Введение к работе
Актуальность темы. Широкое использование сварочного оборудования предъявляет повышенные требования к их удельным показателям. Проблема ресурсосбережения наиболее важна при проектировании преобразователей электрической энергии, к которым относятся сварочные выпрямители. Поскольку до 80% массы и габаритов источников питания электрической дуги приходится на электромагнитные элементы, то является актуальным совершенствование схемотехнических решений сварочных преобразователей с целью повышения удельной мощности и надежности устройств.
В мировой практике наблюдается тенденция перехода к схемам с импульсным преобразованием энергии. Однако, широкое распространение подобных устройств на отечественном рынке сдерживается их сравнительно высокой ценой. Стоит также указать на негативное влияние импульсных преобразователей на энергосети, а также на увеличение динамических потерь в коммутаторах и в материалах пассивных элементов.
Серийно выпускаемые и используемые в промышленности отечественные источники питания сварочной дуги не соответствуют современным требованиям по массогабаритным и энергетическим показателям.
В течение ряда лет на кафедре промышленной электроники Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета (КнАГТУ) ведутся разработки сварочных преобразователей с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями.
Были достигнуты определенные результаты в виде экспериментальной установки, параметры элементов которой, в основном, определялись опытным путем из-за отсутствия инженерной методики расчета.
Оставались также нерешенными вопросы анализа режимов работы проектируемых схем и вопросы, связанные с оптимизацией их параметров.
Целью работы является разработка и исследование сварочных преобразователей с емкостной компенсацией реактивной мощности на стороне постоянного тока с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями.
Для достижения поставленной цели ставятся следующие задачи:
анализ методов расчета электрических схем и математических моделей компонентов;
разработка комплекса программ для расчета переходных процессов и характеристик (внешних, регулировочных, энергетических и т.д.) в схемах;
анализ режимов работы (холостой ход, режим сварки, аварийные режимы) исследуемых схем сварочных преобразователей;
разработка рекомендаций по выбору параметров схемы
РОС. НАЦИОНАЛЬНА»і БИБЛИОТЕКА [
Методы исследований. Научные результаты работы получены с использованием методов теории электрических цепей, интегрального и дифференциального исчисления, методов математического моделирования с применением ЭВМ.
Достоверность научных результатов, изложенных в работе, подтверждается экспериментальными исследованиями, полученными на макетном образце.
Научная новизна работы заключается в следующем:
выявлены особенности работы сварочных преобразователей с емкостной компенсацией реактивной мощности на стороне постоянного тока;
разработаны и программно реализованы новые математические модели для анализа электромагнитных процессов, учитывающие особенности конструкции и режимы работы сварочных преобразователей;
разработаны методики проектирования, определения параметров и размерных соотношений, обеспечивающие улучшение массогабаритных и энергетических показателей сварочных преобразователей;
в результате исследования выработаны рекомендации по использованию и проектированию сварочных преобразователей.
Основные положения, выносимые на защиту:
схемотехнические решения сварочных преобразователей с емкостной компенсацией реактивной мощности на стороне постоянного тока;
результаты теоретических и экспериментальных исследований сварочных преобразователей с емкостной компенсацией реактивной мощности на стороне постоянного тока;
- комплекс программ для расчета и анализа переходных процессов,
расчета характеристик (внешних, регулировочных и т.д.) в схемах.
Практическая ценность работы:
разработана схема сварочного преобразователя с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями;
создан макетный образец сварочного преобразователя;
разработан комплекс программ для расчета переходных процессов и характеристик (внешних, регулировочных, энергетических и т.д.) в схемах;
- изложена инженерная методика расчета сварочных преобразователей.
Результаты теоретических и экспериментальных работ могут быть
использованы при построении сварочных преобразователей постоянного тока и направлены на повышение качества электротехнических систем и устройств, использующихся в сварочных технологиях.
Реализация результатов работы. Сварочный преобразователь с улучшенными технико-экономическими показателями со ступенчатым регулированием является результатом работ по инновационному проекту, выполняемому по заказу правительства Хабаровского края; успешно прошел испытания на АО «Амурский судостроительный завод»; внедрен в технологический процесс в ЗАО «Технодизайн»; выпущена опытная партия сварочных преобразователе^ на ОАО «Амурская Эра».
Разработанный комплекс программ внедрен в учебный процесс КнАГТУ для выполнения учебно-исследовательских работ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение: на международной научно-технической конференции «Пути и технологии экономии и повышения эффективности использования энергетических ресурсов региона» Комсомольск-на-Амуре (2003 г.); на ежегодных научно-технических семинарах аспирантов и молодых ученых в КнАГТУ (2002 г., 2003 г., 2004 г.); на научно-технических семинарах кафедры промышленной электроники КнАГТУ.
Макетный образец сварочного преобразователя был представлен на международном форуме «Высокие технологии XXI века», экспонировался на выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции», где был удостоен диплома первой степени с вручением медали.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научных статьи, получено 3 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ (РОСПАТЕНТ) и 8 свидетельств о регистрации интеллектуального продукта (ВНТИЦ).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 157 страницах машинописного текста, списка литературы из 103 наименований и приложения.
