1.概述 近些年,我国电站锅炉朝着大容量、高参数和高效率的方向发展,电站机组容量也从300MW等级机组发展成为600MW、1000MW等级,锅炉制造、安装技术水平也有着非常大的提高。焊接是锅炉制造和安装过程中最为关键的工艺方法之一,焊接技术的发展直接影响着我国发电装备制造行业的发展,锅炉技术的发展进一步加快了焊接技术的发展,同时焊接技术水平的提高也推动了锅炉行业的发展[1][2]。为了提高焊接质量,除了研究材料的焊接性能,采用先进的焊接工艺,开发相应的新型焊接材料,焊机或焊接电源的性能对于焊接质量的保障也至关重要。
2.技术原理及特性 2.1技术原理 传统焊机往往根据不同的焊接规范或工艺,采用专门的焊机对焊材进行焊接,即被动地适应电弧变化,焊机既要充当电源,又要满足工艺过程需要,因此传统焊机具有品种繁多,互换性差,固定资产投入大等缺点。同时传统焊机为了加强耐冲击力,而使得焊机设备复杂,降额使用。二次变流器是一种新型的焊接电源,其思想是通过主动控制,对不稳定的焊接电弧为稳定的负载,同时做到等弧长、等熔深、熔深可控。二次变流器简化了焊机功能,让焊机成为只承担一个稳定负载的简单电源。二次变流器的原理如图2-1所示。
图2-1 二次变流器原理图 弧焊二次变流器的整个控制电路由电压环调节器、电流环调节器、PWM波形发生器组成,外环是电压环保证焊接电压稳定,用于恒压工作模式;内环是电流环,由波形控制器和电流环来保证焊接电源的动特性,用于恒流工作模式。主回路中,功率可控硅控制主电流通断,避免输入接错对IGBT器件和变流器损坏现象。IGBT器件在PWM波驱动控制下实现对主电流的变频,电抗器主要用于保证焊接电流的连续。
2.2特性及参数 弧焊二次变流器由直流电源供电,输入电压范围为DC50V~DC115V,由以上技术原理分析可以看出,其主要特性如下: (1)安全性高:特有的电流/电压复合感应控制技术,空载待机电压只有12VDC,提高了安全性; (2)可靠性高:原理及主要回路简单、控制集成度高,只需要一根输入电缆,大幅提高了设备的可靠性; (3)性能优异:二次变流器CC/CV(恒流/恒压)多特性,输出电流品质高、纹波电流小、几乎不受网压影响,加长线长度对电流品质影响小,保证了工艺性能; (4)通用性强:适用于手工焊、半自动焊和自动焊,适用于任何类型的焊接材料,能够将一款大容量CC电源转换为多工位和多用途焊机; (5)扩展性强:多台二次变流器可随意并联使用,并带有可扩展数字接口; (6)适应性强:输入电压范围宽广,电压范围为DC50V~DC115V,焊接电流不受电网电压波动影响,电缆可延长至1.5km; (7)对电网污染小:屏蔽了焊接电弧对电源的影响,大幅减少对电网的污染; (8)便于携带:体积小、重量轻,输出电流为500A的二次变流器重量仅为25kg,便于携带。 弧焊二次变流器主要性能参数如表2-1所示。
序号 | 名称 | 单位 | 数值 | 1 | 额定输入电流 | A | 290 | 2 | 额定输入容量 | KVA | 22.5 | 3 | 额定持续负载率 | % | 60 | 4 | 输出电流 | A | 0~500 | 5 | 输出电压 | V | 0~40 | 6 | 输入电压 | V | 50~115VDC | 7 | 空载电压 | V | 12 | 8 | 空载一次电流 | A | <0.5 | 9 | 空载损耗 | W | <30 | 10 | 功率因数 | | >0.90 | 11 | 效率 | | >0.90 |
表2-1 弧焊二次变流器主要性能参数表 弧焊二次变流器具有两种工作模式:恒流工作模式和恒压工作模式。弧焊二次变流器两种工作模式的静外特性曲线分别如图2-2和2-3所示。
图2-2 恒流静外特性曲线 图2-3 恒压静外特性曲线
图2-2为恒流工作模式的静外特性曲线,恒流模式要求电源具有陡降外特性,即焊接电流随着焊接电压的变化而产生的变化量尽量小,恒流工作模式适用于手工焊。图2-3为恒压工作模式的静外特性曲线,恒压模式要求电源的焊接电流无论怎样变化,焊接电压都要保持相对的恒定,恒压工作模式主要适用于MIG/MAG焊机上。
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