Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Обзор современного состояния техники и исследований сварочных генераторов на базе асинхронной машины с конденсаторным возбуждением ... 11
1.1. Преимущества применения асинхронной машины с конденсаторным возбуждением в качестве сварочных генераторов 11
1.2. Анализ схем сварочных генераторов на базе асинхронной машины с конденсаторным возбуждением 13
1.3. Анализ исследований сварочных асинхронных самовозбуждающихся генераторов с двумя распределенными обмотками на статоре 20
1.4. Выводы по разделу 1 21
Раздел 2. Теория стационарных режимов сварочного асинхронного самовозбуждающегося генератора с двумя распределенными обмотками на статоре для ручной дуговой сварки 23
2.1. Математическая модель стационарных процессов в сварочном асинхронном самовозбуждающемся генераторе с двумя распределенными обмотками на статоре 23
2.2. Построение схемы замещения сварочного асинхронного самовозбуждающегося генератора 27
2.3. О расчете частоты тока сварочного асинхронного самовозбуждающегося генератора с двумя распределенными обмотками на статоре 29
2.4. Алгоритм расчета стационарных режимов работы САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре 33
2.5. Исследование влияния параметров САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре на его внешние характеристики 41
2.6. Выводы по разделу 2 64
Раздел 3. Экспериментальное исследование стационарных режимов сварочного асинхронного самовозбуждающегося генератора с двумя распределенными обмотками на статоре 66
3.1. Цели и задачи исследования 66
3.2. Описание экспериментальной установки 66
3.3. Методика проведения экспериментальных исследований САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре 73
3.4. Обработка и анализ результатов экспериментального исследования САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре 80
3.5. Выводы по разделу 3 86
Раздел 4. Возможные направления дальнейшего усовершенствования сварочного асинхронного самовозбуждающегося генератора с двумя распределенными обмотками на статоре 87
4.1. Стабилизированный сварочный асинхронный самовозбуждающийся генератор с двумя распределенными обмотками на. статоре 87
4.2. Сварочный асинхронный самовозбуждающийся генератор с двумя распределенными обмотками на статоре пониженного напряжения 96
4.3. Сварочный асинхронный самовозбуждающийся генератор с двумя распределенными обмотками на статоре с улучшенными тепловыми характеристиками 103
4.4. Выводы по разделу 4 105
Заключение 106
Список литературы 108
- Анализ схем сварочных генераторов на базе асинхронной машины с конденсаторным возбуждением
- Построение схемы замещения сварочного асинхронного самовозбуждающегося генератора
- Методика проведения экспериментальных исследований САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре
- Сварочный асинхронный самовозбуждающийся генератор с двумя распределенными обмотками на статоре пониженного напряжения
Введение к работе
Асинхронная машина при емкостном самовозбуждении представляет собой асинхронный самовозбуждающийся генератор (АСГ), который является электромеханическим преобразователем энергии [1, 46].
Известно несколько трактовок основы физического процесса емкостного самовозбуждения.
В источнике [7] описывается процесс емкостного самовозбуждения основанного на явлении параметрического резонанса, заключающегося в возникновении и развитии свободных электрических колебаний в резонансных контурах при периодическом изменении взаимной индуктивности между фазами статора и ротора. Амплитуда этих колебаний постепенно устанавливается благодаря ограничивающему влиянию нелинейности насыщения стали машины.
Также существует энергетическая теория возникновения явления самовозбуждения [65], которая гласит о том, что энергия, вносимая в колебательный контур в процессе самовозбуждения, должна одновременно расходоваться в данном контуре при условии нелинейности характеристики одного из элементов контура.
В работе [37] показано, что самовозбуждение в системе "асинхронная машина - емкость" подчинено закономерностям, которые характерны в автоколебательной системе.
Наиболее распространенным является рассмотрение конденсаторного самовозбуждения в асинхронном генераторе с позиций явления остаточного намагничивания [31, 32]. Поток остаточного намагничивания Фост при вращении ротора асинхронного генератора приводным двигателем наводит электродвижущие силы Еост в обмотке статора. При подключении к выводам обмотки статора конденсаторов возбуждения, под действием Еост возникает емкостной ток 1с, который является подмагничивающим, и поток статора совпадает__по направлению_с___потокомтостатрчного намагничивания Ф0ст5 увеличивая тем самым результирующий поток Фрез- Поток Фрсз увеличивает ЭДС в обмотке статора, что приводит к увеличению тока 1с и дальнейшему лавинообразному нарастанию магнитного потока. Нарастание ЭДС завершается при насыщении генератора в точке пересечения магнитной характеристики генератора с вольтамперной характеристикой конденсаторов. Подобная интерпретация емкостного самовозбуждения в асинхронных генераторах принята в данной работе.
К настоящему времени выявлены разнообразные возможности практического использования в различных отраслях промышленности асинхронной машины как преобразователя механической энергии в электрическую. АСГ применяются для питания систем автоматики и телеуправления [62], в качестве: автономных источников переменного тока [9, 31, 32, 57, 112, 116, 114], стартерных генераторов переменного тока [71], датчиков неэлектрических величин [109, ПО], скважинных генераторов электрической энергии [46], электромеханического устройства для удаления газовых подушек из трубопроводов [106], устройств для ударно-вращательного бурения [107, 109], устройств для передачи забойной информации по бурильной колонне в процессе турбинного бурения скважин [108], источников энергии переменной частоты [12, 13, 59], высокоскоростных электромашинных усилителей переменного тока [55], резервных или аварийных источников питания [88], высокоскоростных генераторов в кинетических аккумуляторах энергии [100], защиты детандеров от разноса [52], мощных импульсных установок для преобразования электрической энергии в импульсы других видов энергии [35]. А также для питания в передвижных газотурбинных автономных энергоблоках [6], для питания ручного электроинструмента [34], при отборе мощности от главной силовой установки в электроэнергетических системах транспортных объектов [46], в мощных электротехнических установках общего назначения [85, 93], в импульсных системах электроснабжения [54], для создания электростатического поля в электрофильтрах при очистке газов, содержащих частицы пыли с высоким удельным сопротивлением [101], для питания установок получения сверхсильных магнитных полей [95]. Это связано с известными достоинствами данных генераторов — технологичностью, простотой, надежностью, дешевизной. В то же время АСГ не использовались в качестве сварочных генераторов в связи с таким их недостатком, как возможность срыва самовозбуждения в момент инициирования сварочной дуги при замыкании накоротко сварочного электрода на свариваемую деталь, т.к. при этом замыкаются накоротко и конденсаторы возбуждения.
В 1986 году немецкими инженерами Э. Юлке и Ю. Дасселем данный недостаток был устранен путем укладки на статор двух распределенных обмоток вместо одной, благодаря чему разделяются функции емкостного возбуждения генератора и питания нагрузки (цепь сварки) [102]. Исследованию этого технического решения посвятил свои работы ряд отечественных и зарубежных ученых Дассель Ю., Диржас С.А., Джендубаев А.-З.Р., Жалис В.-Ю., Кицис СИ., Костраускас П.И., Кулакаускас А.К., Кунцевич П.А., Лаужадис А.И., Лемежонене Л.П., Марзаас С.Ю., Паштукас А.В., Прохорова Г.А., Юлке Э. и др. Однако недостаточно полно рассматривались вопросы аналитического исследования, получения аналитических соотношений для анализа и расчета стационарных электромагнитных процессов в сварочном асинхронном самовозбуждающемся генераторе (САСГ) с двумя распределенными обмотками на статоре, расчета его рабочих характеристик. Именно эта актуальная задача поставлена и решается в данной диссертационной работе.
На основании вышеизложенного была сформулирована основная цель работы - исследование и разработка аналитического метода расчета стационарных электромагнитных процессов в САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре.
Для выполнения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:
1. Разработка математической модели стационарных электромагнитных процессов в САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре в виде системы комплексных алгебраических уравнений, позволяющих получить решение в виде конечных формул.
Составление оригинальной схемы замещения САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре, обеспечивающей возможность разработки метода расчета.
Разработка алгоритма расчета стационарных электромагнитных процессов и рабочих характеристик САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре с учетом нелинейности системы, позволяющего автоматизировать расчеты с использованием вычислительной техники.
4. Проведение систематического анализа влияния параметров схемы генератора на его рабочие характеристики с помощью аппарата теории чувствительности и выявление наиболее интенсивно влияющих параметров, разработка электрической схемы САСГ с наилучшими эксплуатационными характеристиками.
5. Разработка новых способов конструктивного выполнения САСГ, обеспечивающих стабилизацию сварочного тока генератора и улучшающих его технические характеристики.
Методы исследования. В ходе проведения исследований в данной работе использовались: методы и законы теоретической электротехники, а также методы теории чувствительности электрических цепей и математической статистики. Все исследования проведены с применением современной компьютерной техники.
Научная новизна выполненных исследований:
1. Разработана математическая модель стационарных электромагнитных процессов в САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре в виде системы комплексных алгебраических уравнений, достоинством которой является то, что вместо решения численными методами системы дифференциальных уравнений получено оригинальное решение в виде формул, позволяющее упростить расчет характеристик.
Составлена оригинальная схема замещения САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре, обеспечивающая возможность получения алгоритма расчета стационарных электромагнитных процессов и характеристик генератора.
Разработан алгоритм расчета стационарных электромагнитных процессов и рабочих характеристик САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре с учетом нелинейности системы, позволяющий автоматизировать расчеты с использованием вычислительной техники.
4. Разработаны новые способы конструктивного выполнения САСГ, обеспечивающие стабилизацию сварочного тока генератора и улучшающие его технические характеристики.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями. В ходе экспериментальных исследований опытной модели САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре расхождение с данными, полученными в ходе расчетно-теоретических исследований, составило 10,5 %.
Практическую ценность представляет следующий результат работы. полученные в диссертационной работе результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре позволили провести анализ влияния параметров схемы генератора на его рабочие характеристики, в результате чего было обнаружено негативное влияние компаундирующих конденсаторов и доказано, что их исключение из схемы позволяет существенно поднять эффективность сварочного процесса. Полученный теоретический материал может использоваться в процессе проектирования САСГ.
Основные положения, изложенные в диссертационной работе, отражены в учебном пособии "Общая электроэнергетика" и используются в учебном процессе кафедры "Электроэнергетика" Тюменского государственного нефтегазового университета.
Основные результаты, выносимые на защиту:
1. Математическая модель стационарных электромагнитных процессов в САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре в виде системы комплексных алгебраических уравнений.
2. Оригинальная схема замещения САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре, обеспечивающая возможность получения алгоритма расчета стационарных электромагнитных процессов и характеристик генератора.
3. Алгоритм расчета рабочих характеристик САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре с учетом нелинейности системы, позволяющий автоматизировать расчеты с использованием вычислительной техники.
4. Результаты систематического анализа (с использованием теории чувствительности) влияния параметров схемы замещения САСГ, позволившие выявить негативное влияние на сварочный процесс компаундирующих конденсаторов.
5. Новые способы конструктивного выполнения САСГ, обеспечивающие стабилизацию сварочного тока генератора и улучшающие его технические характеристики.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно- технических конференциях: Международной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 2005г.), II международной научно-практической конференции "Global Scientific Potential" (Тамбов, 2006г.), Всероссийской научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 2007г.) и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 3 -в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены патент РФ на изобретение и патент РФ на полезную модель, издано одно учебное пособие.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 118 страницах. Содержит 37 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 118 наименований.
Анализ схем сварочных генераторов на базе асинхронной машины с конденсаторным возбуждением
Относительно недавно было получено удовлетворительное решение вопроса применения асинхронной машины с конденсаторным самовозбуждением в качестве базы для реализации сварочного генератора для ручной дуговой сварки [68].
Немецкими инженерами Э. Юлке и Ю. Дасселем в 1986 году впервые был предложен безщеточный сварочный генератор на базе асинхронной машины [102]. Он имел обычный короткозамкнутый ротор в виде беличьей клетки и две трехфазных обмотки на статоре (рис. 1.1). Нагрузка в виде сварочной дуги подключалась к первой обмотке, выполнявшей функции нагрузочной, через трехфазный мостовой выпрямитель, на выходе которого последовательно с выводами нагрузки был включен сглаживающий дроссель. Вторая обмотка исполняла роль обмотки возбуждения и к ней были подключены электрические емкости (конденсаторы), причем дополнительные отпайки на этой обмотке позволяли также использовать ее для питания относительно маломощных потребителей переменного тока. Последняя особенность, хотя и расширяла область применения генератора, в то же время являлась и его недостатком, так как требовала повышенной емкости конденсаторов и приводила к тому, что в режиме холостого хода намагничивающий ток оказывался больше номинального в несколько раз.
Конструкция предложенного ими асинхронного сварочного генератора (рис. 1.2) также содержала две трехфазные обмотки на статоре и короткозамкнутый ротор. При этом первая обмотка QC2C3, служившая обмоткой возбуждения, имела клеммы для подключения конденсаторной батареи 1. Вторая обмотка С їС гС з, выполнявшая функции рабочей обмотки, в свою очередь имела клеммы для подключения сварочного электрода 3 через выпрямитель 2. Переключатели 7, 8, 9 предназначены для замыкания соответствующих обмоток компаундирующих трансформаторов 4, 5, 6 в режиме самовозбуждения генератора при холостом ходе.
Схема двухобмоточного сварочного генератора Костраускаса и Жалиса Характерной особенностью этого генератора являлось то, что рабочая обмотка была смещена относительно обмотки возбуждения по направлению вращения ротора на угол а. При этом в конструкции использовался трехфазный компаундирующий трансформатор, первичные обмотки которого были подключены к фазам обмотки возбуждения, а соответствующие вторичные обмотки этого трансформатора включались к одноименным фазам рабочей обмотки.
Принцип действия генератора основан на том, что в обмотке возбуждения наводится ЭДС и протекает емкостной ток вследствие вращения ротора генератора. Данный ток вызывает в обмотке возбуждения продольную намагничивающую реакцию. При замкнутых выключателях 7, 8, 9 магнитный поток в воздушном зазоре увеличивается до номинальной величины вследствие намагничивающей реакции обмотки возбуждения. Благодаря данному факту ЭДС рабочей обмотки также достигает номинальной величины. При размыкании выключателей и появлении нагрузки рабочей обмотки (создание дуги сварочным электродом) наступает номинальный режим работы данного асинхронного сварочного генератора.
Недостатком этой схемы было присутствие компаундирующего трансформатора, что увеличивало вес и массу сварочной установки и приводило к дополнительным потерям и увеличению ее стоимости в целом. Кроме того, вносимое сопротивление первичной обмотки трансформатора резко менялось при переходе от режима холостого хода к режиму короткого замыкания компаундирующего трансформатора в процессе сварки. А это обстоятельство резко затрудняло обеспечение процесса емкостного самовозбуждения и сильно снижало надежность сварочного генератора. Также, наличие шунтирующих выключателей усложняло конструкцию сварочной установки и снижало ее надежность.
Следующим шагом в направлении совершенствования конструкции сварочных генераторов на базе асинхронных машин явилось предложение А.-З.Р. Джендубаева, сделанное в 1998 году [113].
Конструкция сварочного генератора состояла по-прежнему из короткозамкнутого ротора и уже трех трехфазных обмоток 1, 2, 3 на статоре (рис. 1.3). Катушки статорных обмоток охватывали пакеты зубцов статора, расположенных аксиально один за другим. Торцы зубцов с двух сторон бочки статора заканчивались кольцевыми ярмами. Первая обмотка статора соединялась соответственно с первой батареей конденсаторов 4, вторая обмотка соединялась со второй батареей конденсаторов 5, а третья обмотка через выпрямительное устройство 6 была подключена к нагрузке 7, которой являлась сварочная дуга.
Кроме того, в конструкции использовалась еще и третья батарея конденсаторов 10, которая включалась последовательно в цепи соответствующих фаз первой и второй обмоток. Первые две обмотки служили для обеспечения возбуждения генератора, а третья обмотка использовалась в качестве рабочей. Данный генератор позволяет также питать маломощных потребителей 8 напряжением 380 В и 9 напряжением 42 В.
Работа генератора осуществляется таким образом. При вращении ротора остаточный магнитный поток наводит ЭДС в обмотках генератора. Во всех трех обмотках устанавливаются напряжения, пропорциональные числу витков соответствующих обмоток, величине и соотношению емкости конденсаторов в конденсаторных батареях.
В качестве основного недостатка данного технического решения следует указать на сложность описываемой конструкции, большой вес и габариты, а также невысокие энергетические показатели.
Построение схемы замещения сварочного асинхронного самовозбуждающегося генератора
Анализ стационарных режимов работы САСГ с двумя распределенными обмотками _на статоре, электрическая схема которого показана на рис. 2.1, естественно начать с получения схемы замещения генератора в статике. При создании схемы замещения необходимо, прежде всего, иметь ввиду, что для замены электромагнитной связи между тремя обмотками асинхронного самовозбуждающегося генератора эквивалентной электрической связью нужно, чтобы все три обмотки были приведены к одной, т.е. у всех трех обмоток оказалось одинаковое количество витков. В этом случае рабочий магнитный поток машины Фр, определяемый результирующим намагничивающим током І0, наводит в каждой обмотке одну и ту же ЭДС и, следовательно, можно объединить электрические цепи всех трех обмоток вместе, включив их на общую ЭДС намагничивания Ё0, созданную рабочим потоком. Такая схема замещения показана на рис. 2.3. При построении этой схемы принято, что отсутствуют пульсации тока после выпрямителя В. В этом случае индуктивность не проявляется и нагрузку, включенную через выпрямитель, на стороне переменного тока можно учесть чисто активным сопротивлением цепи сварки гс в. В схеме замещения все элементы цепей обмоток ротора и нагрузки, а также напряжения и токи в них приведены к обмотке возбуждения по известным из теории электрических машин формулам [84].
Необходимо оговорить общепринятые допущения, на основании которых в качестве инструмента исследования принята схема замещения генератора. Назовем здесь эти допущения [36, 81, 84]: - Воздушный зазор равномерный. - Витки обмоток имеют синусоидальное распределение. - Параметры обмоток в каждой фазе одинаковые. - Система напряжений в фазах обмоток является симметричной. - Скин-эффект и влияние потерь в стали не учитываются. - Пространственное магнитное поле распределено в воздушном зазоре машины синусоидально. На основании предложенной оригинальной схемы замещения получим аналитические выражения в виде системы комплексных алгебраических уравнений, позволяющие анализировать стационарные электромагнитные процессы в САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре. При анализе стационарных процессов в сварочном асинхронном самовозбуждающемся генераторе с двумя распределенными обмотками на статоре необходимо знать значение частоты тока генератора, которая определяет параметры и соответственно все рабочие характеристики генератора [50,99]. При определении относительной частоты F исходим из следующих соображений. Процесс сварки начинается после самовозбуждения машины [10, 32]. До этого момента ток в нагрузочной обмотке 12 (рис. 2.3) очень мал и практически не влияет на работу генератора. Поэтому при определении частоты F, не внося заметной погрешности, можно использовать соотношение для АСГ с одной обмоткой (возбуждения) на статоре с учетом потерь в стали [40]: где ГІ - активное сопротивление обмотки возбуждения; Xia - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения; XCi - емкостное сопротивление конденсаторов возбуждения, F = относительное значение частоты тока f в долях синхронной частоты fo=50 Гц.
Комплекс сопротивления обмотки ротора САСГ где r r - активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке возбуждения; Х го - индуктивное сопротивление рассеяния ротора, приведенное к обмотке возбуждения; s = - скольжение в машине, ft — относительная частота вращения ротора в долях синхронной. Активное сопротивление цепи намагничивания электрической эквивалентной схемы замещения САСГ, определяющее потери в стали машины, которые обусловлены вихревыми токами и потерями на гистерезис где г0 - активное сопротивление цепи намагничивания при синхронной частоте, "% - коэффициент, зависящий от марки стали. В частности, для стали 2013 можно принять Н, = 1,3 [72, 83, 89]. Значение сопротивления г 0 получено путем усреднения экспериментальной зависимости rJ(E0) выражением г0 = J r0 (Е0) dE0 , которая определяется одновременно со снятием магнитной характеристики генератора из опыта идеального холостого хода [46]. В качестве объекта исследования был использован асинхронный самовозбуждающийся генератор с двумя распределенными обмотками на статоре, реализованный на базе модернизированной асинхронной машины AHPM90L2. Параметры этой машины в относительных единицах: г0 = 1670 Ом. Число активных проводников в пазу, принадлежащих обмотке возбуждения - 32, сечением провода 1.08 мм ; число активных проводников в пазу, принадлежащих нагрузочной обмотке - 8, сечением провода 1.08 6 мм . Методика определения параметров машины экспериментальным путем представлена в третьем разделе данной диссертации. При решении уравнения (2.7) для данной машины была получена матрица (2.11), состоящая из семи корней данного уравнения, шесть из которых комплексные, попарно сопряженные и один вещественный [58], имеющий физический смысл.
Методика проведения экспериментальных исследований САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре
Для проверки методик расчета параметров стационарных режимов работы и внешних характеристик сварочного асинхронного самовозбуждающегося генератора с двумя распределенными обмотками на статоре было осуществлено снятие соответствующих параметров и экспериментальных характеристик на опытной установке. При этом заданная скорость вращения САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре устанавливалась путем регулировки потока возбуждения и питающего напряжения машины постоянного тока [5, 82], выступающей в качестве приводного механизма (ПМ).
Снятие экспериментальных значений тока, напряжения, частоты при различных величинах подключенных емкостей конденсаторов возбуждения, компаундирующих и шунтирующих конденсаторов, осуществлялось путем непосредственных измерений этих величин посредством соответствующих измерительных приборов. При этом для уменьшения ошибок измерения снятие показаний осуществлялось одновременно несколькими приборами.
В начале эксперимента по снятию магнитной характеристики, в соответствии со схемой на рис. 3.1, измерительный прибор ИП с помощью соединительных проводов подключался к обмотке САСГ. Измерительный прибор ИП с помощью интерфейсного кабеля подключался к персональному компьютеру ПК. Вал САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре жестко соединен с помощью муфты с валом ПМ. Приводной механизм включался, и заданная скорость вращения САСГ в 3000 об/мин устанавливалась путем регулировки потока возбуждения и питающего напряжения машины постоянного тока. При этом на обмотку САСГ подавалось регулируемое напряжение и одновременно производилось измерение подводимого напряжения и токов, протекающих в обмотках. Данные,снимаемые измерительным прибором ИП, передавались по интерфейсному кабелю на персональный компьютер ПК. На персональном компьютере ПК данные поступали и записывались с помощью программы "С.А. 6115 UTILITY" фирмы CHAUVIN ARNOUX, которая поставляется совместно с измерительным прибором. Основное меню программы показано на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Основное меню программы С.А. 6115 UTILITY При экспериментальном исследовании по снятию внешних характеристик САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре, в соответствии со схемой (рис. 3.1), измерительный прибор ИП с помощью соединительных проводов подключался к обмоткам САСГ, а также к нагрузочной обмотке подключали одновременно измерительные провода от автономного измерителя-регистратора напряжений для измерения выходного напряжения. Использовались также измерительные токовые клещи, подключаемые к АИРу, с помощью которых замеряли выходной ток. Измерительный прибор АИР с помощью интерфейсного кабеля подключался к персональному компьютеру ПК. Вал САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре был жестко соединен с помощью муфты с валом приводного механизма ПМ. Меняли количество емкостей, подключенных к обмоткам САСГ, и производили измерение выходного напряжения и тока в момент зажигания сварочной дуги между сварочным электродом СЭ и свариваемой деталью Д (рис. 3.1), а также в режиме холостого хода, т.е. когда цепь сварки разомкнута. Данные, снимаемые измерительным прибором, передавались по интерфейсному кабелю на персональный компьютер ПК. На персональный компьютер ПК данные поступали и записывались с помощью программы AIR_y501.exe, которая поставляется совместно с измерительным прибором АИР. Основное меню программы показано на рис. 3.3.
Контроль и регистрацию напряжений прибор АИР проводил в дискретах АЦП. Персональный компьютер, получив информацию от АИР, производил пересчет значения каналов АЦП (в дискретах АЦП) в значения регистрируемых электрических величин (единицы измерения в каналах) по таблице тарировки. В таблице записаны значения нуля Zi, коэффициента передачи Кі для каждого канала і (i=0,1,...,5) и единицы измерения (вольт, ампер).
Размерность АЦП - 12 бит, поэтому значение кода находилось в диапазоне от 0 до 4095. ПК пересчитывал коды АЦП в единицы измерения по формуле: где Ui - измеренное значение входной величины на канале i, Zi - код АЦП, который соответствовал нулевому входному значению на канале і, Кі -коэффициент передачи канала і; имеет размерность ед.измерения/дискрет АЦП и количество единиц измерения (Вольт, Ампер, мВ, мА) на один дискрет АЦП. Чтобы определить таблицу тарировки, подключали АИР к ПК, запускали exe-файл (AIR_y501.exe) в среде Windows, в появившемся основном окне (рис. 3.3) выбирали команду Настройка —» Тарировка. В появившемся окне Параметры тарировки изменяли значения ячеек таблицы тарировки, которые записывали в файл или в АИР. Файл параметров тарировки является обычным текстовым файлом формата txt. Кроме редактирования в окне Параметры тарировки, его можно редактировать в любых простейших текстовых редакторах. В файле построчно записаны значения нуля, коэффициента передачи для каналов 0, 1,..., 5, единицы измерения в каналах. Для определения параметров тарировки канала і (і = 0, 1,..., 5)
Сварочный асинхронный самовозбуждающийся генератор с двумя распределенными обмотками на статоре пониженного напряжения
Существующие схемы сварочных генераторов на базе асинхронной машины с конденсаторным возбуждением являются недостаточно совершенными и требуют некоторой доработки. Существующий стабилизированный сварочный асинхронный самовозбуждающийся генератор с двумя распределенными обмотками на статоре [117] имеет небольшой недостаток.
Недостатком данного генератора при применении асинхронной машины стандартной конструкции является излишне высокий уровень напряжения холостого хода генератора при необходимости получения достаточно больших сварочных токов и соответственно излишне высокий уровень напряжения сварки. Согласно ГОСТу 304-82 напряжение холостого хода сварочного генератора из-за требований безопасности сварочных работ не должно превышать 100 В. Эти недостатки связаны с излишней крутизной характеристики холостого хода (магнитной характеристики) серийной асинхронной машины, которая в свою очередь определяется относительно низким магнитным сопротивлением магнитопровода стандартной асинхронной машины. Последнее связано со стремлением получить наиболее высокие удельные массогабаритные показатели асинхронной машины в двигательном режиме.
Снижение напряжения САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре осуществляется путем увеличения магнитного сопротивления магнитопровода генератора, и снижения тем самым крутизны магнитной характеристики [39].
Способ снижения напряжения асинхронного сварочного генератора осуществляется на основе нижеследующих теоретических положений. 1 - магнитная характеристика асинхронной машины стандартной конструкции с коэффициентами аналитической аппроксимации а=0.28, Р=1.3; 2 - магнитная характеристика асинхронной машины с увеличенным магнитным сопротивлением магнитопровода и с коэффициентами аналитической аппроксимации а=1.86, (3=177.7 Магнитную характеристику асинхронного сварочного генератора можно представить как зависимость где Е0, 10 - эдс и ток намагничивания асинхронного сварочного генератора, показанные на электрической схеме замещения фазы генератора (рис. 4.5). На данной схеме замещения указаны Іх, ї2, Іг, І0 - комплексные значения токов в обмотках возбуждения, рабочей, ротора и в цепи намагничивания соответственно; Ісз Ісв " комплексные значения токов шунтирующих конденсаторов и на входе в выпрямитель соответственно; Х1а,Х 2а,Х га - индуктивные сопротивления рассеяния цепей обмоток возбуждения, нагрузки, ротора при синхронной частоте f0, соответственно; ХС1, Х 2 Х сз - емкостные сопротивления конденсаторов возбуждения, компаундирующих, шунтирующих при синхронной частоте f0, соответственно; Х0 - сопротивление намагничивания; і !, r2, rr, гд - активные сопротивления обмоток возбуждения, нагрузки, ротора и сварочной дуги соответственно; f F = — - относительная частота токов, определяемая как текущая частота fх в о долях синхронной f0; s - скольжение в генераторе; ОР и ОУ - рабочая обмотка и обмотка управления дроссельного магнитного усилителя соответственно; В — выпрямитель. Штрихи говорят о том, что параметры нагрузочной и роторной обмоток приведены к обмотке возбуждения САСГ с двумя распределенными обмотками на статоре. Нелинейную зависимость (4.9) можно записать также как где Х0(10) - функциональная зависимость сопротивления намагничивания асинхронного сварочного генератора от тока намагничивания. Тогда Реальная магнитная характеристика генератора, выполненного на основе асинхронной машины стандартной конструкции, хорошо описывается выражением где а, Р - коэффициенты аналитической аппроксимации магнитной характеристики. С другой стороны, известна связь [46] между электрическим сопротивлением намагничивания и магнитным сопротивлением магнитопровода ветви асинхронного сварочного генератора: где Zm [ - модуль комплексного магнитного сопротивления намагничивающей ветви; mj - число фаз генератора; kj - обмоточный коэффициент обмотки возбуждения генератора; Wj - число витков обмотки возбуждения генератора; f0 - синхронная частота, 50 Гц; р - число пар полюсов машины. Из рис. 4.4 видно, что один и тот же ток намагничивания 10 достигается на асинхронной машине с увеличенным магнитным сопротивлением магнитопровода при меньшей эдс намагничивания Е0. Увеличение магнитного сопротивления магнитопровода может быть достигнуто либо путем создания дополнительных аксиальных воздушных каналов в пакетах статора или ротора, либо выполнения данных пакетов из магнитного материала с повышенным магнитным сопротивлением, например из стали с повышенным содержанием углерода.
