《变压器与电动机》直流弧焊发电机的应用与维护 (举一反三考点练）-讲义

举一反三考点练 《变压器与电动机》直流弧焊发电机的应用与维护-讲义 1. 能够根据手工焊、野外施工、多站式焊接等不同工况，分析并选择合适类型的弧焊发电机，理解其优势与局限性。 2. 能够说出电刷、换向器、接线端子等关键部件的检查与维护要点，并能针对输出电压不稳、电流调节失灵等常见故障进行初步诊断与处理。 3. 能够从效率、噪声、适应性等方面比较两类设备的优缺点，了解弧焊电源的技术发展方向，形成设备选用的基本判断能力。 知识点一 直流弧焊发电机的应用场景、优势与局限 一、广泛的适用工艺： 直流弧焊发电机是一种通用性较强的焊接电源，可以支持多种焊接工艺。它不仅适用于最普遍的手工电弧焊（使用焊条），还可用于埋弧焊、气体保护焊（如氩弧焊、二氧化碳保护焊）、等离子弧焊以及碳弧气创等工艺。对于多站式手工电弧焊（一台电源供多个工位），某些具有平特性的发电机（如加复励式）尤为合适。 二、独特的应用优势： 电弧稳定性好：直流输出无过零点，电弧燃烧连续稳定，飞溅较小，焊缝成形美观。 图1 N对外特性的影响 图2 I对外特性的影响 图3 I对外特性的影响2 独立性强，适应野外作业：其最大优势之一是可以由柴油机或汽油机等原动机直接驱动，不依赖电网。这使得它在建筑工地、管道铺设、野外维修、农田水利建设等无电网或电力不稳定的场合具有不可替代的作用。 过载能力强与抗干扰性好：机械惯性大，能承受短时过载，且工作性能受外界电网电压波动的影响很小。 三、固有的缺点与局限性： 效率低成本高：空载时也需要原动机带动旋转，空载损耗大，整体效率较低。同时其结构复杂，制造成本和维护成本都较高。 运行噪声与磨损：旋转电机运行时会产生较大的噪音，而且存在电刷、换向器、轴承等机械磨损部件，需要定期维护。 存在磁偏吹：直流电弧易受磁场影响产生偏吹，尤其在焊接角焊缝或使用大电流时较为明显，影响焊接质量。 发展趋势：由于上述缺点，随着电力电子技术的成熟，更高效、轻便、安静的弧焊整流器（如逆变焊机）已逐渐成为市场主流，直流弧焊发电机的应用范围在缩小，但在特定领域仍有其价值。 直流弧焊发电机最突出、使其在特定场合不可替代的优点是什么（ ） A. 焊接效率最高 B. 制造成本最低 C. 可在无电网环境下由柴油机等驱动工作 D. 运行噪音最小 【答案】C 【解析】在野外、工地等缺乏稳定电网的场合，直流弧焊发电机可以与其他动力机械（如柴油机）配套使用，这是弧焊整流器等依赖电网的设备无法直接实现的独特优势。 1. 下列哪种焊接工艺通常不推荐使用普通陡降特性的直流弧焊发电机作为电源（ ） A. 手工电弧焊 B. 钨极氩弧焊 C. 多站式手工电弧焊（多个焊工共用一台电源） D. 碳弧气创 【答案】C 【解析】多站式手工电弧焊需要电源为每个工位提供相对稳定的电压，因此需要使用具有平外特性的焊接电源。普通直流弧焊发电机（如差复励、裂极式）是陡降特性，不适合直接用于多站式焊接。加复励式（平特性）才适合。 2. 与新型的弧焊整流器相比，直流弧焊发电机的一个主要缺点是什么（ ） A. 引弧困难 B. 电弧不稳定 C. 结构复杂，噪音大，效率低 D. 完全不能用于气体保护焊 【答案】C 【解析】直流弧焊发电机由于含有旋转电机、换向器等复杂机械结构，导致其运行噪音大、空载损耗高、效率较低，同时维护也较繁琐，这些都是相对于静态的弧焊整流器的明显劣势。 3. 磁偏吹”现象主要与哪种焊接电源相关（ ） A. 交流弧焊变压器 B. 直流弧焊发电机 C. 逆变式弧焊整流器 D. 所有类型的弧焊电源 【答案】B 【解析】磁偏吹是由于直流电流产生的磁场分布不均，对电弧产生侧向吹力造成的。直流弧焊发电机输出的是直流电，因此容易出现磁偏吹。交流电源因其电流方向不断变化，磁偏吹很弱。 1. 在评价直流弧焊发电机的性能时，“过载能力强”这一优点主要源于其什么特点（ ） A. 电子电路的保护功能完善 B. 发电机的机械旋转部分具有惯性 C. 使用了特殊的绝缘材料 D. 其外特性曲线非常陡降 【答案】B 【解析】直流弧焊发电机是旋转电机，其转子（电枢）具有较大的机械惯量。当负载突然增大时，这种惯性可以使转速不会瞬间暴跌，从而能够承受短时间的过载电流，而不像某些电子器件会立即烧毁。 2. 对于野外输油管道的焊接抢修作业，选择直流弧焊发电机的主要理由通常是（ ） A. 它所焊接的焊缝质量绝对最好 B. 它比逆变焊机更轻便小巧 C. 它能提供最适合管道焊接的脉冲电流 D. 它可以由现场的柴油发电机组或柴油机直接驱动 【答案】D 【解析】野外管道施工现场往往没有固定电网，电力供应依赖移动发电设备。直流弧焊发电机的输入是机械旋转动力，可以直接与柴油机联接，完美适应这种无市电的环境。 3. 尽管有被替代的趋势，但直流弧焊发电机仍在一些领域使用，以下哪项不是支撑其继续使用的原因 （ ） A. 在一些老厂矿的设备中仍在服役 B. 其优异的电弧稳定性是某些高质量工艺所追求的 C. 其对电网电压波动完全不敏感 D. 其采购价格和维修成本远低于弧焊整流器 【答案】D 【解析】直流弧焊发电机结构复杂，制造成本和维护成本通常高于同等功能的弧焊整流器（尤其是普通型号），价格低廉并非其优势。 · 直流弧焊发电机适用于多种焊接工艺，尤其在无电网的野外作业中优势独特。 · 但其存在效率低、噪声大、有磁偏吹等固有缺点。 · 随着技术发展，它正逐渐被弧焊整流器替代，但在特定场合仍有应用价值。 知识点二 直流弧焊发电机的维护保养与常见故障处理 一、日常维护与保养内容： 为确保直流弧焊发电机可靠运行并延长寿命，必须进行定期维护。 电刷与换向器的维护：这是维护的核心。需定期检查电刷的磨损程度、压力和在刷握中活动的灵活性，磨损超过极限需更换。换向器表面应保持光滑清洁，呈光亮的古铜色，无严重灼伤或划痕，必要时用细砂纸轻轻打磨。 电气连接检查：经常检查各接线端子、电缆接头是否牢固，有无松动、发热或氧化现象，防止接触电阻增大影响性能或引发事故。 机械部分检查：定期检查轴承的运转声音和温升，按规定周期加注或更换润滑脂。检查传动部件（如皮带）的松紧和磨损情况。保持整机的清洁，特别是通风散热孔的畅通。 绝缘检查：定期测量电机绕组的对地绝缘电阻，确保其在安全范围内，防止触电事故。 二、常见故障现象、可能原因与处理思路： 故障一：发电机无输出电压或电压过低。 可能原因：励磁回路断路（电阻烧坏、接线松脱、绕组断路）；剩磁消失；电刷与换向器接触不良（电刷卡住、压力不足、换向器表面脏污）。 处理思路：检查励磁回路通断与电阻值；用直流电源对励磁绕组短暂充磁恢复剩磁；清洁并调整电刷。 故障二：焊接电流不稳定或无法调节。 可能原因：电刷跳动或接触不稳定；换向器表面不平或有油污；电流调节机构（如变阻器、抽头开关）接触不良；去磁或励磁绕组有匝间短路。 处理思路：紧固电刷机构，研磨电刷弧面；清洁换向器；检查并修复调节机构的触点。 故障三：发电机在运行中温升过高或冒烟。 可能原因：长时间过载运行；通风散热不良（滤网堵塞、风扇损坏）；电枢或励磁绕组存在短路；轴承缺油或损坏导致摩擦加剧。 处理思路：立即停机，检查负载是否过大；清理通风道；检查绕组电阻；检查并润滑或更换轴承。 故障四：运行中噪声和振动异常增大。 可能原因：轴承磨损严重或损坏；紧固件（地脚螺栓、内部螺丝）松动；转子动平衡破坏；换向器表面不平引起电刷剧烈跳动。 处理思路：检查并更换轴承；全面紧固机械连接件；检查转子；车削或打磨换向器。 三、安全操作注意事项： 操作前必须可靠接地，防止外壳漏电造成触电事故。 移动焊机前必须切断输入动力电源。 焊接时操作者必须穿戴好防护面罩、手套、工作服等劳保用品。 避免在潮湿、多粉尘或含有腐蚀性气体的环境中使用和存放。 直流弧焊发电机日常维护中，最需要经常检查和更换的易损件是什么（ ） A. 定子铁芯 B. 励磁绕组 C. 电刷和轴承 D. 机壳 【答案】C 【解析】电刷是滑动接触部件，会随着与换向器的摩擦而逐渐磨损，必须定期检查更换。轴承是高速旋转部件，长期使用后会磨损，也需要定期维护或更换。它们是典型的易损件。 1. 发现直流弧焊发电机换向器表面有轻微灼伤发黑，且电刷下有细小火花，首先应采取的措施是（ ） A. 立即送厂大修 B. 用粗砂纸用力打磨换向器 C. 用干燥的压缩空气吹净，或用细玻璃砂纸轻轻打磨 D. 在换向器表面涂上润滑油 【答案】C 【解析】换向器表面轻微发黑和正常换向火花，通常是由于表面有氧化层或轻微脏污。正确的处理方法是先清洁，必要时用细砂纸（如零零号玻璃砂纸）轻轻打磨光滑。粗砂纸会破坏表面平整度，涂油更是大忌。 2. 一台直流弧焊发电机空载时电压正常，但一带焊接负载电压就严重下跌，焊接电流很小。下列原因中最不可能的是（ ） A. 电枢绕组内部有断路 B. 串联去磁绕组接反，变成了加磁绕组 C. 换向器表面严重脏污，接触电阻极大 D. 镇定电阻值变得异常大 【答案】B 【解析】如果串联去磁绕组接反变成加磁，则负载时磁通会增强，电动势会升高，输出电压不会严重下跌，反而可能上升，这与故障现象不符。 3. 发电机运行中轴承部位发出异常的“咯咯”声且发热严重，首先应该怀疑的问题是（ ） A. 电枢短路 B. 励磁不足 C. 轴承缺油或损坏 D. 换向器松动 【答案】C 【解析】轴承是支撑转子旋转的关键部件。发出异响并发热，是轴承因缺油导致干摩擦，或内部滚珠、滚道已损坏的典型症状。这是机械故障，应立即停机检查，避免事故扩大。 1. 导致直流弧焊发电机励磁绕组烧毁的常见原因是什么（ ） A. 焊接电流长期调得过大 B. 并励回路中的调节电阻被短接，导致励磁电流过大 C. 电刷压力过大 D. 通风太好，散热过快 【答案】B 【解析】励磁绕组的线径较细，其工作电流有额定值。如果并励回路中用于调节电流的可调电阻被意外短接，则加在励磁绕组上的电压会升高（接近电枢电压），导致励磁电流远超设计值，从而迅速发热烧毁绕组。 2. 在对直流弧焊发电机进行绝缘检查时，主要测量的是什么（ ） A. 绕组导线的直径 B. 绕组本身的直流电阻 C. 绕组对电机金属外壳的电阻 D. 电刷的接触电阻 【答案】C 【解析】绝缘检查的目的是确保带电部分（如电枢绕组、励磁绕组）与不带电的金属机壳之间是可靠隔离的，防止漏电或触电。因此，需要使用兆欧表（摇表）测量绕组对地（机壳）的绝缘电阻值。 3. 焊接时发现电弧偏吹严重，排除工件磁性影响后，从焊机本身考虑，可能的原因是（ ） A. 焊机接地线未接 B. 电刷位置不在中性线上 C. 空载电压太低 D. 电流调节电阻接触不良 【答案】B 【解析】电刷位置若偏离几何中性线，会引入一个额外的直轴电枢反应磁场，这个附加磁场会改变主磁场的分布，从而可能加剧电弧的磁偏吹现象。调整电刷至正确位置是减小由焊机内部引起的磁偏吹的方法之一。 · 直流弧焊发电机的维护重点是电刷、换向器、轴承和电气连接。 · 常见故障如无输出、电流不稳、过热等，多与这些部件的状态或绕组回路有关。 · 规范维护和准确排查是保障其安全可靠运行的关键。 知识点三 直流弧焊发电机与弧焊整流器的比较与发展趋势 一、性能综合对比： 直流弧焊发电机（旋转式）： 图4 结构 图5 原理图 优点：电弧稳定性极佳；过载能力强，能承受冲击负载；工作性能几乎不受电网电压波动影响；可在无电网处用动力机械驱动。 缺点：结构复杂，制造成本与维修成本高；空载损耗大，效率低（通常仅50%-60%）；运行噪音与振动大；存在电刷火花和磁偏吹；体积大，笨重，移动不便。 弧焊整流器（静止式，包括硅整流、可控硅、逆变式等）： 优点：结构简单，无旋转部件，可靠性高；空载损耗极小，效率高（逆变式可达80%-90%）；噪音小，无机械磨损；体积小，重量轻，便于移动；控制性能好，易于实现自动化、多功能化（如脉冲、方波）。 缺点：对电网质量有一定要求（特别是逆变式）；过载能力相对较差，电子元件怕冲击；在无电网的纯粹野外环境需额外配备发电设备。 二、技术发展趋势： 高效节能与轻量化是主流：逆变技术是核心方向。逆变式弧焊整流器将工频交流电先整流、再逆变成高频交流、然后再整流为焊接所需的直流，通过提高工作频率，使得变压器和电抗器体积重量大幅减小，效率显著提高。 数字化与智能化：现代弧焊电源大量采用单片机、DSP等数字控制技术，可以实现精确的波形控制、一键调用焊接参数、故障自诊断、联网监控等功能，焊接性能和质量再现性更好。 直流弧焊发电机的市场定位：由于其固有缺点，在大多数通用焊接领域，尤其是固定车间和有电网的场合，已被弧焊整流器大规模替代。但其“不依赖电网”的独特优势，使其在野外工程、远洋船舶、应急抢修等特殊领域，以及与移动动力机械配套的场合，仍然保有一席之地。目前更多是作为一种特种或备用电源存在。 三、教学与实践意义： 学习直流弧焊发电机有助于学生建立经典的电机学与焊接电源相结合的系统概念，理解陡降外特性等核心要求的实现方式。 通过对比教学，让学生理解不同时代技术的特点和局限性，学会根据具体的施工条件、工艺要求和经济效益来合理选用焊接设备。 维护技能的训练，不仅能服务于尚未淘汰的现有设备，其故障排查的思路（机械、电气、磁路）也具有普遍的借鉴意义。 与直流弧焊发电机相比，现代逆变式弧焊整流器最显著的优点之一是（ ） A. 电弧稳定性更好 B. 过载能力更强 C. 效率高，体积小，重量轻 D. 完全不怕电网电压波动 【答案】C 【答案】逆变技术通过高频转换，使得变压器铁芯和线圈的用料大幅减少，因此整机效率大大提高（节能），同时体积和重量显著下降，便携性极佳，这是它相对于旋转发电机革命性的优势。 1. 在下列哪种工作场景下，直流弧焊发电机相比弧焊整流器可能仍是更合适或无奈的选择（ ） A. 现代化汽车制造厂的机器人焊接生产线 B. 城市室内装修的零星钢构焊接 C. 西气东输野外敷设管道的现场焊接 D. 学校焊接实训室的常规技能训练 【答案】C 【解析】长距离的野外管道施工往往没有现成电网，需要自备发电设备。在这种情况下，可以直接用柴油机驱动的直流弧焊发电机，比“柴油发电机组+弧焊整流器”的组合可能更简单直接，可靠性也高。 2. 直流弧焊发电机“过载能力强”的特点，主要源于其什么部分（ ） A. 精密的电子保护电路 B. 沉重的铁质机壳 C. 旋转电枢的机械惯性 D. 大容量的散热风扇 【答案】C 【解析】这是一个物理特性。旋转的电机转子（电枢）具有较大的转动惯量，当负载突然增加时，其转速不会像电子电路那样瞬间变化，这个惯性使其能够承受短时间（如引弧瞬间）的电流冲击而不停机。 3. 对于一名主要在城市从事钢结构安装的焊工，从经济性、便携性和工作环境考虑，他最可能选用哪种设备（ ） A. 由柴油机驱动的直流弧焊发电机 B. 老式硅整流弧焊整流器 C. 现代逆变式直流弧焊整流器 D. 交流弧焊变压器 【答案】C 【解析】城市作业有电网，无需独立动力。逆变焊机效率高、电费省；重量轻，便于爬楼或移动；噪音小，对城市环境影响小；电弧性能好。综合来看是最佳选择。 1. 弧焊整流器（特别是逆变式）的一个潜在弱点是什么（ ） A. 电弧燃烧不稳定 B. 对电网的电压波动和干扰比较敏感 C. 无法进行手工电弧焊 D. 必然会产生严重的磁偏吹 【答案】B 【解析】逆变焊机内部有大量精密的电力电子器件和控制电路，电网电压的剧烈波动或高频干扰可能影响其正常工作，甚至损坏元器件。因此，其对电网质量的要求比简单的旋转发电机要高。 2. 从技术发展角度看，直流弧焊发电机逐渐被替代的根本原因在于 ( ) A. 其焊接质量太差 B. 其无法输出直流电 C. 其能源利用效率低和使用维护不便 D. 其价格越来越昂贵 【答案】C 【解析】 根本原因是其基于旋转电机的原理，导致了能耗高（效率低）、噪音大、有易损件需要维护、笨重等固有缺点。而电力电子技术提供了更高效、安静、轻便、易控的解决方案，符合现代工业对节能环保和自动化的要求。 3. 学习直流弧焊发电机的内容，其主要意义不包括 ( ) A. 理解电动机和发电机原理的实际应用 B. 掌握一种即将全面淘汰、毫无用处的设备知识 C. 建立焊接电源外特性、调节等核心概念 D. 培养机械电气综合故障排查的思路 【答案】B 【解析】学习直流弧焊发电机并非学习“无用的知识”。它在特殊领域仍有应用，更重要的是，它是一个将电机学、磁路、电路与焊接工艺结合的优秀教学载体，其原理和维修思想具有延续性，不能简单认为其知识已完全过时。 · 直流弧焊发电机与弧焊整流器在原理、结构和性能上差异显著，前者强在独立性和过载能力，后者胜在高效轻便和智能控制。 · 技术发展向着高效节能、数字化的逆变方向迈进。 · 教学旨在通过对比，培养学生根据实际条件合理选用和维护设备的能力。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $