呂欣珂，朱 勇

(黑龍江大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150080)

0 前言

交流手弧電焊機(jī)暫時(shí)停焊期間，雖然二次側(cè)已開路無電流，但一次側(cè)仍有電流，空載損耗可達(dá)1～2 kVA。另外，交流焊機(jī)對電網(wǎng)來說是電感性負(fù)載，無功功率在電源容量中占有很大比重，大大降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)，電能不能充分利用。

在此介紹一種交流焊機(jī)電子延時(shí)空載節(jié)能器，既能降低空載損耗，又能降低無功損耗，提高功率因數(shù)。該節(jié)能器的主要功能是:當(dāng)焊條與焊件短接(起弧)，焊機(jī)一次側(cè)能自動接通電源進(jìn)行正常焊接;當(dāng)焊接暫停電弧熄滅時(shí)，如果經(jīng)過一段時(shí)間后仍不能焊接，節(jié)能器便自動切斷電焊機(jī)的初級電源，或?qū)⒁淮慰蛰d電流降至很小，從而減少了空載損耗。根據(jù)需要延時(shí)時(shí)間在10～50 s內(nèi)可調(diào)。由于電焊機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電感量很大，變壓器一次側(cè)自動斷電后，還能大量減少無功損耗，從而有效提高了電網(wǎng)的功率因數(shù)［1］。這對于高空作業(yè)尤為重要，因?yàn)楹附訒r(shí)焊機(jī)在地面上，而人在高空作業(yè)，當(dāng)焊工休息或其他原因暫時(shí)停焊時(shí)，不需要由人上下奔忙去斷開或閉合焊機(jī)電源，節(jié)能器即可自動完成。

1 電路組成

根據(jù)節(jié)能器實(shí)現(xiàn)的功能要求，節(jié)能器由傳感器、維護(hù)電源、延時(shí)控制電路三部分組成，其電路原理如圖1所示。

1.1 傳感器

傳感器采用電壓傳感器或電流傳感器。電壓傳感器是利用焊機(jī)焊接時(shí)二次電壓低、停焊空載時(shí)二次電壓高的特點(diǎn)，使延時(shí)控制電路實(shí)現(xiàn)不同的控制來接通或斷開焊接電源。這種方法的缺點(diǎn)是:當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時(shí)，二次電壓也波動，對控制電路干擾大，工作可靠性差。本設(shè)計(jì)采用電流傳感器，將電流互感器串入焊機(jī)二次側(cè)回路中，正常焊接時(shí)，二次側(cè)有電流，而停焊空載時(shí)，二次側(cè)開路無電流，從而使延時(shí)控制電路產(chǎn)生不同的控制，達(dá)到接通或斷開焊接電源的目的。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是電網(wǎng)電壓波動不會影響延時(shí)控制電路，工作可靠。圖1中LH即為電流互感器。

圖1 電子延時(shí)空載節(jié)能器電路原理

1.2 維弧電源

維弧電源的功能是:當(dāng)焊機(jī)停焊空載時(shí)，延時(shí)控制電路一旦切斷了焊機(jī)一次電源，由于焊機(jī)一次、二次側(cè)均斷電，延時(shí)控制電路無法工作，當(dāng)再次焊接時(shí)，焊機(jī)電源不能自動接通，只能由人工接通。為此，需要在焊機(jī)電源切斷之后用另外一個(gè)小能量的電源維持控制電路的供電電壓，一旦再次焊接，焊機(jī)電源會立即自動接通，迅速起弧。它由圖1中的電源變壓器 T、整流橋 UR、C5、C6、R4組成的 π形濾波電路組成［2］。

1.3 電子延時(shí)控制電路

電子延時(shí)控制電路的功能是:當(dāng)需要焊接時(shí)，電流互感器通過取樣電阻提供取樣電壓，經(jīng)整流濾波之后控制三極管V導(dǎo)通，使繼電器和交流接觸器動作，焊機(jī)一次側(cè)電源接通，正常進(jìn)行焊接。當(dāng)停焊時(shí)，電流互感器中無電流，盡管取樣電壓為零，但電路仍能延時(shí)一定時(shí)間之后使三極管V截止，使繼電器和交流接觸器動作，切斷焊機(jī)電源［3］。它由圖1中開關(guān)三極管V，整流二極管VD5，電壓取樣電阻R2、調(diào)延時(shí)電位器 RP*，電容 C2、C3、C4及電流繼電器KI和交流接觸器KM組成。

2 延時(shí)控制電路及整機(jī)工作原理

2.1 延時(shí)控制電路各元器件的作用

延時(shí)控制電路是節(jié)能器整機(jī)電路的核心。該電路中各元器件的作用如下:二極管VD5是半波整流二極管;R2既是整流的負(fù)載電阻，也是將電流互感器中的電流變?yōu)殡妷旱娜与娮?。C4為濾波電容，C2是高頻濾波電容，以防止高頻干擾信號引起三極管誤導(dǎo)通。C3為過電壓保護(hù)電容，防止三極管截止時(shí)，繼電器KI電感線圈兩端產(chǎn)生的反電壓擊穿三極管。Rb為基極限流電阻。RP*與C4既能構(gòu)成RC濾波電路，又能調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間。電流繼電器KI作為中間繼電器來控制交流接觸器KM［4］。

2.2 整機(jī)工作原理

總電源開關(guān)QS合上，380 V的交流電壓加至電源變壓器T的一次側(cè)，通過整流濾波后的直流電壓加在了開關(guān)三極管V的集電極與發(fā)射極之間。至于三極管導(dǎo)通與否，取決于基極和發(fā)射極之間的控制電壓。

合閘后若不進(jìn)行焊接(空載)，焊機(jī)二次側(cè)開路，電流互感器中無電流，R2兩端的取樣電壓為零，三極管V截止，繼電器KI失電，KI-1常開觸電斷開，交流接觸器KM失電，常開觸電KM-1斷開，焊機(jī)一次側(cè)由R1、C1構(gòu)成閉合回路，由于R1、C1的阻抗很大，使一次空載電流很小，減少了空載損耗。而且電容C1又可以調(diào)高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低了無功損耗，達(dá)到節(jié)能目的［5］。

合閘后進(jìn)行焊接(焊條與工件短路)時(shí)，焊機(jī)二次側(cè)中電流互感器有電流，R2兩端的取樣電壓經(jīng)整流濾波后加至三極管V的發(fā)射結(jié)，使V導(dǎo)通，繼電器KI得電吸合，常開觸電KI-1閉合，交流接觸器KM得電吸合，其常開觸點(diǎn)KM-1閉合，降壓元件C1、R1被短路，焊機(jī)一次側(cè)正常供電，保證正常焊接。

當(dāng)焊接過程中因某種原因臨時(shí)停焊時(shí)，雖然焊機(jī)二次側(cè)開路，電流互感器中無電流，R2兩端也無取樣電壓，但三極管并不立即截止。其原因是焊接時(shí)對大電容C4充電，儲存了電荷，這時(shí)C4要進(jìn)行放電，放電回路有兩個(gè):一個(gè)是從C4正極通過R2、RP*到負(fù)極;另一路是從C4正極通過三極管V的發(fā)射結(jié)再經(jīng)Rb到負(fù)極。只有當(dāng)電容C4兩端電壓放電到小于三極管V的死區(qū)電壓時(shí)，V才截止。這時(shí)繼電器KI失電，交流接觸器失電，KM-1又?jǐn)嚅_，焊機(jī)一次側(cè)由R1、C1降壓閉合。這就保證了停焊之后有一定的延時(shí)時(shí)間才切斷主電源，其延時(shí)時(shí)間根據(jù)需要調(diào)整RP*即可。

3 節(jié)能效果試驗(yàn)

經(jīng)過對BX1-300型交流電焊機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表可算出:空載時(shí)可減少的視在功率為ΔS1=380 ×(6.5-0.01)≈2446 VA。焊接時(shí)可減少的視在功率為ΔS2=380×(27-18)≈3420 VA。如果節(jié)約的視在功率完全用在純電阻性負(fù)載上，其節(jié)約的功率為 ΔP1=ΔS1=2466 W，ΔP2=ΔS2=3420 W。

若每個(gè)工作班次按空載時(shí)間t1=2 h，焊接時(shí)間按t2=3 h計(jì)算，則每班次節(jié)約的電能為ΔW=ΔP1·t1+ΔP2·t2=15.19 kW·h。

4 結(jié)論

著重分析了交流焊機(jī)延時(shí)空載節(jié)能器的組成和原理，經(jīng)試驗(yàn)證明，節(jié)能效果較好。但由于電焊機(jī)的種類不同，加上制造節(jié)能器的工藝結(jié)構(gòu)和元器件質(zhì)量有差異，即使采用本研究中的原理電路做出的節(jié)能器效果也不完全相同，存在差異是正常的，并不是電路的問題。

［1］電工手冊編寫組.電工手冊［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1981:1395-1396.

［2］楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程(第三版)［M］.北京:高等教育出版社，2006:393-397.

［3］楊 錚.電工、電子技術(shù)實(shí)習(xí)與課程設(shè)計(jì)［M］.北京:中國電力出版社，2004:70.

［4］張慶雙.實(shí)用電子電路200例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004:110-111.

［5］柯節(jié)成.簡明電子元器件手冊［M］.北京:高等教育出版社，2001:22.