一种用于两相缝焊机的功率调整补偿装置的制作方法

本实用新型涉及使用面较广的两相缝焊机的功率调整补偿问题，如何改善供电不平衡及电能质量、提高功率因数、降低电能消耗的问题。

背景技术：

两相缝焊机由三线电源供电，但焊接变压器通过控制控制器由其中两相电源供电，另一相电源只是为焊机内部驱动电机(功率很小)提供三相供电电源，焊接时焊接变压器次级连接至上下两只转动的电极铜滚轮并压接住金属焊机工件，在焊接变压器初级接通两相400V交流电源后，次级回路产品几十伏的低电压通过金属工件产生几千安培的电流焊接接电流，这个大电流使两电极间的工件产生大量热量而互溶并粘接在一起，达到焊接的目的。

两相缝焊机在一些中小型金属制品、汽车部件生产企业有较广泛的使用，由于采用两相交流焊机导致两相有功电流极不平衡、功率因数十分低下，电能浪费惊人。

要解决这种特殊用电设备的不平衡和提高功率因数，现有的技术是：1、利用有源装置来解决三相不平衡及无功补偿问题；2、利用具有分相补偿功能的装置进行无功补偿治理。

现有技术一：利用有源装置来解决三相不平衡及无功补偿问题，这个方法首先由装置把三相交流电源转化为直流电进行储能，然后通过采样负载电流并进行计算，有源装置与供电电网一起向负载提供所需的不平衡电流和无功电流，通过这种方法可以达到治理三相不平衡电流和提高功率因数的目的，只要这种治理装置容量足够大，治理效果相当好，是一种很理想的方法。但此方案由于装置成本高、环境要求严、使用维护复杂，很难在中小企业推广使用。

现有技术二：利用具有分相补偿功能的装置进行无功补偿治理。这种方法虽然能补偿改善无功，提高供电系统的功率因数，但无法治理用功电流不平衡的问题，不能实现有功电流转移，尤其滞后相的电流滞后电压超过90°的情况下，分相补偿仍然无法让该相功率因数为正值，治理无功的效果十分有限，更无法解决有功电流不平衡和节能问题。

技术实现要素：

1、所要解决的技术问题：

现有的解决方案不是成本高价格昂贵就是功能上不能完全解决问题，都无法推广使用，造成宝贵的电能浪费和企业负担加重，也给电网造成公害。

2、技术方案：

为了解决以上问题，本实用新型提供了一种用于两相缝焊机的功率调整补偿装置，包括电流检测控制单元1及相间、相零补偿调节电路、电气参数显示表2，所述电流检测控制单元连接控制相间补偿电路和相零补偿电路，所述相间、相零补偿调节回路中设有相间投切开关和相零投切开关，用于切换所述的相间补偿电路和相零补偿电路，所述的相间补偿电路包括多组补偿支路，所述每组补偿支路包括一个微断开关、一个晶闸管投切开关，一只电容器；所述晶闸管的控制级和所述相间投切开关连接，A相电通过微断开关和晶闸管投切开关连接到不同容量的相间电容器，并通过电容器连接B相电；所述相零补偿电路包括多组补偿支路，所述每组补偿支路包括一个微断开关、一个晶闸管投切开关和电容器，B相电通过微断和晶闸管投切开关连接到不同容量的相零电容器，并通过电容器连接电源零线N。

所述每组补偿支路中，每个电容器的容量不一样，以一定的容量组合来满足调节补偿的要求及合适的容量补偿台阶。

所述晶闸管为双向晶闸管。

所述每组补偿支路中都可以串联一个电抗器(视焊接电流中谐波电流大小)。

所述相间补偿电路中含有3组补偿支路，所述补偿支路中电容量以20kvar为台阶，3组补偿支路的电容量分别为20kvar、40kvar、60kvar，电容的耐压为480V，通过每组中开关的通合组合，实现从20kvar至120kvar六种不同容量的相间容量调整。

所述相零补偿电路中含有2组补偿支路，所述补偿支路中电容量以10kvar为台阶，2组补偿支路的电容量分别为10kvar、20kvar，电容的耐压为280V，通过每组中开关的通合组合，实现从10kvar至30kvar三种不同容量的分相容量补偿调整。

所述电抗器的电抗率为12％-14％。

所述有功电流转移是相间补偿电流的二分之一被用于有功电流从超前相转移到滞后相电路中。

所述相零补偿电路的分补电流一般选取为焊接电流的二分之一。

3、有益效果：

本实用新型通过相间电容投切来转移二相焊机电流的有功电流和改善功率因数，力求使二相的输出有功电流大致接近，彻底改变原来基本上只有一相输出有功电流，另一相基本只输出无功电流的局面，使焊机功率因素提高，二相都输出有功电流，节电效果十分明显，同样的有功输出情况下节电50％以上。以本实用新型制作的两相缝焊机功率调整补偿装置经过现场使用测试，达到预想功能，有功不平衡电流在相间得到调整，功率因数焊机期间在0.95以上。

附图说明

图1为两相焊机功率调整补偿装置电气原理图。

图2为焊机功率调整补偿装置电压电流矢量分析图。

图3为两相缝焊机为使用本实用新型的补偿装置前的各项参数指标。

图4为两相缝焊机为使用本实用新型的补偿装置后的各项参数指标。

具体实施方式

下面通过附图和实施例来对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种用于两相缝焊机的功率调整补偿装置，包括电流检测控制单元1及相间、相零补偿调节电路、电气参数显示表2，所述电流检测控制单元连接控制相间补偿电路和相零补偿电路，所述相间、相零补偿调节回路中设有相间投切开关和相零投切开关，用于切换所述的相间补偿电路和相零补偿电路，所述的相间补偿电路包括多组补偿支路，所述每组补偿支路包括一个微断开关、一个晶闸管投切开关，一只电容器；所述晶闸管的控制级和所述相间投切开关连接，A相电通过微断开关和晶闸管投切开关连接到不同容量的相间电容器，并通过电容器连接B相电；所述相零补偿电路包括多组补偿支路，所述每组补偿支路包括一个微断开关、一个晶闸管投切开关和电容器，B相电通过微断和晶闸管投切开关连接到不同容量的相零电容器，并通过电容器连接电源零线N。

所述每组补偿支路中每个电容的容量不一样，以一定的容量作为容量补偿的台阶。无论是相间补偿电路还是相零补偿电路，补偿支路越多，电容的调整范围越大，但是每个电容都是以一定容量作为容量补偿的台阶，例如以10kvar为容量补偿的台阶，5组补偿支路，那么5组补偿支路电容依次为10kvar、20kvar、30kvar、40kvar、50kvar，最小容量调整为10kvar，最大容量调整为150kvar，组数越多，调整范围越大；容量台阶越小，最小调整容量越小。

所述晶闸管为双向晶闸管。使用双向晶闸管，通过相间电容投切来转移二相焊机电流的有功电流和改善功率因数，力求使二相的输出有功电流大致接近，彻底改变原来基本上只有一相输出有功电流，另一相基本只输出无功电流的局面，使焊机功率因素提高，二相都输出有功电流，节电效果十分明显。

实施例

相间补偿电路设有,三组补偿支路，三组补偿支路中电容的容量分别为20kvar、40kvar、60kvar，对应的微断开关分别为QF4、QF3、QF2，对应的晶闸管投切开关分别为CT3、CT2、CT1，全部合上可以补偿到120kvar；相零补偿电路设有二组补偿支路，二组补偿支路中电容的容量分别为10kvar、20kvar，对应的微断开关分别为QF6、QF5，对应的晶闸管投切开关分别为CT5、CT4，全部合上可以补偿30kvar。

如图2所示，在两相焊机中在相间，以A、B相供电来分析，及时投切电容器:由于两相负载的相电压Uab相位超前Ua相位30°，而相间电容器电流ICab超前相间电压Uab相位90°，当这个实际超前Ua相位120°的电流与流入A相的大约滞后Ua相位30-40°的焊接电流Ia合成时产生新的A相负载Ia’时，此电流不仅可以大大减小了焊接电流严重滞后相电压Ua的相位角度，提高了A相的功率因数，同时也把相当与相间投切电容器电流的0.5*ICab(幅值)作为有功电流从A相转移至滞后相B相上；而原来B相焊接电流与原A相焊接电流大小相等，相位相反，与Ub相位差90-100°，几乎全部是无功电流，通过与相间电容器的电流ICba的合成，B相上注入了与Ub相位超前60°的电容电流ICba(ICba为ICab大小相等相位相差180°)不仅把A相转移的有功电流(幅值为0.5ICab)承接过来，实现了真正的有功输出，同时B相新的合成电流Ib’与Ub的滞后角度也得到明显减少，由于原两相焊机的焊机电流滞后Ua(超前相)和Ub(滞后相)程度不同，无法同时用投切相间电容器来实现两相电流的完美补偿调节，在不考虑过补发生，先以A(超前相)实现理想补偿。为了使本装置能适应不同焊接电流的焊机，相间补偿配置了3组不同的补偿容量的补偿支路，通过QF2-QF4通断组合可以实现从20kvar至120kvar六种不同容量的相间容量调整，补偿调节容量的台阶为20kvar，能达到理想的相间补偿效果。

在B相(滞后相)进行分相补偿：在解决超前相(如A相)补偿后，滞后相输出也达到有效改善，无功电流减少，并承接了由超前相转移过来的有功电流，但功率因数仍然较低，感性无功电流仍较大，需要用分相补偿方法单独对B相(滞后相)进行分相补偿，在该相与电源零线间投切电容器，根据负载实际情况，分补电流一般选取为焊接电流的二分之一，这样可保证滞后相的功率因数在0.95以上。经过这样的就地焊机补偿调节，供电系统的两相有功电流得到转移调整，有功不平衡状态得到极大改善，功率因数分别从原来的0.7、-0.1左右都改善到0.95以上。同样为了使本装置能适应不同焊接电流的焊机，分相补偿配置了2组不同的补偿容量的补偿支路，通过QF5-QF6通断组合可以实现从10kvar至30kvar三种不同容量的分相容量补偿调整，补偿调节容量的台阶为10kvar，能达到理想的分相补偿效果。

用采样焊接电流来直接控制投切：由电流继电器通过采样焊机电流来直接驱动投切相间电容器和分补电容器，时间响应快，安全可靠，操作简单，维护方便，实现了焊机焊接与调整补偿完全同步，功率因数始终较高，节电效果明显。

考虑到有些焊机电流调节范围宽，焊机内通过对晶闸管的移相控制来调整焊接电压从而来调整焊接电流，当移相控制角较大时(大于15°以上，焊机中的谐波电流会比较大，尤其以3次谐波电流尤为明显，这种情况下为了改善电能质量和电容器寿命，可在各补偿容量回路中串联电抗器，电抗率可选用12％-14％，能有些抑制3次及以上谐波电流，防止电容器与负载回路并联谐振，改善电压波形和电能质量，提供电容器使用寿命。如焊机移相调整角较小时，产生的谐波电流较小，为了节省成本和空间，装置内可以不配电抗器，可以作为选配件来满足焊机在不同场所的使用。

原文以上的实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。本实用新型未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。