Введение к работе
Актуальность проблемы
В области газопламенной обработки перспективным источником горючего газа являются кислородно-водородные установки на основе электролизно-водных генераторов (ЭВГ). Эти установки открывают широкие возможности их применения в промышленности и быту. Для эксплуатации ЭВГ достаточно иметь подвод к источнику электроэнергии и запас дистиллированной воды, что позволяет получить значительную экономию материальных ресурсов, уменьшить загрязненность окружающей среды. Конечным продуктом при сгорании кислородно-водородной смеси является вода. В нашей стране и за рубежом появились работы, посвященные исследованию и разработке ЭВГ, в основном, незначительной мощности (до 1-2 кВт), что позволило использовать установки для ремонта ювелирных изделий и зубопротезном производстве, а также для ремонта ряда изделий бытовой техники и при сервисном обслуживании малолитражных автомобилей.
Сварка и пайка с использованием ЭВГ имеет и другие преимущества по сравнению с известными: локальность нагрева, широкий диапазон рабочих температур, стабильность и возможность регулирования параметров пламени, бесшумность работы, получение восстановительного характера пламени при использовании в качестве добавок в газовую смесь паров спирта, бензина и др.
В этом направлении значительный вклад внесли работы Балакина В.И., Коржа В.Н., Дыхно С.Л., Варламова И.В., Феоктистова Н.А., Теодорович Н.Н., и др. В работах этих авторов рассмотрены системы электропитания и управления от однофазной сети при малой мощности ЭВГ.
Однако существенным недостатком является взрывоопасность газовой смеси кислорода и водорода, а также недостаточная мощность и производительность установок для их широкого использования в автосервисе, ремонте холодильной аппаратуры, ремонте и производстве товаров народного потребления. Целесообразен переход на системы электропитания и управления от трехфазной сети с точки зрения увеличения производительности и мощности.
ЭВГ является приёмником электрической энергии большой мощности, управление которым связано с созданием условий возникновения сильных электромагнитных помех, что ставит во главу угла вопрос электромагнитной совместимости. Применительно к нашему объекту, по известным литературным данным, эти задачи не решались.
Целью диссертационной работы является решение научно-технических задач, состоящих в обеспечении управления, контроля и защиты, а также безопасности и электромагнитной совместимости установок на базе ЭВГ большой мощности.
В соответствие с этим автором были поставлены и решены следующие задачи:
проведен анализ режимов работы и электромагнитных процессов системы «трехфазный тиристорный регулятор – выпрямитель – электролизер»;
впервые исследована кольцевая схема выпрямления с регулированием на стороне переменного тока, отличающаяся лучшим использованием вентильных элементов (диодов и тиристоров) по току и позволяющая обеспечить функции регулирования, контроля и защиты одними и теми же элементами;
осуществлена разработка и исследование системы датчиков по обеспечению безопасности работы ЭВГ: датчиков рабочего и критического давления, температуры и ударной волны горения;
проведены исследования электромагнитной совместимости системы электропитания и управления ЭВГ большой мощности: предложена методика исследования уровня помех, подтвержденная экспериментальными результатами;
впервые предложены системы управления ЭВГ, защиты и коммутации на микроЭВМ, разработаны схемы систем и их программное обеспечение эксплуатационными режимами.
Решение этих задач позволяет расширить спектр использования ЭВГ, разработать принципы и системы обеспечения безопасности их эксплуатации.
Методы исследования основаны на анализе электромеханических и электромагнитных процессов классическими методами, математическим моделированием процессов.
Научная новизна диссертационной работы.
Основные научные результаты работы состоят в следующем:
-
Впервые исследованы системы электронного управления электролизно-водных генераторов при питании от трехфазной сети.
-
Разработаны принципы и схемные решения систем управления, контроля и защиты ЭВГ, в том числе и с применением микроконтроллеров и микроЭВМ.
-
Получены результаты исследования по электромагнитной совместимости кислородно-водородных установок на базе ЭВГ.
-
Проведены исследования по обеспечению безопасности и работоспособности ЭВГ при регулировании параметров пламени.
Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в разработке систем электронного управления и защиты, а также методов обеспечения электромагнитной совместимости установок на базе ЭВГ при питании от трехфазной сети, позволяющих обоснованно подходить к разработке электротехнологических установок на базе ЭВГ.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Принципы построения систем управления, средств контроля и защиты ЭВГ на основе применения кольцевой схемы с тиристорным регулированием на стороне переменного тока и разработанных датчиков состояния давления, температуры и ударной волны горения.
-
Результаты теоретического и экспериментального исследования электромагнитной совместимости трехфазных систем управления ЭВГ при совмещении функций регулирования, контроля и защиты одними и теми же тиристорными элементами.
-
Принципы построения системы управления, контроля и защиты ЭВГ на микроЭВМ, в том числе и при раздельном получении кислорода и водорода.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на секции «Микропроцессорные системы управления современной бытовой техники» VIII Межвузовской научно-технической конференции «Современные средства управления бытовой техникой» (2006 г.) и на научных семинарах кафедры информационных систем и инновационных технологий ИГУПИТ (2006, 2007, 2008 г.г.).
Результаты исследований использованы при разработке лабораторных практикумов по специальности «Сервис» (специализация «Автосервис»), а также внедрены в хоздоговорной НИОКР № 161-10 «МЮОН» с ФГУП «Научно-исследовательский институт точных приборов» по теме «Разработка переносной автоматизированной технологической установки для производства паяльно-сварочных работ».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 работы опубликованы в журналах «Естественные и технические науки» и «Сервис в России и за рубежом», включенных в Перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка литературы, включающего 49 наименований, приложения. Работа изложена на 152 страницах текста, содержит 70 рисунков, 15 таблиц, а также результаты практического внедрения.
