關于焊機更換節能高效焊接電源的優化分析

劉小燕+潘凱

摘 要：機械制造行業用電量很大，目前工業用電采取峰平谷分段計費，我們的生產時間對應的工業用電時段為峰和平，電價在1元/度以上。用電量大、單價高，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制造成本。由于焊接電源一般功率比較大、使用時間長，因此換用節能高效焊接電源則可以大幅度減少公司的用電成本。

關鍵詞：焊機；焊接電源；逆變焊機

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

0 引言

從2012年下半年以來，在煤炭消費增速放緩、產能建設超前、進口煤大幅增加等多種因素影響下，煤炭行業進入了發展的“寒冬期”，以此同時，煤機制造行業同樣面臨嚴峻的形勢。機械制造行業中的用電量很大，目前工業用電采取峰平谷分段計費，我們的生產時間對應的工業用電時段為峰和平，電價在1元/kW·h以上。用電量大、單價高，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制造成本。由于焊接電源一般功率比較大、使用時間長，因此換用節能高效焊接電源則可以大幅度減少企業生產的用電成本。

1 技術說明及主要技術性能指標

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系。

變壓器尺寸計算公式為：

其中：Ae—有效截面積；Ap—磁芯繞線面積；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—骨架繞線系數。

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。逆變焊機的主要原理就是通過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。所以逆變焊機的工作過程為：輸入-整流-逆變-降壓-整流-輸出。其逆變頻率可達15-100KHZ，這就使得焊機的變壓器重量僅有相同功率普通交流焊機變壓器重量的1/30左右，從而大大縮減了焊機的整體重量。

此外，普通焊機在空載時變壓器依然在工作，空載損耗比較大；而逆變焊機在空載時逆變部分是不工作的，變壓器原邊沒有電流，變壓器不工作，空載電壓由焊機主板提供。當焊機焊接時輸出電壓下降，主板控制逆變器開始工作，此時主變壓器才開始工作。空載時僅有風扇和主板工作，因此空載時的能耗非常低。

以400A手工焊機為例，其對比結果為：

2 優勢分析

逆變焊機與之相比具有以下優勢：

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

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

（3）體積小，方便攜帶，重量僅為普通交流焊機的1/3-1/5，尤其是在某些需要移動焊機的場合使用非常方便。

（4）噪音小，可以改善工作人員的工作環境。

（5）適合于與工業機器人配合工作，組成自動焊接生產系統。

（6）與現有設備兼容，以埋弧焊為例，只需要更換焊接電源并進行相應的改造調試，即可在原有的系統上展開工作。

3 經濟效益和社會效益

以400A焊機為例，每年工作300天，每天工作8小時，負載持續率60%，普通交流焊機耗電30977.52kW·h，而逆變焊機的耗電量為13992.3kW·h，每臺焊機每年可節電54.83%，用電費用以1元/kW·h計算，每年每臺焊機可節省電費1.7萬元；當負載持續率為30%時節電61.68%，每臺焊機每年可節省電費1.91萬元。同時為國家節約能源的消耗，簡介助其他企業的發展。

4 結語

逆變電源總的發展趨勢是向著大容量、輕量化、高效率、模塊化、智能化發展并以提高可靠性、高性能以及拓寬用途為核心，愈來愈廣泛應用于各種弧焊方法、電阻焊、切割等工藝中。高效和高功率密度是國際弧焊逆變器追求的主要目標自之一。高頻化和降低主要隱蔽式水箱器件的功耗是實現這一目標的主要技術途徑。當前，在日、歐等國和地區，20KHz左右的弧焊逆變器技術已經成 熟，產品的質量較高且產品已系列化。

逆變焊接電源不僅可以用于機械加工行業，由于體積小，重量輕，便于移動，還可以用于需要經常移動焊割的煤礦礦井的建設、維護等場所中。逆變焊焊機的使用與普通焊機基本相同，使用方便。逆變焊割電源的推廣，可以大幅度的降低生產成本，提高企業競爭力。

參考文獻：

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[3]張忠仕，汪偉，陳文等.開關電源變壓器磁芯氣隙量的計算[J].磁性材料及器件，2008，39（01）：53-56.

作者簡介：劉小燕（1988-），山東濟南人，本科，助理工程師，從事煤礦機械設計工作。endprint