晶闸管弧焊整流器共63页

第六节晶闸管及其整流电路晶闸管又称可控硅，是目前半导体器件从弱电进入强电领域，制造技术最成熟、应用最广泛的器件之一。

晶闸管分普通晶闸管和特种晶闸管，特种晶闸管有快速晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等，人们所说的晶闸管是指普通型晶闸管。

一、晶闸管的外形、结构和符号晶闸管由三个PN结和四层半导体材料组成。

晶闸管的三个电极分别为阳极（A）、阴极（K）、控制极（G）。

三个PN结分别为J1、J2和J3。

晶闸管的符号与二极管相似，只是在其阴极处增加一个控制极，表明其导通的条件除了和二极管一样需要正向偏置的电压外，还需另外增加一个条件，那就是要有控制信号。

二、晶闸管的工作原理晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。

晶闸管工作原理可用如图所示的实验电路验证。

图（a）所示为晶闸管反向偏置情况，无论是否给控制极加电压，都无法使晶闸管导通，灯泡不发光。

图（b ）所示为晶闸管加正向偏置电压，阳极A 接高电位，阴极K 接低电位，但控制极G 没有接任何电压，晶闸管仍然处于关断状态，串联的灯泡不发光。

图（c ）所示为晶闸管加正向偏置电压的基础上，给控制极G 加一个幅度和一个宽度都足够大的正电压，此时晶闸管导通，串联的灯泡发光。

图（d ）所示为晶闸管导通后，若去掉控制极的电压，晶闸管仍然能保持导通状态，灯泡仍然发光。

综上所述，要使晶闸管由阻断状态变为导通状态，必须在晶闸管上加正向电压的同时，在控制极上加适当的正向触发电压，这样才能使晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。

要注意的是，晶闸管导通后若阳极电流小于某一个很小的电流I H (称为维持电流)时，晶闸管也会由导通变为截止，一旦晶闸管截止，必须重新触发才能再次导通。

晶闸管式弧焊整流器重点问题：1 可控整流电路优缺点及应用2 电路结构3不同负载（阻性/感性）、不同触发角的整流输出波形绘制；4不同负载下的移相范围；5 触发脉冲位置，晶闸管导通顺序及时间6输出电压的平均值Ud；7自然换相点的位置。

预备知识1、晶闸管的触发、触发角和导通角的概念。

触发（延迟）角：从自然换相点开始到晶闸管被触发时刻的电相位角度。

导通角：晶闸管的实际导通的电角度2、三相交流电的线电压、相电压及相位关系。

1）三个相电压分别相差120度电相位角；2）在任意时刻，线电压的值等于相应的两个相电压的差；3）线电压超前相电压30度电相位角。

3、三相整流电路的自然换相点与过零点。

换向点：两个相/线电压的交点（过零30度；相电压过零30度相当于线电压过零60度）过零点：相电压等于零的点4、晶闸管的共阳极、共阴极接法。

即阴，阳极共位点三相半控桥式整流电路1.1电阻性负载电路结构：1.2 电阻性负载：触发角为0度：（1）换向点：相电压过零30度，即线电压过零60度（2）整流输出波形为线电压包络线；（3）SCR导通时间为120度；（4）每周期内有六个波峰；（5）整流输出电压为2.34U2；（6）管子导通顺序：P98 图5-3触发角为30度：（1）每周期内有6个脉动，且脉动不均匀；（2）SCR导通时间为120度；（3）整流输出电压与触发角度关系为：Ud=1.17U2(1+cosα)触发角为60度：（1）SCR触发点与二极管的自然换相点相重合；（2）SCR导通时间为120度；（3）每周期内有3个脉动，脉动较大；（4）整流输出波形临界连续（5）整流输出电压与触发角度关系为：Ud=1.17U2(1+cosα)触发角为90度：（大于60度即类似）（1）SCR触发点为换向点之后90度（2）SCR导通时间为90度；（3）每周期内有3个脉动，脉动较大；（4）整流输出波形不连续；（5）整流输出电压与触发角度关系为：Ud=1.17U2(1+cosα)1.3 触发脉冲移向范围：180度根据Ud=1.17U2(1+cosα)，当触发角为零时，晶闸管处于全导通状态；随α增大，Ud减小；当α为180度是，Ud为0。

ZX5—400B 、500E 、630A 晶闸管弧焊整流器使 用 说 明 书(请在安装、使用、维护前认真阅读此说明书)成都华远电器设备有限公司 四川华远焊接系统有限公司认证取得华 远 焊 机用户安全提示：华远焊机的所有焊接和切割设备在设计上已充分顾及用户的安全和舒适，尽管如此，如果您能正确地安装和使用该设备对您的安全仍将大有助益，在没有认真阅读说明书之前，请不要随意安装、使用或对设备进行维修。

特别提示(非常重要):1.当焊机放置在倾斜的平面时，应注意防止其倾倒。

2.禁止将焊机作管道解冻之用3.由于该系列焊机防护等级为IP21S，不适宜在雨中使用。

4.该系列焊机具有缓降带外拖的静外特性，其额定负载持续率为60％，是指在10分钟工作周期内，焊机在额定焊接电流状态下工作6分钟，休息4分钟。

当焊接超过额定负载持续率使用时，焊接内部温度上升将超过设定温度，为了避免焊机性能恶化、甚至烧毁焊机的危险，本系列焊机设置有热保护功能，当焊机内部温度上升超过设定温度时，热保护动作，焊机面板上异常指示灯亮，此时焊机无输出，必须等焊机内部温度下降到低于设定温度时，焊机面板上异常指示灯熄灭，焊机才恢复正常，方可继续焊焊接。

购买日期：序列编号：焊机型号：购买地点：保护自己和他人免受电弧辐射和灼伤，避免小孩进入危险区，施焊人员应有权威机构出具的健康证明在自动和半自动焊机上，焊丝盘、送丝轮、导电嘴、焊接机头等都是带电部件。

确保焊接设备到焊接工件的电缆连接可靠，并且靠近焊接点。

有些焊接用的保护气体可能会置换空气中的氧气，从而危害健康或导致死亡仔细阅读供货商的使用说明，验证其消耗材料的材质健康证明，以确保无毒、无害。

当停止焊接时，应防止带电部分接触工件或工作平台，以免意外打火造成火灾不要试图焊接未经证实无害的容器和管道。

在容器，大型箱体的人孔处进行焊接、加热、切割是危险的，应在作业之前确保焊接处没有有毒性气体或可燃性气体。

飞溅有可能灼伤皮肤，佩戴皮质手套，帆布服装，高帮皮鞋，无翻边工作裤，防飞溅工作帽等气瓶应放置在免受撞击和无震动的工作区，并远离焊接工作区。

1绪论焊接技术被誉为工业生产的“裁缝”，随着科技的发展和工业需求的增加，焊接技术在工业生产中所占据的分量越来越大，而且焊接技术的优良度直接影响着零件或者产品的质量。

随着焊接技术的发展，大量新的焊接技术不断涌现出来，而这些不同的焊接技术又表现出不同的工艺特性和应用环境，所以在产品的制造过程中首先能较全面的了解各种焊接技术的特点和工艺要求，并结合各种焊接工艺的特点选择相应的焊接方法。

作为一种气体导电的物理现象,电弧是在19世纪初被发现的,直到1885年俄国人别那尔道斯发明碳极电弧可以看作是电弧作为热源应用的创始,而电弧真正运用于工业是在1892年发现金属极电弧后。

上世纪40年代研究成功埋弧焊,而随着航天与原子能的发展出现了氩弧焊。

上世纪50年代出现了CO2与各种气体保护焊并研究出等离子弧焊,到70 - 80年代,弧焊电源的发展更是出现飞跃:多种型式的弧焊整流器相继出现和完善,研制成功多种型式的脉冲弧焊电源,为进一步提高焊接质量和适应全位置焊接自动化提供了性能优良的弧焊电源。

此外,还先后研制成功高效节能,性能好,晶闸管式、晶体管式、场效应管式和IGBT弧焊逆变器。

随着新型弧焊技术的发展,弧焊电源也有了长足的进步。

弧焊变压器,它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电,由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成. 它具有结构简单、易造易修、成本低、效率高等优点,但其电流波形为正弦波,输出为交流下降外特性,电弧稳定性较差,功率因数低,但磁偏吹现象很少产生,空载损耗小,一般应用于手弧焊埋、弧焊和钨极氩弧焊等方法。

矩形波交流弧焊电源,它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流,其电弧稳定性好,可调参数多,功率因数高。

它除了用于交流钨极氩弧焊( TIG)外,还可用于埋弧焊,甚至可代替直流弧焊电源用于碱性焊条手弧焊.直流弧焊发电机,一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装置等组成. 它的缺点是空载损耗较大、磁偏吹现象较明显、效率低、噪声大、造价高、维修难;优点是过载能力强、输出脉动小,可用于各种弧焊方法的电源,也可用柴油机驱动用于没有电源的野外施工。

实验3 晶闸管实弧焊整流器外特性测试实验【实验目的】（1）了解晶闸管弧焊整流电源的基本构成；（2）熟悉晶闸管弧焊整流器的反馈控制原理；（3）掌握弧焊晶闸管弧焊整流器外特性和调节特性的测量方法。

【实验原理】晶闸管式弧焊整流器是目前实际工程中应用最多的电子控制弧焊电源之一。

既有下降外特性的晶闸管式弧焊整流器，也有平缓外特性的晶闸管式弧焊整流器。

可以用于焊条电弧焊、钨极氩弧焊，CO2气体保护焊、熔化极氩弧焊、埋弧焊等各种弧焊方法。

晶闸管弧焊整流器由电子功率系统和电子控制系统组成，如图2-4-1所示。

电子功率系统又称弧焊电源的主电路，由主变压器T、晶闸管整流器UR和直流输出电感L组成。

AT为晶闸管的触发脉冲电路，C为电子控制电路。

三相380V图2-4-1 晶闸管弧焊整流器原理框图[1]晶闸管式弧焊整流器的电子功率系统主要由变压器及晶闸管整流器构成。

变压器的作用是将电网的三相电降压到焊接电弧需要的电压范围，但电源频率不变。

同时，其外特性由电子控制系统通过反馈过程来实现，变压器本身不再需要额外增强漏磁，属于普通的电力变压器，设计与制造简单。

根据电弧焊的负载特点，晶闸管式三相整流电路的型式主要有三相桥式半控、三相桥式全控、六相可控半波和带平衡电抗器的双反星形可控整流电路等四种。

在实际产品中，以三相全控桥式和带平衡电抗器的双反星形两种应用最为广泛。

晶闸管需要有可靠的冷却系统来保证其不会因为发热而烧损。

冷却主要有强制水冷和风冷两种方式。

在弧焊电源中，一般采用强制风冷方式对晶闸管进行冷却，散热器和风扇等冷却系统占了整个焊机内部的近一半的空间。

变压器、输出电抗器和平衡电抗器则占据了另一半的空间。

控制系统尽管很复杂但只占很少一部分空间，一般都封闭在一个金属盒子内以提高抗干扰能力。

由于采用反馈控制，可以实现各种外特性，特别是能够实现用于手工电弧焊的恒流带外拖的理想外特性。

弧焊电源的调节特性是其三大基本特性之一，它决定了焊机的电流和电压的实际调节范围，是一项重要的技术指标。

晶闸管整流电路原理
晶闸管是一种“电力电子开关”，它的基本组成是一个由两个PN结构成的三端器件，即晶闸管。

晶闸管又称为可控硅，是一种新型半导体器件，它有两个控制极和两个漏极构成，通过控制PN结的导通时间来控制它的导通与关断，从而实现对电路的控制。

在晶闸管中，只有一个PN结作为电极，而且PN结不能像一般二极管那样直接用电流进行充电或放电。

因为当给PN结施加正向电压时，PN结的内部会有大量电子通过，使PN结两端的电压升高；当给PN结施加反向电压时，电子被阻断，PN结会变成一个高阻值的、不带电的绝缘层。

这样就限制了PN结中电子的运动范围，从而保证了PN结内没有足够多的电子可以通过。

另外，当给PN结加反向电压时，晶闸管会在内部形成一个高电压梯度（即门极反向击穿）。

这样在晶闸管内部就会形成一个非常强的电场（相当于正向压强）。

这种电场将使电子从被阻断的PN结流向正向电压加在它上面的方向。

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