Разработка и исследование сварочных преобразователей с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями

• Автор: Богомольный, Евгений Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 202 с. : ил.

1 Источники питания сварочной дуги и их влияние на питающую сеть
1.1 Сварочная дуга и источники ее питания
1.2 Методы анализа динамических режимов источников питания сварочной дуги
1.3 Реактивная мощность, влияние реактивной мощности
на питающую сеть и методы ее компенсации
Выводы
2 Программные комплексы для анализа режимов работы преобразовательных устройств
2.1 Специализированные моделирующие программные комплексы преобразовательных устройств
2.2 Применение универсальных пакетов программ моделирования электронных схем для исследования преобразовательных устройств
2.3 Программный комплекс «Analysis»
2.3.1 Математические модели компонентов
(jf
2.3.2 Применяемые методы расчета
2.3.3 Структура программы
2.3.4 Интерфейс программы
Выводы
3 Режимы работы сварочных преобразователей
3.1 Базовая схема
3.1.1 Работа схемы на холостом ходу
3.1.2 Работа схемы в режиме сварки
3.2 Использование дросселя с расщепленными обмотками в базовой схеме сварочного преобразователя
3.3 Использование тиристорного регулятора на стороне переменного тока в базовой схеме сварочного преобразователя
3.4 Аварийные режимы работы схемы
Выводы
4 Проектирование и экспериментальные исследования сварочных
преобразователей с улучшенными массогабаритными показателями
4.1 Инженерная методика расчета
4.2 Экспериментальные исследования
Выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложения

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.

Применяются различные современные методы повышения эффективности программ моделирования преобразовательных устройств.
Комплекс программ NETZ3N [60] использует прием разбиения силовой схемы преобразовательного устройства на подсхемы (N - полюсники и, в частности, двухполюсники), из которых составлена соответствующая библиотека. В библиотеку включены модели вентилей, а также схемы простых преобразовательных устройств. Вентили представляются последовательной JiL-моделью; для алгебраизации уравнении вводятся схемы замещения реактивных элементов в виде резистивных элементов и источников тока или напряжения. Расчет процессов в схеме замещения преобразовательных устройств сводится к решению алгебраических уравнений относительно узловых потенциалов на каждом шаге. Процедура моделирования состоит из описания TV-полюсников путем вызова соответствующих подпрограмм. Пользователь должен также задать в отдельных подпрограммах описания источников напряжения, имеющихся в схеме преобразовательного устройства, и описание системы управления на специальном внутреннем языке, что достаточно неудобно. В комплексе программ моделирования дифференциальные уравнения тиристорной схемы алгебраизируются с помощью неявной формулы трапеций и объединяются с алгебраическими уравнениями схемы в единую систему, которая решается методом LU-разложения. Используются табличные методы для учета блочной структуры матрицы системы и большого числа нулевых элементов в блоках. Комплекс требует подбора параметров математической модели тиристорного преобразователя, иначе шаг интегрирования автоматически может стать столь малым, что достигнуть окончания переходного процесса вообще не удастся.
Для расчета переходных процессов в [61] показано применение инверторов различных пакетов программ, входящих в состав САПР устройств на основе заказных интегральных схем, разработанных фирмой GENERAL ELECTRIC (США). Обеспечивается расчет переходных и установившихся процессов, а также частотных характеристик. Используется графический