专题四十三 直流弧焊发电机（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

专题四十三直流弧焊发电机（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.重点掌握电磁感应定律在变压器中的应用，理解主磁通与漏磁通的区别，明确变压器通过交变磁场实现电能传递的本质。需熟练推导电压比公式，并能结合实验现象分析空载与短路状态下的能量转换。 2.区分心式、壳式铁心结构特点，掌握单相及三相变压器绕组的同名端判别方法（如直流法、交流法）。理解绕组极性对并联运行和三相连接的影响，能根据接线图判断绕组的星形（Y）或三角形（Δ）联结方式。 3.掌握空载试验测定铁损、短路试验测定铜损的原理及数据处理方法。理解电压调整率、效率计算与负载性质的关系，能通过实验数据评估变压器运行性能。 4.熟悉电力变压器的选型原则（如容量、电压等级），了解电流互感器、电压互感器的工作特性及安全使用规范。掌握三相变压器联结组标号（如Yyn0、Dyn11）的含义及应用场景。 二、知识点梳理 直流弧焊发电机通常也称旋转式直流发电机，是目前生产中应用较广泛的直流弧焊电源。它的主要特点是电弧燃烧稳定、飞溅小、过载能力强、受电网电压波动影响较小。直流弧焊发电机可作为不同类型焊条的手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、等离子弧焊、多站式手工电弧焊、碳弧气刨的电源。另外，在野外无电网的情况下，直流弧焊发电机可利用其他动力驱动，显出独特的优点。 但是，直流弧焊发电机也有构造复杂、成本高、空载损耗大、效率低、噪声大、易产生磁偏吹等弱点。所以随着电子技术的发展，有逐渐被弧焊整流器代替的趋势。 一、直流弧焊发电机的基本工作原理 直流弧焊发电机是一种特殊的直流发电机，它的基本工作原理与普通他励直流发电机相同。也是通过原动机带动电枢绕组旋转切割磁感线产生感应电动势，再经过换向器整流，由电刷输出直流电。 由于直流弧焊发电机大多应用于手工电弧焊，所以具有较高的空载电压，以保证引弧；具有陡降的外特性，以保证电弧稳定燃烧及限制短路电流；具有均匀、较宽的电流调节范围，以满足焊接工艺的要求；以及具有良好的动特性等一些特殊性质。 1.陡降外特性的获得 图7-48所示为直流弧焊发电机电路原理图，由图可以引出焊接电压平衡方程式(7-31) 此式即为弧焊发电机的外特性方程式。 式中Uh——焊接回路的电压； Ih——焊接回路的电流； Ra——发电机电枢电阻； Rz——降压用的镇定电阻。当空载时，Ih=0则Uh=U₀=E。 此式说明，弧焊发电机空载时，输出空载电压等于感应电动势，故空载电压U₀较高。 当有负载时，从平衡方程式可知，输出电压U。随负载电流I₆的增大而减小。因此，获得了陡降的外特性。 当短路时，Uh=0,短路电流Id=Ih,则或(7-32)此式称为短路电流方程式。 由以上分析可知，为使直流弧焊发电机获得陡降的外特性，必须使回路总电阻足够大。或者使工作磁通随负载电流的增大而迅速降低，使迅速减小。下面分别加以说明。 (1)增加回路电阻回路电阻包括发电机电枢内阻,及外串镇定电阻。为防止发电机电枢温升过高，电枢内阻,很小，所以为增加回路电阻获得陡降的外特性，只有增大外串镇定电阻的值，这样，使上消耗大量的电能，使发电机效率降低，很不经济，所以很少应用，只有在多站式弧焊发电机中才采用这种方法。 (2)采用去磁法调整工作磁通使之随着负载电流的增加而迅速减小，从而使电源电动势减小的方法，称为去磁法。这是直流弧焊发电机获得陡降外特性的主要方法。去磁的具体办法有： ①增设串联去磁绕组如图7-49所示，在主磁极上增设串联去磁绕组与焊接回路串联，它的绕向要保证所产生的磁通Φc与主磁通Φ相反。随着焊接电流的增加，Φc也增加，由于Φ=Φ₁-Φc,所以工作磁通Φ将随焊接电流的增加而迅速降低，电动势即随之降低，因而获得了陡降外特性。外特性下降的程度取决于Φc的强弱。当N.匝数较多，外特性下降较陡，当N匝数较少时，外特性下降较为平缓。 ②增设电枢反应去磁电枢反应有减弱工作磁通的作用，并且其减弱程度随负载电流的增加而增大。利用这一现象，将主磁极中间开一个缺口，如图7-50所示。缺口的作用是将磁极分成两部分，这样不至于使后极尖过饱和的磁通挤向前极尖，使前极尖磁通减弱更为明显。而后极尖由于饱和使磁通增加很少，这就增强了电枢反应的去磁作用，使工作磁通Φ=Φ₁-Φ进一步减小，Φ随焊接电流的增加而增大，所以工作磁通Φ将随焊接电流的增加而迅速降低，从而获得陡降外特性。 (3)利用换向磁极去磁如图7-51所示，如果将换向磁极设计成特殊形式，使之产生的换向极磁通Φ,倾斜于几何平面，使其水平分量Φ,cosβ起改善换向条件作用，垂直分量Φsinβ起减弱主磁通的作用。焊接电流和β角增大，均使去磁作用增强，故可获得陡降的外特性。 2.调节特性 弧焊发电机的调节特性，主要是指焊接电流的调节特性。下面以三绕组弧焊发电机为例，说明改变哪些参数可以调节焊接电流。 三绕组弧焊发电机电路原理图如图7-52所示。图中，N,为他励绕组，它产生励磁磁通,Nh为并励绕组，它产生励磁磁通Φ,串联去磁绕组它产生去磁磁通,Φ为电枢反应磁通，它相当于等效匝数产生的磁通。因此，三绕组弧焊发电机在负载运行时总的工作磁通为 空载时，无负载电流，Iₙ=0。串联去磁磁通Φ。及电枢反应磁通Φ均为零，因此，空载电压为 (7-33) 有负载时，Ih≠0,Φc,Φai存在并起作用，致使工作磁通Φ减小。如果忽略发电机内阻压降的影响，则输出电压为(7-34) 短路时，输出电压Uh=0,并励电流Ih=0,负载电流Ih等于短路电流Id,则短路电流为 (7-35) 由此可知，改变N.、N、I,均可调节焊接电流的大小。 (1)改变Nc由式(7-33)和式(7-35)可知，Nc与空载电压U₀无关。但Nc的变化直接影响短路电流Id的数值，如图7-53所示。当Nc增加时，串联绕组的去磁作用增强，短路电流减小，外特性曲线向左下方移动，外特性曲线变得更陡。反之，当Nc减小时，Nc绕组的去磁作用减弱，短路电流增大，外特性曲线变得平缓。 (2)改变Nai通过对磁极极掌形状的改变及电刷位置的移动，均能有效地改变电枢反应的去磁作用。去磁作用的变化及所引起的外特性变化与改变Nc匝数引起的变化趋势相同。 (3)改变I₁在他励回路中增设一个可调电阻R₁,当R₁增加时，I₁减小，U₀降低，Ia减小，外特性向左下方移动。反之，R₁减小，曲线向右上方移动，I₁对外特性的影响如图7-54所示。 (4)改变Ib在并励回路中增设一个可调电阻Rb,当Rb增加时，Ib减小，U₀降低，反之则U₀提高。Ib的变化不影响Id的数值，但影响U₀的变化。Ib对外特性的影响如图7-55所示。 3.动特性 用于手工电弧焊的直流电弧发电机，要求在额定时的动特性符合两项指标：从空载至短路时瞬间短路电流与稳态短路电流之比Isd/Ihd≤2.5;短路至空载恢复电压最低值Umin≥30V。 二、直流弧焊发电机的分类 直流弧焊发电机按原动机不同分为直流弧焊发电机和直流弧焊柴(汽)油发电机。按外特性不同分为平外特性弧焊发电机和陡降外特性弧焊发电机。但通常是根据获得外特性的方法分类，可分为差复励式、裂极式、换向极式和加(积)复励式四种。 1.差复励式弧焊发电机 差复励式弧焊发电机采用他励或并励绕组励磁，串联去磁绕组去磁，它的工作磁通是他励(或并励)磁通与串联去磁磁通之差，所以称为差复励式弧焊发电机。其陡降外特性是靠串联去磁绕组的去磁作用获得的，用他励绕组励磁的弧焊发电机有AX-5-500、AXT-500、AX9-500型等；用并励绕组励磁的弧焊发电机有AX1-165、AX1-500型等。 2.裂极式弧焊发电机 裂极式弧焊发电机采用并励绕组励磁，依靠电枢反应去磁作用获得陡降外特性，它没有串联去磁绕组，不需要另外的励磁装置，此类产品有AX-165、AX320型等。 3.换向极式弧焊发电机 换向极式弧焊发电机由他励绕组励磁，依靠换向极去磁作用获得陡降的外特性，因此而得名。此类产品有AX3-300-2(如图7-56所示)、AX4-300型等。 4.加复励式弧焊发电机 加复励式弧焊发电机又称积复励式发电机。它采用并励绕组励磁，串联绕组加磁，外特性为平特性，故称加复励式。此类产品有AP-1000、AP1-350型等。 三、真题练讲 1.（2023年河南省统一考试）变压器空载运行时，二次侧输出电压主要取决于（ ） A.一次侧电压 B.二次侧负载 C.铁心材质 D.绕组匝数比 答案：A 解析：空载时二次侧开路，输出电压U2=E2=4.44fN2Φm，而Φm由一次侧电压U1决定，故输出电压主要取决于一次侧电压。 2.（2022年河南省统一考试）三相变压器Yyn0联结组中，二次侧线电压与一次侧线电压的相位关系是（ ） A.同相 B.滞后30° C.超前30° D.反相 答案：A 解析：Yyn0表示一次侧星形联结，二次侧星形联结且中性点接地，线电压相位差为0°，即同相。 3.（2024年山东省统一考试）变压器短路试验通常在（ ）进行 A.高压侧加压，低压侧短路 B.低压侧加压，高压侧短路 C.高压侧开路，低压侧加压 D.低压侧开路，高压侧加压 答案：A 解析：短路试验需使绕组电流达额定值，因高压侧额定电流较小，故在高压侧加压、低压侧短路可降低试验电流，保护设备。 4.（2025年河北省统一考试）某单相变压器额定容量为10kVA，一次侧额定电压220V，二次侧额定电压110V，其变比为（ ） A.1:2 B.2:1 C.1:1 D.4:1 答案：B 解析：变比K=U1/U2=220V/110V=2:1，与容量无关。 5.（2021年河南省统一考试）变压器带感性负载运行时，二次侧端电压随负载增大而（ ） A.升高 B.降低 C.不变 D.先升后降 答案：B 解析：感性负载时，负载电流产生去磁作用，导致主磁通减少，二次侧感应电动势降低，端电压随之下降。 四、限时练讲 1.变压器铁心采用硅钢片叠压的主要目的是（ ） A.减少涡流损耗 B.增强机械强度 C.降低成本 D.便于加工 答案：A 解析：硅钢片电阻率高，叠压结构可分割涡流路径，有效减少涡流损耗。 2.某变压器一次侧匝数为1000，二次侧匝数为200，当一次侧通入50Hz交流电时，二次侧感应电动势频率为（ ） A.10Hz B.50Hz C.250Hz D.100Hz 答案：B 解析：感应电动势频率与电源频率相同，故仍为50Hz。 3.自耦变压器的主要特点是（ ） A.体积大 B.效率低 C.一、二次侧有电气联系 D.只能降压 答案：C 解析：自耦变压器一、二次侧共用部分绕组，存在直接电气连接，可实现升压或降压。 4.变压器负载运行时，若负载功率因数为0.8（感性），则其效率（ ） A.达到最大值 B.低于功率因数为1时的效率 C.高于功率因数为1时的效率 D.与功率因数无关 答案：B 解析：感性负载时，无功电流增大，铜损增加，效率降低。 5.电流互感器运行时，二次侧严禁（ ） A.短路 B.开路 C.接地 D.接负载 答案：B 解析：二次侧开路会导致铁心严重饱和，产生高电压，危及设备和人身安全。 6.变压器绕组极性判别中，若万用表指针在开关闭合瞬间正偏，则干电池正极与万用表正极所接线端为（ ） A.同名端 B.异名端 C.无法确定 D.以上均不对 答案：A 解析：直流法中，指针正偏表明两接线端感应电动势极性相同，即为同名端。 7.三相变压器Dyn11联结组中，二次侧线电压滞后一次侧线电压（ ） A.30° B.60° C.90° D.120° 答案：A 解析：Dyn11表示二次侧线电压滞后一次侧线电压30°。 8.某变压器一次侧电流为5A，二次侧电流为20A，其变比为（ ） A.4:1 B.1:4 C.2:1 D.1:2 答案：B 解析：变比K=I2/I1=20A/5A=4:1，但电流比与匝数比成反比，故变比为1:4。 9.简述变压器并联运行的条件。 答案： ①联结组标号相同，确保相位一致；②电压比相等，偏差不超过±0.5%；③短路阻抗标幺值相等，偏差不超过±10%；④容量比不超过3:1，避免负载分配不均。 10.分析变压器铁心饱和对空载电流波形的影响。 答案： 铁心饱和时，励磁电流增大，磁导率下降，导致空载电流波形畸变。由于铁心非线性特性，励磁电流中会出现三次谐波分量，使波形呈现尖顶波，严重时可能引发过电压。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.理解电磁感应定律、楞次定律在变压器中的具体体现，通过动态演示或实验加深对主磁通、漏磁通的理解。 2.注意实验中仪表的选择（如低功率因数功率表）和安全规范（如电流互感器二次侧严禁开路）。 3.通过练习绘制相量图，理解不同联结组中线电压、相电压的相位关系。 4.强化安全意识，重点掌握电流互感器、电压互感器的正确使用方法及反事故措施。 5.多做历年真题，总结高频考点（如联结组标号、实验参数计算），提高解题速度与准确性。 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 $$