点焊机：高电流优于高压

我在YouTube上看了几个“ DIY点焊机”视频，例如：

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

我们在初级线圈上的匝数比在次级线圈上的匝数大得多。然后，我们将初级线圈连接到交流电压（例如240V），并将次级线圈上的电阻负载小（或将其短接）。

我已经找到了几种解释说明，它们都说随着次级电路上电压的降低，电流也相应地升高。现在，次级线圈上的电压只有几伏，但是电流可能高达几千安。高电流产生高热量，使金属熔化（次级负载）。

但是力量不应该一样吗？功率是电流和电压的乘积。由于节省了能量，因此当电流增加时，由于产品保持不变，电压也降低了。

在相反的情况下，当我们提高电压时，我可以通过查看变压器模型来了解发生了什么：

如果次级线圈数量变大，则流向R_s分支的电流变大。因此，即使电流降低，当我们从电源中“拉”出更多电流时，所使用的功率也会变得更高。

但是，当电流增加时会发生什么呢？如果初级线圈匝数更多，则看起来N_p / N_s之比较高，而流向R_s分支的电流较低。

有人可以向我解释我误会了什么吗？为什么最好提高安培数，而不是仅使用输入交流电压或提高电压而不是电流？

编辑：很多答案都陈述了电流，电阻和功率之间的关系：

但是我们也知道，根据欧姆定律，负载两端的电压也是电流的函数：

因此，如果我们有大电流，那么我们也应该有一个高电压。现在，欧姆定律和变压器似乎不同意！

我们这样做的原因是因为系统中存在两个电阻性组件：我们进行焊接的电弧和变压器本身。我们不仅在寻求最大的焊接功率，而且还可以最大程度地减少浪费。如果变压器的电阻高于焊接机的电阻，则大部分能量实际上会散发到变压器中，并且变压器会疯狂发热。如果我们减少绕组数量以减小该电阻，则可以改善功率传输，但可以降低变压器的电压。

每个系统都有一个优点。那就是他们想要瞄准的地方。对于焊机而言，最佳点包括降压至低电压和高电流。

另外，如果您有任何控制电路，则在此控制电流强度比控制电压更好。系统的电压降来自各种电线和连接。例如，如果您将更多的金属表面与良好的实心焊缝连接在一起，则系统的电阻会降低。这意味着，如果您控制电压，那么您真正要关心的只是“焊接中的电源”时，就必须注意所有这些细节。如果您改为控制安培数，那么焊缝中的功耗始终是$P=i^2R_{weld}$，它会忽略所有其他详细信息。因此，以当前的方式思考将很有帮助。

当进行焊接时，气体阻抗很高，直到开始出现小电流HV电弧，然后低压大电流电源才将跟随电流提供给低Z。

Z与电流密度成反比，该电流密度是为了提高接头中的热量 $Pd=I^2R$。

因此，由于电弧电阻变得非常低，因此无法使用低电流高压进行焊接。HV就像SCR一样只是触发器。两者都具有负增量电阻。

从我们在评论中的对话来看，您所缺少的一点是，降低电压具有两个功能：

1. 它使当前的“可管理”。如果我们仅在几伏特就能获得100 A的电流，那么在更高的电压下我们将无法控制电流。
2. 它将电流增加到大于没有变压器时电源所能提供的水平。

图1.基本的电弧焊接电路。资料来源：林肯电气。

请记住，电路的电阻极低。如果R = 0.05Ω并连接5 V电源，则得到100A。如果连接120 V电源，则得到2400 A和288 kW电弧闪光，这很可能会杀死焊机。通常，您没有那么多电源，如果有的话就无法控制它。

反过来解决问题可能会有所帮助。从零伏开始，您将增加电压，直到电流上升到足以产生焊缝的值为止。为此，您需要一个变压器。变压器进行从高电压到低电压以及从低电流到高电流的转换。对于我们的120 V至5 V（100 A），一次电流仅为$100 \frac {5}{120} = 4.2 \ \mathrm A$。可从墙上插座轻松获得。

点焊机通过工件的电阻产生热量。电阻上消耗的功率为

这与输电线路相反，在输电线路上，您希望线路中的损耗尽可能小，因此要提高高电压和低电流。

焊工通过熔化金属来工作。产生的热量是电阻乘以电流平方（I ^ 2 * R）的函数。“ R”是固定的（目标材料/焊接电极），因此增加电流将增加产生的热量。

您在这里缺少理论要点。为了达到所需的温度，您需要注入足够的功率。

正如您正确指出的那样， $P = IV$。

然而， $I = V/R$

焊点的电阻很小。 $<10m\Omega$

由于焊接点的电阻很低，因此无需在其上施加太多电压即可传导很多电流。如果您使用较高的电压，则连接将按比例传导更多的电流。电压加倍，电流也加倍，输入功率增加四倍。

（实际上，您添加的额外功率会改变电阻，因此它并不是电流的两倍。）

关键是，无论使用什么电压，都需要能够提供连接所消耗的电流。增加电压会使电流需求变大，而不是变小。

诀窍是使用足够低的电压，以使通过连接传导的电流量足以产生 $P = IV$在合理的时间内加热和熔化金属。然后需要设计变压器，以平衡这么多的电压和那么多的电流。

如果你需要 $500W$ 的力量和加入是 $5m\Omega$

你需要 $V = \surd(500 * 0.005) \approx 1.6V$

用 $1.6 / 0.005 \approx 320A$

或换一种说法。所需的电压和电流量由连接的电阻决定。由于物理原因，它会发生，所以您需要一点$V$ 和大 $I$。

这是有关点焊的有趣论文。

由于我们所说的是点焊而不是电弧焊，因此，传递给负载的全部是I ^ 2R（功率）。如果将点焊机插入带有20A断路器的常规美国插座，而没有通过变压器降低电压，则在跳闸之前可获得的最大电流为20A。（不要这样做，这是不安全的。）

通过将电压降低例如100可以得到2kA。这是传递给焊缝的功率的10,000倍。

当然会有绕组和铁芯损耗等，但这是低压大电流点焊背后的主要思想。

弧焊机的基本思想是，您不仅要熔化（至少是工件的）表面，还要熔化焊条的末端，并将熔化的金属从焊条上沉积到工件上，这样你会得到强大的联合。为此，焊条显然必须非常靠近工件。

如果电压非常高，则当焊条距离工件仍很远时，您会产生电弧。焊条的末端会（可能）熔化，并且工件可能会在电弧接触的地方熔化-但它们之间的距离不够紧密，无法将熔化的焊条沉积在工件上，因此最终焊缝最多只能是弱焊缝（很可能根本没有焊缝）。

长弧的另一个问题是，它不是很可预测的-如果您曾经看过雷雨电影，则会注意到雷电倾向于撞击附近的最高物体-但并非总是如此。有时，它会打到一个地方，然后中途罢工，而是撞到其他地方。

即使电弧很短，这种情况在某种程度上仍会发生，但是电弧移动的距离往往会很小，因此您仍然可以使热量集中在一个区域附近，因此可以获得良好的焊接效果。

最重要的是：我完全不确定这与电子产品真的有很多关系。更多有关弧焊的工作原理。

值得的是，当我年轻的时候，我碰巧在一个朋友决定将交流电焊机的输出连接到汽车线圈上的时候。它产生了大约3或4英尺长的火花-但我很确定没有人能真正焊接任何东西。

这里的问题是，实际上，电源可以提供的电流受到限制。区分是什么原因和什么是结果，或者换句话说，确定因变量和自变量也很重要-一方面，这应该清除附录中提出的问题。

假设固定的工件电阻，理想的固定电压电源（最大电流）和完美高效的变压器等，则相关性如下：电源电压 $Vp$ 和变压器匝数比 $N1/N2$ 确定二次电压 $Vs=Vp.N2/N1$，连同工件电阻 $Rs$，确定次级电流 $Is=Vs/Rs$，进而与变压器比率一起确定一次电流 $Ip=Is.N2/N1$。的最大可从电源（或变压器原可以采取的最大电流，以较小者为准）被汲取的电流是另一个独立变量。

考虑一下您的陈述“如果次级线圈数变大，则R_s支路的电流变大。因此，即使电流降低了，但随着我们从电源中“拉”出更多电流，所使用的功率也会变得更高。”

排除“即使电流已降低”子句（可能不是这种情况），就此而言，此语句的其余部分是正确的： $N2$会增加负载两端的电压，因此也会增加流过负载的电流和负载中的功率。例如，如果$N2$ 翻了一番 $Vs$ 翻倍，导致 $Is$功率也增加了一倍，因此功耗增加了三倍。结果是一次电流消耗增加了四倍，这既可以从节省一次和二次电路的能量，也可以从变压器关系中看出。$Ip=Is.N2/N1$，其中 $Is$ 和 $N2$翻了一番。但是，当增加更多的次级匝数时，初级电流不久便会达到其极限。

因此，您可以正确地说，增加次级匝数会增加传递到工件的功率，但只能达到开始使光源超载的程度。在实践中，如果将240V的电源电压直接施加到工件上，几乎可以肯定会使电源过载，在这种情况下，您将需要一个降压变压器以简单地保持在该范围内。为了提供最大的焊接功率，您需要一台降压幅度最小的变压器，同时还将一次电流保持在其极限之内。

请注意，要充分理解此问题，您不必考虑图中所示的寄生阻抗，该寄生阻抗相对较小，只是使问题复杂化而没有增加任何见识。另一方面，正如其他人所提到的，次级绕组中也会有损耗，因此您需要使用直径足够大的导线来处理次级电流-至少足以避免过热，并且除此之外，电阻越低在次级线圈中，功率的消耗较少，而不是在工件中。如果初级电路的最大电流为$Iplimit$，相应的次级电流为 $Iplmit.N1/N2$。如果如视频中所示，您正在修改现有的变压器，则可以通过可以安装在变压器电枢上的足够大的电线匝数的物理限制来设置焊机的最大功率。

另一个问题是安全性-您可以用更高的电压进行焊接，但同时也大大增加了伤害焊机的风险。