關(guān)于焊機(jī)更換節(jié)能高效焊接電源的優(yōu)化分析

劉小燕+潘凱

摘 要：機(jī)械制造行業(yè)用電量很大，目前工業(yè)用電采取峰平谷分段計(jì)費(fèi)，我們的生產(chǎn)時(shí)間對(duì)應(yīng)的工業(yè)用電時(shí)段為峰和平，電價(jià)在1元/度以上。用電量大、單價(jià)高，用電成本非常高，因此降低用電成本可以大幅度的減少生產(chǎn)制造成本。由于焊接電源一般功率比較大、使用時(shí)間長(zhǎng)，因此換用節(jié)能高效焊接電源則可以大幅度減少公司的用電成本。

關(guān)鍵詞：焊機(jī)；焊接電源；逆變焊機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.008

0 引言

從2012年下半年以來(lái)，在煤炭消費(fèi)增速放緩、產(chǎn)能建設(shè)超前、進(jìn)口煤大幅增加等多種因素影響下，煤炭行業(yè)進(jìn)入了發(fā)展的“寒冬期”，以此同時(shí)，煤機(jī)制造行業(yè)同樣面臨嚴(yán)峻的形勢(shì)。機(jī)械制造行業(yè)中的用電量很大，目前工業(yè)用電采取峰平谷分段計(jì)費(fèi)，我們的生產(chǎn)時(shí)間對(duì)應(yīng)的工業(yè)用電時(shí)段為峰和平，電價(jià)在1元/kW·h以上。用電量大、單價(jià)高，用電成本非常高，因此降低用電成本可以大幅度的減少生產(chǎn)制造成本。由于焊接電源一般功率比較大、使用時(shí)間長(zhǎng)，因此換用節(jié)能高效焊接電源則可以大幅度減少企業(yè)生產(chǎn)的用電成本。

1 技術(shù)說(shuō)明及主要技術(shù)性能指標(biāo)

焊接電源的主要功能是降壓增流，其中降壓依靠的是變壓器，而變壓器的體積與電流的頻率有直接關(guān)系。

變壓器尺寸計(jì)算公式為：

其中：Ae—有效截面積；Ap—磁芯繞線(xiàn)面積；PB—輸出功率；f—工作頻率；B—有效飽和磁通；J—電流密度；n—變壓器效率；K—骨架繞線(xiàn)系數(shù)。

由公式可知，在輸出功率PB一定的情況下工作頻率f與變壓器尺寸成反比。逆變焊機(jī)的主要原理就是通過(guò)提高變壓器原邊電流的頻率，使得變壓器的尺寸大幅度減小。所以逆變焊機(jī)的工作過(guò)程為：輸入-整流-逆變-降壓-整流-輸出。其逆變頻率可達(dá)15-100KHZ，這就使得焊機(jī)的變壓器重量?jī)H有相同功率普通交流焊機(jī)變壓器重量的1/30左右，從而大大縮減了焊機(jī)的整體重量。

此外，普通焊機(jī)在空載時(shí)變壓器依然在工作，空載損耗比較大；而逆變焊機(jī)在空載時(shí)逆變部分是不工作的，變壓器原邊沒(méi)有電流，變壓器不工作，空載電壓由焊機(jī)主板提供。當(dāng)焊機(jī)焊接時(shí)輸出電壓下降，主板控制逆變器開(kāi)始工作，此時(shí)主變壓器才開(kāi)始工作?？蛰d時(shí)僅有風(fēng)扇和主板工作，因此空載時(shí)的能耗非常低。

以400A手工焊機(jī)為例，其對(duì)比結(jié)果為：

2 優(yōu)勢(shì)分析

逆變焊機(jī)與之相比具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）較普通焊機(jī)能源利用率高，最高可達(dá)到98%。需要相同的輸出功率時(shí)，逆變焊機(jī)的輸入功率僅為普通焊機(jī)的50%左右。

（2）空載能耗低，逆變焊機(jī)空載時(shí)的待機(jī)功率非常低，最低僅有幾百瓦的待機(jī)功率。

（3）體積小，方便攜帶，重量?jī)H為普通交流焊機(jī)的1/3-1/5，尤其是在某些需要移動(dòng)焊機(jī)的場(chǎng)合使用非常方便。

（4）噪音小，可以改善工作人員的工作環(huán)境。

（5）適合于與工業(yè)機(jī)器人配合工作，組成自動(dòng)焊接生產(chǎn)系統(tǒng)。

（6）與現(xiàn)有設(shè)備兼容，以埋弧焊為例，只需要更換焊接電源并進(jìn)行相應(yīng)的改造調(diào)試，即可在原有的系統(tǒng)上展開(kāi)工作。

3 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

以400A焊機(jī)為例，每年工作300天，每天工作8小時(shí)，負(fù)載持續(xù)率60%，普通交流焊機(jī)耗電30977.52kW·h，而逆變焊機(jī)的耗電量為13992.3kW·h，每臺(tái)焊機(jī)每年可節(jié)電54.83%，用電費(fèi)用以1元/kW·h計(jì)算，每年每臺(tái)焊機(jī)可節(jié)省電費(fèi)1.7萬(wàn)元；當(dāng)負(fù)載持續(xù)率為30%時(shí)節(jié)電61.68%，每臺(tái)焊機(jī)每年可節(jié)省電費(fèi)1.91萬(wàn)元。同時(shí)為國(guó)家節(jié)約能源的消耗，簡(jiǎn)介助其他企業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

逆變電源總的發(fā)展趨勢(shì)是向著大容量、輕量化、高效率、模塊化、智能化發(fā)展并以提高可靠性、高性能以及拓寬用途為核心，愈來(lái)愈廣泛應(yīng)用于各種弧焊方法、電阻焊、切割等工藝中。高效和高功率密度是國(guó)際弧焊逆變器追求的主要目標(biāo)自之一。高頻化和降低主要隱蔽式水箱器件的功耗是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要技術(shù)途徑。當(dāng)前，在日、歐等國(guó)和地區(qū)，20KHz左右的弧焊逆變器技術(shù)已經(jīng)成 熟，產(chǎn)品的質(zhì)量較高且產(chǎn)品已系列化。

逆變焊接電源不僅可以用于機(jī)械加工行業(yè)，由于體積小，重量輕，便于移動(dòng)，還可以用于需要經(jīng)常移動(dòng)焊割的煤礦礦井的建設(shè)、維護(hù)等場(chǎng)所中。逆變焊焊機(jī)的使用與普通焊機(jī)基本相同，使用方便。逆變焊割電源的推廣，可以大幅度的降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者簡(jiǎn)介：劉小燕（1988-），山東濟(jì)南人，本科，助理工程師，從事煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)工作。endprint