Тиристорный преобразователь с непосредственной связью для питания контактных машин
При изготовлении металлических конструкций и изделий широко применяют машины для контактной сварки
 сопротивлением и оплавлением, мощность которых может достигать нескольких сотен киловатт. В настоящее
 время для электрического питания этих машин наибольшее распространение получили с...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102409 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Тиристорный преобразователь с
 непосредственной связью для питания контактных машин / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. — 2013. — № 08 (724). — С. 55-58. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860005060687167488 |
|---|---|
| author | Руденко, П.М. Гавриш, В.С. |
| author_facet | Руденко, П.М. Гавриш, В.С. |
| citation_txt | Тиристорный преобразователь с
 непосредственной связью для питания контактных машин / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. — 2013. — № 08 (724). — С. 55-58. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | При изготовлении металлических конструкций и изделий широко применяют машины для контактной сварки
сопротивлением и оплавлением, мощность которых может достигать нескольких сотен киловатт. В настоящее
время для электрического питания этих машин наибольшее распространение получили схемы питания от сети
переменного тока частотой 50 (60 Гц), одно- и двухфазное. В настоящее время большое внимание уделяется
обеспечению электромагнитной совместимости потребителей электроэнергии, особенно таких мощных, как контактные сварочные машины. Это может быть обеспечено при равномерной загрузке трехфазной сети, в том числе
с помощью преобразователей частоты и числа фаз. Целью настоящей статьи является разработка и анализ преобразователей частоты, обеспечивающих равномерную загрузку трехфазной сети, существующих мощных контактных
машин, сварочные трансформаторы которых рассчитаны на питание от однофазной сети 50 Гц. Показаны преимущества и недостатки преобразователей, работающих на частотах 30, 37,5 и 45 Гц. Опытный образец преобразователя 37,5 Гц прошел промышленные испытания при сварке железнодорожных рельсов. Библиогр. 5, рис. 3.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:39:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.762.1.03+5.03
ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ
СВЯЗЬЮ ДЛЯ ПИТАНИЯ КОНТАКТНЫХ МАШИН
П. М. РУДЕНКО, В. С. ГАВРИШ
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
При изготовлении металлических конструкций и изделий широко применяют машины для контактной сварки
сопротивлением и оплавлением, мощность которых может достигать нескольких сотен киловатт. В настоящее
время для электрического питания этих машин наибольшее распространение получили схемы питания от сети
переменного тока частотой 50 (60 Гц), одно- и двухфазное. В настоящее время большое внимание уделяется
обеспечению электромагнитной совместимости потребителей электроэнергии, особенно таких мощных, как кон-
тактные сварочные машины. Это может быть обеспечено при равномерной загрузке трехфазной сети, в том числе
с помощью преобразователей частоты и числа фаз. Целью настоящей статьи является разработка и анализ пре-
образователей частоты, обеспечивающих равномерную загрузку трехфазной сети, существующих мощных контактных
машин, сварочные трансформаторы которых рассчитаны на питание от однофазной сети 50 Гц. Показаны преи-
мущества и недостатки преобразователей, работающих на частотах 30, 37,5 и 45 Гц. Опытный образец преобра-
зователя 37,5 Гц прошел промышленные испытания при сварке железнодорожных рельсов. Библиогр. 5, рис. 3.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактные сварочные машины, преобразователь частоты и числа фаз, равномерная
загрузка трехфазной сети
Машины для контактной сварки сопротивлением
и оплавлением широко применяют при изготов-
лении металлических конструкций и изделий. При
этом каждая из этих машин может иметь раз-
личные схемы электрического питания [1–3], на-
ибольшее распространение получили следующие:
от сети переменного тока частотой 50 (60 Гц),
одно- и двухфазное;
от преобразователей частоты и числа фаз;
от источников выпрямленного напряжения
промышленной частоты;
от инверторов повышенной частоты с после-
дующим выпрямлением;
от источников конденсаторного типа.
Разнообразие схем питания объясняется необ-
ходимостью задания и отработки различных сва-
рочных циклов, гарантирующих требуемое качес-
тво сварных соединений из различных металлов
и сплавов. Кроме того, в настоящее время боль-
шое внимание уделяется электромагнитной сов-
местимости потребителей электроэнергии, осо-
бенно таких мощных, как контактные сварочные
машины (ГОСТ 13109–97). Это может быть обес-
печено при равномерной загрузке трехфазной се-
ти, в том числе с помощью преобразователей час-
тоты и числа фаз.
Так, преобразователи частоты, нашедшие при-
менение при контактной сварке, впервые были
разработаны фирмой «Сияки» [1, 2]. Однако нес-
мотря на хорошие технологические показатели
они широкого распространения не получили из-за
слишком громоздкого и тяжелого сварочного
трансформатора, рассчитанного на очень низкую
(приблизительно несколько герц) частоту. На ос-
новании проведенного В. К. Лебедевым [2] ана-
лиза частотных характеристик подобных машин
был сделан вывод о том, что требуемые элект-
рические и технологические характеристики мож-
но получить и при более высоких частотах.
Был предложен преобразователь, который ра-
ботал на частоте 30 Гц без вентилей во вторичной
цепи сварочной машины и обеспечивал равномер-
ную загрузку трехфазной электрической сети [2].
Сварочные машины с таким преобразователем
имеют как технологические, так и энергетические
преимущества по сравнению с однофазными ма-
шинами. По КПД и некоторым другим показа-
телям они превосходят машины постоянного тока.
Однако эти машины имеют и определенные не-
достатки: увеличенную массу и размеры свароч-
ного трансформатора по сравнению с машинами
промышленной частоты; невозможность исполь-
зования такого преобразователя для питания су-
ществующих однофазных контактных машин без
снижения напряжения питания, так как в этом
случае резко возрастает ток холостого хода сва-
рочного трансформатора (в десятки раз), что при-
водит к увеличению электрических потерь и сбо-
ям в работе системы автоматического регулиро-
вания вплоть до аварийных режимов.
Целью настоящей статьи является разработка
и анализ преобразователей частоты, обеспечи-
вающих равномерную загрузку трехфазной сети,
существующих мощных контактных машин, сва-
рочные трансформаторы которых рассчитаны на
© П. М. Руденко, В. С. Гавриш, 2013
8/2013 55
питание от однофазной сети 50 Гц. Авторами раз-
работаны алгоритмы управления преобразовате-
лями с применением частот 37,5 и 45 Гц, при
которых в значительной мере устраняются эти не-
достатки. Формы напряжения на выходе таких
преобразователей приведены на рис. 1.
Наиболее простой и надежный трехфазный
преобразователь числа фаз можно построить по
схеме с непосредственным преобразованием (без
промежуточного звена постоянного тока) с ис-
пользованием в качестве управляющих элементов
тиристоров, которые допускают многократную
перегрузку по току. Эффективность работы пре-
образователя оценим по коэффициенту эффектив-
ности Kэ загрузки сети при одно- и трехфазном
питании, а также минимальному времени усред-
нения фазного (линейного) тока при равномерной
загрузке фаз.
При этом наиболее эффективной схемой ис-
точника питания мог бы быть трехфазный вып-
рямитель. При одинаковой нагрузке на каждую
фазу (что можно допустить с достаточной для
практической оценки точностью) среднее значе-
ние каждого фазного тока, а следовательно, и
соответствующей мощности будет постоянным
при времени усреднения, равном половине пе-
риода, т. е. 10 мс.
При этом, если пренебречь падением напря-
жения на диодах, эффективное напряжение на вы-
ходе двухполупериодного трехфазного моста (6-
пульсной схемы выпрямления) составляет
Ue = 0,957Um,
где Um — амплитуда линейного напряжения.
Как известно, эффективное напряжение двух-
фазной сети питания Ue = 0,707Um. Далее для
простоты оценки предполагаем, что модуль пол-
ного сопротивления цепи нагрузки, который за-
висит от частоты питающего напряжения, Z мало
изменяется для рассматриваемых форм выходного
напряжения. Тогда для двухполупериодного трех-
фазного моста получается следующее значение
коэффициента эффективности загрузки сети —
относительной мощности на его выходе по срав-
нению с максимально возможным потреблением
электроэнергии только от двух фаз
Кэ = (0,957Um/0,707Um)2 = 1,832.
Такая система также имеет технологические
преимущества, поскольку коэффициент амплиту-
ды, представляющий собой отношение амплитуд-
ного значения напряжения к его эффективному
значению Ka = Ua/Ue, равен 1,045, тогда как для
переменного тока Ka = 1,41 [1].
Заметим, что система питания является сим-
метричной и уравновешенной, когда сумма мгно-
венных мощностей по каждой фазе в любой мо-
мент времени является постоянной. При таком
потреблении электрической энергии коэффициент
эффективности Кэ = 3.
Эффективность выпрямительной схемы пита-
ния снижается из-за необходимости установки
выпрямителя во вторичной цепи силового тран-
сформатора. При этом падение напряжения на ди-
одах соизмеримо с напряжением на выходе вып-
рямителя и значительная часть мощности теряется
на выпрямителе.
Если использовать преобразователь, который
питает первичную цепь силового трансформатора
напряжением в виде импульсов квазипостоянно-
го тока, то потери на управляемых выпрямителях
будут незначительными. Однако при переклю-
чении полярности импульсов напряжения на вхо-
де трансформатора необходимо пропускать вклю-
чение как минимум на двух последовательных
линейных напряжениях. Вследствие этого дли-
тельность каждого полупериода увеличивается на
6,6 мс, а следовательно, возрастает время усред-
нения, в течение которого выравниваются фазные
токи и соответственно падает выходная мощ-
ность схемы питания.
Так, при частоте выходного напряжения 30 Гц
Кэ = 1,314, Tc = 50 мс, Ka = 1,23,
а при 37,5 Гц
Рис.1. Формы напряжения на выходе 6-пульсного выпрями-
теля (а), преобразователя частоты 30 (б), 37,5 (в) и 45 (г) Гц.
Жирные буквы — линейные напряжения, на которых вклю-
чается выпрямитель
56 8/2013
Кэ = 1,195, Tc = 40 мс, Ka = 1,29.
Для работы на указанных частотах необходимо
использовать специально разработанные трансфор-
маторы. Обычные трансформаторы, установленные
на двухфазных сварочных машинах для перемен-
ного тока частотой 50 (60) Гц, сложно использовать
из-за их высокого тока холостого хода на частотах
значительно ниже 50 Гц, например, 37,5 Гц. Так,
экспериментальные исследования силового транс-
форматора для стыковой машины К-1000 показали,
что при питании от сети переменного тока напря-
жением выше 360 В, частотой 37,5 Гц ток холос-
того хода увеличивается в 10 раз по сравнению с
питанием напряжением частотой 50 Гц при том же
эффективном напряжении (рис. 2). При питании ма-
шин от сети переменного тока частотой 50 Гц, нап-
ряжением U = 380 В ток холостого хода для ма-
шины К-190 составляет 20 А, а для машины К-1000
— 35 А. Очевидно, что при частоте напряжения
30 Гц работа трансформаторов 50 Гц будет еще
более усложнена.
Если преобразователь предполагается исполь-
зовать для трансформаторов 50 (60) Гц, необхо-
димо применять специальные меры. При этом ос-
новной показатель — равная загрузка фаз — дол-
жен сохраняться.
Простейшим способом повышения частоты яв-
ляется «вставка» в форму напряжения 37,5 Гц
кратного числа периодов напряжения с частотой
50 Гц после каждого импульса напряжения одной
полярности на том линейном напряжении, на ко-
тором заканчивается импульс [4]. В этом случае
Кэ = [(2n + 1)/(2n + 1,333)]2,
Tc = 40 + 60n, Ka = 1,41(2n + 1,133)/(2n + 1).
В частности, при n = 1 частота напряжения
составляет 45 Гц [5]
Кэ = 0,81, Tc = 100 мс, Ka = 1,56.
Показатели эффективности по мощности и
коэффициенту амплитуды приближаются к дан-
ным для двухфазного питания, так как питание
фактически осуществляется сериями импульсов
50 Гц. При этом значительно уменьшается ток
холостого хода сварочного трансформатора, а
трехфазный отбор электроэнергии позволяет по-
лучить равномерную загрузку сети при времени
усреднения 0,1 с.
Таким образом, все рассмотренные алгоритмы
имеют как преимущества, так и недостатки. На-
иболее оптимальным для уже имеющихся свароч-
ных машин является алгоритм с применением
напряжения с частотой 37,5 Гц.
Источник питания с частотой напряжения
37,5 Гц прошел производственные испытания при
сварке сопротивлением изделий большого сече-
ния. При сварке оплавлением он работал более
двух лет на рельсосварочном поезде (технологи-
ческими испытаниями источника руководил науч.
сотруд. ИЭС им. Е. О. Патона А. В. Дидковский).
На завершающем этапе испытаний осуществляли
сварку плетей, установленных в главный путь же-
лезной дороги. Как в первом, так и во втором
случае качество сварных изделий соответствовало
техническим требованиям для этих изделий.
Осциллографирование фазных токов на входе
преобразователя частоты и числа фаз при сварке
(рис. 3) показало их равенство между собой и
уменьшение на 20 % по сравнению с током в
нагрузке (выходе источника).
Выводы
1. Преобразователи частоты с алгоритмами уп-
равления на частотах 37,5 и 45 Гц имеют элек-
трические преимущества перед источниками пи-
тания машин для контактной сварки промыш-
ленной частоты за счет потребления электроэ-
нергии от трех фаз.
2. Опытно-промышленные испытания преоб-
разователя частоты на 37,5 Гц показали его воз-
можность и целесообразность применения для
контактной сварки оплавлением, в частности, же-
лезнодорожных рельсов. При этом обеспечивает-
ся равномерная загрузка трехфазной электри-
ческой сети.
Рис. 2. Зависимость тока холостого хода от входного напря-
жения для сварочных трансформаторов машин К-190 (2) и
К-1000 (1) при питании от преобразователя частоты 37,5 Гц
Рис. 3. Осциллограммы токов ia, ib, ic в фазах A, B, C на входе
преобразователя и тока в первичной цепи сварочного транс-
форматора iтр1 при сварке рельсов на машине К-1000 с ис-
пользованием преобразователя частоты и числа фаз
8/2013 57
1. Лебедев В. К., Письменный А. А. Системы питания ма-
шин для контактной сварки // Автомат. сварка. — 2001.
— № 11. — С. 32–36.
2. Лебедев В. К., Письменный А. А. Совершенствование
систем питания машин для контактной сварки сопротив-
лением // Сварка и родственные технологии — в ХХI
век. — Киев: Наук. думка, 1998. — С. 130–136.
3. Лебедев В. К., Письменный А. А. Система питания ма-
шин для контактной сварки с транзисторным инверто-
ром // Автомат. сварка. — 2003. — № 2. — С. 11–13.
4. Пат. 86279 Україна, МПК (2009) В23К 11/24. Спосіб
електричного живлення однофазних контактних машин
змінного струму / С. І. Кучук-Яценко, В. С. Гавриш,
П. М. Руденко та ін.; опубл. 10.04.2009.
5. Пат. 100064 Україна, МПК В23К 11/24 (2006.01).
Спосіб електричного живлення зварювального транс-
форматора однофазних контактних машин змінного
струму / С. І. Кучук-Яценко, В. С. Гавриш, П. М. Руден-
ко та ін.; опубл. 12.11.2012.
Поступила в редакцию 15.04.2013
Сварка и наплавка меди и сплавов на ее основе / Составители: В. М. Илюшенко,
Е. П. Лукьянченко. — Киев: Международная ассоциация «Сварка», 2013. — 396 с.
Сборник включает основные публикации — статьи, доклады,
информационные материалы и изобретения в области сварки и на-
плавки меди и ее сплавов за период с 1953 по 2013 гг., авторами
которых являлись в основном сотрудники Института электросварки
им. Е.О. Патона НАН Украины. В представленных материалах осве-
щен широкий круг вопросов разработки прогрессивных техно-
логических процессов сварки и наплавки этих материалов и опыт
их производственного применения в различных отраслях промыш-
ленности.
Может быть полезен инженерно-техническим работникам свароч-
ного производства, а также специалистам, занимающимся иссле-
дованиями в этой области.
НОВЫЕ КНИГИ
Сидорец В. Н., Пентегов И. В. Детерминированный хаос в нелинейных цепях с
электрической дугой. — Киев: Международная ассоциация «Сварка», 2013. — 272 с.
Монография посвящена изложению результатов исследования
фундаментальных свойств электрической дуги как нелинейного эле-
мента электрических цепей. Описаны выявленные закономерности
и механизмы возникновения детерминированного хаоса в этих цепях
и сценарии его развития. Особое внимание уделено оригинальным
математическим методам исследования нелинейных динамических
систем. Все полученные результаты наглядны и достаточно под-
робно проиллюстрированы.
Рассчитана на широкий круг специалистов в областях теоретичес-
кой электротехники и нелинейных динамических систем, может быть
полезна ученым, аспирантам и студентам.
Заказы на книги просьба направлять
в редакцию журнала «Автоматическая сварка».
58 8/2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102409 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:39:32Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Руденко, П.М. Гавриш, В.С. 2016-06-11T20:42:43Z 2016-06-11T20:42:43Z 2013 Тиристорный преобразователь с
 непосредственной связью для питания контактных машин / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. — 2013. — № 08 (724). — С. 55-58. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102409 621.791.762.1.03+5.03 При изготовлении металлических конструкций и изделий широко применяют машины для контактной сварки
 сопротивлением и оплавлением, мощность которых может достигать нескольких сотен киловатт. В настоящее
 время для электрического питания этих машин наибольшее распространение получили схемы питания от сети
 переменного тока частотой 50 (60 Гц), одно- и двухфазное. В настоящее время большое внимание уделяется
 обеспечению электромагнитной совместимости потребителей электроэнергии, особенно таких мощных, как контактные сварочные машины. Это может быть обеспечено при равномерной загрузке трехфазной сети, в том числе
 с помощью преобразователей частоты и числа фаз. Целью настоящей статьи является разработка и анализ преобразователей частоты, обеспечивающих равномерную загрузку трехфазной сети, существующих мощных контактных
 машин, сварочные трансформаторы которых рассчитаны на питание от однофазной сети 50 Гц. Показаны преимущества и недостатки преобразователей, работающих на частотах 30, 37,5 и 45 Гц. Опытный образец преобразователя 37,5 Гц прошел промышленные испытания при сварке железнодорожных рельсов. Библиогр. 5, рис. 3. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Тиристорный преобразователь с непосредственной связью для питания контактных машин Thyristor transducer with direct coupling for supply of flash-butt welding machines Article published earlier |
| spellingShingle | Тиристорный преобразователь с непосредственной связью для питания контактных машин Руденко, П.М. Гавриш, В.С. Производственный раздел |
| title | Тиристорный преобразователь с непосредственной связью для питания контактных машин |
| title_alt | Thyristor transducer with direct coupling for supply of flash-butt welding machines |
| title_full | Тиристорный преобразователь с непосредственной связью для питания контактных машин |
| title_fullStr | Тиристорный преобразователь с непосредственной связью для питания контактных машин |
| title_full_unstemmed | Тиристорный преобразователь с непосредственной связью для питания контактных машин |
| title_short | Тиристорный преобразователь с непосредственной связью для питания контактных машин |
| title_sort | тиристорный преобразователь с непосредственной связью для питания контактных машин |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102409 |
| work_keys_str_mv | AT rudenkopm tiristornyipreobrazovatelʹsneposredstvennoisvâzʹûdlâpitaniâkontaktnyhmašin AT gavrišvs tiristornyipreobrazovatelʹsneposredstvennoisvâzʹûdlâpitaniâkontaktnyhmašin AT rudenkopm thyristortransducerwithdirectcouplingforsupplyofflashbuttweldingmachines AT gavrišvs thyristortransducerwithdirectcouplingforsupplyofflashbuttweldingmachines |