国内弧焊设备电磁兼容性研究进展

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1、国内弧焊设备电磁兼容性研究进展

2、第1邓集杰，路登平，刘建屏，牛虎理(天津大学材料学院，天津300072)摘要：弧焊设备的电磁兼容性问题日益突出，受到越来越多的关注。针对我国的实际情况，对国内弧焊设备的研究现状进行了综合分析，同时指出了今后的研究方向。关键词：弧焊设备；电磁兼容性(EMC)；电磁干扰(EMI)。前言　　随着国内外各种电磁兼容性(EMC)标准的出台和实施，现有弧焊设备存在的电磁兼容性问题越来越成为其进一步发展和使用的桎梏。欧共体从1996年就开始执行《欧共体成员国关于电磁兼容法律性指令》(89/336/EEC指令)，规定凡进入欧共体市场的所有电器、电子产品都

3、必须满足其指令规定的电磁兼容性(EMC)要求，并贴有包括EMC指令在内的CE(合格)标志，否则将采取惩罚措施。目前国际上关于弧焊设备电磁兼容性的标准主要有IEC/TC26制定的IEC974/10弧焊设备第10部分：电磁兼容性(EMC)要求。该标准适用于弧焊和类似的工艺设备，包括焊接电源、送丝机、引弧和稳弧装置。频率范围为0~400GHz。该标准对弧焊设备的电磁干扰限值和抗扰度以及试验方法都做了详细规定。我国的相关标准为4824-1996工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁干扰特性的测量方法和限值。在这种情况下，弧焊设备的电磁兼容和电磁干扰设计已成为当前研究的新热点。1

4、弧焊设备电磁兼容性概念　　电磁兼容性EMC(Electromagicpatibility)是电子设备的一种特性。它的基本概念包括2方面的含义：其一为设备或系统所产生的电磁噪声不会对周围的电磁环境造成严重的污染和影响其他设备或系统的正常运行；其二为设备或系统内部的各个部件或子系统及相邻的几个系统在一定程度的电磁噪声环境中能够正常运行。电磁噪声的传播有2条途径：一是以电场或磁场的形式向空间传播，即幅射传播；二是沿设备所连接的导线在线路上进行传播，即传导传播。　　弧焊设备的电磁兼容性要求表现在2个方面：一方面其所产生的电磁辐射和噪声谐波不对其本身的控制电路和周围邻近设备产生严

5、重干扰；另一方面其正常工作状态(如焊接电流、送丝速度、行走速度等)不会被其自身和周围其他设备所产生的电磁噪声所破坏。　　弧焊设备工作时必然要产生具有很强的电磁干扰的电弧，但考察这类设备的电磁兼容性问题时应只考虑设备本身，而不必考虑电弧发出的电磁干扰。2弧焊设备电磁兼容性研究进展　　国际上于20世纪20年代就开始了EMC研究。1934年，国际电工委员会(IEC)成立了国际无线电干扰特别委员会(CISPR)，负责制定无线电干扰与测量的方法和允许值的有关标准。1977年IEC又专门成立了第77技术委员会(IEC/TC77)，即电气设备(包括网络)之间的电磁兼容性技术委员会，负

6、责研究接入电网系统设备的电磁兼容性。1994年，根据实际情况，增加了TC26《电焊》。我国的科研工和工程技术人员对弧焊设备的电磁兼容性问题也非常重视，进行了一系列的研究工作。2.1弧焊设备电磁干扰及其危害　　电磁兼容中的核心问题是电磁干扰(EMI)。研究表明，弧焊设备的电磁干扰主要于以下4方面。2.1.1弧焊电源工作时产生大量谐波电流　　弧焊变压器的谐波含量与铁心饱和程度有关。正常情况下，所加电压为额定电压，铁心基本工作在线性范围内，谐波电流含量不大。但在过载时，铁心工作在饱和区，谐波电流含量就会大大增加。而且变压器在投入运行过程、暂态扰动、负载剧烈变化及非正常状态运行

7、时，都会产生大量的谐波。弧焊电源中的整流电路产生谐波是因为它将正弦波整流后变成含有一系列频率不同谐波的单向脉动。大量谐波电流对电网造成极大污染，使得连在同一电网中的其他用电设备无法正常工作，而且还会通过电源线产生射频干扰。2.1.2电力电子器件通断时引起的电磁噪声　　大功率快速功率开关管应用于弧焊逆变器，带来了一系列电磁干扰。如果大功率开关器件是硬开通€€硬关断，则电流电压的波形是方波，其高次谐波分量很大。另外，还包括开关管开通和关断时所产生的尖峰电压干扰，开关管通断时产生的电压尖峰与高频变压器漏感以及其他杂散参数耦合产生的电压尖峰等。2.1.3高频引弧时所产生的高频辐

8、射电磁噪声　　在钨极氩弧焊中，为了提高引弧成功率，避免焊缝夹钨，保证焊接质量，通常采用非接触的高频高压引弧。这种引弧方式的振荡频率为250kHz，功率可达150技术和可关断电力电子器件，可以使整流器的输入电流消去低频谐波。其控制电路原理如图1所示。适当控制P波形，还可以使输入功率因数接近于1，因此也称其为单位功率因数整流器(UPFR)。c.根据弧焊变压器产生谐波的原理，选用适当的铁心，确保正常工作时变压器铁心不会饱和，就会避免产生大量的谐波。而对于高频变压器，除了选用合适的铁心防止产生谐波外，还要采用屏蔽等措施减小漏感，尽量消除一、二次侧