[发明专利]直流逆变电熔焊机输出电压自动补偿的方法

说明书

本发明涉及塑料管道电熔焊接技术，旨在提供一种直流逆变电熔焊机输出电压自动补偿的方法。该方法包括：根据电熔管件的电阻值R及电感值L、交流电熔焊机满波形有效电压U₀和电熔管件的焊接电压U_A，计算利用交流电熔焊机整定时的功率因数λ；或者，采用拟合公式计算该功率因数λ；然后对直流逆变焊机的输出电压进行补偿，使实际直流焊接过程与确定焊接工艺参数时电熔管件上的交流焊接功率相等。通过本发明的方法，可以有效地消除功率因数对电熔管件实际获得热量的影响，使焊接过程符合最佳工艺要求，有效地防止过焊缺陷的发生。该控制方法可以方便地加入到现有的数字式焊机当中，使其成为具有自动补偿输出电压和防止过焊功能的新型电熔焊机。

技术领域

本发明涉及塑料管道电熔焊接技术，包括高密度聚乙烯管、钢丝/钢带等增强塑料复合管、玻纤/碳纤以及芳纶纤维等增强的塑料复合管的电熔焊接技术。

背景技术

与金属管道相比，塑料管道与复合管道具有耐腐蚀、柔韧性好、重量轻、使用寿命长、性能可设计等优势，广泛应用于建筑给排水、矿浆输送、燃气输送、油气输送、油田集输以及核电站冷却水输送等领域。电熔连接是塑料管及复合管最常见的连接方式。

电熔焊接是一个材料的物理熔接过程：首先将待连接的塑料管或复合管端部插入预埋有电阻丝的电熔套筒中，并使管材外表面和套筒内表面紧密接触。将电熔套筒连接于固定电压的电源，使电熔管件内的埋藏电阻丝通电发热。热量逐渐向管材和套筒内聚乙烯材料传递，使管材外壁面和管件内壁面逐渐熔融为一体。电熔焊接结束后，接头缓慢冷却，原有的焊接界面消失，形成具有一定强度的电熔接头。

目前国内市场上电熔焊机按控制方式可以分为逆变型直流和相控型交流焊机两种。相控型交流电熔焊机(以下简称交流焊机)主要是采用可控硅移相控制原理，利用晶闸管调压。意大利RITMO和法国塑龙等进口电熔焊机和许多国产电熔焊机都采用这种方案。其优点是：电路简单，容易实现。缺点是：(1)体积大，质量重：由于市电频率为50HZ，所以必须背一个体积笨重的环形工频变压器，使电熔焊机整体重量增加，目前国产的相控型交流电熔焊机重量一般在20KG以上，进口的也不低于17KG，导致野外施工搬运不便。(2)低效率：变压器损耗大，降低了整机的工作效率。(3)对电网有高次谐波的干扰。

对于逆变式电熔焊机(以下简称直流焊机)，利用可关断功率器件(IGBT、IPM、GTR)高频开关控制。它将工频电压进行全波整流，再进行高频逆变，经高频变压器进行变压以后再次整流，滤波，最后得到所需的电压。该方案最大的优点就是采用了高频变压器代替了传统的工频变压器，工频变压器的铁芯材料采用的是硅钢片，高频变压器铁芯材料是铁氧体。铁氧体是复合氧化物烧结体，主要成分为Zn、Mn等，磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激励电流就能有较高的磁感应强度，线圈能承受较高的外加电压，因此在输出一定功率的要求下，可减小磁芯体积，从而使整个焊机的重量和体积都大大减少，十分有利于野外施工和搬运。磁芯的矫顽力低，磁滞回环面积小，因而铁损耗也小。而且当铁芯有较高的电阻率时，则产生的涡流小，铁耗也小。所以高频变压器工作效率高，一般在90％以上，且受温度影响小，价格低，输出电压误差可控制在±0.2v。与单片机结合可控性好，可根据用户的需求灵活控制扩展功能。

近10年来，国内包括浙江大学、东南大学、天津大学、广东工业大学等陆续提出基于不同类型的单片机、嵌入式系统的逆变型直流电熔焊机，不少厂家也生产了重量轻的逆变型直流电熔焊机产品。然而现场使用过程发现，采用逆变型直流焊机焊接的电熔管件容易发生冒料等问题，导致电熔接头过焊。因而，逆变式焊机的行业接受度较差，对安全性要求较高的燃气管道等领域，仍然普遍使用相控型交流焊机。

申请人通过深入研究，发现这一现象主要是由电熔管件行业的工艺确定方法和电熔焊接的电压输出特性共同影响产生的。