（1）按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧(包括高频脉冲电弧)。
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7.1.4电源最显著特点是工作频率高，目前常见的 IGBT式逆变式弧焊电源的逆变频率一般为20KHz左右。因此，逆变式弧焊电源 具有许多特点： 1．体积小、重量轻 普通弧焊电源的体积和重量主要集中在变压器和电抗器上，所占比例可达80％以 上。在变压器设计中，根据有关电磁定律可以推出电压U与变压器工作频率f、铁 心截面S、铁心材料的最大磁感应强度Bm以及绕组匝数N之间的关系：
第7章 逆变式弧焊电源
随着现代电力电子技术的发展，各种大功率的电子开关器件的出现，为电 子化和数字化弧焊电源的发展奠定了基础。逆变式弧焊电源是一种新型的，而 且已经得到广泛应用的电子控制型弧焊电源。
AC→DC 正变
DC→AC 逆变
逆变弧焊电源是将电流逆变技术应用于弧焊电源中。所谓逆变是相对于常
见的交流电经过整流变为直流电而言的，即将直流电变为交流电的变换称为逆
3
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7.1.3 逆变式弧焊电源的分类
逆变式弧焊电源的分类方法有多种，例如，按照输出的电流种类不同分为直 流逆变弧焊电源、交流逆变弧焊电源、脉冲逆变弧焊电源等；按照应用对象不同 分为焊条电弧焊逆变电源、气体保护焊逆变电源、等离子弧焊逆变电源等。但最 常见的分类方法还是根据电子功率开关的类型进行分类，因为电子功率开关是组 成逆变器的核心元件，它能够反映逆变电源的某些特点。 目前用于逆变弧焊电源的电子功率开关器件主要有：晶闸管、晶体管、场效 应管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。相应地，有晶闸管式逆变 弧焊电源、晶体管式逆变弧焊电源、场效应管式逆变弧焊电源、IGBT式逆变弧焊 电源等。
U fNBm S
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U fNBm S
Bm的大小与变压器铁心的磁性材料有关，磁性材料确定后，Bm也就确定了。 当输入电压U确定后，变压器的工作频率f与变压器线圈匝数N和铁心截面S的乘积 成反比。当f大幅度提高时，NS就会大幅度下降，相应的变压器体积和重量也大幅 度减小。由于逆变弧焊电源中的逆变频率远远高于工频，因此，其变压器的体积和 重量会大大减小。而且逆变频率越高，变压器体积和重量减小得越多。 同理，工作频率大幅度提高，电抗器的体积和重量也会大幅度减小。 由此可见，变压器和电抗器体积、重量的大幅度减小，将使逆变式弧焊电源本 身的体积和重量大幅度减小。例如：一个额定电源为300A的逆变式弧焊电源重约 35Kg，体积0.06m3；而一个相同额定电流的晶闸管弧焊整流器重约180Kg，体积 0.65m3。由表7-2可以看到逆变式弧焊电源与常用传统弧焊电源体积与重量之间的 比较。 逆变式弧焊电源较小的重量和体积为其生产、运输、使用等提供了极大的方便， 尤其适用于流动及高空作业。
7.1 逆变式弧焊电源的结构、分类和特点
7.1.1 逆变式弧焊电源系统的基本结构
（1）功率系统：输入电路、逆变电路、输出电路，也称为主电路； （2）电子控制系统：电压和电流给定电路、电压和电流反馈电路、比较放大电路、 时间比率TRC电子控制电路、驱动脉冲功率放大电路。
电子开关电路 （逆变电路） 交流 ~50Hz 输入整流 滤波 主电路 比较 驱动电路 TRC 电子控制电路 控制电路 给定电路 放大 传感器 直流 直流 高压中频电 变压器 低压中频电 输出整流 直流 输出滤波 电 弧 负 载
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驱动功率 驱动方式
高压化 大电流化 高速化 饱和压降
大 电流
易 易 难 低
大 电流
易 易 难 低
大 电流
易 易 难 极低
小 电压
难 难 极易 高
小 电压
易 易 易 低
并联使用
其他
难
不能自关 断
难
拖尾电流 限制频率 提高
较易
二次击穿现 象限制了 SOA
易
无二次击穿现 象
易
擎住现象 限制了 SOA
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表7-1 电子功率器件的开关参数比较 器件 特性 开关速度(s) 安全工作区 (SOA) 额定电流密 度(A/cm2) 晶闸管 (SCR) 25~100 大 可关断晶 晶体管(GTR) 闸管(GTO) 6~25 大 1~5 小 20~30 场效应管 (VMOS) 0.1~0.5 大 5~10 IGBT 0.5~1 大 50~100
图7-1 逆变式弧焊电源电路结构图
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7.1.2 逆变式弧焊电源的逆变形式
（1）ACDCAC 即交流直流交流。 这种逆变形式最终输出为交流电，交流电的频率为逆变器的逆变频率，远 远高于工频。由于频率高的交流电传输的损耗较大，传输距离等受到限制，因此在 实际弧焊电源中很少采用。 （2）ACDCACDC 即交流直流交流直流。 这种逆变形式最终输出的是直流电，是目前大多数逆变式直流弧焊电源所 采用的形式。 （3）ACDCACDCAC 即交流直流交流直流交流。 这种形式有两次逆变，最终输出的是方波交流电。方波交流电的频率可以 选择得较低，一般用于铝、镁及其合金材料的焊接。目前交流逆变式弧焊电源、变 极性逆变式弧焊电源往往采用此种形式。
变。实现电流逆变的装置称为逆变器，用于弧焊电源的逆变器即为弧焊逆变器。 逆变式弧焊电源出现在二十世纪六、七十年代，其优良的性能和显著的特 点得到人们的重视，被视为新一代弧焊电源，甚至被称为“20kHz革命”，尤
其是在最近十几年，逆变焊接电源得到了快速发展。
本章重点：逆变式弧焊电源的基本原理、特点
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