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一、电源伏安特性曲线和外电阻伏安特性曲线解决小灯泡实际功率

电源的伏安特性曲线，我们通常称之为电源的外特性，一般表现为一条斜率为负的直线。在坐标系中，纵坐标代表电压U，该直线的方程为U=E，其中E为电源电动势；横坐标代表电流I，该直线的方程为I=E/r，r是电源内阻，由于r一般很小，因此该直线的斜率主要由电源内阻决定。

再将外电阻的伏安特性曲线画在同一坐标系中，例如一个钨丝灯泡的伏安特性曲线。由于温度变化的影响，该电阻不是一个稳定的电阻，因此其伏安特性不是一条直线。我们可以看到两条线的交点处为Q，Q的纵坐标是电压，我们称为UQ；Q的横坐标是电流，我们称为IQ。

对于电源而言，UQ即为电源的路端电压；对于负载而言，UQ即为负载两端的电压。同理，IQ即为负载上的电流。因此，负载的功率P可由UQ和IQ计算得出，即P=UQ*IQ。这种方法可以用来解决非线性负载电路的问题。

通过这种图解法，我们可以直观地了解电源与负载之间的关系，进而解决实际问题。例如，当电源与负载匹配时，可以达到最大功率传输；当负载变化时，可以通过调整电源或负载来保持功率传输效率。

此外，这种图解法还可以应用于其他非线性负载电路，如变压器、电容等。通过对这些负载的伏安特性曲线进行分析，可以更好地理解其工作原理，为实际应用提供指导。

二、什么叫外特性曲线?

外特性曲线是一种反应某个系统整体行为的图形。它通常描述了某个器件、电路或者系统在经过不同的控制变量（如电压、电流、温度、光强等）时的响应变化规律。外特性曲线在理解系统行为和优化性能方面非常重要，因此掌握如何绘制它们非常重要。
为了画出外特性曲线，需要按照以下步骤操作。首先，需要确定测试样本的类型和依赖变量，例如电压或电流。第二步是准备测试装置并安装测试样本。这可能包括安装传感器或多个设备以确定各种变量。第三步是准备收集数据的设备。这可以涵盖数据采集器、计算机或模拟器等，以便将实验测量结果转换为数值变量。第四步是执行测试并记录数据，这通常涉及手动或计算机辅助控制设备来记录不同的测量，并在给定范围内扫描不同的依赖变量。最后一步是数据分析，包括将结果图表化以获得外特性曲线。
绘制外特性曲线与系统有关，要绘制的曲线也会根据要研究的系统不同而有所不同。但是，通常情况下，外特性曲线可以分为两种类型：函数型和非函数型。函数型的外特性曲线是典型的连续线性曲线，如正弦或余弦函数。非函数型的曲线通常是离散的，具有数据点集合，如随机点云。
为了更好地理解外特性曲线的形式，可以掌握一些常见的例子。例如，电子器件的典型外特性曲线包括电阻、电容和电流外特性曲线。同样，光学器件的外特性曲线可能显示出不同波长或光强度下的反射率、透射率或红外发射率。其他领域中也有类似的外特性曲线的应用，例如机械、化学或流体力学。
总之，绘制外特性曲线可以帮助我们更好地理解系统的行为。通过了解系统如何响应不同的依赖变量，我们可以更好地优化系统性能，使其达到最佳状态。

弧焊电源的特性（静特性、外特性和动特性）解析

原创2022-05-05 07:30·河南老郭一、电弧静特性

电弧静特性是指在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系，也可以叫做焊接电弧的伏-安特性。它反映了电弧在稳定燃烧时的静态（或稳态）电流和电压之间的关系。表示这种关系的曲线，就称为电弧静特性曲线。

电弧静特性曲线

我们知道通常金属的电阻是一个常数，其电流和电压的关系是线性关系。电弧也是一个电阻性的负载，但它不同于一般的电阻负载。因为电阻的大小与电弧的温度有关，而电弧的温度又与电弧的电流有直接的关系，对于不同数值的电弧电压就有不同的电弧温度，而不同的电弧温度，电弧电阻又不同，所有电弧的电阻就不是一个常数，电弧负载就不是一个线性负载，而是随电流的变化而变化的负载。

这样一来，电弧电压与电流的关系也就不再是一个线性关系。由图可以看出，当电流变化较大的时候，电弧的静特性可分为性质不同的三段：下降特性段（ab段）、平特性段(bc段)、和上升段（cd段）。

在ab段，电弧电压随电流的增加而下降；在bc段，电弧电压不随电流变化而变化，基本保持恒定；在cd段，电弧电压随电流增加而升高，有近似的线性关系，曲线上翘。

这是因为，当焊接电流比较小时（即在ab段），电流增加，极性斑点和弧柱的截面积也相应增加，电流密度电流密度基本差不多，但对弧柱来讲，电流增加，弧柱变粗，单位弧长散热面的增加却慢的多，这样导致弧柱温度上升，电离度提高，导电性能改善，电阻率迅速降低。结果使得电弧电压随着电流的增加而减小，出现了所谓的负特性。

在bc段，虽然其基本情况与上段类似，弧柱电阻随着电流的增加有所下降，但其下降的速度却比ab段缓慢得多，因为弧柱的面积虽然仍在扩展，但此时受到电极面积，电极金属蒸发和等离子流的作用等的限制，能量消耗随电流的增加而增加，使弧柱电阻率下降的速度与电流的上升速度基本相当，出现了平特性段。

在cd段，电流继续增大时情况就不同，因为受到电极面积、电极金属的大量蒸发、等离子和电磁收缩力的作用等限制，电弧断面不能随电流增加而任意增加，电弧的导电率将大大减小，因此要保证在较小的面积通过较大的电流，则必须提高电场的强度，使电弧压降增加，即随着电流的增加电弧电压也必须增加。所有出现了上升特性段。

综上所述在电流值变化范围很大时，随着电流的增加，焊接电弧出现一个U形状伏——安特性曲线，即首先出现一个下降特性段，随后是平特性段，最终变为上升特性段。

每一种电弧焊接方法在一定条件下只适应于此特性曲线的某一范围，如在ab段，电流很小，在这种规范下，如果不采取特殊措施，电弧不容易引燃，所有一般弧焊不用此段，此段只适用于某些特殊情况（如小电流脉冲氩气保护焊）。

大多数焊接（如手工电弧焊、埋弧焊等）都在bc段内工作，即电弧电压不随电流的变化而变化；对于电弧特性的上升段（cd）段，只是在焊丝中电流密度较高的情况下才适应，例如细丝熔化极气体保护焊、大电流密度的埋弧焊和高压缩电弧焊等都在这段范围工作。

二、弧焊电源外特性

在规定范围内，焊机弧焊电源稳态输出电流和电压间的关系，称为电源的外特性。电源的外特性如图2-3所示。电源的外特性通常是以电压为纵轴、电流为横轴的坐标上用曲线形式表达的，该曲线称为电源的外特性曲线。

外特性曲线可分为三种，图2-3中的曲线1、2、3分别为陡降外特性、平硬外特性和上升外特性。它们反映了电源的工作状况和使用性能。

电源的外特性曲线

输出电流在运行范围内增加时，电压随之显著降低的外特性称为陡降外特性。从图可看到陡降外特性的特征：当电流从零开始增加时，电压从空载电压逐步下降，直至降到零。电压为零时的电流Ιa，称为短路电流。一般陡降外特性焊机短路电流为焊接电流的120%～130%，最大不超过焊接电流的150%。

随着晶阀管弧焊电源、晶体管弧焊电源和逆变弧焊电源的相继问世，电源的调节特性不断改善，可以获得恒流加外拖、L型、阶梯型、多折线形等形状较复杂的外特性，以适应熔化及脉冲氩弧焊和某些有特殊工艺要求的焊接需要。

弧焊电源下降外特性中垂直下降(恒流)外特性电源，焊接工艺参数最稳定，电弧弹性也最好。但是，垂直下降特性其短路电流也最小，这将造成引弧困难，电弧推力弱、熔池浅，而且熔滴过渡困难。

因此弧焊电源采用恒流特性时，最好能增加外拖特性，在短路时通过外拖增大短路电流，提高了引弧性能和电弧熔透能力。而且可以根据焊条类型、板厚和工件位置的不同来调节外托拐点和外托部分斜率，以使熔滴过程具有合适推力从而得到稳定的焊接过程和良好的焊缝成形。

三、弧焊电源动特性

弧焊电源动特性是指电弧负载状态发生瞬间变化时，弧焊电源输出电流和输出电压与时间的关系，它表达了弧焊电源对负载瞬间变化的反应能力，焊接电弧对供电的弧焊电源来说是一个动态负载。

弧焊电源动特性对电弧稳定性、熔滴过渡、飞溅及焊缝成形等都有影响，它是直流弧焊电源的一项重要技术指标。

用动特性好的弧焊电源焊接，容易引弧，焊接过程中电弧长度发生变化时也不易熄弧，飞溅较少；与此相反，用动特性差的弧焊电源焊接，引弧时焊条很容易粘在焊件上，焊接过程中电弧长度发生变化时就容易熄弧，飞溅也较严重。

总之，不同的弧焊电源选择不同的动特性达到不同的弧焊工艺要求。影响引弧性能的电源特性参数是空载电压、电流外拖量、短路电流上升率，其中空载电压对引弧性能的影响最大。影响电弧弹性的电源特性参数是转折电压、外特性曲线斜率，其中转折电压对电弧弹性影响最大。影响焊缝成形的电源特性参数是外拖拐点电压、外特性曲线斜率、电流外拖量。影响焊接飞溅的电源特性参数是电流外拖量、外拖拐点电压、外特性曲线斜率、短路电流上升率和超调量。

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