专利名称：一种提高电器产品功率因数的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高电器产品功率因数的方法，特别是提高带有线圈的电器产品功率因数的方法。
背景技术：
目前，带有线圈的电器产品在工业生产和人们的生活中得到了广泛应用，例如电焊机、变压器、电机等等，这类产品的功率因数都不高，白白浪费了很多宝贵的能源。以电焊机为例，现有的交流弧焊机，如附图1-3所示，它们都是用调节电抗的大小来限制(降低)二次侧的工作电流，即增大电抗减小电流或改变接法来改变二次侧的空载电压用以调节二次侧的工作电流，其功率因数均很低，现有的BX3系列动圈式交流弧焊机(参照附图3)仅为0.43；BX1系列磁分路动铁式交流弧焊机(参照附图1)的功率因数为0.48；BX2系列(参照附图2)功率因数为0.62。现有的无论是动铁式的、还是动圈式的交流弧焊机，只能是靠加入电抗的大小来调节焊接电流的大小，不过只要有电抗的加入，功率因数就会降低，即加入电抗越大则工作电流就越小，功率因数也就越低，这些弧焊机的电抗与功率因数成反比关系。而现有的抽头式交流弧焊机是从原边绕组上抽头来改变二次空载电压的大小，来调节焊接电流的大小的，其电抗值不变，功率因数也不会有所改善。致使国家电力系统，如发电设备，输、变、配电设备等都需要供给大量的无功功率，同时还会影响供电的电压质量及供电的可靠性。
在我国，钢铁工业持续发展，钢产量稳步提高的同时，与其相适应的电焊机行业也在发展，电焊机的年产量也逐年提高，到2001年仅手工交流弧焊机的年产量已达到了184836台。我国1999年钢产量达到1.24亿吨，到2004年钢产量已达2.7亿吨，已成为世界第一产钢大国，按每万吨钢平均在役使用中的手工交流弧焊机约为14台计算，经查有关资料，2001年至2004年平均每年钢产量为2.06亿吨。(以下数值按年平均钢产量为1.4亿吨计算)设10年内在役手工交流弧焊机的总台数保持在14000×14×10＝1960000(台)例如以容量最小的BX3-120焊机为例，若假定平均每台的额定输入容量按8.2千伏安，功率因数为0.45计算，每年在役的总容量为S总＝1960000×8.2＝16072000(KVA)则有功功率仅有P′＝S总cosφ＝16072000×0.45＝7232400(KW)无功功率却高达Q′＝P′tgφ＝7232400×1.98＝14320152(Kvar)
发明内容
本发明目的是提供一种提高电器产品功率因数的方法，有效的提高电器产品的功率因数，节能降耗，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是电器产品的一、二次绕组分别独立的绕在同一铁芯的两个不同的铁芯柱上，电抗绕组线圈同时缠绕电器产品的一、二次两个绕组的铁芯柱，在一、二次两个绕组的铁芯柱上缠绕的电抗绕组线圈有效匝数完全相同，在两个不同的铁芯柱上的电抗绕组产生的磁通大小相等、方向相反，所产生的感应电动势之和等于零，相当于用电抗绕组的电抗来克服电器产品绕组的电抗，进行无功补偿，增加了二次绕组的输出电流，提高电器产品的功率因数。
可以将电抗绕组统绕在一、二次两个绕组的外面，同时将一、二次两个绕组包围在电抗绕组内，电抗绕组是一个整体的绕组；也可以分别在一、二次两个绕组的铁芯柱上缠绕电抗绕组线圈，形成两个电抗绕组，然后将两组电抗绕组连接在一起。统一的要求是在一、二次两个绕组的铁芯柱上缠绕的电抗绕组线圈有效匝数完全相同，在两个不同的铁芯柱上的电抗绕组产生的磁通大小相等、方向相反，所产生的感应电动势之和等于零。
电抗绕组线圈的匝数是任意的，最佳的方案是电抗线圈匝数与二次侧绕组匝数相同。整个电器产品的电抗绕组装在非导磁性材料做成的活动支架上，凭借手柄转动螺杆使之沿铁芯上下移动或者改变电抗线圈的抽头位置，以此来改变一、二次绕组之间的漏抗，调节电器产品的输出电流。
以电焊机为例，从理论上说明本发明的原理和效果。参照附图5、6、7参照附图5，可以在电抗绕组线圈上设有若干抽头，线圈的抽头与转换开关连接，可以通过转换开关来改变电抗绕组的有效匝数，形成不同的输出电流。参照附图6，可以采用公知的动圈式电抗绕组结构，通过调整电抗绕组在铁芯上的位置，来调整电抗绕组的有效匝数，产生不同的输出电流。
焊接电流的调节是通过二次绕组与电抗绕组的接线方式的不同，即正向串入电抗绕组或反向串入电抗绕组来实现的。如果正向串入电抗绕组，简称为接法一，焊接电流的调节为小档，反向串入电抗绕组简称为接法二，焊接电流的调节为大档。
按接法一接入，焊接电流与串入电抗绕组的有效匝数成反比，它与现有的手工交流弧焊机原理基本一样。
按接法二接入，则是焊接电流与串入电抗绕组的有效匝数成正比，且接法二是将接法一的最大电流档的电流值近似等于接法二的最小电流档的电流值，接法二的最大焊接电流档的数值将近提高了接法一的最大电流档的数值的一倍。如附图7向量图所示，电抗绕组两端的感应电动势为零。
发明创造的优点、效果我们知道二次焊接电流 式中U20-焊机二次侧空载端电压(V)U弧-焊机二次侧过弧电压(V)Xσ-电抗(Ω)由图7向量图可见，由于二次侧空载电压不变，过弧电压也不变，则 的增大就相当于Xσ的减小。
焊接电流由接法一变为接法二后的增大部分近乎为有功分量，所以其合成电流 的相位发生了改变，使 变为了 中φ1角变为了φ1′角，从而提高了功率因数，增大了焊机的输出容量，从根本上达到了节能的目的。同时还显现出了另一个优点就是在大型钢铁制造企业里的大型焊接车间中，现有的各种不同型号不同容量的焊机数量很多，且排列成行，由于功率因数低，容易造成电网电压的不稳定，如某台焊机起弧时就很容易造成其它正在施焊的焊机同时断弧，造成电弧不稳定(俗称争嘴现象)，使大量焊接产品质量不合格，而本发明使交流弧焊机电弧稳定，克服了争嘴现象，也克服了现有动圈式交流弧焊机的重心偏高，不利于搬运的缺点。
关于节能效果，仍按前例中数据(背景技术)，但功率因数已提高到0.65以上，甚至更高，则有功功率P＝S总COSφl′＝16072000×0.65＝10446800(KW)与现有的焊机比较多输出有功功率P-P′＝10446800-7232400＝3214400(KW)等于不用投资，不占用土地资源，节省了煤、电、油、运资源，十年中每年新建30万千瓦发电机组一台及与之配套的输变电工程，大大改善了因超负荷而拉闸限电的供用电的紧张局面。
而无功功率Q＝Ptgφ1′＝10446800×1.17＝12222756(Kvar)与现有的交流弧焊机比较减少了无功功率的供给Q′-Q＝14320152-12222756＝2097396(Kvar)可见节能效果非常可观。当然，功率因数越高，节能效果越明显。
因本新发明使得手工交流弧焊机增大了输出容量，从而导致的发热问题，可通过适当加大线圈导线的截面，采用更加耐高温的绝缘材料，加大散热的有效面积，强迫风冷却等方法来解决。
本发明方法新颖独特，有效提高电器产品功率因数，节能效果显著，利国利民，具有广泛的社会效益和应用前景。
图1为背景技术BX1系列磁分路动铁式交流弧焊机示意图。图中一次绕组11，二次绕组12，上下静铁芯柱13，左右磁轭14，动铁芯15。
图2为背景技术BX2系列串联电抗器式交流弧焊机示意图。图中一次绕组21，二次绕组22，电抗线圈23，动铁芯24，手柄25。
图3为背景技术BX3系列动圈式交流弧焊机示意图。图中一次绕组31，二次绕组32，铁芯33，手柄34。
图4为本发明实施例动圈式交流弧焊机结构示意图。图中一次静绕组41，二次静绕组42，电抗动绕组43，浮动螺母44，丝杠45，箱体顶部46，手柄47，滑轨48，铁芯49。
图5为本发明实施例动圈式交流弧焊机原理示意图。图中一次绕组W1，二次绕组W2，电抗动绕组W3。
图6为本发明实施例抽头式交流弧焊机结构示意图。图中一次绕组W1，二次绕组W2，电抗动绕组W3，电抗绕组抽头2、3、4。
图7为本发明实施例负载时的向量图。
图8为本发明实施例动圈式交流弧焊机原理接线示意图。图中，按钮SB I和SB II，继电器KM I和KM II，一次绕组W1，二次绕组W2，电抗绕组W3。
图9为本发明实施例抽头式交流弧焊机原理接线示意图。图中，按钮SB I和SB II，继电器KM I和KM II，一次绕组W1，二次绕组W2，电抗绕组W3。
具体实施例方式以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
动圈式交流弧焊机实施例参照附图4，动圈式交流弧焊机的一次静绕组41和二次静绕组42分别独立的绕在同一铁芯49的两个不同的铁芯柱上，电抗动绕组43线圈统绕在一、二次两个绕组的外面，同时将一、二次两个绕组包围在电抗绕组内，电抗绕组是一个整体的绕组，在一、二次两个绕组的铁芯柱上缠绕的电抗绕组线圈有效匝数完全相同，在两个不同的铁芯柱上的电抗绕组产生的磁通大小相等、方向相反，所产生的感应电动势之和等于零，相当于用电抗绕组的电抗来克服电器产品绕组的电抗，进行无功补偿，增加了二次绕组的输出电流，提高电器产品的功率因数。通过浮动螺母44、丝杠45、手柄47、滑轨48组成电抗绕组动圈调整机构，丝杠设置在电焊机箱体顶部46。
工作原理，抽头式交流弧焊机实施例参照附图6，动圈式交流弧焊机实施例参照附图5，当一次绕组(W1)两端电压为U1时，二次绕组(W2)两端电压为U2，当一次绕组(W1)电流为I1时，产生感应电动势E1，二次绕组(W2)电流为I2，产生感应电动势E2，且I2通过电抗线圈W3，产生感应电动势E2′、E2″，当按接法二接通时，由于E2与E2″方向相反，所以电抗减小(电抗线圈接入越多，电抗越小)输出电流I2增大，从而使功率因数提高，达到节能降耗的作用。为保证使其功率因数提高至最大，电抗线圈匝数与二次侧绕组匝数应相同。
原理接线图，抽头式交流弧焊机实施例参照附图9，动圈式交流弧焊机实施例参照附图8，通过按钮SB I、SB II来实现交流弧焊机接法一、二之间的转换。当电源接通时，如果按钮SB I接通，使继电器KM I接通，继电器KM I动作，使双触点KMI闭合，此时二次绕组和电抗线圈所产生的感应电动势方向相同，电抗线圈的作用与普通焊机的电抗线圈的作用相同；当电源接通时，如果按钮SB II接通，使继电器KM II接通，继电器KM II动作，使双触点KM II闭合，此时二次绕组和电抗线圈所产生的感应电动势方向相反，电抗线圈就起到了减小电抗，增大输出，提高功率因数的作用。
权利要求
1.一种节能型交流电焊机，组成包括焊机变压器、焊接电流输出附件和焊机壳体，其特征在于焊机变压器的一、二次绕组(W1、W2)分别独立的绕在同一铁芯的两个不同的铁芯柱上，电抗绕组(W3)线圈同时缠绕电器产品的一、二次两个绕组的铁芯柱，在一、二次两个绕组的铁芯柱上缠绕的电抗绕组线圈有效匝数完全相同。
2.根据权利要求1所述之节能型交流电焊机，其特征在于将电抗绕组统绕在一、二次两个绕组的外面，同时将一、二次两个绕组包围在电抗绕组内，电抗绕组是一个整体的绕组。
3.根据权利要求1所述之节能型交流电焊机，其特征在于分别在一、二次两个绕组的铁芯柱上缠绕电抗绕组线圈，形成两个电抗绕组，然后将两组电抗绕组连接在一起。
4.根据权利要求1所述之节能型交流电焊机，其特征在于电抗线圈匝数与二次侧绕组匝数相同。
5.根据权利要求1所述之节能型交流电焊机，其特征在于由浮动螺母(44)、丝杠(45)、手柄(47)、滑轨(48)组成电抗绕组动圈调整机构，丝杠设置在电焊机壳体顶部(46)。
6.根据权利要求1所述之节能型交流电焊机，其特征在于在电抗绕组线圈上设有若干抽头，线圈的抽头与转换开关连接。
7.根据权利要求1所述之节能型交流电焊机，其特征在于二次绕组正向串入电抗绕组。
8.根据权利要求1所述之节能型交流电焊机，其特征在于二次绕组反向串入电抗绕组。
全文摘要
本发明涉及一种电焊机，特别是节能型交流电焊机。技术方案是电焊机变压器的一、二次绕组(W1、W2)分别独立的绕在同一铁芯的两个不同的铁芯柱上，电抗绕组(W3)线圈同时缠绕电器产品的一、二次两个绕组的铁芯柱，在一、二次两个绕组的铁芯柱上缠绕的电抗绕组线圈有效匝数完全相同，在两个不同的铁芯柱上的电抗绕组产生的磁通大小相等、方向相反，所产生的感应电动势之和等于零，相当于用电抗绕组的电抗来克服电器产品绕组的电抗，进行无功补偿，增加了二次绕组的输出电流，提高电器产品的功率因数。本实用新型结构新颖独特，有效提高电焊机功率因数，达到0.65以上，节能效果显著，利国利民，具有广泛的社会效益和应用前景。
文档编号H01F29/00GK1794382SQ20051013260
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者沈淑红, 吕国兴, 蒋凤岐, 蒋凤义, 蒋敏娟 申请人:蒋风岐, 蒋凤义