電焊機就地智能動態節能裝置的研發與使用

許丹寧，施靜波

（蕭山發電廠， 杭州 310003）

電焊機就地智能動態節能裝置的研發與使用

許丹寧，施靜波

（蕭山發電廠， 杭州 310003）

簡單分析了常規電焊機的無功損耗和常規集中無功補償的不足，設計了就地智能無功補償節能裝置。這種節能裝置的使用將大大提高電焊機工作時的功率因數，節能效果明顯。

電焊機；節能裝置；研發

交流電焊機、氣體保護電焊機等焊機工作時功率因數低，特別是在電焊機空載狀態下，功率因數約為 0.1～0.3， 焊接時在 0.4～0.6 間。 例如， 現常使用的 BX3 電焊機系列功率因數約 0.43， BX1系列電焊機功率因數約為 0.48， BX2 系列電焊機功率因數約為 0.62， 空載與加載變化快并且頻繁，造成大量的無功損耗，是企業中耗電量較大的用電設備。

目前普遍采用集中補償方式，但常規集中無功補償后效果很不理想，主要有以下2個方面：

（1）集中補償裝置中電容容量一般比較大， 增加1組過補，減少1組欠補，補償精度低，用電損耗大，經濟性較差。

（2）投切速度跟不上電焊機功率因數變化， 雖然高速集中補償設備（投切時間在 20 s 內）可達到要求，但實際上只是采集計算或投切1組電容的時間，而非從電焊機或電流信號采集、計算到投切輸出達到最佳補償容量的全部時間。

1 智能動態就地無功補償的實現

1.1 補償電容器電容量的計算

根據國家有關規定，高壓用戶的功率因數應達到 0.9 以上， 低壓用戶的功率因數應達到 0.85以 上 ， 設 計 功 率 因 數 為 0.9， 電 容 器 功 率 為 QC，則功率因數為：

式中：QC為電容器的安裝容量；P 為系統的有功功率； tan f1為補償前的功率因數角； cos f1為補償前 的 功 率 因 數 ； tan f2為 補 償 后 的 功 率 因 數 角 ；cos f2為補償后的功率因數。

1.2 電容組的投切

電容量根據電焊機及空載狀態和負載的不同狀態進行分段補償，電容器的控制投切開關依據焊機的工況進行自動調整，實現高速無電弧投切，使焊機焊接或空載時功率因數始終保持在 0.9左右。

功率因數的計算和投切控制通過采樣模塊數據采集，單片機運算實現控制高速智能，圖1為CPU 控制的補償電容器投切示意圖。

圖1 補償電容器的投切示意

2 裝置設計構架

裝置中的處理器設有電流取樣接口，斷電信號輸出接口，電源接口，晶閘管觸發控制接口等，節能控制器結構簡圖見圖2。

采集的電源信號經處理并計算出當前功率因數后（時間≤5ms）與設定值比較， 當實際功率因數值與設定值相比較超出設定范圍時，則同步時間向晶閘管發出增（或減）電容量命令。

主控制器采用高速單片機電流反饋式監測設計，以負載實時無功電流為投切物理量，在 20 ms內完成信號數據采集、計算及控制輸出；晶閘管接到指令變容（增或減）指令后，在小于 20ms內完成零投入，實現動態調整容量，避免了對投切電容器的沖擊，使運行更加穩定、安全、可靠。

為保證實時跟蹤投切，整個系統響應時間小于 20ms。 完全可以滿足電焊等設備從空載至加載過程中快速變化負載需要，實現快速跟蹤補償， 可使其功率因數達到 0.9 以上， 提高了供電線路的傳輸能力和變壓器的負載能力，穩定了負載端電壓，也提高了焊接質量。

圖2 節能控制器結構

當檢測到空載超過設定時間后（1～100 s， 可根據需要調節設定），自動將電焊機輸出電壓降到額定的 50%以下，電流降低到 20%以下的維持電流。當操作工操作點焊一下，則電焊機輸出電壓立即恢復正常，以達到待機節能目的。

3 就地智能動態節能裝置使用情況

3.1 電焊機就地智能動態節能裝置的使用

該裝置已獲國家知識產權局頒發的新型實用專利證書，A廠、B廠和C公司使用前后對比測試數據見表1。 由表1可見，智能動態節能裝置投入后，電焊機工作時的功率因數大為提高。

電焊機由工作狀態轉換為待機狀態時，裝置可在 20 s內將空載電壓降到規定的 50%以內， 若

表1 電焊機節能裝置投入前后測試數據

電焊機 5 min 后未見工作，節電開關將徹底切斷待機電流，以達到最大節電目的。在裝置接到新的工作指令后，5 s內迅速自動回復工作狀態。

顯然提高電焊機的功率因數，可以使企業充分利用現有的變壓器容量，提高了使用效率，減少了相應的電費支出，節能效果明顯。同時，減少了電焊機的發熱量，延長了電焊機的使用壽命。

3.2 節電計算

以容量 22.5 kVA 的電焊機 BX1-315 簡單計算，1臺電焊機工作 8 h，其中電焊機連續工作 4 h， 待機狀態 2 h， 停機 2 h， 1 年工作 300 天計算。

待 機 2 h 節 省 1.5 kWh， 待 機 停 焊 節 省 3 kWh， 每天平均節省 4 kWh。

年節約： 4×300×0.8 元 =960 元

以上數據不考慮由于設備可靠性提高及使用壽命延長取得的綜合效益。

4 結語

隨著能源價格的不斷攀升，節電意識已經逐步在企業得到認可，節能減排壓力日益增大，電焊機智能動態節能裝置的研發與使用，將為企業節能減排提供有力的技術支持。

[1]馬 平.交 流 電 焊 機 無 功 補 償 的 方 法[J].電 力 與 水 利 ，2007（11）∶61-62.

[2]劉 靖.單 片 機 控 制 技 術[M].北 京 ： 北 京 理 工 大 學 出 版社，2008.

（本文編輯：楊 勇）

Development and App lication of the Local Intellectual Dynam ic Energy-saving Device of the Electric Welding M achine

XU Dan-ning， SHIJing-bo
（Xiaoshan Power Plant， Hangzhou 311200， China）

This article briefly introduces reactive power loss of ordinary electric weldingmachine and demerits of concentrated reactive power compensation.It devises a local intellectual dynamic energy-saving device，whichmay significantly improve power factor of electric weldingmachine and saves energy to a greatextent.

:electric weldingmachine； energy-saving device； development

TG432

：B

： 1007-1881（2012）11-0017-02

2012-01-18

許丹寧（1971-）， 男， 杭州人， 助理工程師， 從事發電廠電氣自動化工作。