Підвищення ефективності систем живлення машин для контактного точкового зварювання

Для машин КТЗ потужністю більш за 100 кВА визнана за перспективну система живлення з трифазним перетворювачем числа фаз та частоти струму 30 Гц. Доведено, що квазісиметрична робота перетворювача дозволяє отримати сприятливий розподіл струму по фазах мережі без завантаження нульового дроту, а зниження робочої частоти струму - підвищити коефіцієнт потужності самої машини.

Для зварювання та мікрозварювання деталей з малою (нижче за 1 мм) та особливо малою (нижче за 0,1 мм) товщиною запропоновано використання інверторного перетворювача підвищеної частоти зварювального струму як альтернатива машинам конденсаторного зварювання. В роботі вміщено опис розробки та виготовлення дослідного експериментального зразка інверторного джерела живлення підвищеної частоти струму 500 Гц з розробленим автоматичним керуванням режимом зварювання. Це джерело живлення забезпечує процес високоякісного зварювання металевих виробів в діапазоні товщин 0,05...0,5 мм та моделює джерело живлення з частотою струму 30 Гц для зварювання виробів в діапазоні товщин 5...8 мм. Наведено результати експериментального дослідження мікрозварювання зразків виробів з нержавіючої сталі 08Х18Н10Т, виконаних за його використанням.

Ключові слова: контактне точкове зварювання, системи живлення, перетворювачі частоти, технологічні показники, енергетичні показники, коефіцієнт потужності, рівномірне завантаження фаз мережі, розрахунок, автоматизація, експериментальне дослідження.

АННОТАЦИя

Письменный А.А. Повышение эффективности систем питания машин для контактной точечной сварки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 - Сварка и родственные процессы и технологии. - Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев, 2008 г.

Диссертационная работа посвящена анализу проблем электропитания и управлением машинами для контактной точечной сварки сопротивлением (КТС). На основе анализа определены наиболее перспективные направления для дальнейших работ в этой области.

Диссертация содержит систематизированный анализ известных систем питания для КТС, на основе которой произведены теоретические и расчетные оценки наиболее перспективных систем.

Доказана высокая эффективность систем продольной компенсации реактивной мощности однофазных машин для КТС малой и средней мощности до 100 кВА. По сравнению с обычными однофазными машинами они обладают значительно более высоким коэффициентом мощности, обеспечивают повышенную стойкость электродов и стабильность качества соединений в широком диапазоне их удельных сопротивлений.

Разработана методика расчета коэффициентов мощности, значений относительных напряжений и токов по заданным значениям угла включения тиристорного контактора при различных значениях активного сопротивления нагрузки. С использованием разработанного нового метода расчета установлено, что в диапазоне углов включения тиристоров до 60-ти электрических градусов возможно получить высокое значение коэффициента мощности (до 0,95) при отклонении от полной компенсации в сторону недокомпенсации на 25%.

Для машин КТС мощностью свыше 100 кВА признана перспективной система питания с трехфазным преобразователем числа фаз и частоты 30 Гц. Квазисимметричная работа преобразователя позволяет получить близкое к равномерному распределение тока по фазам сети без загрузки нулевого провода, а снижение рабочей частоты тока - повысить коэффициент мощности машины на 20…30 % в сравнении с традиционной системой питания машин КТС промышленной частоты. В технологическом отношении применение сварки переменным током пониженной частоты 30 Гц позволит повысить действующее значение тока в нагрузке, уменьшить риск подплавления сварочных электродов и случаи выплеска металла из зоны сварки.

Для сварки и микросварки деталей малых (ниже 1-го мм) и особо малых (ниже 0,1-го мм) толщин предложено использование инверторного преобразователя повышенной частоты сварочного тока как альтернатива машинам конденсаторной сварки.

В работе содержится описание разработки, изготовления и испытания экспериментального образца инверторного источника питания повышенной частоты тока 500 Гц для контактной точечной микросварки, в котором реализован специально разработанный алгоритм автоматического управления режимом сварки. Этот источник питания обеспечивает процесс высококачественной сварки изделий в диапазоне толщин 0,05…0,5 мм и моделирует источник питания с частотой тока 30 Гц для сварки изделий в диапазоне толщин 5…8 мм.

Новый источник питания успешно испытан при сварке металлов углеродистой группы с толщиной свариваемых деталей менее 1мм. Получены положительные отзывы о качестве сварных соеднений от ведущих предприятий страны.

Ключевые слова: контактная точечная сварка, системы питания, преобразователи частоты, технологические показатели, энергетические показатели, коэффициент мощности, разномерная загрузка фаз сети, расчет, автоматизация, экспериментальное исследование.

ABSTRACT

Pismennyy O.O. Increasing Efficiency of Power Supply Systems of Machines for Resistance Spot Welding. - Manuscript.

The thesis for a scientific degree of Cand. Sci. (Eng.) on speciality 05.03.06 - Welding and related processes and technologies. - E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine, Kyiv, 2008.

The thesis work is devoted to analysis of problems of electric power supply and operation of machines for resistance spot welding (RSW). The most perspective trends for further work in this area have been analyzed and determined.

The thesis contains systematic analysis of the known power supply systems for RSW on the basis of which theoretical and calculation evaluations of the most perspective systems have been done.

To develop power supply systems of the power up to 100 kVA with a longitudinal compensation of reactive voltage a program for automatic calculation of the power coefficients, values of relative voltages and currents according to given values of the making angles at different values of voltage active resistance has been created.

For RSW machines of a power more than 100 kVA the power supple system with three phase converter and 30 Hz current frequency was found as a perspective one. It is proved that quasisymplectic work of the converter allows receiving profitable current separation at the chain phases without loading of neutral wire and reduction of current operating frequency - increase the power coefficient of machine itself.

For welding and micro welding of the parts with small (lower 1 mm) and extra small (lower 0,1 mm) thickness an application of a higher-frequency welding current inverter converter was proposed as an alternative for machines of capacitor type welding. The work contains description of the development and production of an experimental research sample of higher-frequency current inverter power supply source of 500 Hz with developed automatic mode of welding control. This power supply source provides a process of high quality welding of metallic products in a thickness range of 0,05…0,5 mm and models the power source with current frequency 30 Hz for welding of products in a thickness range of 5…8 mm. The experimental investigation results of microwelding of the samples of products on stainless steel 08X118H10T, made by it, are represented.

Key words: resistance spot welding, power supply system, frequency converters, technological characteristics, power characteristics, power coefficient, equal loading of circuit phases, calculation, automation, experimental investigation.

Размещено на Allbest.ru