產品檢測結果
分析報告
上海威特力焊接裝置製造股份****
2009-6-29
產品檢測結果分析報告
產品檢測結果
分析報告
上海電力學院
2009-6-29
產品檢測結果分析報告
一、概述
上海威特力焊接裝置製造股份****於2023年4月16日委託廣州威凱檢測技術研究所（原廣州日用電器檢測所）對所生產的三款焊機：zx7-400型直流手工弧焊機、nb-500型氣體保護焊機和zx7-1000m型埋弧焊機，進行了效能檢測。為了參照，檢測過程採用對比方式，即對產品樣機和參照機進行同條件的檢測試驗，記錄資料。
三種參照機型分別是zx5-400手工焊機、kr-500氣體保護焊機和zd5-1000m埋弧焊機。產品效能的檢測過程完全按照gb15579.1-2004實施，檢測結果為產品檢驗報告。
檢測的資料表明，與參照機相比，三種產品的樣機在功率因數、效率都得到提高，有功功率和視在功率都有效減少，體積和重量也大為減輕。
有功功率（p）：有功功率是用電裝置實際從電網消耗的電能，並轉換為其它的能量形式。反映用電裝置用電的多少，是用於供電部門計費的電量。
無功功率（q）：無功功率是用電裝置占用電網的電能，並沒有真正消耗，沒有轉換為其它的能量形式，僅儲存在用電裝置之中。感性負載，如電動機、可控整流裝置等，是產生無功功率的主要裝置。
雖然無功功率並不計費，但占用電網的容量，增加電網的負擔，已經成了嚴重的問題。也是我國節能減排的主要改造的目標。
視在功率（s）：視在功率是用電裝置的輸入電流有效值和輸入電壓有效值的乘積，也是有功功率和無功功率的三角形疊加，即s2=p2+q2。
功率因數：功率因數是有功功率和視在功率的比值，反映了用電裝置將電網能量轉換為其它能量的能力。從電壓和電流波形來看，功率因數反映了電壓和電流的相位關係，它們相位差φ的余弦就是功率因數（cosφ）。
對供電部門來說，一般都要求使用者裝置的功率因數應大於0.95以上，如果沒有達到，必須要安裝功率因數補償裝置加以改善。
效率：效率是焊機輸出功率與輸入有功功率的比值，它反映了裝置本身的損耗，主要是以熱能的形式表現出來。
二、樣機與參照機的技術對比分析
三種新樣機採用的是高頻開關電源技術，參照機為三相可控整流技術。
三相可控整流技術是相對成熟的電力變換技術，採用閘流體半控器件，通過相控手段，實現整流輸出電壓的控制。輸出整流電壓波形是對電網電壓波形的擷取，根據輸出電壓或電流的要求，由控制角決定擷取電網電壓波形的位置。一般結構是：
從電網三相電源輸入，經過整流變壓器變壓後到三相可控整流電路，整流後再經過平波電抗器輸出直流電壓和電流。這樣的電路結構存在固有的缺點和不足：
①體大笨重。該結構中的整流變壓器和輸出平波電抗器是不可缺少的，佔機器主要的體積和重量。
②輸出紋波大。雖然有輸出平波電抗器，但由於整流後的輸出波形脈動頻率低（300hz），特別在控制角較大時，電流容易斷續，都會產生較大的輸出紋波，影響輸出電流的平穩性。
③輸入功率因數低。三相可控整流電路的輸入電流是在閘流體導通時產生，為了具有一定的可調輸出範圍，控制角一般都大於0°，因此，輸入電流總是滯後輸入電壓，輸入功率因數下降。
④占用電網的無功。
⑤電源控制效能較差。由於相控的特點，電源的快速性受到限制。
高頻開關電源技術屬於新型電力電子變換技術，通過高頻化手段實現高品質直流電壓和電流。樣機的主電路結構為隔離型全橋變換電路，與三相可控整流電路結構相比是完全不同的概念。從電網三相電源輸入，採用二極體不可控整流，經電容濾波得到較穩定的中間直流電壓，再經過由igbt構成的全橋逆變電路，將前面的直流變換為頻率較高的交流電壓（一般為15khz～20khz），將該交流電壓施加到高頻變壓器原邊，經高頻變壓器變壓後，再由高頻整流電路得到直流電壓，最後由輸出電感濾波，獲得較穩定的直流電壓和電流。
通過改變igbt導通時間，即占空比的大小，就可以很方便地控制輸出電壓和電流。採用上述電路結構的目的就是實現電源的高頻化，高頻化帶來的明顯好處就是變壓器和輸出濾波電感的體積和重量大大減小。與三相可控整流電路結構相比具有以下的特點：
①重量輕體積小。由於採用高頻技術，變壓器和輸出濾波電抗器的體積和重量大大減小。
②輸出濾波電感小。由於頻率高，整流後的輸出波形脈動頻率高（30khz），濾波電感的電感量可以很小。
③輸入功率因數較高。由於採用三相不控整流，按道理功率因數應該為1，但由於中間直流濾波電容的作用，輸入電流為脈衝形，產生電流諧波，這可以通過三相交流輸入電感加以改善。因此，功率因數是較高的。
④占用電網的無功小。
⑤電源控制效能好。由於高頻的特點，改變占空比非常快，電源具有快速反映能力。
三、樣機與參照機的實驗資料對比分析
1、功率因數
圖1 zx7-400與zx5-400手工焊機功率因數對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖2 nb-500與kr-500氣體保護焊機功率因數對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖3 zx7-1000m與zd5-1000m埋弧焊機功率因數對比，橫軸為輸出功率（kw）
上面圖1、圖2、圖3分別是三種焊機功率因數與輸出功率關係的實驗資料曲線。從圖中可以看出，採用高頻技術的焊機具有較高的功率因數，而且在全功率範圍內功率因數變化不大。採用三相整流技術的焊機，其功率因數明顯低於前者。
特別在輸出功率較小時，功率因數明顯很低。隨著輸出功率的增加，功率因數逐步提高，這正反映了控制角減小的緣故。
2、效率
圖4 zx7-400與zx5-400手工焊機效率對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖5 nb-500與kr-500氣體保護焊機效率對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖6 zx7-1000m與zd5-1000m埋弧焊機效率對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖4、圖5、圖6分別是三種焊機效率與輸出功率關係的實驗資料曲線。從圖中可以看出，採用高頻技術的焊機具有較高的效率，而且在大部分功率範圍內變化不大。採用三相整流技術的焊機，其效率低於前者。
效率低的主要因素是工頻整流變壓器。
3、有功功率
圖7 zx7-400與zx5-400手工焊機有功功率對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖8 nb-500與kr-500氣體保護焊機有功功率對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖9 zx-1000m與zd5-1000m埋弧焊機有功功率對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖7、圖8、圖9分別是三種焊機輸入有功功率與輸出功率關係的實驗資料曲線。從圖中可以看出，與三相整流技術的焊機相比，採用高頻技術的焊機需要相對較低的輸入有功功率，這是效率較高的原因。
4、視在功率
圖10 zx7-400與zx5-400手工焊機視在功率對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖11 nb-500與kr-500氣體保護焊機視在功率對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖12 zx7-1000m與zd5-1000m埋弧焊機視在功率對比，橫軸為輸出功率（kw）
圖10、圖11、圖12分別是兩種焊機輸入視在功率與輸出功率關係的實驗資料曲線。從圖中可以看出，與採用高頻技術的焊機相比，採用三相整流技術的焊機需要較大的視在功率。因此，採用三相整流技術的焊機要占用更多的電網無功。
這不僅降低機器的效率，更主要的是影響電網，增加電網的負擔。
四、節能效果分析
採用新技術的焊機具有顯著的節能效果，根據前面的資料可以分析如下。
假定焊機每天工作時間按8小時，每年工作300天，則每年工作時間為2400小時。以zx7-400型直流手工弧焊機和zx5-400手工焊機為例，如果按平均負載（75%額定負載）計算，zx7-400型直流手工弧焊機消耗的有功功率為11.06kw，zx5-400手工焊機消耗的有功功率為13.
38kw，它們相差2.32kw，這樣zx7-400型直流手工弧焊機每台每年要節約5568度電，按1元/度計算，則每台每年節省電費5568元。如果某企業使用50臺機器，則每年節約278400度電，每年要節約電費為278400元。
下表是三種機器節電效果分析表。
表1 三種焊機節電情況分析表
以上僅僅是按機器的有功功率計算的，沒有考慮機器占用電網無功功率引起的損耗，如果考慮無功功率損耗和對電網的影響，則帶來的節能效果更加可觀。
五、結論
通過前面的技術和實驗資料分析，上海威特力焊接裝置製造股份****生產的zx7-400型直流手工弧焊機、nb-500型氣體保護焊機和zx7-1000m型埋弧焊機，採用高頻開關電源技術達到了優良的效能。高頻化技術是目前直流電源所廣泛採用的電力電子新技術，它不僅帶來了體積小、重量輕的優點，而且具有節能、高效的特點。焊機是工業生產中使用量龐大的電子裝置，高效能的焊機將會給使用者和社會帶來巨大的經濟效益。
上述兩款焊機有效解決了傳統結構焊機的一系列問題，起到了更新換代的作用。大力推廣和使用新型焊機，對我國實現節能減排國策具有積極的意義。
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