[发明专利]一种交流钢轨焊机

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通工程领域，特别涉及钢轨焊机，尤其是一种交流钢轨焊机。

背景技术

轨道交通(高铁、普铁、地铁、轻轨、重轨)的高速发展导致了轨道机械质高、量大的需求，其中轨道敷设已全面采用无缝焊接工艺，以致全球大量需求高质量的轨道焊接设备。基于成本、效率与可靠性，目前世界上多采用交流闪光焊接工艺，采用单相变压器降压至6～7V后直接碰焊，碰焊电流峰值超过10万安培，最大功率超过500KVA。由于焊接过程的预闪、顶锻阶段，电源近似被短路而产生很大的冲击电流，另外因焊接工艺的需要必须对输入电压进行调压/变流处理，通常是采用双向晶闸管进行移相调压，从而导致电源的功率因素偏低，并产生较大的谐波电流，因而须配置高性能的电源供给系统。当焊接在固定的施工场合，若由市电网供电，问题相对容易解决。但轨道施工通常是移动作业，因而，移动式柴油发电机为常规配置。那么对该移动式柴油发电机的容量、抗冲击能力、电压调节器的励磁能力与调节性能、可靠性均提出较高的要求。

现有技术中，在轨道施工中应用最多的是钢轨焊机的结构示意图如图2所示，采用恒速运行的柴油发动机拖动恒压、恒频运行的三相交流电励磁同步发电机。通过大电流的双向晶闸管与焊接设备的单相变压器的初级绕组连接，焊接的输出电流由系统程序根据工艺要求控制双向晶闸管的导通角实现调压/变流。辅助液压动力由三相电动机拖动的液压泵提供。由于采用晶闸管进行移相调压，移相斩波导致电流产生大量的高次谐波，高次谐波分量限制了变压器及发电机的输出功率，并导致相关部件、器件发热产生损耗。另外移相调压使发电机的功率因数下降，进一步导致能耗增加。另外，一个更大的技术缺陷是：由单相变压器直接降压方式进行焊接，具有设备简单、抗大短路电流冲击能力强的优点，但由于该变压器是单相运行，对普通的三相电源，特别是常用的柴油机驱动的三相同步发电机，缺一相应用，电机的最高利用率只有0.577，而单相不对称运行导致发电机产生大量的负序电流和零序电流，这些负序电流和零序电流会大大增加发电机的功率损耗及震动，降低了发电机的效率与使用寿命。通常的同步发电机均须采用自动电压调节器进行励磁/输出电压调节。当焊接在预闪阶段(变压器输出近似被短路，将需求三倍以上的输入功率)，发电机被突加超过100％负载，由于励磁调节电流的滞后，发电机输出电压必然会产生较大的瞬态下跌偏差(瞬态偏差大于-30％，恢复时间1～2秒)，导致闪光焊接质量下降。为了提高焊接的成功率，通常是选配为单相变压器3倍容量的发电机(例如：50％暂载率设计，250KVA的焊接变压器，多配置750KVA～1000KVA的发电机)。发电机的功率选大了，拖动的发动机也须同时加大配给功率，当然系统的能耗、体积及造价也同时增大了。

现有的移动式钢轨焊机具有结构复杂、能耗大、造价高、体积大等缺陷。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种能耗低的交流钢轨焊机。

一种交流钢轨焊机，包括液压泵、发电机、发动机以及单相变压器以及一对焊接电极；发电机由发动机驱动，液压泵由发电机驱动，发电机与单相变压器的初级绕组电气连接，单相变压器的次级绕组与焊接电极电气连接，发动机包括调速器，其特征在于：发电机为单相永磁发电机，包括前输入轴和后输出轴，前输入轴与发动机的主轴机械连接，后输出轴与液压泵机械连接。

进一步的，还包括用于检测单相变压器的初级绕组的电流的电流互感器以及电流-速度调节器，电流互感器与电流-速度调节器电气连接，电流-速度调节器与调速器电气连接。调速器受电流-速度调节器控制，电流-速度调节器根据电流互感器检测的电流来控制调速器，实现电流/速度闭环调节。

进一步的，所述的电流-速度调节器为以电流/速度闭环调节的PID调节器。

进一步的，还包括飞轮，飞轮通常设于发电机的前输入轴，也可以设于发电机的后输出轴，也可以在发电机的前输入轴和后输出轴同时各设置一个飞轮。进一步的，所述的飞轮为钢制蓄能惯性轮。

进一步的，所述的发动机为柴油机或燃气机。

配置于发动机中的调速器通常为电子控制调速器或电喷控制调速器。