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弧焊电源外特性课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握弧焊电源外特性的基本概念和分类。
2. 学生能够描述弧焊电源外特性对焊接过程的影响，包括焊接稳定性、焊缝成形和熔深控制。
3. 学生能够解释不同弧焊电源外特性在实际应用中的选择原则和适用场景。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并判断给定焊接条件下，选择合适弧焊电源外特性的能力。
2. 学生能够通过实验操作，观察并记录弧焊电源外特性变化对焊接过程的影响。
3. 学生能够运用专业软件或工具，模拟并预测不同外特性下的焊接效果。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对弧焊技术及其应用的兴趣，激发探索精神和创新意识。
2. 增强学生团队合作意识，培养在焊接实践中相互协作、共同解决问题的能力。
3. 强化学生安全意识，培养在弧焊操作过程中严格遵守操作规程的良好习惯。
课程性质：本课程为专业技术课程，旨在帮助学生深入了解弧焊电源外特性，提高焊接操作技能。
学生特点：学生具备一定的弧焊基础知识，具有较强的动手能力和探究精神。
教学要求：结合理论教学与实践操作，注重培养学生实际应用能力和综合分析能力。
通过分解课程目标为具体学习成果，使学生在掌握知识的同时，提高技能和情感态度价值观。
后续教学设计和评估将以此为基础，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 弧焊电源外特性基本概念：包括弧焊电源的定义、外特性的含义及其对焊接质量的影响。
- 教材章节：第一章 弧焊电源概述- 内容：弧焊电源的分类、外特性的定义及分类。
2. 弧焊电源外特性对焊接过程的影响：分析不同外特性对焊接稳定性、焊缝成形和熔深控制的影响。
- 教材章节：第二章 弧焊电源的外特性- 内容：弧焊电源外特性曲线、外特性参数对焊接过程的影响。
3. 弧焊电源外特性的选择与应用：根据不同焊接材料和工艺要求，选择合适的弧焊电源外特性。
- 教材章节：第三章 弧焊电源的选择与使用- 内容：弧焊电源外特性选择原则、适用场景及案例分析。
弧焊电源课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握弧焊电源的基本工作原理及其在焊接工艺中的应用。
2. 学生能够描述不同类型弧焊电源的特点和适用范围。
3. 学生能够解释弧焊电源参数对焊接质量的影响。
技能目标：1. 学生能够正确选择和使用弧焊电源，进行简单的焊接操作。
2. 学生能够通过调整弧焊电源参数，优化焊接过程，提高焊接质量。
3. 学生能够诊断并解决弧焊电源使用过程中出现的一些基本问题。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对弧焊技术及弧焊电源操作的正面态度，认识到其在现代制造业中的重要性。
2. 学生通过实践活动，培养安全意识，形成严谨的科学态度和良好的工作习惯。
3. 学生能够在团队协作中发展沟通能力和合作精神，理解不同岗位的职责和重要性。
课程性质分析：本课程为专业技术课程，侧重于理论与实践相结合，通过直观教学和动手操作，增强学生的实际应用能力。
学生特点分析：考虑到学生所在年级，他们具备一定的专业基础知识，对新技术充满好奇，动手能力强，但需进一步引导他们将理论知识与实际操作相结合。
教学要求：1. 教学内容与课本紧密结合，注重实用性，通过案例分析、现场演示、分组讨论等多种教学手段，提高学生的参与度和学习效果。
2. 教学过程中强调安全规范，确保学生在掌握技能的同时，能够安全操作。
3. 教学评估以学生学习成果为导向，注重过程评价和终端评价的结合。
二、教学内容1. 弧焊电源基础知识- 弧焊电源的分类及工作原理- 弧焊电源的主要技术参数及其对焊接质量的影响2. 弧焊电源的选择与应用- 根据焊接材料、工艺选择合适的弧焊电源- 弧焊电源的安装、调试与维护3. 弧焊电源操作技能训练- 焊接设备的安全操作规程- 焊接操作基本技能训练，包括焊缝成型、焊接速度控制等- 弧焊电源参数调整对焊接质量的影响4. 弧焊电源常见问题及解决方案- 弧焊电源故障诊断与排除- 焊接过程中常见问题的分析与解决方法教学大纲安排与进度：第一周：弧焊电源基础知识学习，介绍弧焊电源的分类、工作原理及主要技术参数。
《弧焊电源》课第十六单元课程单元教学设计（2013～2014学年第一学期）
单元名称：典型晶闸管弧焊整流器
所属系部：机械电子系
制定人：
合作人：
制定时间：2013.07.15
外特性控制电路课程单元教学设计
案例和教学材料（指教材或讲义、课件、参考资料、仪器、设备等）
一、ZX5系列弧焊整流器
特点：下降外特性、动态响应迅速、瞬时冲击电流小、飞溅小、空载电压高、引弧方便可靠有良好的电路补偿功能和自动补偿环节，可远距离控制，应用广泛
1、主电路（如图4-26）
图4-26 ZX5-400型弧焊整流器的主电路
滤波电感L具有足够电感量，可以减少焊接电流的脉动程度，抑制短路电流冲击，对改善电源特性有良好的作用
2、触发电路
弧焊整流器采用单结晶体整流电路，产生两套触发脉冲分别触发主电路中的正极性组和反极性组中的晶体管
3、控制电路
作用：控制外特性和进行网压补偿
1）对外特性控制下降外特性主要通过电流负反馈获得
2）引弧电路引弧时，短时间内增加给定电压，使电弧引燃
3）推力电路当焊接电压低时，增大焊接电流，加速熔滴过渡，增加熔深，避免焊条被黏住
单元教学进度
注：每个步骤占用的行数，可以按照实际需要，像“步骤1”那样增减。
《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）。
弧焊电源及其数字化控制课程设计背景随着工业化程度的不断提高，焊接成为了工业生产中必不可少的工艺技术之一。
在各种焊接方法中，弧焊是一种常见的焊接方法。
在弧焊中，焊接电源起着至关重要的作用，它提供了足够的电能用于将电极和作为工件的金属材料融合在一起。
传统的弧焊电源通常具有较简单的控制系统，不能满足实际生产环境中对焊接过程的高要求。
随着数字化控制技术的不断发展，数字化弧焊电源成为了焊接电源的发展趋势。
数字化弧焊电源通过先进的控制技术，可以实现更加稳定精准的焊接过程控制，从而提高生产效率和焊接质量。
因此，开展数字化弧焊电源及其数字化控制的课程设计，对于研究数字化控制技术及其在焊接工艺中的应用具有重要的意义。
课程设计目标•掌握数字化弧焊电源的基本原理和结构；•熟悉数字化控制技术在焊接工艺中的应用；•利用数字化弧焊电源开展焊接实验，掌握数字化控制技术在实际工作中的应用；•提高学生实验能力和创新能力。
课程设计内容弧焊电源的基本原理和结构•弧焊过程的基本原理；•弧焊电源的基本结构和工作原理；•数字化弧焊电源的特点和优势。
数字化控制技术在焊接工艺中的应用•数字化控制技术的基本原理；•数字化控制技术在焊接工艺中的应用；•数字化控制技术与传统控制技术的比较。
数字化弧焊电源实验•数字化弧焊电源的基本操作方法；•数字化弧焊电源进行焊接实验；•数字化控制参数的调整和优化；•实验结果分析和总结。
课程设计方法•理论授课：通过课堂讲解和教材学习，让学生掌握数字化弧焊电源的基本原理和结构，以及数字化控制技术在焊接工艺中的应用。
•实验操作：设置数字化弧焊电源实验课程，设计焊接实验项目，通过实验操作，让学生掌握数字化控制技术在实际工作中的应用，提高其实验能力和创新能力。
•论文写作：要求学生在课程设计结束后，完成一篇关于数字化弧焊电源及其数字化控制的论文，内容包括研究背景、课程设计目标、课程设计内容、课程设计方法等。
评价方法•因地制宜。
弧焊电源课程电路设计综述报告《弧焊电源课程设计》课题名称：晶闸管触发电路的设计学院: 材料科学有工程学院班级：焊接三班姓名：李永江学号：1007074308指导教师：杨文杰一、引言自从1956年美国贝尔实验室发明晶闸管，1957年美国通用电气公司发出世界上第一只晶闸管以后，从此揭开了电力电子技术发展和应用的序幕。
由于晶闸管容量大、耐压高、功耗小、具有良好的可控性，因此很适合制作弧焊电源。
在20世纪60年代初期，便出现了以晶闸管为整流元件的弧焊电源——晶闸管弧焊整流器。
它采用小功率信号改变晶闸管的导通角来实现对弧焊电源外特性的控制以及焊接参数的调节。
目前在各种弧焊电源中，晶闸管弧焊整流器的应用较为广泛。
二、晶闸管弧焊电源主电路形式及原理晶闸管式弧焊整流器主电路主要有三种：三相桥式半控电路、三相桥式全控电路以及带平衡电抗器双反星形电路。
2.1、三相桥式半控电路电阻性负载其电路如图5-6。
图中T为变压器，整流电路由三个晶闸管V1、V3、V5和三个二极管VD2、VD4、VD6组成，Rf为负载，其中三个晶闸管构成共阴极，三个二极管构成共阳极。
当晶闸管。
0时波形分析如图α=控制角所示。
分别在自然换向点5-7，触发三只ωt5、ωt3、ωt1晶闸管，使其轮流导通。
而二t6处自然换向。
t4、ωω极管则在自然换向点ωt2、°三相桥＝0图5-7 α式半控整流电路电阻负载波形a) 相电压b) 负载电压触发电压c)管子导通顺序d)所5-830°时，如图当α＝管触发导时刻V1t示，ω1加和VD6u ab通过V1通，电源电压时，共阳极组2两端。
在fωt于负载R自然换向，VD6流二极管VD2与整导通，电源电之后，2VD2所以在ωt一直加于负载，、通过V1VD2u压ac承受管导通后使V1时刻，到ωt3V3VD2与反压而关断，电路转换为V3。
依此类推。
bc u两端电压是f R导通。
．从输出电压波形看每个周期有六次脉动，且脉动是不均匀的。
当α＝60°时，即在滞后于自然换相点60°处触发晶闸管得到的负载波形如图5-8所示。
其特点是，在触发晶闸管时正值二极管的自然换相点，因而晶闸管与二极管同时换相。
2.2、三相桥式全控整流电路当α＝60°时，三相桥式半控整流电路的整流电压波形每周只有三个波峰脉动较大。
如果将其三个二极管VD2、VD4、VD 6换成三个晶闸管，就变成了三相桥式全控整流电路，如图5-11所示，其输出电压波形较好。
1.电阻性负载其电路如图5-11所示，六只晶闸管：V1、V3、V5接成共阴极组，V2、V4、V6接成共阳极组。
现讨论电阻性负载时的工作情况，先将输出电抗器L短路起来。
要使负载中流过电流，必需让上述二组晶闸管中各有一个同时导通。
与其它全波整流电路一样，由于管子压降可以忽略，负载上承受的是线电压。
工作过程中，共阳极组和共阴极组的晶闸管都在不断相换，换相时刻取决于产生触发脉冲的相位。
为了获得一周有六个波峰的负载电压波形，则需同时触发两组晶闸管。
即要求同组各晶闸管的触发电压互差120o，二组之间互差60o。
如图5-12所示是，即在自然换点ωt1～6上，由互差60o的u g1～6按序触发对应的晶闸管VH1～6的波形。
图5-12 a＝0°三相桥式全控整流电路电阻负载波形a) 相电压b) 负载电流、电压c) 触发电压d) 管子导通顺序2.3、带平衡电抗器双反星形可控整流电路其基本电路，如图5-16所示，可接成图5-16a、b形式，其工作原理及组成是一样的。
其结构由六个晶闸管，一个平衡电抗器LB和一个主变压器组成。
主变压器是三相的，二次有两组绕组，各以相反极性联成星形，故称“双反星形”。
带平衡电抗器双反星形整流电路，相当于正极性和反极性两组三相半波整流电路的并联。
各组输出电压波形如图5-21a、b中实线所示，是各相电压的包络线。
任何瞬时，正、反极性组均有一支电路导通工作，故可将该电路简化成如5-22所示。
图中u a、u b各为某瞬时同时导通的正、反极性支路的变压器相电压瞬时值，晶闸管的正向压降略去不计。
平衡电抗器是维持两组三相半波电路互不干扰各自正常工作所必需的。
图5-21带平衡电抗器双反星形整流电路波形图(a＝0°时)电阻负载波形a) 正极性组的整流电压波形图b) 反极性组的整流电压波形图c) 负载电压波形d) 平衡电抗器两端电压波形e) 整流元件导通顺序当α＝0°时。
其波形如图5-21d所示，频率为电网电压的三倍、近似于三角波形，其幅值为相电压幅值的1/2倍。
当α＝30°时，正、反极性组整流电压u MP和u MP波形如图5-23所示。
图5-24为α＝60°时的波形，正、反极性组整流电压u MP、u NP波形如图5-24a、b所示。
．图5-25为α＝60°时的波形，这时u MP、u NP都对称于横轴，它们的平均值皆为零。
通过以上分析可知，带平衡电抗器双反星形整流器在电路中要有足够大的电感，与上述其他电路相比它具有以下特点：1）它相当于两组三相半波整流电路并联。
它的各相电流流通时间可延长至120°，而六相半波整流电路每相电流流通时间只有60°，显然前者的整流变压器和整流元件的利用率较高。
该电路中，同时有两个晶闸管并联导电，每管分担1/6负载电流。
而三相桥式整流电路相当于两个三相半波整流电路的串联，同时有二个整流元件串联导电，每个晶闸管分担1/3负载电流，后者所用晶闸管的额定电流也就要求较大。
同时后者要考虑两倍的管子压降，因而效率较低。
因而，一般地说，带平衡电抗器的双反星形整流电路更适合于作弧焊电源，因为弧焊电源要求大电流低电压。
2）有六个晶闸管，触发电路比三相桥式半控整流电路的要复杂，但比三相桥式全控整流电路的简单。
3）整流电压波形为每个周波六个波峰，其脉动程度比三相桥式半控电路的小，最低谐波为六次，要求输出的电感量及体积都较小。
4）需用平衡电抗器，且为保证电路能正常工作，其铁心不宜饱和。
为此，应避免该铁心被直流成分所磁化，要求其抽头两边线圈的直流安匝相互抵消，即两组整流电路的参数（主要是变压器的匝数和漏感）应基本对称。
．三、晶闸管触发电路晶闸管是半控型器件，它最重要的特性是正向导通的可控性，当阳极加上一定的正向电压后，还必须在门极和阴极之间加上足够的正向控制电压、电流即触发电压、电流,以及达到维持晶闸管导通的维持电流时，晶闸管才能从阻断转化为导通。
晶闸管导通后，门极控制信号就失去了控制作用，直到电源过零时，其阳极电流小于维持电流，晶闸管才自行关断。
根据这一特性，触发电压、电流可以是交流、直流或短暂的脉冲电压、电流，为减少门极损耗与触发功率，常用脉冲电压、电流触发晶闸管。
3.1晶闸管触发电路应满足一下要求：（1）、触发脉冲相位必须与加在晶闸管上的阳极电压同步。
（2）、触发脉冲应有足够功率信号极性要求门极为正，阴极为负。
（3）触发脉冲可以移相且能够达到所要求的移相范围为了调节焊接规范和控制电源的外特性形状，需要改变晶闸管的控制角，即通过移相触发电路改变触发脉冲相位。
（4）触发脉冲应有一定宽度脉冲前沿应尽可能陡，以使晶闸管导通后阳极电流迅速上升，超过擎住电流而维持可靠导通。
（5）多路触发脉冲之间应有电气隔离尤其是在三相全控整流电路中各路触发脉冲必须在电气上隔离。
3.2 移相触发电路的套数a、用六套触发电路由于该整流电路中有六只晶闸管，每只晶闸管需要一套触发电路，总共需要六套。
各相晶闸管的触发互不牵制，允许触发脉冲的移相范围大，可达180°。
不过这个优点在这种弧焊整流器中得不到发挥，因为从空载到短路只需触发脉冲移相90°即可。
这种方案的缺点是触发电路套数太多，各套电路参数难以达到一致，因此难以保证三相电路平衡；同时又增加了电路产生故障的可能性。
b、用三套触发电路该触发电路由正、反极性两组三相半波电路组成，见图5-26a。
a与－a相、b与－b相、c与－c相的晶闸管的阳极电压刚好相反，完全可以共用一套触发电路。
如下图c、用两套触发电路把主电路接成图5-16b的形式即共阳极接法，各晶闸管在负半周导通），则可以采用两套触发电路。
用一套触发电路去触发一组三相半波可控整流电路中的晶闸管。
图5-27所示阴影部分是各相触发脉冲的移相范围。
由图可见，各相所要求的移相范围是互不重叠的。
所以完全可以采用一套触发电路依次．触发各相晶闸管。
d、一套触发电路产生的脉冲3.3 移相触发电路的电阻无论用六套触发电路、三套触发电路，还是两套触发电路，对于前一部分的积分微分电路都是一样的，电路图如下：图1-仿真电路如上电路图中，左半部分是积分电路，右半部分是微分电路，对R1进行计算，首先对电路进行分析，当R、C前面的二极管不导通时，直流电源对电容进行充电，则15V=U+U C,R由于τ数值较大,充电过程进行缓慢，U<< U，于是有RC15V≈U=iRR而i=Cd U /dt C所以U =1/R1C∫15dtC当充电结束的瞬间，U=15V,所以RC=t，而2t=1/f f=50Hz C=0.22uf C所以R1=100KΩ对R2进行计算，在后面的电容放电，U持续下降，直到降到0V，这段时间在理论上C要经过无限长时间U才衰减为零值。
但工程上一般认经过3~5τ时间完成，暂态结束。
C则有（3~5）τ=5msC=0.22uf=R2C τ而所以R2=2KΩ因此，有下列仿真电路：图2-三套仿真电路图3-六套仿真电路图4-二套仿真电路四、电路选择及原理要求我们组选择三套触发电路，电路图如下：图5电路原理图6理论触发脉冲波形图图串联输入矩形脉冲电压，在电容上输出电压，积分电路的条件积分电路RC 为： 1、取电容两端电压为输出电压。
τ远大于矩形脉冲宽度t、时间常数2 在电子技术中常需要将矩形脉冲信号变为锯齿波信号，作为扫描电压使用。
τ当输入矩形脉冲电压由零跳变到U时，电容器开始充电，由于时间常数，矩UUC还没有达到0~t很大，电容器两端电压UC在这段时间内缓慢增长，逐渐下降，在输出UC0，电容器通过电阻缓慢放电，形脉冲电压已由U跳变到U5和。
端得到一个近似锯齿形波的电压。
波形如上图中的U4串联输入矩形脉冲电压，在电阻上输出微分电路与积分电路条件相反，RC T。
U，脉冲宽度为t，脉冲周期为电压，矩形脉冲电压的幅值为在下一段时间内，电容通过电t至t这段时间内，电源对电容充电；t=0 在微分电路必须满足以下两个条件：阻放电。
RC 、在电阻上输出电压。
1 t。
充放电时间常数、RCτ远小于矩形脉冲宽度2之前，电容充电过则在=U,t≈U由于电容两端电压不能突变，且τU，则<<t R0时刻，t在时间0，即电容两端电压很快为程很短，U电阻两端电压很快下降到；很小，在下一个脉冲电压到来之前，电容放电τ电容通过电阻放电，同样，由于很快结束，输出电压为两个极性相反的尖端脉冲电压。
