有源功率因数校正技术在焊接设备上的应用-北京时代科技股份有限公司.pdfVIP

2011 焊接技术论坛 有源功率因数校正技术在焊接设备上的应用 孙腾 鲍云杰 赵智江 宋朝乐 （北京时代科技股份有限公司 北京 100085 ） 摘要： 焊接设备国家标准的实施要求焊机研发工作必须考虑设备的电磁兼容 性。本文分析了焊接设备电磁骚扰的来源、危害以及解决方法，研制了等离 子切割机功率因数校正电路，实验证明电路有效提高了功率因数，降低了谐 波含量。 关键词：电磁兼容 APFC UC3854 0. 引言 与“ 水、气、渣、声” 等传统环境污染不同，“ 电磁污染”对人体健康的潜 在危害严重。逆变焊接设备因具有节能、成型好、控制精度高、热效率高等 优点，是焊接电源的重要发展方向。逆变焊接电源通常采用二极管接电容进 行整流，电容起到滤波的作用并且容量很大，因此产生一个网侧尖峰电流， 导致设备功率因数低，谐波含量大，污染电网，降低用户供电变压器实际使 用容量和使用寿命。除此之外，弧焊设备也会对电网造成传导性电磁骚扰和 对空间的辐射性电磁骚扰。 在 GB 15579.10-2008/IEC 60974-10 强制性国家标准实施之下，如何改善 逆变焊机的电磁兼容性(EMC) ，使得逆变焊机达到标准要求，是开发人员的 研究重点，应将产品的电磁兼容性纳入开发环节必须考虑的内容。 1.焊接设备电磁兼容问题 电磁兼容性（EMC ），是指电子设备在电磁场环境中能相互兼顾并能正 常工作的性能。随着电力电子器件的不断涌现，焊接设备向着大容量的方向 发展，产生了大量电磁干扰问题：如高频噪声、谐波、切断设备时的瞬时噪 声和接通负载时的冲击电流等。这不仅影响了焊接设备自身工作的可靠性， 同时也对电网造成了污染。由于电磁干扰的危害严重，因此国家实施了强制 性电磁兼容标准，使得设计焊机时必须采取相应的解决措施来降低电磁干 1 2011 焊接技术论坛 扰。 1.1. 电磁兼容标准 [1] 电磁兼容标准体系分为基础标准 、通用标准、产品族标准和专用产品 标准。电焊机的IEC 60974-10 （国际电工术语）标准属于专用产品标准，对电 磁兼容性能要求与相应的产品族标准一致。试验方法、试验环境参照基础标 准。只是考虑到电焊机的特殊性，对试验项目进行了删减，对电磁兼容性能 要求做了一些改变。 弧焊设备的电磁兼容性测试包括电磁骚扰发射测试和抗扰性测试两个方 面。骚扰发射测试包括谐波电流发射测试、电压波动及闪烁测试、传导骚扰 发射测试和辐射骚扰发射测试等。抗扰度试验包括静电放电抗扰度、射频电 磁场辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度、射频传导抗扰度 和电压暂降抗扰度等。标准适用于弧焊及相关设备，包括电源及辅助设备， 如送丝机、冷却系统、引弧及稳弧设备等。特别的是，电磁兼容标准的实施 要求国内电焊机在设计过程中必须对谐波电流加以抑制。 1.2 干扰源 1.2.1 输入整流引起的低频谐波骚扰 网侧电流谐波产生的主要原因是电源电路的非线性，逆变焊机电源输入 环节的主电路如图 1 所示，三相380V 交流电源首先要经过三相整流桥整流和 电容 C1 滤波。在整流中，由于电容容量很大，因此只有在网侧电压瞬时高过 电容电压时二极管才导通，随着电容电压迅速上升超过网侧电压，二极管迅 速关断，二极管导通时间较短。滤波电容充电电流的瞬时值很大，电流波形 近似为尖脉冲，使 50Hz 正弦电流波形发生畸变，从而产生谐波电流。IGBT 逆变焊机的输入相电流、相电压波形如图2 所示。由图2 可知，输入电流已不 再是正弦波，而是一种前后沿都比较陡峭的脉冲，这种电流波形畸变是IGBT 逆变焊机的共性问题。畸变的高次谐波电流会沿电源输入电缆，传导至供电 网，严重污染电网。 2 2011 焊接技术论坛 D1 D3 D5 C1