关于焊机更换节能高效焊接电源的优化分析

刘小燕+潘凯

摘 要：机械制造行业用电量很大，目前工业用电采取峰平谷分段计费，我们的生产时间对应的工业用电时段为峰和平，电价在1元/度以上。用电量大、单价高，用电成本非常高，因此降低用电成本可以大幅度的减少生产制造成本。由于焊接电源一般功率比较大、使用时间长，因此换用节能高效焊接电源则可以大幅度减少公司的用电成本。

关键词：焊机；焊接电源；逆变焊机

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

0 引言

從2012年下半年以来，在煤炭消费增速放缓、产能建设超前、进口煤大幅增加等多种因素影响下，煤炭行业进入了发展的“寒冬期”，以此同时，煤机制造行业同样面临严峻的形势。机械制造行业中的用电量很大，目前工业用电采取峰平谷分段计费，我们的生产时间对应的工业用电时段为峰和平，电价在1元/kW·h以上。用电量大、单价高，用电成本非常高，因此降低用电成本可以大幅度的减少生产制造成本。由于焊接电源一般功率比较大、使用时间长，因此换用节能高效焊接电源则可以大幅度减少企业生产的用电成本。

1 技术说明及主要技术性能指标

焊接电源的主要功能是降压增流，其中降压依靠的是变压器，而变压器的体积与电流的频率有直接关系。

变压器尺寸计算公式为：

其中：Ae—有效截面积；Ap—磁芯绕线面积；PB—输出功率；f—工作频率；B—有效饱和磁通；J—电流密度；n—变压器效率；K—骨架绕线系数。

由公式可知，在输出功率PB一定的情况下工作频率f与变压器尺寸成反比。逆变焊机的主要原理就是通过提高变压器原边电流的频率，使得变压器的尺寸大幅度减小。所以逆变焊机的工作过程为：输入-整流-逆变-降压-整流-输出。其逆变频率可达15-100KHZ，这就使得焊机的变压器重量仅有相同功率普通交流焊机变压器重量的1/30左右，从而大大缩减了焊机的整体重量。

此外，普通焊机在空载时变压器依然在工作，空载损耗比较大；而逆变焊机在空载时逆变部分是不工作的，变压器原边没有电流，变压器不工作，空载电压由焊机主板提供。当焊机焊接时输出电压下降，主板控制逆变器开始工作，此时主变压器才开始工作。空载时仅有风扇和主板工作，因此空载时的能耗非常低。

以400A手工焊机为例，其对比结果为：

2 优势分析

逆变焊机与之相比具有以下优势：

（1）较普通焊机能源利用率高，最高可达到98%。需要相同的输出功率时，逆变焊机的输入功率仅为普通焊机的50%左右。

（2）空载能耗低，逆变焊机空载时的待机功率非常低，最低仅有几百瓦的待机功率。

（3）体积小，方便携带，重量仅为普通交流焊机的1/3-1/5，尤其是在某些需要移动焊机的场合使用非常方便。

（4）噪音小，可以改善工作人员的工作环境。

（5）适合于与工业机器人配合工作，组成自动焊接生产系统。

（6）与现有设备兼容，以埋弧焊为例，只需要更换焊接电源并进行相应的改造调试，即可在原有的系统上展开工作。

3 经济效益和社会效益

以400A焊机为例，每年工作300天，每天工作8小时，负载持续率60%，普通交流焊机耗电30977.52kW·h，而逆变焊机的耗电量为13992.3kW·h，每台焊机每年可节电54.83%，用电费用以1元/kW·h计算，每年每台焊机可节省电费1.7万元；当负载持续率为30%时节电61.68%，每台焊机每年可节省电费1.91万元。同时为国家节约能源的消耗，简介助其他企业的发展。

4 结语

逆变电源总的发展趋势是向着大容量、轻量化、高效率、模块化、智能化发展并以提高可靠性、高性能以及拓宽用途为核心，愈来愈广泛应用于各种弧焊方法、电阻焊、切割等工艺中。高效和高功率密度是国际弧焊逆变器追求的主要目标自之一。高频化和降低主要隐蔽式水箱器件的功耗是实现这一目标的主要技术途径。当前，在日、欧等国和地区，20KHz左右的弧焊逆变器技术已经成 熟，产品的质量较高且产品已系列化。

逆变焊接电源不仅可以用于机械加工行业，由于体积小，重量轻，便于移动，还可以用于需要经常移动焊割的煤矿矿井的建设、维护等场所中。逆变焊焊机的使用与普通焊机基本相同，使用方便。逆变焊割电源的推广，可以大幅度的降低生产成本，提高企业竞争力。

参考文献：

[1]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，1998.

[2]张光先.逆变焊机原理与设计[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]张忠仕，汪伟，陈文等.开关电源变压器磁芯气隙量的计算[J].磁性材料及器件，2008，39（01）：53-56.

作者简介：刘小燕（1988-），山东济南人，本科，助理工程师，从事煤矿机械设计工作。endprint