ZX7型焊机工作原理与维修经验.doc

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1、ZX7 系列逆变式直流弧焊机原理、功能及使用方法系列逆变式直流弧焊机原理、功能及使用方法51 逆变器及逆变式弧焊电源 将直流电转换成交流电的装置称为逆变器。逆变式弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型的焊接电源。这种电源一般是将三相工频 (50Hz)交流网路电压，先经输入整流器整流和滤波变成直流，再通过大功率开关电子元件 (晶闸管 SCR、晶体管 GTR、场效应管 MOSFET 或 IGBT)的交替开关作用，将整流后的直 流逆变成几 kHz几十 kHz 的中频交流电压，并经变压器降至适合于焊接的几十伏电压， 然后再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。其变换顺序可简单地表示为： 工频交流

2、(经整流滤波)一直流(经逆变)一中频交流(降压、整流、滤波)一直流。如果用符号 表示，即为：ACDCACDC。为什么要采用上述这种方式呢?这是因为如果直接用逆变降压后的交流电进行焊接，由于其 频率高，则感抗大，导致焊接回路中有功功率大大降低。因此，还需再次进行整流。 图 5-1 为几种具有代表性电子类直流弧焊设备方框图。表 5-1 为几种典型直流弧焊设备的性能比较。52 逆变电源的特点弧焊逆变器的基本特点是工作频率高，由此而带来很多优点。这是因为变压器，无论是一 次绕组还是二次绕组，其电势 E 与电流的频率 f、磁通密度 B、铁心截面积 S 及绕组的匝 数 N 有如下关系： E=4.44fBS

3、N 而绕组的端电压 U 近似等于 E，即UE=4.44fBSN当 U、B 确定后，若提高 f，则 S 减小，N 减少，因此，变压器的质量和体积就可以大大减 少。这样，就能使整机的质量和体积显著减小。不仅如此，还因为频率的提高及其他因素 而带来了许多优点，与传统弧焊电源比较，其主要特点如下。 体积小、质量轻，节省材料，移动、携带方便。 高效节能，效率可达 80-90 ，比传统焊机节电 13 以上。 动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。 焊接参数自动调节控制方便，很适合作为自动焊接电源。 可一机多用。 53 ZX7 系列晶闸管逆变弧焊整流器工作原理 531 主电路原理由电路原理图

4、52、图 53、图 54、图 55 可见，三相交流电经自动保护开关 QK1 后至整流桥 VC1 整流为脉动直流(R001 吸收浪涌电压，限制充电电流)，再经 C004C007 仰滤波成为平滑的直流电压，经逆变振荡器(由 C008C011，TV007，TV008，Tc2，L3、L4 组成)逆变为中频高压，由主变压器 Tc2 降压 整流后通过滤波(VD009、VD010，L1，L2，C017C020 变为适合于焊接的低压大电流。其中 PCB1 为过压保护板，PCB3 为阻容保护板，PCB2 为 主控板，L3 和 L4 起限制晶闸管导通时电流上升率即限制 didt 的作用。控制电路通过控 制主电路逆

5、变器中 VT3、VT4 的开通频率来控制逆变振荡频率，经二次侧整流输出可调的 焊接电流。 532 外特性控制借助电子电路和电弧电压、电流反馈信号的配合，并通过自动运算调节电路去控制大功率 电子元件 VT007、VT008 的开通频率，使焊机的输出特性可进行任意的控制，以满足各种 弧焊工艺方法的需要。ZX7 系列焊机为恒流带外拖特性，并具有限制最大电流和最高空载 电压的功能。动特性采用对给定信号与反馈电流信号的差值进行 PI 调节运算后，转换为调 频脉冲，对输出电流的变化自动调节。 533 控制电路(主控板 PCB2)工作原理主控板 PCB2 如图 53 所示，控制电路可由各部分功能分块来分析，

6、整个控制部分可分为 以下几部分a控制电源+15V DC；b给定和气阀控制；c反馈电路；dPI 调节；e压频转换；f限 流保护、限压保护；g触发脉冲产生、间隔时间设定；h触发选通、脉冲形成以及微分 驱动；i逻辑和同步电路等。a 由 N13、N14 及外围相关元件组成b 由 VT80、VT81、N12、V77 等组成；c 由 N10 及相关元件组成；d 由 N8 和外围元件组成；e 由 N7、N6、V74 等构成；f 由 N4、VD6、N9、VD36 等组成；g 由单稳态电路 N 及相关阻容元件构成；h 由 N2、N3、V68、V69 和相关元件 VD11、R5、R7、C7、C9、C10、R10、

7、C11、R13 等组成；i 由 N5、V70、V71、V72、V73、C17、VS64、VS66、VLE15 及其他元件组成。给定信号与经分流器放大后的电流信号经运算放大器求差后，进行比例积分 放大，再经压频转换器成为频率可控的脉冲，经 N6、V75 整形后送入 N1 组成的脉冲产生 电路与电压限制信号、过流保护，选通锁定信号相与后在 C3 上得到脉冲信号输入单稳产 生触发脉冲，和选通信号在 N，组成的脉冲形成电路中相与后形成触发脉冲，经微分后驱 动脉冲变压器去触发主电路晶闸管 VT007、VT008，从而控制振荡频率。同步电路的实现和保护功能。同步电路主要是通过 N2 组成的同步切换和选 通

8、电路来实现的。因主电路是串联逆变电路，VT007、VT008 必须交替开关，且必须在 1 只晶闸管关断后一段时间才允许触发另 1 只，所以要检测主晶闸管是否可靠关断，并为控 制电路提供 1 组关断信号。电路上是由光电耦合器 N5 组成的反压信号检测电路构成的， 逻辑判断电路在第 1 个触发脉冲输出后锁定脉冲产生和选通电路，等待与其相对应的主晶 闸管的关断脉冲信号，当主晶闸管关断后，关断信号经 N5 输入给同步逻辑电路经 N2 的2R 端(为高电平)，解开锁定，同时选通切换至另 1 只主晶闸管，当压频转换电路的数字脉 冲输入单稳时，产生另 1 只主晶闸管的触发脉冲，并经间隔时间设定电路产生锁定脉

9、冲， 锁定切换与选通电路，并等待主晶闸管的触发脉冲，当晶闸管关断后，经过逻辑电路解锁 后切换至上次的状态。这样通过轮流切换触发脉冲保证了主晶闸管 VT007、VT008 不会同 时导通，并且通过同步电路保证了主电路的振荡为自然换流振荡。534 主电路工作原理(参照图 55)当 VT007 导通时有流过主变压器正向电流顺序：电容 C008、C009 放电经 L3、VT007、Tc2 一次绕组、C008、C009 负极；当 VT007 关断，VT008 导通时，则有充 电电流流过 Tc2，一次绕组，电流方向与上相反，顺序为电容 C008、C009 从正到负、Tc2 一次绕组、VT008、L4、电源

10、负极，构成充电回路的电流回路，如图 55 所示。VT007、VT00B 各导通 1 次，即将输入的直流变换为正、负半波的交流，实现了 DC 逆变 AC。PCB2 各点波形如图 5-6 所示。维修时可用示波器观察其波形或用万用表 测量其电压值以分析故障原因。54 ZX7 系列焊机操作使用使用时应特别注意：a后面板上的自动保护空气开关起保护作用，焊机的通断电应由用户配 电板上的开关控制。严禁带负载板动 QK1。b手工焊氩弧焊开关位置应和实际焊接方法相对应。c电流控制分大小 2 档，选择或调节电流时应对应大小档开关位置相应 的刻度。d远控近控开关应在相应位置。当选用远控调节时应置于“远控”一 边(左

11、边)，并接上远控盒插头，对应大小档选择焊接电流。e引弧电流是为改善起弧性能所设，使用时可根据焊接规范选取适当值， 氩弧焊时无引弧电流。f输出极性应正确。手工焊时一般是工件接“-”极，焊钳接“+”极； 氩弧焊时工件接“+”极，焊枪接“-”极。g氩弧焊时应连接好气管、焊枪控制接头，并调节好氩气流量，选好焊接电 流，工件连接固定良好以后可进行焊接。ZX7-ST 焊机采用接触起弧方式。ZX7400 逆变弧焊整流器输出特性如图 57 和图 58 所示。ZX7 系列逆变式直流弧焊机的功能和常见故障及检查维修系列逆变式直流弧焊机的功能和常见故障及检查维修55 焊机的功能及使用方法 551 ZX73 15S4

12、00S 焊机 5511 前面板(见图 5-9)a手工弧焊氩弧焊选择开关。将开关置于手工弧焊处可进行手工焊；将开关置于氩弧焊处可进行氩弧焊。b电流表。指示输出直流电流值。C电压表。指示输出直流电压值。d起弧电流调节旋钮。为改善焊机的起弧性能，本焊机设有“热起动” 功能，即在起弧时再叠加 1 个起弧电流，其强弱可根据实际情况由旋钮 4 调节。e指示灯。指示焊机电源是否接通，接通时灯亮。f遥控(远距离控制)插座。将遥控盒电缆插头接入此插座后，即可 进行远距离操作。2本机控制遥控选择开关。需要遥控时，将遥控盒接入遥控插座，并 将此开关置于“遥控”一边(左边)，即可由遥控盒上的旋钮来调节输出电流大小，需

13、 要本机控制时，将此开关置于旋钮 9 这边(右边)，电流值则由机上旋钮 9 调节。h电流分档开关。此开关有 2 档，用于选择电流调节范围。电流分档开关只能在空载时使用，禁止带负载切换。i输出电流调节旋钮。使用时应注意刻度读数要与分档开关所置档 数对应。j输出电缆插座。接插时先将插头上的小凸台与插座上的缺口对准，插 入后顺时针用力旋转，直到转不动为止，接触不良会产生高热烧坏插头座。进行焊条 焊时，若使用直流焊条，则将焊钳接入“+”插座，工件接“-”插座；进行氩弧焊时， 将焊枪接“-”插座，工件接“+”插座。5512 后面板(见图 5-l0)a电源电缆。三相 4 芯电缆，注意接地良好，确保安全。b

14、自动空气开关。装在三相电源进线处，正常情况下，开关应处于“合” 的状态。只要接通电源，即可施焊。出现异常或超载使用时，此开关自动跳开，断电， 起保护作用。注意：焊机电源的通、断应由用户配电板(柜)上的开关控制，严禁 带负载时人为扳动此开关，以免开关触头烧损，影响开关性能和寿命。e铭牌。按照国内外有关标准，标示有产品的有关技术数据和使用 特性，用户应在接通电源和使用操作前，仔细阅读铭牌各项内容。5513 遥控盒(见图 511)遥控盒是专为远距离调节焊接电流大小所设计的操作装置。a.遥控输出电流调节旋钮。使用时注意刻度读数要与电流分档开关 所置档数对应。b.遥控盒体。整体为金属结构，使用时避免严重

15、挤压、摔碰造成的 损坏及控制失灵。c.遥控电缆。拉长线时注意不要被其他物体挂断。d.遥控插头。将此插头插入前面板上的遥控插座中，将螺帽旋紧， 并将开关 7 扳向左边，几棵进行遥控操作。552 ZX7-315ST/400ST 焊机 521 前面板(见图 5-12)a.图 5-12 中 111 的功能及使用方法与图 5-9 中 111 相同，详见 5511。b.氩弧焊控制插座。进行氩弧焊时，将与氩弧焊开关相连的插头插 入此插座，即可用焊枪上的开关控制电流及气阀的通断。c.12、13 为氩气接口。此两端为氩弧焊时连接氩气管用。12 焊接枪 上进气管，13 接气瓶。注意：接气管时注意进气、出气方向一定

16、要接正确，否则气阀工作 不正常。5522 后面板。与 5512 所述相同。5523 遥控盒。与 5513 所述相同。553 操作使用说明5531 设备安装本机为便携式设备，并可配小推车随操作者频繁移动，不需要固定安装， 但应放置在干燥通风处。本机电源为三相 380V，50/60Hz，用户应有相应的配电板， 并应安装自动空气开关或铁壳开关，地线要连接牢固。后面板上焊机电源既可接上三相插头(4 芯，须有接地)与配电板上的插座配合使用，也可直接皆在配电板上的铁壳开关上，由铁壳开关控制焊机的通断。注意：无论是配接插头、插座还是接入铁壳开关，都应保证接线正确、 牢靠，特别注意接地线；后面板空气开关是在出

17、现异常情况时自动跳开，起保护作用 的，通常处于闭合状态(开关扳至朝上)，焊机电源的通断应由用户配电板(柜)上的开关 控制。严禁带负载扳动，以免拉弧而烧坏触头。5532 手工焊条电弧焊ZX7 系列晶闸管逆变弧焊整流器均可进行手工焊条电弧焊，无论是ZX7315S400S 焊机，还是 ZX7315ST，400ST 焊机，操作步骤相同。a停电检查。不接电源，对焊机进行全面外观检查。所有开关、旋 钮功能正常。前面板(见图 5-9、图 5-12)开关 1 扳至手工弧焊位置；开关 7 扳到右边旋 钮 9 处，即采用本机电流调节，若需要远距离控制则将开关 7 扳到左边指向遥控插座 6；旋钮 4 调节起弧电流大

18、小；注意开关 8 与旋钮 9 的相应关系及旋钮 9 按所需焊接规 范确定。后面板(见图 5-10)电源线 1 与用户配电板正常配合使用；空气开关 2 扳至闭合状态(朝上)。输出端连接正确。前面板下部的输出端标有+、-号，表示输出极性 的正、负，应按需要正确接入焊把及工件。b通电空载检查。停电检查正常后，方可进行此项检查。焊机二次侧不接任何负载，呈空载状态，由用户配电板合闸供电，焊机 风机转动，面板电源指示灯亮，电压表读数 70-80V，并有轻微的“哒、哒”声，此时 焊机空载正常。g焊接。空载正常后，即可施焊。按所用焊条及正常焊接工艺规范 施焊，应得到良好焊缝。注意：焊条、规范、输出极性、起动电

19、流选择是否正确、适当。焊接过程中除风机噪声外，焊机产生一种轻轻的连续响声，属正常 现象。5533 钨极氩弧焊ZX7315ST/400ST 焊机是手工焊条电弧焊手工氩弧焊两用焊机， 氩弧焊时操作步骤如下。a停电检查。不接电源，对焊机进行全面外观检查。所有开关、旋 钮功能正常。前面板(见图 5-12)开关 1 扳至氩弧焊位置，旋钮 4 不起作用。其他 参见 5532 中 a 条。后面板(见图 510)与 5532 中 a 所述相同。焊枪及气路连接：焊枪。焊枪接输出端的“-”极，焊枪控制插头接入图 5-12 中的氩 弧焊控制插座 11，工件接在输出端的“+”极。气路。图 5-12 中的 13 接气瓶

20、，12 接焊枪上的进气管。不得接错。b通电空载检查。与 5532 中 b 所述相同，只是空载电压值为 30V 左右，详见 5532。空载电压正常后，打开气瓶，按动焊枪上开关，检查气 路是否畅通。g焊接。按动焊枪上的开关，气阀动作、气路导通，起弧采用接触 划擦方式，轻轻划动即可。注意：电源规范、气压值、钨极大小选择正确与否。本电源氩弧焊 时不可自行外配高频起弧装置，否则易造成事故。停止焊接时，仍须按一下焊枪上的开关，电流衰减到零，之后气路 断开。5534 焊机串、并联使用说明ZX7 系列焊机为积木式电源，可直接多台并联(大电流)供埋弧焊、电弧 气刨、电弧螺柱焊使用，也可多台串联(高工作电压)作为

21、切割电源，焊机的串、并联 机如图 5-13 所示。串、并联时注意极性一定要接对，接错时，焊机无法正常工作。并联时，输出电流为各电源输出电流之和。例如：两机并联时，电源甲 前面板上的开关 8 置于 115400A 档，旋钮 9 调至 340A，电源乙的开关 8 置于 40140A 档，旋钮 9 调至 80A，则输出电流为 340A+80A=420A，若两机都调至 400A，则输出电流为 800A。串联时，各台电源的输出电流应调到一样大，输出电压为各电源输 出电压之和。56 焊机的维修保养焊机的基本维护保养与 ZX5 系列类似。焊机的检修应由专业维修人员负 责，当用户遇到不能排除的故障或不具备维修

22、能力的单位在焊机出现故障时，应及时 与生产厂家联系。应注意的是：机内最高电压达 600V，为确保安全，严禁随意打开机 壳，维修时应做好防止电击等安全防护工作。57 检查维修ZX7400SST 型焊机的维修一般可按以下步骤进行。 571 步骤 1a关断总电源，检查输入电缆是否正确可靠，焊机地线是否可靠， 焊机输出电缆线是否正确，接触是否良好。b用万表测量二次侧输出端正反向电阻(正常情况下正向电阻约 3k， 反向电阻几十欧)，以判断二次侧元器件有无损坏；如要准确判断二次侧元件好坏，应 拆开侧板、底板对元器件直接测量。e检查主电路一次侧元器件有无损坏，主要检查晶闸管 VT007、VT008、C008

23、C011、R028、PCB1(VT003、VT006、VD001、VD0o0 等)、 R001、桥堆 VC1、限流电阻 R002 等有无损坏。572 步骤 2a脱开 PCB2(主控板)上触发脉冲接口 M、N、G3、K3。b检查供电电源是否在 340420V 范围内，有无缺相。c合上自动保护开关 QK ，再接通焊机供电开关，通电检查 PCB2，主电路电压是否正常。d检查 EV 转动是否正常，风向是否正确，指示灯 HL。是否正常。e检查 PCB2(主控板)上各点电压、波形是否正常。57-3 步骤 3当 PCB2 工作正常后，可接上触发脉冲，然后再通电检查输出空载 电压是否正常，主电路空载正常后可进

24、行负载焊接，整定电流刻度。主控制板 PCB2 的各点正常波形如图 5-6 所示，维修时可按以下步 骤检查： a首先检查+15V 电压是否正常；b检查 C 上放电波形是否正常；(负载时可测量其是否连续可调)cC3 上调频脉冲是否正常，若不正常查相关的脉冲信号；d同步电路 C17 充放电波形是否正常，若不正常检查相关电路；e同步触发选通 R7，R5 是否正常；f触发脉冲是否正常；g同步电路触发脉冲正常后可接上触发插头，通电进行空载检查， 空载正常后可带负载。58 常见故障常见故障及原因见表 52。59 维修实例从目前焊机的使用情况来看，国产晶闸管式逆变焊机在设计和技术上比 较成熟，但由于制造上的原

25、因，不同厂家生产的焊机，其质量差异却很大。现以对某 厂生产的 ZX7-400 型逆变焊机维修情况举例说明。591 故障现象及修理步骤(可参看图 52、图 53)使用过程中，机上空气开关跳闸，机内向外冒烟。开机检查，发现输出滤波电容有不同程度的损坏。继续对主电路作 全面(元件及绝缘)检查，发现有 1 只快速晶闸管被击穿。更换元件后，合上电源开关，焊机上的空气开关还是跳闸再次检查机内 各元件，未发现问题。于是，换上好的印刷板电路板，空气开关不跳闸了。不过，焊 机空载电压不够稳定。试焊时，引弧困难，电弧不稳，不能正常焊接。用示波器检查印刷板输出的触发脉冲，波形正常，见图 5-14。于是，仔细地检查机

26、内各电器及其线路，着重于接触不良的检查， 发现近远控选择开关内部触头接触不良。换了开关后，焊接正常了。修好焊机后，再来修理坏了的印刷板。用示波器对其进行检查，从最后 一级，即触发脉冲的输出开始，逐级往前检查。当测 G4-K4 之间的波形时，无脉冲输 出，而测 G3-K3 之间有脉冲输出。于是，检查 V2 三极管，已损坏。换上好的三极管 后，印刷板工作正常了。592 原因分析前面谈到，4 个电容有不同程度的损坏。当电容被击穿时，输出短路， 空气开关(有热脱扣和电磁脱扣保护)就会跳闸。当 1 只晶闸管被击穿时，输入整流器 短路，也会引起空气开关跳闸。为什么元件易损坏呢?主要是元件的质量问题，生产厂

27、家没有把好元件的 质量关。1996 年 5 月至 1997 年 8 月，上海某公司的 8 台 ZX7-400 型焊机的维修，换 过快速晶闸管 3 个，修理印刷板 11 次，换过三极管 V1、V2(4429)、V6(9014)， 集成块 4013、4538、4011、555 和稳压块 7915，还有二极管、电阻等。 此外，还坏过空气开关、控制变压器、风扇等。593 希望与建议a把好焊机制造中各个环节的质量关，生产出可靠性高的产品。b对使用中出现的问题，抓住不放，尽快改进。例如，珠海某公司生产 的 TC-400 逆变焊机，使用 1 年多后，才频繁出现热保护动作停机现象。如果该公司 能够解决好这个问题，这种焊机是受用户欢迎的。c有完整的图纸资料。不仅要有主电路原理图，还应有印刷板的电 原理简图，提供主要测试点的电压或波形。