专题十四 交流弧焊变压器（教案）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题十四 交流弧焊变压器（教案）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测 一、考纲解读 1.掌握交流弧焊变压器的基本要求：包括空载电压60-80V、工作电压30-35V、限制短路电流及负载持续率的计算，这是理解其工作原理的基础。 2.理解陡降外特性的成因：需明确电感性负载、漏磁通的作用，以及铁心气隙和绕组结构对特性的影响。 3.区分三类弧焊变压器的结构与调节方式：磁分路动铁式（动铁心调漏磁）、动圈式（绕组间距调漏磁）、带电抗式（电抗器调电抗）。 4.学会负载持续率与焊接电流的换算：掌握公式应用，理解不同负载持续率下电流的限制，避免设备过热。 二、知识点梳理 一、交流弧焊变压器概述 1.交流弧焊变压器的优越性 交流弧焊变压器又称交流弧焊机，以结构简单、成本较低、制造容易、维修方便、经久耐用著称，在生产实际中应用很广泛。交流弧焊机的主要部分是弧焊变压器，它实际上是一台特殊的降压变压器。 2.电弧焊所用焊条对弧焊变压器的要求 电弧焊是靠电弧放电的热量来熔化金属的，电焊条就是用来被熔化的金属。焊接时的起弧电压为60~75 V,起弧后电压降至30~35 V,当焊条碰在工件上时，即短路，短路电流不应过大，也不应过小。为了适应不同的焊接要求，焊接电流应能够在较大的范围内进行调节。 如果使一台变压器的特性符合上述电焊条的要求，它就可以作为一台弧焊变压器。为此，对弧焊变压器的要求归纳如下： (1)变压器空载时具有足够的引弧电压60~80 V,即空载电压。 (2)有负载时要求电压急剧下降到30～35 V,即工作电压。 (3)当焊条与工件短接时，二次绕组电流不应过大。 (4)负载持续率(也称暂载率)符合实际要求。 弧焊电源大多是非连续工作的，一个工作周期是指负载运行持续时间加空载休止时间，因此将负载运行持续时间与工作周期之比值的百分率称为负载持续率。它的大小表示在额定负载持续率情况下使用的额定电流。焊接电流与负载持续率的关系为 遵守负载持续率的目的是防止变压器过热造成损失。第一个要求是起弧电压必须足够，否则难以起弧。 第二个要求也就是弧焊变压器必须具有陡降的外特性，如图3-14所示。 为了使弧焊变压器具有陡降的外特性，必须使它工作时具有电感性负载，使二次回路具有相当大的电抗以限制短路电流和使电弧稳定。也要求弧焊变压器具有较大且可以调节的漏磁通，以限制短路电流和得到使电弧稳定的电压。 弧焊变压器的结构特点是铁心的气隙较大，一次、二次绕组不是同心地固定套在一起装在一个铁心柱上，而是分两部分装在两个铁心柱上。再利用磁分路法或串联可变电抗器法来调节漏抗的大小，以获得不同的外特性。 二、磁分路动铁式弧焊变压器 1.磁分路动铁式弧焊变压器的结构及原理 图3-15(a)是磁分路动铁式弧焊变压器的原理图，BX1-330型(BS-330型)是这类交流弧焊机的典型结构。这类变压器有三只铁心柱，两边是主铁心，中间是动铁心。变压器的一次绕组绕在一个铁心柱上，二次绕组分为两部分，一部分绕在一次绕组的外层，主要起建立电压作用。另一部分绕在另一铁心柱上，主要起降压作用。由于动铁心上下有两个空气隙，并且可以推进和拉出，这样就可以方便地改变变压器的漏磁通。当动铁心在全部推进位置时，漏磁通增多，空载电压与二次绕组有效匝数有关。输出电压随输出电流的增加而下降较快；当动铁心在全部拉出位置时，漏磁通减少，空载电压增加，输出电压随输出电流的增大而下降较慢。调节动铁心的位置可以获得较满意的外特性曲线。 2.焊接电流的调节 焊接电流可以粗调，也可以细调。一般情况下是先粗调，后细调。 电流粗调靠改变二次绕组匝数(在二次绕组粗调接线板上改变接线片)来实现。二次绕组输出端接线板上有五个接线柱，如图3-15(b)所示。1、5接线柱分别接焊接钳和工件；2、3、4接线柱用铜板作不同连接来实现电流的粗调节。2-3连接时，绕组总匝数多，空载电压高，降压绕组匝数多，电流小；3-4连接时，绕组总匝数少，空载电压低，降压绕组匝数少，输出电流大。判断的原则是总有效匝数减少时电流小，总有效匝数增多时电流大。BX,-330型动铁式交流弧焊机的输出特性曲线如图3-15(d)所示。 电流的细调节，是靠移动动铁心以改变弧焊变压器的漏磁通来实现的。向外移动动铁心，磁阻增大，漏磁通减小，则电流增大。反之，向内移动动铁心，磁阻减小，漏磁通增大，则输出电流减小。细调是通过手柄移动动铁心的位置来调节漏抗，从而使电流得到均匀调节。 这类弧焊机的优点是不用单独的电抗器，所以它体积较小，重量较轻。它的活动铁心有上下两个气隙，焊接时，在动铁心的上下两个气隙处都产生对活动铁心的吸力，因此，它受电磁力的作用得以平衡，振动较小。小电流焊接时，振动也较轻微，而且电流波动小，电弧较稳定。 近年来，不少弧焊机使用部门和维修电工，从实践中不断总结经验，设计出多种磁分路动铁式弧焊机。与老结构相比，它们重量轻、材料省、电流调节范围广，而且二次绕组没有抽头，大幅度调节电流也不用换铜板。有的工厂已投入批量生产制造这种弧焊机。二次绕组无倒板动铁式弧焊变压器的结构如图3-16所示。只调节动铁心，即可使电流由50 A调到300 A。具体制造请参见有关资料。 三、动圈式弧焊变压器 BX₃-300(BK-300)型属动圈漏磁式交流弧焊机。 动圈式弧焊变压器的结构如图3-17所示。这种弧焊机的特点是：一次绕组和二次绕组是上下分别地叠放在铁心柱上。它的磁耦合很不紧密，漏磁较大，借螺旋手柄1的转动来上下移动一次绕组2,改变它与二次绕组3的距离L₀,通过改变一次、二次绕组磁耦合紧密程度来达到调节焊接电流的目的。如果转动手柄1,使L。增大时，漏磁通增加，漏抗也增加，输出焊接电流减小；反之，如果转动手柄1,使L。减小，二次绕组输出焊接电流则增大。 动圈式弧焊变压器同磁分路动铁式变压器一样，都是属于改变漏磁类的弧焊变压器，但二者改变漏磁的方法却不同。动铁式用活动铁心改变漏磁通，动圈式则是通过改变一次、二次绕组的相对位置的靠近(或远离)来减少(或增大)漏磁的，从而改变了一次、二次绕组的耦合程度。它的一次绕组是可动的，二次绕组是固定的，两绕组之间距离不同，漏磁通不同。绕组间的距离最大时，空间漏磁通达到最大值，漏抗最大，这时空载输出电压最低，焊接电流最小；当两绕组接近时，漏磁通减少，漏抗减小，空载输出电压就升高，这时焊接电流就增大。 这种电焊变压器的优点是没有动铁心，磁路中无空气隙。因此，避免了焊接时动铁心的振动产生的噪声和由此而带来的电流不够稳定的弊端。 四、带电抗的弧焊变压器 1.同体组合带电抗的弧焊变压器 BX₂-500(BC-500)型属于同体组合电抗式交流弧焊机。它的结构特点是：整个弧焊机由变压器和电抗器两部分组合而成。变压器的铁心是日形。上部分为电抗器，其作用是获得下降的外特性，下部分为变压器，它将电网220 V或380V的电压降到60～80 V。铁心上部装有活动铁心，中部有一个公共磁轭，是电抗器和变压器的公用磁路。变压器的一次、二次绕组分绕在两侧铁心柱上，BX₂-500型弧焊机的结构如图3-18所示。电抗线圈3在铁心上部，与二次绕组2顺向串联或反向串联。 2.异体组合电抗器弧焊变压器 异体组合电抗器弧焊变压器的结构如图3-19所示。它由两部分组成，一部分是变压器，它与普通变压器相同，为了调节输出的空载电压，在一次绕组中备有分接头，以改变一次绕组的匝数；另一部分是可变电抗器，它是由具有可调气隙的电感线圈组成的，调节电感线圈铁心气隙的大小，以改变电抗值。电抗器的绕组串联在变压器的二次绕组中。应用时，起弧电压由一次绕组的分接头位置决定，短路电流的大小由电抗器决定。当需要小电流时，将电抗器的空气隙调小，其电抗将增加，二次绕组的电抗虽然不变，但由于电抗器的作用，总电抗增大了，电流也就随之减小了；当需要增大电流时，使电抗器的空气隙增大，其电抗将减小，焊接电流就增大了。 焊接时，由于电感线圈的电压降使焊机获得陡降的外特性。电流调节靠转动手柄，改变电抗器动铁心与定铁心的相对位置来实现。动铁心上移，间隙增大，电抗减小，则电流增大；动铁心下移，间隙减小，电抗增大，则电流减小。BX₂-500型弧焊机的输出特性曲线如图3-20所示。 这类弧焊机因为有电抗器，消耗材料较多，体积和重量均较大。同时由于活动铁心的存在，焊接时有振动。小电流焊接时，动、静铁心间隙小，磁力大，振动更厉害，容易使电流波动，电弧不稳。因此，这类电焊机不适合做小电流焊接。 另外，还有BX₆-120型手提抽头式，BP-3X500型多站式等类型的交流弧焊机，在此不一一介绍。它们的基本原理是相同的，读者可自行分析。 三、真题练讲 1.（2022年河南省统一考试）交流弧焊变压器的空载电压应满足的范围是（ ） A.30~35V B.60~80V C.220~380V D.100~200V 答案：B 解析：弧焊变压器空载时需有足够引弧电压，文档中明确其范围为60~80V，这是保证顺利起弧的关键。 2.（2023年河南省统一考试）BX1-330型弧焊机属于哪种类型？（ ） A.动圈式 B.磁分路动铁式 C.异体组合电抗器式 D.同体组合电抗式 答案：B 解析：文档指出BX1-330型是磁分路动铁式弧焊变压器的典型结构，其特点是有三只铁心柱，通过动铁心调节漏磁通。 3.（2024年河南省统一考试）动圈式弧焊变压器调节焊接电流的方式是（ ） A.改变二次绕组匝数 B.移动动铁心改变气隙 C.改变一次、二次绕组间距 D.调节电抗器气隙 答案：C 解析：动圈式通过螺旋手柄改变一次、二次绕组的相对距离，进而改变漏磁和漏抗，实现电流调节，绕组间距增大时电流减小。 4.（2021年江苏省统一考试）负载持续率的计算公式是（ ） A.负载时间/（负载时间+空载时间）×100% B.空载时间/负载时间×100% C.负载时间/空载时间×100% D.（负载时间+空载时间）/负载时间×100% 答案：A 解析：负载持续率是负载运行持续时间与工作周期（负载+空载时间）的比值，以百分率表示，用于反映设备的工作强度。 5.（2025年广东省统一考试）BX3-120型焊接变压器额定负载持续率60%，额定电流120A，若实际负载持续率为80%，则实际最大焊接电流约为（ ） A.104A B.120A C.93A D.80A 答案：A 解析：根据公式I=Iₙ×√(Fₙ/Fₛ)，代入数据得120×√(60%/80%)≈104A，这是负载持续率变化时电流的换算结果。 四、限时练讲 1.交流弧焊变压器的工作电压范围是（ ） A.60~75V B.30~35V C.80~100V D.20~25V 答案：B 解析：焊接起弧后电压降至工作电压，文档明确该范围为30~35V，以维持稳定电弧。 2.磁分路动铁式弧焊变压器电流粗调的方式是（ ） A.移动动铁心 B.改变绕组匝数 C.调节电抗器 D.改变绕组间距 答案：B 解析：其粗调通过改变二次绕组匝数实现，如接线柱2-3连接时匝数多、电流小，3-4连接时匝数少、电流大。 3.动圈式弧焊变压器与磁分路动铁式的主要区别是（ ） A.是否有铁心 B.漏磁调节方式 C.是否有绕组 D.工作电压不同 答案：B 解析：前者通过改变绕组间距调节漏磁，后者通过移动动铁心调节漏磁，这是两者最核心的区别。 4.异体组合电抗器弧焊变压器中，电抗器的作用是（ ） A.提高空载电压 B.限制短路电流 C.改变绕组匝数 D.增加铁心气隙 答案：B 解析：电抗器串联在二次绕组中，通过调节气隙改变电抗，从而限制短路电流，使焊机获得陡降外特性。 5.弧焊变压器具有陡降外特性的目的是（ ） A.便于起弧 B.稳定电弧 C.提高效率 D.减小体积 答案：B 解析：陡降外特性使负载时电压快速下降，电流变化小，能稳定电弧，保证焊接过程的连续性。 6.BX2-500型弧焊机的铁心结构是（ ） A.三只铁心柱 B.日形 C.环形 D.方形 答案：B 解析：该型属于同体组合电抗式，铁心为日形，上部分为电抗器，下部分为变压器，共用磁轭。 7.负载持续率为100%时，焊接电流应（ ） A.增大 B.不变 C.减小 D.任意调节 答案：C 解析：连续焊接时，为防止变压器过热，实际电流需小于额定电流，如BX3-120型此时电流约为93A。 8.二次绕组无倒板动铁式弧焊变压器的电流调节方式是（ ） A.仅粗调 B.仅细调 C.粗调+细调 D.无需调节 答案：B 解析：其无二次绕组抽头，仅通过调节动铁心即可实现电流大范围调节（50A到300A）。 9.简述磁分路动铁式弧焊变压器的结构特点。 答案：有三只铁心柱（两边主铁心、中间动铁心），动铁心上下有可调气隙；一次绕组绕在一个铁心柱，二次绕组分两部分绕在两铁心柱；通过移动动铁心改变漏磁通，实现电流调节，振动小、电弧稳定。 10.说明动圈式弧焊变压器的优点。 答案：无动铁心，磁路无空气隙，避免了动铁心振动产生的噪声；电流稳定性好，因漏磁调节通过绕组间距实现，无机械振动导致的电流波动，结构设计更简洁。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.重点掌握弧焊变压器的四大基本要求，尤其是空载电压、工作电压范围及负载持续率公式，这是理解设备工作原理的核心。 2.区分三类典型弧焊变压器的结构与调节方式：磁分路动铁式（动铁心调漏磁，粗调匝数、细调动铁心）、动圈式（绕组间距调漏磁）、带电抗式（电抗器调电抗），可通过对比表格加深记忆。 3.熟练应用负载持续率与电流的换算公式，结合例题理解不同工况下的电流限制，明确其防止设备过热的作用。 4.结合结构示意图理解漏磁通与外特性的关系，明确陡降外特性对稳定电弧的意义，将理论与设备实际工作过程结合，提升应用能力。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$