АВТОНОМНИЙ ЗВАРЮВАЛЬНИЙ АСИНХРОННИЙ ГЕНЕРАТОР З ВЕНТИЛЬНИМ ЗБУДЖЕННЯМ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, її зв'язок з науковими планами і темами, сформульовано мету та задачі наукового дослідження, наведено перелік використаних методів дослідження, викладено наукову новизну, практичне значення, дані про апробацію та публікації.

У першому розділі визначено основні вимоги до джерел зварювального струму у складі автономних зварювальних установок, проведено огляд відомих схемних рішень і виконано аналіз математичних моделей для дослідження квазіусталених і динамічних режимів роботи автономних асинхронних генераторів для зварювання.

За результатами літературного аналізу зазначено, що в залежності від способу виконання генератор може за рахунок своїх властивостей забезпечувати формування необхідної зварювальної характеристики, або ж генерувати електричну енергію з постійною напругою. При цьому для формування зварювальної характеристики необхідно використовувати додаткові пристрої. У першому випадку такий генератор можна називати зварювальним.

Наведено класифікацію джерел зварювального струму на основі автономних асинхронних генераторів. Виходячи з способів збудження генератора їх розділено на дві групи: з ємнісним і з вентильним збудженням.

Показано, що при ємнісному збудженні для отримання зварювальних характеристик використовують трансформатори, суперконденсатори та інші пристрої або виконують генератор з розділеними статорними обмотками, що суттєво ускладнює базову конструкцію. Крім того загальними недоліками таких генераторів є неможливість роботи із змінною частотою обертання та складнощі при формуванні зовнішніх характеристик довільної форми. Генератори з вентильним збудженням цих недоліків не мають, тому їх більш доцільно використовувати для створення автономних зварювальних установок із змінною частотою обертання. Встановлено, що перспективним є зварювальний генератор (рис.1), де вентильний перетворювач системи збудження водночас формує зовнішні зварювальні характеристики, так як за рахунок зменшення кількості напівпровідникових перетворювачів підвищується коефіцієнт корисної дії і зростає надійність системи в цілому. Для недопущення втрати збудження при короткому замиканні зварювального кола запропоновано послідовно із зварювальною дугою (ЗД) вмикати блок додаткового регульованого опору (ДРО), який складається із паралельно ввімкнених резистора і транзистора. Змінюючи шпаруватість імпульсів керування напівпровідниковим ключем можна змінювати еквівалентний активний опір ДРО так, що при короткому замиканні зварювальних електродів він буде найбільшим, а при нормальному горінні дуги дорівнюватиме нулю. Завдяки цьому досягається стійка робота при короткому замиканні за рахунок недопущення падіння напруги в колі постійного струму генератора нижче допустимого рівня. Керування ВП і блоком ДРО здійснюється за допомогою системи керування (СК).

Математичні моделі асинхронних генераторів розрізняються в залежності від досліджуваного режиму роботи та від необхідної степені деталізації. Їх можна розділити на дві групи: для вивчення квазісталих режимів роботи; для аналізу як квазісталих, так і перехідних процесів. Показано, що для вивчення квазісталих режимів використовують схеми заміщення асинхронної машини, до якої приводять елементи навантаження і системи збудження, яку представляють у вигляді конденсатора.

Дослідження АГ з ВЗ у динамічних режимах ускладнене нелінійністю контуру взаємоіндукції, дискретністю роботи вентильної системи збудження, а також залежністю точності результатів від вибраної системи координат. Тому вони відрізняються, по-перше, математичним апаратом (диференціальні рівняння, тензорний аналіз) і системою координат, які використовуються для опису АМ, по-друге, способом врахування впливу напівпровідникової частини (за допомогою комутаційних функцій, пасивних двополюсників, методу припасування тощо), по-третє, методом врахування нелінійності контуру намагнічування. Слід зазначити, що математичні моделі, які дозволяють досліджувати перехідні процеси з використанням диференціальних рівнянь, дають інформацію і про усталені режими роботи генераторів. Однак тривалість розрахунків значно більша ніж при використанні математичних моделей на основі схем заміщення.

Аналіз математичних моделей і методів розрахунку показує, що, незважаючи на різноманіття запропонованих підходів, відсутні математичні моделі для дослідження автономного зварювального асинхронного генератора з вентильним збудженням, у якому вентильний перетворювач системи збудження формує зварювальні зовнішні характеристики. Тому, зважаючи на перспективність використання запропонованого схемного рішення, актуальними є розробка його математичних моделей та дослідження квазісталих і динамічних режимів роботи.

У другому розділі описано математичну модель автономного зварювального АГ з ВЗ (рис.1), що враховує асинхронну машину, вентильний перетворювач, систему керування, зворотні зв'язки та блок ДРО і дозволяє моделювати динамічні і усталені режими роботи при різних алгоритмах керування генератором.

Основою математичної моделі АГ з ВЗ є система диференціальних рівнянь, що описує асинхронну машину в трифазній системі координат ABC, нерухомій відносно статора, у формі потокозчеплень