③触发电路的构成(见图4—17)
下面分别介绍各单元基本电路及工作原理。
1)脉冲产生电路
脉冲产生电路V3、V4、C20、C21、VF12、VF13等构成。它分成左右对称的2套,其构成与工作原理相同,现以右边这套为例介绍其工作原理。见图4-l8。
脉冲产生电路实际上就是单结晶体管触发电路,其结构简单可靠。它是利用晶体管V串联在电容充电电路中,依靠改变三极管基极电位来控制电容C的充电电流的时间而达到移相的目的。控制电压Uk经R69从V4的基极输入,当有负的Uk输入时,三极管V4导通,C21充电,当电容电压充到单结晶体管VF13的峰值电压时,VF13的eb1变为导通。电容通过eb1和脉冲变压器放电。放电后,电容电压下降,单结晶体管VF13的eb1之间又阻断,这样C21上又充电,达到单结晶体管VF13的触发电压后,C21又放电。如此反复进行,电容上的电压变化就是像锯齿波,有规律的震荡着,产生这种波形的电路称为张弛震荡电路。当三极管的基极电压越负时,V4导通越多,C21充电愈快,即充电斜率越陡,达到VF13的触发时间愈短,导致相角前移。如图4-19所示,t1<t2。在时间上来说,即是第一个脉冲产生愈早,触发脉冲前移一个时间t。达到了触发延迟角减小,导通角增大的目的,脉冲产生电路的输出方式为脉冲变压器Tp3。由脉冲变压器Tp3输出给脉冲分配电路。
2)同步电路
同步电路如图4-20所示,由R3~R5、VS1—Vs6、C1~C3、VD1~VD4、R6及V1、V2构成三相同步电路,各相工作原理相同,现介绍1相的工作原理,以此类推。
为了保证触发脉冲与晶闸管电源之间的同步关系,需从后者取得能反映其频率和相位的信号,同步电压作用于触发电路。在ZX5系列整流器中是靠在脉冲产生电路中的C20、C21两端各并联三极管V1、V2来解决同步问题。在各自的同步点上,由同步信号使V1、V2瞬时饱和导通,则C20、C21瞬时放完电,起清零作用,以便在同步点后按Uk触发的速度从零开始充电,如此产生每一个脉冲的相位完全由Uk值控制。
T2的二次侧三相电压互差120°,与主电路正极性的电源电压同相,各相接有正反向稳压管,因此稳压管上10、11、12每点对13点之间的波形为正反向矩形波。以a相为例,如图4—21b中虚线所示,矩形波经C1~C3和R6构成的微分电路得到的尖脉冲电压,亦示于图4—21b中实线所示。由于各相互差120°,所以正脉冲之间(a、b、c)和负脉冲之间(a'、b'、c')都互差120°。图4—21c是三相在R6上形成的脉冲波形,正负脉冲相间每个正脉冲和每个负脉冲之间都是相差60°。将正脉冲VD1和VD4联至V1的发射结,而将负脉冲经VD3和VD2联至V2的发射结,以使V1、V2产生短暂的饱和导通,则正好满足上述同步关系的要求。
此外,对于三相晶闸管整流电路是以自然换相点为触发延迟角的起始点(即α=O°的点),该点是在各相电压过零点3O°处(因为后一相的相电压过零点刚好与短路运行时相重合,所以每相控制脉冲的同步点不宜取在相电压的过零点上,而应在0°~30°之间)。由于稳压管的削波作用,得到的不是矩形波而是接近于梯形波,而隔离二极管VD1~VD4有正向压降的原因,使V1、V2产生短暂饱和导通的时刻(即同步点)略滞后于各相电压过零点,此后C20、C21充电至VF12、VF13的峰值电压还需一定时间就可使第一个脉冲发生于自然换相点之后。采用这样的同步电路,使同步点与主电路晶闸管电源电压过零点保持固定的相位关系,而与弧焊整流器联入电网的
相序无关,这样既简化了电路,又可省去安装中的相序判别工作。
b.触发脉冲分配电路
在ZX5系列焊机中,采用了由一套触发电路触发其中1组三相半波可控整流电路中的晶闸管。
现分析一套触发电路产生的脉冲是怎样分配给1组三相半波可控整流电路的各晶闸管元件的。其触发分配电路如图4—22所示。
触发分配电路由晶闸管VT8、隔离二极管VD8~VD10及电阻R14~R16组成。其作用是将由触发电路来的、间隔120°的触发脉冲(a、b、c)轮流给VT4~VT6,3个晶闸管的门极,使晶闸管导通,同时也将触发脉冲进行功率放大。其工作原理如下:当π/6<ωt<5π/6时,由触发电路来的触发脉冲a送到VT8的门极,晶闸管VT8即导通。但由图4—23可知,此时触发脉冲只能分配给电位最低的A相使VT4导通,因为此时VC>VB>VA,当VT8导通时,Q点的电位VQ≈VA,二极管VD8、VD9受反向电压而截止。当VT4导通以后,34点电位V34≈VA,晶闸管VT5、VT6均受反向电压而不可能导通(即使有触发脉冲存在)。同时,由于VT4导通后,V34-VA≈1V(晶闸管压降),因而晶闸管VT8的导通电路中,除晶闸管VT8(其管压降约1V)外,还串有隔离二极管VD10。(管压降为O.7V)及VT4控制(其压降也有O.7V左右),这样使晶闸管VT8的导通回路继续维持导通,所需的正向电压至少应在2.4V以上,因此这1V电压不能维持晶闸管VT8继续导通而自引关断,为下次触发作好准备。
c.给定电路
电位器RP3'即可改变Ug,从而使Uk改变,达到调节输出电压、电流的目的。
d.反馈电路
晶闸管式弧焊整流器是通过反馈电路及滤波电抗器获得下降的外特性的,其电路如图4—25所示。
由N3组成反馈信号取样电路。从主电路分流器RS'上采样得到正的电流反馈信号,经电阻进入N3构成的反相放大器,进行放大后输出负的信号电压。再将该信号电压输入由N4构成的反相比例积分电路(见图4—26),设其为Uf,且uf=-nIfRf,与电位器RP3',(或RP4')上取出的给定信号电压Ug进行代数相加并放大,最后从145点输出Uk
Uk=-k(Ug-Uf)
Uk经R69加到三极管V3、V4的基极,控制V3、V4的导通。当Ug一定时,随着焊接电流的增加,信号电流If也增加,Uf增加,因此,Uk的绝对值减小。这使V3、V4的集电极电流Ib减小,C20、C21的充电速度减慢,主晶闸管导通角减小,主电路输出的整流电压降低,从而得到下降的外特性。
e.推力电路
推力电路如图4—27所示。当主电路输出电压高于15V,VD18反向偏置不导通。输出N4的3端的电压是±l5V电源在RP6'、R50、R51上的分压,该电压接近0V,这时主电路输出电压对N4输出的Uk无影响。当输出电压U48、U50低于l5V时,VD18导通使输入N4端电位随U48、U50一起降低,而具有电压负反馈作用。因而使焊机的外特性在低压段下降变缓出现外拖,短路电流增大,使焊件熔深增加并避免焊条粘住。调节电位器RP6'可改变外特性在低压外拖段的斜率,以满足不同工件施焊时对电弧穿透力的要求。
f.引弧电路
引弧电路如图4—28所示。首先整定RP14'使V9在空载电压48V以上时,V9饱和导通,在44V以下时,V9即截止。焊机在起弧时,是从空载到负载的过程。因为负载电压低于44V,即V9从饱和到截止,+15V开始对电容C25、C24充电;使得RP7'取得一个缓升到最大再缓降的波形。此时RP7'中点取得的电压通过VD17、R55输出1个正电压到N4的2端,使得焊机在引弧时叠加一个电流,使引弧时电流较大,因此起弧较容易。并且可通过调节RP7'来调节此引弧电流的大上,从而调节这一附加热量,有利于焊缝的熔透。
g.电网电压补偿电路
电网电压补偿电路见图4-29。给定电压Ug有2个电流,稳压电流+15V和一般的整流电流,Ug是从RP1'动点与接地点取得的,当电网电压上升时,整流电流负端的电压随之更负,而稳压电流+15V保持不变,于是RP1'动点的电位下降,使Ug、UR的绝对值和晶闸管导通角减小,从而可抵消电网电压升高的影响,反之亦然,调节RP1'可改变对电网电压补偿的强度。
4.3.2.3晶闸管弧焊整流器常见故障及排除
a.现象1:零点输出电压、电流大,不能调节,即所谓焊机失控。故障产生原因及解决方法见表4—4。
b.现象2:输出电压、电流为零,并不可调节。其产生原因及解决方法见表4—5。
c.现象3:焊接电位器RP*4在零位时,空载输出电压应为30V左右,但此时输出却为40V左右。故障原因及解决方法见表4—6。
d.现象4:空载时,从小到大调节焊接电位器RP4',焊机输出电压并非从小到大增加,而是变化无规律。负载或短路时调节RP4',输出电流忽大忽小,极不稳定。故障生产原因及解决方法见表4—7。
e.现象5:空载输出电压只有30V左右,不可调节,此种情况属于只有零点输出电压。故障产生原因及解决方法见表4-8。
f.现象6:焊机输出不稳定,有振动,小电流焊接时有明显的断弧现象,产生原因及解决方法见表4-9。
g.现象7:只有1组晶闸管整流元件有输出。故障产生原因及解决方法见表4—10。
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