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中图分类号：U227.9 文献标识码：U 文章编号：1009-914X（2012）35- 0556-01
一、项目概况
电焊机的使用量大且广，常用的电焊机有交流电焊机、直流电焊机等；大众煤业有限公司现有电焊机共计10余台，分别为BX1-250型、BX1-315型、BX1-500型交流电焊机；是我公司加工、维修、制造领域的主要工具；交流电焊机使用特点是负载与空载交替进行，功率因2数低，耗电量大；在投入使用时，由于工作性质其空载时间往往多于负载时间；电焊机空载时除空载有功损耗外，还因空载时功率因数很低，使无功损耗很大。经测量一台BX1-315型交流电焊机，其空载时有功损耗达2.5 kW，无功损耗达10 kvar。
为了省电而不停地人工开、关机，显然会影响工作效率，因此，减小电焊机空载损耗很具有实际意义。
二、革新设计的必要性
1、电能损耗严重
加工、制造及管道安装的区队，承担全矿的工具制造、技改扩建、检修等工程，由于施工中的主要材料为大量的钢板及金属管道焊接等工作，每天都有数台的电焊机同时工作，在电焊工作中，从焊好一道焊缝到焊接下一到焊缝时，经常要做很多辅助的工作。这时的电焊机就处于空载运行状态，电焊机变压器的初级绕组中仍有空载电流流过，有时工人吃饭或下班都忘记关掉电源，使焊机空载损耗十分严重，这样，就白白浪费掉许多电能。
由于操作者要对焊接工件调整高度、角度、距离或临时改做其他工作等其它因素，电焊机经常处于空载状态。空载状态时，电焊机的功率因数非常低（低于0.3；标准为0.6--0.85以上），大大降低了有功电能的利用率，给我矿电网造成大量的无功损耗；空载时即使再好再新的电焊机仍然有电流流过（5-15A），这部分电能没有做任何有效功，全部白白浪费了（经测算一台电焊机空载平均1小时耗电3-6度），给企业增加额外电费，加大了生产成本。
2、安全系数低
交流电焊机在施工现场是一种不可缺少的焊接工具之一，但是在实际的使用过程中，电焊机的空载时间甚至超过了操作时间，其空载损耗一般约在200W左右，电焊机空载时输出较高的空载电压60-70V（36V以下为国际公认的安全电压，无触电危险），给操作工人带来极大的安全隐患，这不仅白白浪费了许多电能，还会降低电网的功率因数，甚至会造成人身触电伤亡事故，给工人及其家属带来极大的不幸与悲痛，对企业造成不必要的经济损失和名誉上的重大负面影响。据粗略统计，近年来，我国每年由电焊机发生的触电伤亡事故600多起。企业经济财产和人民生命安全受到沉重的打击。
3、工作效率低
负荷持续率是指实际工作时间在全部工作时间中（10分钟为1周期）所占比率。BX1-315型电焊机的负荷持续率=35%，由上可知，当该型焊机工作时，每焊接3.5分钟，就要休息6.5分钟，再加上操作者要对焊接工件调整高度、角度、距离或临时改做其他工作等其它因素，在没有进行技术革新前，每台焊机每班（8小时为1班）累计空载时间在3小时左右（每天3个班则空载9个小时），同样的工作任务，革新前的电焊机每台每年比革新后的电焊机多使用了9×5×365=16425Kw·h电能（每小时空载耗电按5度）。
三、革新设计方案
结合现场实际，经过分析论证，焊机空载自停装置设计方案，具体如下：
焊机工作效率低，主要是由于电焊机在空载时，不能自动切断电源，致使同样的工作任务，革新前的电焊机每年每台却要比革新后的电焊机多使用16425Kw·h电能，造成焊接工作整体效率严重降低。
针对这一问题，主要从两个方面进行处理。
1、 使用R、C组成保护电路，其作用主要是防止电压突变时使VS损坏，起到保护设备的功效。
2、当晶闸管的正向电流小于最小维持电流IH时，晶闸管将自动关断，即自动切断电源，将无功损耗扼杀在摇篮中，实现了自动断电的节电电路，大大提高了电源的利用率。
3、利用双向晶闸管作电子开关比机械开关更加优越。因为只需很低的控制功率，就能控制相当大的电流，它不存在触点抖动问题，动作速度极快，在关断时也不会出现电弧现象；在空载状态下电焊机自动切断电源，确保了操作人员的安全，可谓一举多得。采取措施如下：
主电路由双向晶闸管、熔断器、电焊机变压器、开关等组成，控制电路则由晶闸管VS的触发极G微动开关SA2组成。当电焊机工作时其工作原理如下：
当合上开关SA1，接通380V电源，在焊机未焊接前，即当焊钳按钮开关SA2处于断开状态时，晶闸管的阳极A和阴极K之间只是加上一個正向电压，由于控制极G未加触发电压，晶闸管内部有一个PN结处于反相偏置，因此其中只有很小的电流流过，这个电流为正向漏电流。这时，晶闸管阳极和阴极之间表现出很大的内阻，处于阻断（截止）状态，此时晶闸管VS无触发信号而不导通。当焊接工作开始时，只要操作人员按下SA2开关，双向晶闸管VS经控制极（G）和阴极（K）加正向电压被触发导通。焊机接通电源即可以进行焊接。
四、革新设计后的效果
1、该成果线路简单，解决焊机工作实际问题
该装置仅需要在焊机的控制回路上连接一个晶闸管、一个微动开关；解决了焊机空载时出现的电能损耗严重、安全系数和工作效率低的问题。
一、通过对电焊机安装空载自动断电装置，可自动控制电焊机的启动和停机。
二、当焊接暂停，电焊条离开工件后，经一定延时，电焊机自动停机，因为只需很低的控制功率，就能控制相当大的电流，它不存在触点抖动问题，动作速度极快，在关断时也不会出现电弧现象，确保了操作人员的安全。
三、可降低电焊机在空载时的电损耗，并可减少无功损耗，有效的改善电网的功率因数，线路简单、调试易于实现、引弧方便、节电效果非常显著。
四、利用晶闸管关断电源的电路，来实现电焊机空载节电电路，只要随手关掉焊钳手柄上的开关，即可实现断电的节电电路。
2、不但减低电能损耗，而且提高焊接工作效率
一、技术改造前，以一台BX1-315型交流电焊机为例，其空载时有功损耗达2.5 kW，无功损耗达10 kvar；当10台电焊机同时运行时，加在电网上的有功损耗为25kw、无功损耗为100 kvar。
二、技术改造前，每台焊机每班累计空载时间在3小时左右，同样的工作任务，革新前的电焊机每台每年比革新后的电焊机多使用了16425Kw·h电能，在革新前工作效率的基础上，提高了80% 。
三、通过调整电阻R的数值，实时检测电网的电压与电流，调整焊机的输入电压电流，控制焊机的输入功率，减少不必要的电能损耗，实现“所供即所需”。
四、通过电容C消除高次谐波、抑制瞬流浪涌的手段清洁电网电路，有效减少焊机对电网的冲击，降低电网的无功损耗，提高焊机的运行效率，降低运行成本和无功补偿设备维护费用，延长设备的使用寿命。具有节电和保护设备的双重功效。
3、节约能量、费用
一、节约耗电量
现以一台BX1-315型交流电焊机为例，经测量其空载时有功损耗达2.5 kW，无功损耗达10 kvar。每台焊机每班累计空载时间在3小时左右，按我矿现焊机（改造后）工作量（每天每台焊机空载9小时左右）计算，每台焊机一年在原基础上节约空载运转9×365=3285小时，每台电焊机一年节约电能16425Kw·h，10台电焊机一年可节约164250Kw·h电能。
二、节约费用
通过安装空载自停装置后，我公司按10台电焊机按现在工作量（现在约8台/天），电费单价按0.6元/KWh，每年最少可节约16425×8×0.6=78840元电费，我矿设计服务年限约为70年，则至我矿开采结束时，最少可节约78840×70=5518800元电费。
五、成果总结
该技术创新成果，主要特点是创新成本极低，每台焊机革新成本不到30元，创造出的经济效果非常显著。
通过革新前后比较，可看出革新后的安全、经济和社会效益非常显著，费用投入及安装的工作量都很小，在系统运行方面更合理可靠，不但节约了大量电能、资金，在提高焊机工作效率的同时，为我矿加工、维修、制造等领域提供的经济运行设计经验，是十分宝贵的。
一、项目概况
电焊机的使用量大且广，常用的电焊机有交流电焊机、直流电焊机等；大众煤业有限公司现有电焊机共计10余台，分别为BX1-250型、BX1-315型、BX1-500型交流电焊机；是我公司加工、维修、制造领域的主要工具；交流电焊机使用特点是负载与空载交替进行，功率因2数低，耗电量大；在投入使用时，由于工作性质其空载时间往往多于负载时间；电焊机空载时除空载有功损耗外，还因空载时功率因数很低，使无功损耗很大。经测量一台BX1-315型交流电焊机，其空载时有功损耗达2.5 kW，无功损耗达10 kvar。
为了省电而不停地人工开、关机，显然会影响工作效率，因此，减小电焊机空载损耗很具有实际意义。
二、革新设计的必要性
1、电能损耗严重
加工、制造及管道安装的区队，承担全矿的工具制造、技改扩建、检修等工程，由于施工中的主要材料为大量的钢板及金属管道焊接等工作，每天都有数台的电焊机同时工作，在电焊工作中，从焊好一道焊缝到焊接下一到焊缝时，经常要做很多辅助的工作。这时的电焊机就处于空载运行状态，电焊机变压器的初级绕组中仍有空载电流流过，有时工人吃饭或下班都忘记关掉电源，使焊机空载损耗十分严重，这样，就白白浪费掉许多电能。
由于操作者要对焊接工件调整高度、角度、距离或临时改做其他工作等其它因素，电焊机经常处于空载状态。空载状态时，电焊机的功率因数非常低（低于0.3；标准为0.6--0.85以上），大大降低了有功电能的利用率，给我矿电网造成大量的无功损耗；空载时即使再好再新的电焊机仍然有电流流过（5-15A），这部分电能没有做任何有效功，全部白白浪费了（经测算一台电焊机空载平均1小时耗电3-6度），给企业增加额外电费，加大了生产成本。
2、安全系数低
交流电焊机在施工现场是一种不可缺少的焊接工具之一，但是在实际的使用过程中，电焊机的空载时间甚至超过了操作时间，其空载损耗一般约在200W左右，电焊机空载时输出较高的空载电压60-70V（36V以下为国际公认的安全电压，无触电危险），给操作工人带来极大的安全隐患，这不仅白白浪费了许多电能，还会降低电网的功率因数，甚至会造成人身触电伤亡事故，给工人及其家属带来极大的不幸与悲痛，对企业造成不必要的经济损失和名誉上的重大负面影响。据粗略统计，近年来，我国每年由电焊机发生的触电伤亡事故600多起。企业经济财产和人民生命安全受到沉重的打击。
3、工作效率低
负荷持续率是指实际工作时间在全部工作时间中（10分钟为1周期）所占比率。BX1-315型电焊机的负荷持续率=35%，由上可知，当该型焊机工作时，每焊接3.5分钟，就要休息6.5分钟，再加上操作者要对焊接工件调整高度、角度、距离或临时改做其他工作等其它因素，在没有进行技术革新前，每台焊机每班（8小时为1班）累计空载时间在3小时左右（每天3个班则空载9个小时），同样的工作任务，革新前的电焊机每台每年比革新后的电焊机多使用了9×5×365=16425Kw·h电能（每小时空载耗电按5度）。
三、革新设计方案
结合现场实际，经过分析论证，焊机空载自停装置设计方案，具体如下：
焊机工作效率低，主要是由于电焊机在空载时，不能自动切断电源，致使同样的工作任务，革新前的电焊机每年每台却要比革新后的电焊机多使用16425Kw·h电能，造成焊接工作整体效率严重降低。
针对这一问题，主要从两个方面进行处理。
1、 使用R、C组成保护电路，其作用主要是防止电压突变时使VS损坏，起到保护设备的功效。
2、当晶闸管的正向电流小于最小维持电流IH时，晶闸管将自动关断，即自动切断电源，将无功损耗扼杀在摇篮中，实现了自动断电的节电电路，大大提高了电源的利用率。
3、利用双向晶闸管作电子开关比机械开关更加优越。因为只需很低的控制功率，就能控制相当大的电流，它不存在触点抖动问题，动作速度极快，在关断时也不会出现电弧现象；在空载状态下电焊机自动切断电源，确保了操作人员的安全，可谓一举多得。采取措施如下：
主电路由双向晶闸管、熔断器、电焊机变压器、开关等组成，控制电路则由晶闸管VS的触发极G微动开关SA2组成。当电焊机工作时其工作原理如下：
当合上开关SA1，接通380V电源，在焊机未焊接前，即当焊钳按钮开关SA2处于断开状态时，晶闸管的阳极A和阴极K之间只是加上一個正向电压，由于控制极G未加触发电压，晶闸管内部有一个PN结处于反相偏置，因此其中只有很小的电流流过，这个电流为正向漏电流。这时，晶闸管阳极和阴极之间表现出很大的内阻，处于阻断（截止）状态，此时晶闸管VS无触发信号而不导通。当焊接工作开始时，只要操作人员按下SA2开关，双向晶闸管VS经控制极（G）和阴极（K）加正向电压被触发导通。焊机接通电源即可以进行焊接。
四、革新设计后的效果
1、该成果线路简单，解决焊机工作实际问题
该装置仅需要在焊机的控制回路上连接一个晶闸管、一个微动开关；解决了焊机空载时出现的电能损耗严重、安全系数和工作效率低的问题。
一、通过对电焊机安装空载自动断电装置，可自动控制电焊机的启动和停机。
二、当焊接暂停，电焊条离开工件后，经一定延时，电焊机自动停机，因为只需很低的控制功率，就能控制相当大的电流，它不存在触点抖动问题，动作速度极快，在关断时也不会出现电弧现象，确保了操作人员的安全。
三、可降低电焊机在空载时的电损耗，并可减少无功损耗，有效的改善电网的功率因数，线路简单、调试易于实现、引弧方便、节电效果非常显著。
四、利用晶闸管关断电源的电路，来实现电焊机空载节电电路，只要随手关掉焊钳手柄上的开关，即可实现断电的节电电路。
2、不但减低电能损耗，而且提高焊接工作效率
一、技术改造前，以一台BX1-315型交流电焊机为例，其空载时有功损耗达2.5 kW，无功损耗达10 kvar；当10台电焊机同时运行时，加在电网上的有功损耗为25kw、无功损耗为100 kvar。
二、技术改造前，每台焊机每班累计空载时间在3小时左右，同样的工作任务，革新前的电焊机每台每年比革新后的电焊机多使用了16425Kw·h电能，在革新前工作效率的基础上，提高了80% 。
三、通过调整电阻R的数值，实时检测电网的电压与电流，调整焊机的输入电压电流，控制焊机的输入功率，减少不必要的电能损耗，实现“所供即所需”。
四、通过电容C消除高次谐波、抑制瞬流浪涌的手段清洁电网电路，有效减少焊机对电网的冲击，降低电网的无功损耗，提高焊机的运行效率，降低运行成本和无功补偿设备维护费用，延长设备的使用寿命。具有节电和保护设备的双重功效。
3、节约能量、费用
一、节约耗电量
现以一台BX1-315型交流电焊机为例，经测量其空载时有功损耗达2.5 kW，无功损耗达10 kvar。每台焊机每班累计空载时间在3小时左右，按我矿现焊机（改造后）工作量（每天每台焊机空载9小时左右）计算，每台焊机一年在原基础上节约空载运转9×365=3285小时，每台电焊机一年节约电能16425Kw·h，10台电焊机一年可节约164250Kw·h电能。
二、节约费用
通过安装空载自停装置后，我公司按10台电焊机按现在工作量（现在约8台/天），电费单价按0.6元/KWh，每年最少可节约16425×8×0.6=78840元电费，我矿设计服务年限约为70年，则至我矿开采结束时，最少可节约78840×70=5518800元电费。
五、成果总结
该技术创新成果，主要特点是创新成本极低，每台焊机革新成本不到30元，创造出的经济效果非常显著。
通过革新前后比较，可看出革新后的安全、经济和社会效益非常显著，费用投入及安装的工作量都很小，在系统运行方面更合理可靠，不但节约了大量电能、资金，在提高焊机工作效率的同时，为我矿加工、维修、制造等领域提供的经济运行设计经验，是十分宝贵的。