新一代固态高频焊机高效节能及高稳定性原因分析

        目前固态焊机主要分为两种拓扑结构:串联型焊机和并联型焊机。两种拓扑的焊机各有优缺点,其中串联型焊机可以采用逆变侧调功技术以实现焊机的阻抗匹配;而并联型焊机只能采用直流调压+槽路调节方式来实现阻抗匹配。

        保定三正电气设备有限公司的新一代固态焊机采用串联型结构,配以最新研发的逆变侧脉冲屏蔽技术,可圆满实现焊机的全功率范围阻抗匹配,负载适应能力强、节能效果好。

1. 新一代固态高频焊机节能原因分析

1.1 圆满实现焊机阻抗匹配

        由于焊接钢管规格或者焊接方式的变化,负载折射的等效阻抗不是固定值。在不自动改变电气参数的前提下,常规焊机要实现所有规格或焊接方式切换时的负载匹配是不可能的。因此,常规焊机无法保证额定功率输出,从而限制了机组的产量和焊接效率。

       脉冲屏蔽技术(Pulses Shielded Modulation-PSM)是一种新型的逆变侧调功技术,是传统均匀脉冲密度技术(PDM)的升级。采用该技术使焊机对负载的适应能力大幅度提高,完美解决了常规焊机的负载匹配难题。

 

     图1 新型固态焊机的伏安曲线

1.2 脉冲屏蔽技术(PSM)可保证焊机的额定功率输出、焊速提高、吨耗降低

        脉冲屏蔽技术在保证直流电压达到最高额定值后,通过动态调节逆变脉冲的占空比来调节焊机的输出功率。对于不同规格的钢管焊接,不需要改变焊机任何参数都可实现额定功率输出,进而机组的焊接速度得以有效提高。众所周知,焊速和吨耗是成反比关系的,焊速的提高带来整线吨电耗的有效降低。

1.2 高功率因数、低谐波提高了供电系统和焊机的整体电效率

        采用脉冲屏蔽技术(PSM)的固态高频焊机,功率因数恒定最高(0.9~0.92)、网侧谐波电流相对最小。因此,高频焊机的直流电流相对最小,交流电网侧的进线电流相对最小。由于损耗和电流的平方成正比,较小的电流一方面大大降低了供电变压器和供电电缆的损耗,另一方面也降低了焊机自身的铜损,设备综合用电效能得到明显提高。

1.3 脉冲屏蔽技术(PSM)使逆变功率器件损耗降低

         脉冲屏蔽技术(PSM)使MOS管和二极管一直工作于谐振软开关状态,开关损耗最低。而常规角度控制、脉冲移相控制等逆变调功控制方式,运行环境破坏了MOS管的谐振软开关条件,增大了器件损耗。因此,逆变功率器件的损耗降低也会带来设备效率的提高。

1.4 优化的槽路设计和感应器设计有效提高焊接效率

        焊接效率和焊机的频率设计、感应器设计、阻抗器设计密切相关!三正电气可根据用户的具体焊接需求为用户设计最优的焊接频率、感应器、阻抗器,有效提高焊接效率。

2. 新一代固态高频焊机的高稳定性原因分析

2.1脉冲屏蔽技术确保MOS器件工作在零电流换流,减小了器件损耗

        脉冲屏蔽技术(PSM)使MOS管一直工作于谐振软开关状态,开关损耗最低。而常规角度控制、脉冲移相控制等逆变调功控制方式,运行环境破坏了MOS管的谐振软开关条件,在实现部分负载匹配功能时,增大了开关损耗,降低了焊机的安全性和可靠性。

2.2逆变桥板新工艺设计使逆变功率器件散热良好

        新逆变桥板由全数控机床生产的嵌铜管表面镀锡工艺,水冷板表面更平整、冷却效果更好,功率元件温度在同等环境下比原逆变桥板低3~5℃,提高了功率器件的安全性。

                                      表一 不同逆变调功方式对比分析

 

PS-PWM调功控制技术

脉冲屏蔽技术

调功范围

80%~100%

30%~100%

MOS管开关损耗

水冷要求

输出频率

有变化

无变化

功率因数

0.7~0.85

0.9~0.92

谐波电流

负载匹配调节

钢管规格适应能力

接触焊和感应焊切换

需手动调节变比

无需任何调节

控制难度

 中

综合吨电耗

 

2.3 高频PCB电容工艺改善了逆变功率器件的工作条件

        逆变桥板的高频吸收电容布局更加合理,电容数量为原桥板的3倍,吸收效果更好,保证了功率器件的安全运行。

2.4全新MOS驱动板保护更加完善可靠

        新驱动板增加了MOS负压检测功能、MOS管脉冲检测功能、控制电源检测功能,可有效防止设备带病工作、减小维修不彻底带来的二次损坏。

2.5匹配变压器和槽路电容的温度保护防止堵水损坏

        匹配变压器和槽路电容加装温度保护开关,防止水管管路堵塞造成的器件过热损坏。