Разработка, исследование и оптимизация электрооборудования для прецизионного плазменного раскроя листового металлопроката

• Автор: Пшенкин, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИХ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
1.1. Моделирование источников тепла
1 ^.Моделирование температурного поля
1.3.Моделирование задачи Стефана
1.4.Пример реализации модели
1.5.Упрощённая физическая модель
1.6.Аналитическая модель
1.7. Аналитическое решение методом малого параметра
Выводы
2. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЮ
2.1.Идентификация технологического узла (плазмотрона) как
нагрузки источника питания
2.2.0бзор современного электрооборудования для технологии
воздушно-плазменной резки металлов
2.3.Идентификация системы питания по экспериментальным
данным
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ НА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (ПВП)
3.1.Проблемы создания ММ и методы их решения
3.2.Математические модели ИВБ ИП
3.3.Расчет и оптимизация силового трансформатора (СТ) ИП
3.4.Результаты моделирования динамических процессов в ИВБ
3.5.Анализ аварийных режимов ИВБ
Выводы
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ (СУ) ТОКОМ ДУГИ ПЛАЗМОТРОНА
4.1.Общие положения
4.2.Анализ динамики ССТ
4.3.Программная реализация и численные эксперименты
4.4.Передаточная функция фильтра
4.5.Оптимизация ССТ
Выводы
5. РАСЧЕТ АКТИВНЫХ ПОТЕРЬ В ДРОССЕЛЕ ФИЛЬТРА ИП
ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО РАСКРОЯ МЕТАЛЛА
5.1 .Мощность потерь на вихревые токи
5.2.Мощность потерь на перемагничивание
Выводы
6. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
6.1.Источник питания процесса ВПР и его элементы
6.2.Адаптация аппарата (ИП) к автоматическим центрам*
раскроя листового металла
6.3.Внедрение разработок в промышленность
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

Воздушно-плазменная резка (ВПР) применялась в промышленности уже в 50-е годы 20 века [1]. В этом процессе стабилизируемая в продольном потоке дуга и формируемая в горелке (плазмотроне) плазменная струя обеспечивают глубокое проплавление металла. Последняя, имея высокую скорость и интенсивность, быстро удаляет из зоны реза расплавленный металл.
Наибольшей производительностью и экономичностью при резке токопроводящих деталей обладает горелка на основе плавильного плазмотрона, в котором дуга горит между активированным катодом и разрезаемым изделием (анодом).
При разрезании листового металла анодное пятно привязано к средней по толщине зоне и может смещаться к поверхности или в глубину под действием следующих факторов: чем интенсивнее поток газа и (или) выше температура плазменного факела, которая прямо зависит от напряженности электрического поля и может составлять от 2 до 10 тыс. К, тем глубже оно смещается. В противном случае облегчаются условия пробоя между столбом дуги и верхней кромкой разрезаемого материала.
Рез по толщине листа можно разделить на 3 зоны, условно характеризующихся преобладанием различных физических процессов (рис. 0.1).
Зона 1 снабжается тепловой энергией за счет излучения и конвекции от столба дуги. В зоне 2 нагрев происходит за счет электронной бомбардировки в анодном пятне и (частично) конвекции. Интенсивность разрушения в 3 зоне определяет температура плазменного факела.
Таким образом с одной стороны, конфигурация реза зависит от многих факторов и достоверно формализовать эту зависимость достаточно сложно; с другой стороны предоставляются широкие возможности управления формой

матрицы а коэффициентов исходной системы ДУ или от отношения максимального и минимального значений модулей полюсов (от жесткости системы), от метода вычислений и от количества значащих разрядов при вычислениях с плавающей точкой.
В системе МАТЬАВ используются алгоритмы нахождения собственных значений присоединенной матрицы и алгоритм Лагерра.
Рассмотрим простой пример:
К цепи (рис. 3.4) подключается источник постоянной ЭДС Е.
Найдем переходный процесс по току г аналитически и 3-мя численными методами. ДУ одноконтурной цепи по рис 3.4:
При нулевых начальных условиях точное аналитическое выражение
для тока Ю (выведено в системе MAPLE):
1 численный метод - интегрирование ДУ РК 4 порядка (использовалась подпрограмма ODE45). Результат - переменная il.
2 численный метод - вычисление реакции через матричный экспоненциал (подпрограмма impulse). Результат - переменная i2.
Рис. 3
iR + L-+-idt-E = 0.
dt Ci

-AL + R^C