Введение к работе
/'.-' ,''
Актуальность проблемы. Контактная сварка является важной
неотъемлемой частью современного машиностроительного произ-іодствп, во многом определяющей его эффективность. Особый ин-ерес представляет использование контактной сварки постоянным оком (КСПТ). Он обусловлен рядом существенных преимуществ ІСТІТ по сравнению с другими видами контактной сварки. Постоялым током можно сваривать все материалы, свариваемые контактнім способом. Контактная сварка ряда материалов только возмояс-іа постоянным током. Кроме того, сварочные выпрямители имеют щсокий коэффициент мощности, обеспечивают равномерную загруз-;у фаз питающей сети, возможность регулирования длительности іварочкого импульса в широких пределах.
Внедрение КСПТ сдерживается рядом негативных факторов, івязанннх с электрической чаотью контактных машин. К ним отно-іится значительная относительная материалоемкость современных :варочных выпрямителей (порядка 10-50 кг/кВА), в то время как шсшие показатели в машиностроении - до I кг/кВА; невысокий ЛД - 0,4-0,6 из-за значительных потерь энергии на выпрямление; іизкие динамические свойства сварочных'выпрямителей, связанные : фазовым методом управления.при' рабочей чаототе 50 Гц. Іменно поэтому доля машин КСПТ не превышает 10$ от общего чвс-іа контактных машин.
Новое и развивающееся в мировом сварочном производстве на--гравление основывается на использовании в машинах КСПТ известное схемотехнических решений инверторных источников питания, шботающих на повышенной частоте. Такой подход во многом рп-твдан и обеспечивает снижение массы и габаритов электрической іасти машины, расширение ее технологических возможностей.
Однако известные схемотехнические решения силовых преоб-эазователей разрабатывались без учета специфических условий ра-5оты источников питания в машинах КСПТ и не могут в полной ме-зе соответствовать самым жестким требованиям, предъявляемым к зовременным машинам ответственного назначения. Именно разра-5отка электрооборудования для машин ответственного назначеній, з частности, встраиваемых в робототехнические комплексы, явля-зтея наиболее перспективным направлением развитая КСПТ.
Возможности дальнейшего совершенствования электросварочных установок связаны с пересмотром схем источников электрош гания, систем управления ими с точки зрения специфики контакт ной сварки на постоянном токе.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационное работы является разработка оптимальных схемных решений источников питания для контактных сварочных машин ответственного назначения, в частности, встраиваемых в робототехнические комплексы и создание инженерной методики расчета таких устройств.
В работе поставлены следующие задачи:
-
Исследовать возможность применения ряда схем преобразователей повышенной частоты в машинах КСПТ для улучшения характеристик сварочного оборудования.
-
Выбрать оптимальные с точки зрения специфических уши вий расоты контактного сварочного электрооборудования схемы силовых преобразователей.
-
Выработать рекомендации по выбору оптимальной рабочеі частоты, обеспечивающей снижение расхода активных материалов устройстве, высокие энергетические показатели.
-
Разработать методику расчета параметров элементов и основных энергетических характеристик предложенных преобразователей.
-
Провеоти экспериментальные исследования на макетах разработанных источников питания.
Методы исследования. .Математическое моделирование источников питания. Использована программа ПАКЛС, моделирующая рас четную вентильную схему совместно о ее системой управления в переходных и установившихся режимах. Моделирование процессов устройстве осуществляется блоком модели электрической схемы системы ПАКЛС путем решения начальной задачи Коши для дифференциальных уравнений цепи с приравниванием вектора перемени* в моменты коммутации ключей.
Расчет параметров стационарного периодического режима ві полияется методом установления, т.е. расчета переходного процесса в схеме от некоторых начальных условий до его затуханні с заданно]; точностью. Статические характеристики опроделяютс: с помощью метода медленной ьариации параметра.
Алгоритм исследований программируется в две стадии - сначала разрабатывается расчетная структурная схема о использованием набора элементов блока системы управления модели, затем она и ее связи с другими частями модели формально описываются на входном языке системы. С целью уменьшения вычислительных затрат критические параметры схем коммутации определены из аналитических выражений, полученных при исследовании электромагнитных процессов методом отдельных составляющих, использую- , щим непрерывное преобразование Лапласа.
Экспериментальные исследования на макетах трехфазных ин-верторных источников питания.повышенной частоты с увеличенной длительностью интервалов проводимости силовых вентелей.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем',
-
Разработана методика расчета параметров и характеристик мошных источников питания повышенной частоты о учетом cue- , цифики их работы в машинах контактной сварки. v
-
Получены сравнительные характеристики предложенного источника питания.
-
Рассмотрены вопросы, связанные о выбором оптимальной рабочей частоты устройства.
1. Предложена схема источника питания с полностью управляемым ключом в цепи постоянного тока, обеспечивающая повышение технико-экономических показателей контактного сварочного электрооборудования.
Практическая ценность работы заключается в следующем: .
-
Предложена схема источника питания с полностью управляемым ключом в цепи постоянного.тока, обеспечивающая ряд ванных с практической точки зрения преимуществ по сравнению с другими схемами инверторов напряжения: таких как пониженный уровень напряжений на ключевых элементах, эффективное использование активных материалов трансформаторов, вкоокую стабильность длительностей интервалов проводаглэстеи силовых вентилей, возможность выполнения силовых трансформаторов ьа высокотехнологичных витых магнлтолровздах без дополнительных контуров размагничивания.
-
Разработана методика расчета параметров ;< Хор.5кг:.!Гм;;~ тлк предложенного кстсчшіка питаній, которая мо/'вт с:
' - 4 -мендоаана при проектировании контактных сварочных преобрао телей повышенной частоты.
-
Предложена методика измерения параметров источника питания, в частности, определения параметров сварочного трансформатора, работающего на повышенных частотах.
-
Приведен пример практической реализации предлагаемого ИЛ на ток 15 кА, включающий перечень параметров элементов и основные характеристики устройства.
Практическая реализация.. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы в хоздоговорной НИР (хоздоговор & 3666/ВЧЭТ-Ю4 от 12.12.86 г.) "Разработка источников питания со звеном повышенной частоты для сварки на постоянном токе, систем их управления и средств контроля параметров", выполненной по заказу Ленинградского завода "Электрик" им. А.Ц.Шверника.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на:
Постоянном научно-техническом семинаре "Опыт применение технологии и оборудования контактной сварки" (Ленинградский дом научно-технической пропаганды, декабрь 1989 г.).
Научно-технических конференциях ЛЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина) (гЛенинград, 1989-1990 гг.).
Заседании кафедры Электротехнологической и преобразовательной техники Л ЭТИ (Санкт-Петербург, март 1992 г.).
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 2 печатных работы; результаты отражены также в научно-техническом отчете.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вв' дения, четырех глав, заключения, списка литературы, включамще го 89 наименований и 2 приложений. Основная часть работы изло жена на 84 страницах машинописного текста. Работа содержит 54 рисунка и 4' таблицы.
