Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время сварка – важная и необходимая часть многих технологических процессов практически в каждой отрасли народного хозяйства, один из ведущих технологических процессов в создании материальной основы современной цивилизации. Сварочное производство является важной составляющей в развитии экономики любой страны. От уровня развития сварочных технологий зависит прогресс многих отраслей промышленности.
Тенденции развития сварочных технологий в нашей стране таковы, что в ближайшем десятилетии ручная дуговая сварка штучными покрытыми электродами и полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа по-прежнему останутся доминирующими способами сварки, с помощью которых будет выполняться не менее 70% всех объемов сварочных работ.
Российский рынок сварки отличается высокими темпами роста: ежегодно абсолютный показатель потребности в сварочном оборудовании среди отечественных потребителей увеличивается на 10-20%. Тем не менее, у нас в стране в качестве источников питания оборудования для электродуговой сварки по-прежнему используются морально устаревшие трехфазные сварочные выпрямители, энергетические характеристики и сварочные свойства которых уступают современным аналогам. Применение устаревшего оборудования приводит к снижению качества сварочных работ при завышенном уровне энергопотребления и, в конечном итоге, – к увеличению их себестоимости.
Кроме того, при питании традиционных трехфазных сварочных выпрямителей от соизмеримых с ними по мощности автономных источников питания возникают недопустимые искажения кривой питающего напряжения, что обуславливает снижение потенциальных возможностей этих источников по электроснабжению других электроприемников.
Таким образом, исследования и разработка перспективных источников питания сварочного оборудования для промышленного производства являются актуальными.
Цель диссертационной работы – улучшение технико-экономических характеристик сварочных выпрямителей.
В связи с этим сформулированы следующие задачи исследований:
- провести анализ источников питания сварочного оборудования для электродуговой сварки и определить пути повышения его технико-экономических показателей;
- разработать математическую модель многофазного сварочного выпрямителя (МСВ) на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВП) и провести ее исследования в различных режимах работы;
- провести экспериментальные исследования опытного образца МСВ на основе ТВП в различных режимах работы;
- проверить соответствие результатов математического моделирования и экспериментальных исследований;
- сформулировать принципы построения системы управления для МСВ на основе ТВП;
- разработать рекомендации по улучшению технико-экономических показателей МСВ;
- выполнить технико-экономическое обоснование эффективности разработки.
Объект исследования – МСВ на основе ТВП.
Предмет исследования – электромагнитные процессы в МСВ на основе ТВП.
Методы исследования базируются на теории электрических и магнитных цепей, теории сварочных процессов, численных методах математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработаны принципы построения МСВ на основе ТВП;
- разработана математическая модель МСВ на основе ТВП для исследования его работы в различных режимах;
- разработан алгоритм работы и принципы построения системы управления МСВ на основе ТВП.
Практическая значимость результатов работы:
- предложена новая конструкция МСВ на основе ТВП;
- разработана принципиальная электрическая схема девятифазного сварочного выпрямителя, которая позволяет повысить его КПД на 10%, коэффициент мощности – на 10-15% и снизить электропотребление на 15-20% по сравнению с аналогами;
- разработана экспериментальная установка для исследования МСВ в различных режимах его работы.
На защиту выносятся следующие положения:
- математическая модель ТВП;
- математическая модель МСВ на основе ТВП;
- методика определения электрических и магнитных параметров ТВП;
- результаты экспериментальных исследований многофазного сварочного выпрямителя на основе ТВП.
Реализация и внедрение результатов работы.
По результатам исследований на предприятии ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром» (г. Краснодар) освоено серийное производство сварочных выпрямителей типа МСВ-301, которые используются на предприятиях ОАО «Газпром».
Производственные испытания полуавтоматов ПДГМ-301 с источниками питания МСВ-301 в филиале «Афипэлектрогаз» ДОАО «Электрогаз» в течение 2007-2009 г.г. показали, что данные полуавтоматы имеют более высокие энергетические и эксплуатационные показатели, чем полуавтоматы ПДГ с источниками питания ВДУ-3020, отвечают современным требованиям и могут быть рекомендованы для внедрения в промышленное производство.
Математическая модель МСВ на основе ТВП применяется в разработках сварочного оборудования ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром», а также используется в учебном процессе на Факультете нефти и газа КубГТУ по дисциплине «Электрические машины». Образцы сварочного оборудования с МСВ на основе ТВП экспонировались на специализированной выставке-ярмарке «Сварка-2007» (10-12 мая 2007 г., г. Сочи) и были удостоены медали «За отличное качество продукции».
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на II международной научно-практической конференции «Образование и наука без границ-2006» (г. Днепропетровск, 2006 г.), на 12-й Всероссийской научно-технической конференции «Пути повышения надежности, эффективности и безопасности энергетического производства» (с. Дивноморское, Краснодарского края, 2009 г.), а также на научно-практических конференциях ГОУ ВПО КубГАУ (2005-2007 г.г.) и ГОУ ВПО КубГТУ (2006-2007 г.г.).
Публикации результатов работы. По теме диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе – 1 статья в издании, рекомендованном ВАК, получено 5 патентов РФ на полезные модели, изобретения и промышленный образец.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка литературы, включающего 124 наименования, и 2-х приложений. Общий объем диссертации составляет 158 страниц машинописного текста, включая 58 рисунков, 19 таблиц, 17 страниц приложений.
