節(jié)能電焊機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)范文

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《電焊機(jī)雜志》2016年第三期

摘要：

如何提高電焊機(jī)的能源利用率是國家及企業(yè)日益關(guān)注的問題，介紹了不同類別電弧焊機(jī)的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，以及能效測試中遇到的問題，提出了在節(jié)能設(shè)計(jì)和產(chǎn)品整改方面的部分解決方案，能效指標(biāo)與EMC的諧波指標(biāo)關(guān)聯(lián)度，在節(jié)能焊機(jī)的設(shè)計(jì)和測試中具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：

節(jié)能電焊機(jī)；電焊機(jī)能效；電焊機(jī)現(xiàn)狀

我國屬于能源資源不足且利用率較低的國家，能源戰(zhàn)略已上升為國家戰(zhàn)略。近10年來，國家出臺(tái)了很多與能源利用率有關(guān)的政策，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、家電下鄉(xiāng)、惠民工程等，其目的都是為了提高能源利用率，減少能源消耗率。2008年，電焊機(jī)行業(yè)開始啟動(dòng)能效標(biāo)準(zhǔn)的研究，2012年首次了電焊機(jī)行業(yè)能效標(biāo)準(zhǔn)，“節(jié)能”也逐步成為電焊機(jī)行業(yè)的熱點(diǎn)話題之一。

1目前涉及的節(jié)能電焊機(jī)產(chǎn)品范圍

當(dāng)前的GB28736-2012《電弧焊機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)只涉及電弧焊機(jī)，不涉及電阻焊機(jī)。正申請(qǐng)修訂該標(biāo)準(zhǔn)，修訂后可能會(huì)同時(shí)涉及電弧焊機(jī)和電阻焊機(jī)。

2GB28736-2012《電弧焊機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》簡介

（1）驗(yàn)證試驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)階段：在標(biāo)準(zhǔn)起草之前做了大量的驗(yàn)證試驗(yàn)，共隨機(jī)抽取了420多臺(tái)各種類型的電弧焊機(jī)進(jìn)行測試摸底，最后按不同類別電弧焊機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為該標(biāo)準(zhǔn)的制定提供數(shù)據(jù)支撐。（2）確定各種能效級(jí)別的比例和原則：1級(jí)能效控制在5%以內(nèi)，本標(biāo)準(zhǔn)是首次制定，同時(shí)考慮到電焊機(jī)的發(fā)展，將1級(jí)能效控制在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的1.5%；2級(jí)能效控制在20%以內(nèi)，制定時(shí)實(shí)際控制在15%；3級(jí)能效控制在80%以內(nèi)，制定時(shí)實(shí)際控制在70%。（3）具體適用范圍：不適用于交流TIG電弧焊機(jī)、交直流兩用TIG電弧焊機(jī)、由機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)的電弧焊機(jī)以及非專業(yè)人員使用的限制負(fù)載的手工金屬弧焊電源。（4）考核指標(biāo)：電弧焊機(jī)能效包括效率（η）、功率因數(shù)（Pf）、空載電流與額定輸入電流的占比（I10/I1N）三個(gè)指標(biāo)。3級(jí)只要求考核效率，2級(jí)要求考核效率和功率因數(shù)，1級(jí)要求考核效率、功率因數(shù)和空載電流與額定輸入電流的占比。注意：非專業(yè)人員使用的限制負(fù)載的手工金屬弧焊電源是指現(xiàn)行的GB15579.6（等同IEC60974-6）范圍內(nèi)產(chǎn)品。由于IEC60974-6的重大變化，且IEC60974-6的標(biāo)準(zhǔn)名稱也不再是“非專業(yè)人員使用的限制負(fù)載的手工金屬弧焊電源”，也擴(kuò)大了額定電流的范圍和產(chǎn)品類別，2015年將對(duì)GB15579.6進(jìn)行改版。下一版的GB28736將取消“不適用于非專業(yè)人員使用的限制負(fù)載的手工金屬弧焊電源”的限制。

3國際上對(duì)能效問題的關(guān)注情況

IEC/TC26的IEC60974-1的附錄M已經(jīng)提出了關(guān)于效率的測試方法、樣品狀態(tài)、測試條件、測試用電源要求（附錄G）等，說明他們也在關(guān)注電焊機(jī)的節(jié)能問題。目前，IEC/TC26已經(jīng)將能效的研究作為發(fā)展戰(zhàn)略。

4能效測試中遇到的問題

（1）工頻焊機(jī)比較容易得到能效的準(zhǔn)確值，而對(duì)于逆變式電焊機(jī)，這三個(gè)指標(biāo)的測試手段要求比較高，容易出現(xiàn)不確定性。從有功功率的表達(dá)式可以看出，它不只與基波有關(guān)，還與諧波（若有）有關(guān)，而且是矢量和。若被測試的樣品（EUT）和供電電源都帶有諧波，測試儀器無法分辨EUT和供電電源本身波形畸變或相移的大小，測試結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)偏差。（2）為得到統(tǒng)一的測試結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)要求供電電源的畸變應(yīng)符合要求?；谶@個(gè)目的，國際上推出了一種“純凈電源”供電方案，這是一個(gè)比較通行的做法，但不是唯一的解決方案。只要能提供足夠的證據(jù)證明向EUT供電電源的畸變率和阻抗等指標(biāo)在整過測試過程中持續(xù)符合要求也可行。經(jīng)過驗(yàn)證，很難滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，除非有電廠的直饋線路。（3）相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)能效測試用電源的主要要求：內(nèi)阻要足夠?。ú煌a(chǎn)品的要求由差異）；電壓穩(wěn)定≤±2％；頻率穩(wěn)定度≤±0.5％；對(duì)三相電源的相間基波的相位精度為120°±1.5°；測試時(shí)，試驗(yàn)電源的電壓諧波含量要?。ㄈ?、5、7、9和11次以上諧波含量應(yīng)分別低于0.9％，0.4％，0.3％，0.2％，0.1％）。表面上GB/T8118給出的表達(dá)式與IEC的某些標(biāo)準(zhǔn)有差異，但經(jīng)過仔細(xì)研究，實(shí)際一致。IEC某些標(biāo)準(zhǔn)或某些教科書采用的定義是理論基礎(chǔ)，但在實(shí)際應(yīng)用中，若電壓和電流同時(shí)存在較大的諧波，將會(huì)帶來很大的測試難度，實(shí)現(xiàn)測試的可操作性不強(qiáng)。為了實(shí)現(xiàn)可操作性，通常要求供電的電壓符合要求，就是通常說的“純凈電源”，這樣就只需考慮被測試設(shè)備（EUT）自身帶來的諧波電流。在這種約定的條件下，IEC標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式中除U1以外的Un=0（n≥2），諧波電流將不產(chǎn)生有功功率，將其表達(dá)式展開后分別約去分子和分母中的中U就可以推導(dǎo)出GB/T8118給出的表達(dá)式。上面的定義和表達(dá)式的演變過程的約定說明：對(duì)帶有諧波的電弧焊機(jī)進(jìn)行功率、功率因數(shù)等輸入端電參數(shù)測量時(shí)，必須保證饋入被測產(chǎn)品的電壓符合要求。在某些場合，電網(wǎng)的接入端（10kV）可能符合要求，經(jīng)過變壓器或變壓器后端的多個(gè)用電器并聯(lián)使用，低壓系統(tǒng)的某些接入口的電源品質(zhì)就無法滿足要求。（4）不同饋電地點(diǎn)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。用于驗(yàn)證的樣品：逆變式MIG/MAG焊機(jī)（額定電流500A），驗(yàn)證數(shù)據(jù)見表1。表中的1250kVA是指容量為1250kVA變壓器輸出端沒有其他負(fù)荷，直接單獨(dú)向電焊機(jī)供電，但電壓不會(huì)正好是380V，I10的參考意義不大。

5節(jié)能設(shè)計(jì)和產(chǎn)品整改

由于以前對(duì)電焊機(jī)的能效沒有要求，大部分產(chǎn)品都未經(jīng)過能效設(shè)計(jì)，一般以安全指標(biāo)和可焊性為主。能效設(shè)計(jì)包括很多方面，如安裝結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)、功率元器件的選擇、制造工藝等。對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行部分設(shè)計(jì)更改或制造工藝改進(jìn)，會(huì)提高一部分能效指標(biāo)，而且不一定會(huì)增大成本，有時(shí)可能還會(huì)降低成本。安裝機(jī)構(gòu)：整流橋或電抗器的位置直接與連接到輸出端的電纜或?qū)щ娕诺拈L度有關(guān)，電纜或?qū)щ娕诺拈L度越長，其消耗在內(nèi)部的功率就越大。電路結(jié)構(gòu)：硬開關(guān)和軟開關(guān)的選擇、PFC電路的拓?fù)洹⒗鋮s風(fēng)機(jī)是熱啟動(dòng)還是常轉(zhuǎn)等。功率元器件的選擇：IGBT、VMOS、晶閘管和整流管的管壓降；電抗器的內(nèi)阻；電流取樣傳感器的功率損耗等。制造工藝：變壓器、電抗器線頭的長短；內(nèi)部主回路（特別是次級(jí)）螺栓連接頭的數(shù)量和損耗；非逆變焊機(jī)主變的鐵芯裝配（特別是鐵芯焊接）帶來的渦流損耗等。

6能效指標(biāo)與EMC的諧波指標(biāo)關(guān)聯(lián)度很大

逆變焊機(jī)特別是單相逆變焊機(jī)基本上呈現(xiàn)出諧波越大，能效指標(biāo)越低，這一點(diǎn)可以從這些參數(shù)的物理量定義得出結(jié)論。要想使產(chǎn)品的能效指標(biāo)有很大的提高，應(yīng)該考慮減小產(chǎn)品的諧波。減小諧波可以提高Pf，應(yīng)電路拓?fù)涞倪x擇，避免諧波抑制電路的損耗過大而降低效率。

7《節(jié)能機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）推薦目錄（第五批）》簡單介紹

2014年11月下旬，工信部了《節(jié)能機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）推薦目錄（第五批）》，該目錄包含了電弧焊機(jī)產(chǎn)品（第70頁～99頁），電焊機(jī)產(chǎn)品是首次進(jìn)入節(jié)能產(chǎn)品目錄。據(jù)可靠消息，2015年還要繼續(xù)推出《節(jié)能機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）推薦目錄（第六批）》，估計(jì)在今年5月前后受理申請(qǐng)的公告。成熟時(shí)，電焊機(jī)產(chǎn)品也可能推進(jìn)能效之星的推薦工作。

8目前國內(nèi)外的基本狀況

目前很少查見與電焊機(jī)有關(guān)的國外標(biāo)準(zhǔn)和指令，我國在很多行業(yè)都有專門的產(chǎn)品性能標(biāo)準(zhǔn)，這與我國的能源資源和能源戰(zhàn)略直接相關(guān)。根據(jù)不同年度的統(tǒng)計(jì)情況，電焊機(jī)產(chǎn)品在使用過程中的能源消耗量，在工業(yè)產(chǎn)品中排在5～8位。從摸底的數(shù)據(jù)看，我國進(jìn)口電弧焊機(jī)的能效指標(biāo)基本在2級(jí)以上，低于2級(jí)的產(chǎn)品較少，這是由于進(jìn)口產(chǎn)品都是中高端產(chǎn)品。國內(nèi)的非逆變式電弧焊機(jī)基本都在2級(jí)以下，處于3級(jí)的水平，也有少部分企業(yè)的高端機(jī)型達(dá)到1級(jí)水平，甚至優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品。

9結(jié)論

為了響應(yīng)國家的能源戰(zhàn)略，不論是電弧焊機(jī)還是電阻焊機(jī)都應(yīng)提高能源利用率，電焊機(jī)制造業(yè)也會(huì)逐步引入“能效設(shè)計(jì)”的理念；電焊機(jī)的客戶會(huì)逐步認(rèn)識(shí)到節(jié)能電焊機(jī)帶來利益，主動(dòng)關(guān)注電焊機(jī)產(chǎn)品的能效指標(biāo)，自然會(huì)提升節(jié)能電焊機(jī)的競爭力；國家可能出臺(tái)某些鼓勵(lì)政策和強(qiáng)制性指令，助推節(jié)能電焊機(jī)的發(fā)展。

作者：楊慶軒 陳凱 蒲有東 黃虎 胡偉偉 周一峰 單位：成都三方電氣有限公司 成都理工大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院