点焊机:高电流优于高电压

电器工程 当前的 变压器 模型
2022-01-27 15:25:35

我在 Youtube 上看过几个“DIY 点焊机”视频,例如:

https://www.youtube.com/watch?v=hTaGa93lOGU

我们在初级上的匝数比在次级上的要多得多。然后我们将初级连接到交流电压,例如 240V 和次级上的小电阻负载(或者我们将其短路)。

对于发生的事情,我找到了几种解释,他们都说随着次级电压的降低,电流会相应地升高。次级上的电压现在只有几伏,但电流可以高达千安。这种高电流会产生高热量,从而熔化金属(二次负载)。

但是力量不应该是一样的吗?功率是电流和电压的乘积。由于能量守恒,当电流升高时,电压降低,而产品保持不变。

在我们提高电压的相反情况下,我可以通过查看变压器模型来了解发生了什么:

在此处输入图像描述

如果次级线圈数变高,流向 R_s 支路的电流变高。因此,即使电流降低,使用的功率也会随着我们从电源“拉”更多电流而变得更高。

但是当电流升高时会发生什么?如果初级有更多匝数,则 N_p / N_s 的比率似乎更高,而流向 R_s 支路的电流更低。

有人可以向我解释我误解了什么吗?为什么提高安培数比只使用输入交流电压或提高电压而不是电流更好?

编辑:很多答案都说明了电流、电阻和功率之间的关系:

$$P = i^2R$$

但我们也知道负载上的电压也是电流的函数,根据欧姆定律:

$$V = iR$$

因此,如果我们有高电流,我们也应该有高电压。现在欧姆定律和变压器似乎不同意!

4个回答

我们这样做的原因是因为系统中有两个电阻组件:我们焊接的电弧和变压器本身。我们不仅要最大限度地提高焊接功率,还要最大限度地减少浪费。如果变压器的电阻高于焊机的电阻,那么实际上大部分能量都会在变压器中消散,变压器会像疯了一样变热。如果我们减少绕组的数量以降低电阻,那么我们会改善我们的电力传输,但会降低变压器的电压。

每个系统都有一个最佳点。这就是他们试图瞄准的地方。就焊工而言,该最佳点涉及降低至低电压和高电流强度。

此外,如果您有任何控制电路,控制电流比控制电压要好。系统的电压降来自各种电线和连接。例如,如果您将更多金属表面与良好的实心焊缝连接在一起,系统的电阻可能会下降。这意味着,如果您控制电压,则必须注意所有这些细节,而您真正关心的只是“焊接中的功率”。如果你控制安培数,那么你在焊接中的功耗总是\$P=i^2R_{weld}\$,它会忽略所有其他细节。因此,以当前的方式思考是有帮助的。

当涉及到焊接时,气体阻抗很高,直到低电流 HV 电弧开始,然后低压大电流电源将后续电流提供到低 Z。

Z 与将接头中的热量从 \$Pd=I^2R\$ 升高所需的电流密度成反比。

所以你不能用低电流高压焊接,因为电弧电阻变得非常低。HV 就像 SCR 一样只是触发器。两者都有负增量电阻。

从我们在评论中的对话来看,您缺少的一点是降低电压执行两个功能:

  1. 它使当前的“可管理”。例如,如果我们可以在几伏电压下获得 100 A 电流,那么在更高电压下我们将拥有无法控制的电流。
  2. 它将电流增加到高于电源在没有变压器的情况下所能提供的水平。

在此处输入图像描述

图 1. 基本的弧焊电路。资料来源:林肯电气

请记住,电路的电阻极低。如果 R = 0.05 Ω 并且您连接 5 V 电源,您将获得 100 A。如果您连接 120 V 电源,您将获得 2400 A 和 288 kW 电弧闪光,这可能会杀死焊工。通常,您没有那么多可用的电源,如果有,您也无法控制它。

它可能有助于反过来解决问题。从零伏开始,您增加电压,直到电流上升到足以产生焊接的值。为此,您需要一个变压器。变压器实现了高压到低压、低压到大电流的转换。对于我们的 120 V 至 5 V、100 A 示例,初级电流仅为 \$ 100 \frac {5}{120} = 4.2 \mathrm A \$。这很容易从墙上的插座中获得。

点焊机通过工件的电阻产生热量。电阻上耗散的功率为 $$P=i^2R$$,因此您希望电流尽可能大。电流增加 10 倍对应于功耗增加 100 倍。

这与输电线路相反,在输电线路中,您希望线路中的损耗尽可能小,因此可以提高到高电压和低电流。