電焊機(jī)就地智能動態(tài)節(jié)能裝置的研發(fā)與使用

許丹寧，施靜波

（蕭山發(fā)電廠， 杭州 310003）

電焊機(jī)就地智能動態(tài)節(jié)能裝置的研發(fā)與使用

許丹寧，施靜波

（蕭山發(fā)電廠， 杭州 310003）

簡單分析了常規(guī)電焊機(jī)的無功損耗和常規(guī)集中無功補(bǔ)償?shù)牟蛔?，設(shè)計了就地智能無功補(bǔ)償節(jié)能裝置。這種節(jié)能裝置的使用將大大提高電焊機(jī)工作時的功率因數(shù)，節(jié)能效果明顯。

電焊機(jī)；節(jié)能裝置；研發(fā)

交流電焊機(jī)、氣體保護(hù)電焊機(jī)等焊機(jī)工作時功率因數(shù)低，特別是在電焊機(jī)空載狀態(tài)下，功率因數(shù)約為 0.1～0.3， 焊接時在 0.4～0.6 間。 例如， 現(xiàn)常使用的 BX3 電焊機(jī)系列功率因數(shù)約 0.43， BX1系列電焊機(jī)功率因數(shù)約為 0.48， BX2 系列電焊機(jī)功率因數(shù)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(yè)中耗電量較大的用電設(shè)備。

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

（1）集中補(bǔ)償裝置中電容容量一般比較大， 增加1組過補(bǔ)，減少1組欠補(bǔ)，補(bǔ)償精度低，用電損耗大，經(jīng)濟(jì)性較差。

（2）投切速度跟不上電焊機(jī)功率因數(shù)變化， 雖然高速集中補(bǔ)償設(shè)備（投切時間在 20 s 內(nèi)）可達(dá)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(jī)或電流信號采集、計算到投切輸出達(dá)到最佳補(bǔ)償容量的全部時間。

1 智能動態(tài)就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)膶崿F(xiàn)

1.1 補(bǔ)償電容器電容量的計算

根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，高壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到 0.9 以上， 低壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到 0.85以 上 ， 設(shè) 計 功 率 因 數(shù) 為 0.9， 電 容 器 功 率 為 QC，則功率因數(shù)為：

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

1.2 電容組的投切

電容量根據(jù)電焊機(jī)及空載狀態(tài)和負(fù)載的不同狀態(tài)進(jìn)行分段補(bǔ)償，電容器的控制投切開關(guān)依據(jù)焊機(jī)的工況進(jìn)行自動調(diào)整，實現(xiàn)高速無電弧投切，使焊機(jī)焊接或空載時功率因數(shù)始終保持在 0.9左右。

功率因數(shù)的計算和投切控制通過采樣模塊數(shù)據(jù)采集，單片機(jī)運(yùn)算實現(xiàn)控制高速智能，圖1為CPU 控制的補(bǔ)償電容器投切示意圖。

圖1 補(bǔ)償電容器的投切示意

2 裝置設(shè)計構(gòu)架

裝置中的處理器設(shè)有電流取樣接口，斷電信號輸出接口，電源接口，晶閘管觸發(fā)控制接口等，節(jié)能控制器結(jié)構(gòu)簡圖見圖2。

采集的電源信號經(jīng)處理并計算出當(dāng)前功率因數(shù)后（時間≤5ms）與設(shè)定值比較， 當(dāng)實際功率因數(shù)值與設(shè)定值相比較超出設(shè)定范圍時，則同步時間向晶閘管發(fā)出增（或減）電容量命令。

主控制器采用高速單片機(jī)電流反饋式監(jiān)測設(shè)計，以負(fù)載實時無功電流為投切物理量，在 20 ms內(nèi)完成信號數(shù)據(jù)采集、計算及控制輸出；晶閘管接到指令變?nèi)荩ㄔ龌驕p）指令后，在小于 20ms內(nèi)完成零投入，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整容量，避免了對投切電容器的沖擊，使運(yùn)行更加穩(wěn)定、安全、可靠。

為保證實時跟蹤投切，整個系統(tǒng)響應(yīng)時間小于 20ms。 完全可以滿足電焊等設(shè)備從空載至加載過程中快速變化負(fù)載需要，實現(xiàn)快速跟蹤補(bǔ)償， 可使其功率因數(shù)達(dá)到 0.9 以上， 提高了供電線路的傳輸能力和變壓器的負(fù)載能力，穩(wěn)定了負(fù)載端電壓，也提高了焊接質(zhì)量。

圖2 節(jié)能控制器結(jié)構(gòu)

當(dāng)檢測到空載超過設(shè)定時間后（1～100 s， 可根據(jù)需要調(diào)節(jié)設(shè)定），自動將電焊機(jī)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(dāng)操作工操作點(diǎn)焊一下，則電焊機(jī)輸出電壓立即恢復(fù)正常，以達(dá)到待機(jī)節(jié)能目的。

3 就地智能動態(tài)節(jié)能裝置使用情況

3.1 電焊機(jī)就地智能動態(tài)節(jié)能裝置的使用

該裝置已獲國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)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(shù)據(jù)見表1。 由表1可見，智能動態(tài)節(jié)能裝置投入后，電焊機(jī)工作時的功率因數(shù)大為提高。

電焊機(jī)由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為待機(jī)狀態(tài)時，裝置可在 20 s內(nèi)將空載電壓降到規(guī)定的 50%以內(nèi)， 若

表1 電焊機(jī)節(jié)能裝置投入前后測試數(shù)據(jù)

電焊機(jī) 5 min 后未見工作，節(jié)電開關(guān)將徹底切斷待機(jī)電流，以達(dá)到最大節(jié)電目的。在裝置接到新的工作指令后，5 s內(nèi)迅速自動回復(fù)工作狀態(tài)。

顯然提高電焊機(jī)的功率因數(shù)，可以使企業(yè)充分利用現(xiàn)有的變壓器容量，提高了使用效率，減少了相應(yīng)的電費(fèi)支出，節(jié)能效果明顯。同時，減少了電焊機(jī)的發(fā)熱量，延長了電焊機(jī)的使用壽命。

3.2 節(jié)電計算

以容量 22.5 kVA 的電焊機(jī) BX1-315 簡單計算，1臺電焊機(jī)工作 8 h，其中電焊機(jī)連續(xù)工作 4 h， 待機(jī)狀態(tài) 2 h， 停機(jī) 2 h， 1 年工作 300 天計算。

待 機(jī) 2 h 節(jié) 省 1.5 kWh， 待 機(jī) 停 焊 節(jié) 省 3 kWh， 每天平均節(jié)省 4 kWh。

年節(jié)約： 4×300×0.8 元 =960 元

以上數(shù)據(jù)不考慮由于設(shè)備可靠性提高及使用壽命延長取得的綜合效益。

4 結(jié)語

隨著能源價格的不斷攀升，節(jié)電意識已經(jīng)逐步在企業(yè)得到認(rèn)可，節(jié)能減排壓力日益增大，電焊機(jī)智能動態(tài)節(jié)能裝置的研發(fā)與使用，將為企業(yè)節(jié)能減排提供有力的技術(shù)支持。

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

[2]劉 靖.單 片 機(jī) 控 制 技 術(shù)[M].北 京 ： 北 京 理 工 大 學(xué) 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(fā)電廠電氣自動化工作。