Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности
Предложено схемное решение однофазного прямоходового инверторного сварочного источника питания с повышенным коэффициентом мощности. Отличительной особенностью источника является отсутствие дополнительных силовых индуктивных компонентов, сниженная емкость накопительного конденсатора цепи постоянного...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2017 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2017
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148109 |
| 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: | Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности / В.В. Бурлака, С.В. Гулаков, С.К. Поднебенна // Автоматическая сварка. — 2017. — № 3 (762). — С. 59-61. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148109 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бурлака, В.В. Гулаков, С.В. Поднебенна, С.К. 2019-02-17T08:47:00Z 2019-02-17T08:47:00Z 2017 Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности / В.В. Бурлака, С.В. Гулаков, С.К. Поднебенна // Автоматическая сварка. — 2017. — № 3 (762). — С. 59-61. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2017.03.08 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148109 621.341.572 Предложено схемное решение однофазного прямоходового инверторного сварочного источника питания с повышенным коэффициентом мощности. Отличительной особенностью источника является отсутствие дополнительных силовых индуктивных компонентов, сниженная емкость накопительного конденсатора цепи постоянного тока и упрощенная схема ограничения его зарядного тока. Источник имеет повышенное напряжение холостого хода, не зависящее от напряжения сети, что позволяет обеспечить легкий поджиг дуги при ручной дуговой сварке. За счет повышенного коэффициента мощности потребляемый от сети ток на 30...45% ниже, чем у «классических» инверторных источников без корректора коэффициента мощности. Запропоновано схемне рішення однофазного прямоходового інверторного зварювального джерела живлення з підвищеним коефіцієнтом потужності. Відмінною особливістю джерела є відсутність додаткових силових індуктивних компонентів, знижена ємність накопичувального конденсатора ланцюга постійного струму і спрощена схема обмеження його зарядного струму. Джерело має підвищену напругу холостого ходу, яка не залежить від напруги мережі, що дозволяє забезпечити легкий підпал дуги для ручного дугового зварювання. За рахунок підвищеного коефіцієнта потужності споживаний від мережі струм на 30...45% нижче, ніж у «класичних» інверторних джерел без коректора коефіцієнта потужності. A paper proposes a circuit design of single-phase forward inverter source with increased power factor. A peculiarity of the source is absence of additional power inductive components, reduced capacity of storage capacitor in direct current circuit and simplified limit circuit of its charging current. The source has increased open circuit voltage, which does not depend on mains voltage and allows providing easier arc ignition in manual arc welding. Current consumed from mains is 30–45% lower than in «classical» inverter sources without power factor corrector due to increased power factor. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности Інверторне прямоходове джерело живлення з підвищеним коефіцієнтом потужності Forward inverter source with increased power factor Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности |
| spellingShingle |
Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности Бурлака, В.В. Гулаков, С.В. Поднебенна, С.К. Производственный раздел |
| title_short |
Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности |
| title_full |
Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности |
| title_fullStr |
Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности |
| title_full_unstemmed |
Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности |
| title_sort |
инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности |
| author |
Бурлака, В.В. Гулаков, С.В. Поднебенна, С.К. |
| author_facet |
Бурлака, В.В. Гулаков, С.В. Поднебенна, С.К. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Інверторне прямоходове джерело живлення з підвищеним коефіцієнтом потужності Forward inverter source with increased power factor |
| description |
Предложено схемное решение однофазного прямоходового инверторного сварочного источника питания с повышенным коэффициентом мощности. Отличительной особенностью источника является отсутствие дополнительных силовых индуктивных компонентов, сниженная емкость накопительного конденсатора цепи постоянного тока и упрощенная схема ограничения его зарядного тока. Источник имеет повышенное напряжение холостого хода, не зависящее от напряжения сети, что позволяет обеспечить легкий поджиг дуги при ручной дуговой сварке. За счет повышенного коэффициента мощности потребляемый от сети ток на 30...45% ниже, чем у «классических» инверторных источников без корректора коэффициента мощности.
Запропоновано схемне рішення однофазного прямоходового інверторного зварювального джерела живлення з підвищеним коефіцієнтом потужності. Відмінною особливістю джерела є відсутність додаткових силових індуктивних компонентів, знижена ємність накопичувального конденсатора ланцюга постійного струму і спрощена схема обмеження його зарядного струму. Джерело має підвищену напругу холостого ходу, яка не залежить від напруги мережі, що дозволяє забезпечити легкий підпал дуги для ручного дугового зварювання. За рахунок підвищеного коефіцієнта потужності споживаний від мережі струм на 30...45% нижче, ніж у «класичних» інверторних джерел без коректора коефіцієнта потужності.
A paper proposes a circuit design of single-phase forward inverter source with increased power factor. A peculiarity of the source is absence of additional power inductive components, reduced capacity of storage capacitor in direct current circuit and simplified limit circuit of its charging current. The source has increased open circuit voltage, which does not depend on mains voltage and allows providing easier arc ignition in manual arc welding. Current consumed from mains is 30–45% lower than in «classical» inverter sources without power factor corrector due to increased power factor.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148109 |
| citation_txt |
Инверторный прямоходовый источник питания с повышенным коэффициентом мощности / В.В. Бурлака, С.В. Гулаков, С.К. Поднебенна // Автоматическая сварка. — 2017. — № 3 (762). — С. 59-61. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT burlakavv invertornyiprâmohodovyiistočnikpitaniâspovyšennymkoéfficientommoŝnosti AT gulakovsv invertornyiprâmohodovyiistočnikpitaniâspovyšennymkoéfficientommoŝnosti AT podnebennask invertornyiprâmohodovyiistočnikpitaniâspovyšennymkoéfficientommoŝnosti AT burlakavv ínvertorneprâmohodovedžereloživlennâzpídviŝenimkoefícíêntompotužností AT gulakovsv ínvertorneprâmohodovedžereloživlennâzpídviŝenimkoefícíêntompotužností AT podnebennask ínvertorneprâmohodovedžereloživlennâzpídviŝenimkoefícíêntompotužností AT burlakavv forwardinvertersourcewithincreasedpowerfactor AT gulakovsv forwardinvertersourcewithincreasedpowerfactor AT podnebennask forwardinvertersourcewithincreasedpowerfactor |
| first_indexed |
2025-11-24T04:39:25Z |
| last_indexed |
2025-11-24T04:39:25Z |
| _version_ |
1850841652887814144 |
| fulltext |
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
59 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
УдК 621.341.572
инВерторный ПрямоходоВый источниК Питания
с ПоВышенным КоэФФиЦиентом моЩности
В. В. БУРЛАКА, С. В. ГУЛАКОВ, С. К. ПОДНЕБЕННАЯ
гВУз «Приазовский государственный технический университет». 875000, г. мариуполь, ул. Университетская, 7.
E-mail: office@pstu.edu
Предложено схемное решение однофазного прямоходового инверторного сварочного источника питания с повышенным
коэффициентом мощности. отличительной особенностью источника является отсутствие дополнительных силовых ин-
дуктивных компонентов, сниженная емкость накопительного конденсатора цепи постоянного тока и упрощенная схема
ограничения его зарядного тока. источник имеет повышенное напряжение холостого хода, не зависящее от напряжения
сети, что позволяет обеспечить легкий поджиг дуги при ручной дуговой сварке. за счет повышенного коэффициента
мощности потребляемый от сети ток на 30...45 % ниже, чем у «классических» инверторных источников без корректора
коэффициента мощности. Библиогр. 11, рис. 1.
К л ю ч е в ы е с л о в а : коэффициент мощности, сварка, сварочный инвертор, источник питания, поджиг дуги, ста-
билизация горения дуги, напряжение холостого хода
инверторные источники питания получают широ-
кое распространение для решения задач автома-
тической, полуавтоматической и ручной дуговой
сварки, плазменной резки, плазменного и элект-
родугового напыления, а также сопутствующих
процессов. При этом наибольшее распростране-
ние получили инверторные источники для ручной
и полуавтоматической сварки, обеспечивающие
благодаря своим массогабаритным показателям
удобство в работе, высокую мобильность сварщи-
ка и возможность формирования выходных Вах
специального вида и управления ими в процессе
сварки с целью обеспечения оптимальных усло-
вий переноса электродного металла, снижения
разбрызгивания и др.
источники питания для сварки и родственных
процессов, где широко применяется электриче-
ская дуга, являются нелинейной нагрузкой, т.е.
генераторами высших гармоник сетевого тока.
работа в электрической сети подобного оборудо-
вания может приводить к проблемам, связанным
с электромагнитной совместимостью с другими
техническими средствами.
следует отметить, что при разработке ин-
верторных сварочных источников питания пре-
следуются цели достижения высокой удельной
мощности, высокого КПд, гибкого формирова-
ния выходной Вах и т. д., но уделяется крайне
мало внимания электромагнитной совместимости
источника с питающей сетью. Под электромаг-
нитной совместимостью подразумеваются коэф-
фициент гармоник и коэффициент несимметрии
потребляемого тока (для трехфазных источников),
коэффициент мощности (рассчитанный в соот-
ветствии со стандартом IEEE1459-2010), уровень
высокочастотных помех и др. По причине высоко-
го коэффициента гармоник в потребляемом токе
сварочные источники не совсем корректно отно-
сить к энергосберегающему оборудованию [1–7],
а по данным [8] электросварочное оборудование
составляет 65 % потенциальных источников элек-
тромагнитных помех.
В целях повышения КПд и улучшения массо-
габаритных параметров сварочных источников
питания используется преобразование энергии на
высокой частоте [9]. это ведет к снижению массы
и габаритов источника (до 70 %, согласно [10]),
снижению потерь электроэнергии в источнике,
повышению быстродействия и увеличению диа-
пазона регулирования выходных параметров. не-
смотря на очевидные преимущества инверторных
источников по массогабаритным характеристикам
и КПд, разработчиками уделяется недостаточное
внимание проблемам повышения их коэффици-
ента мощности. так, испытания однофазного ин-
верторного источника SELMA ARc-160 при по-
требляемой мощности 1,1 и 3 кВт показали, что
его коэффициент мощности изменяется от 0,652
(1,1 кВт) до 0,702 (3 кВт), а cosφ по первой гармо-
нике — от 0,992 (1,1 кВт) до 0,998 (3 кВт).
низкий коэффициент мощности инверторных
источников объясняется высоким содержанием гар-
моник в потребляемом токе (коэффициент гармоник
более 100 %). это приводит к повышению потерь
электроэнергии в сети (эти потери в первом прибли-
жении зависят от квадрата истинного коэффициента
мощности), искажению формы сетевого напряже-
ния. Возможно также появление перенапряжений в
сети из-за резонансов на частотах высших гармоник
при работе сварочных инверторов, причем амплиту-
да напряжения может достигать 800 В [11].
© В. В. Бурлака, с. В. гулаков, с. К. Поднебенная, 2017
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
60 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
Высокий коэффициент гармоник потребляемо-
го тока рассмотренного инверторного сварочно-
го источника объясняется строением его силовой
части, а именно — схемой преобразователя пере-
менного напряжения в постоянное. В источнике
SELMA ARc-160 этот преобразователь представ-
ляет собой однофазный диодный мост со сглажи-
вающим конденсатором большой емкости (около
2000 мкФ) на выходе. Кроме того, как известно,
электролитические конденсаторы, особенно рабо-
тающие в тяжелых условиях (повышенные ток и
температура), имеют ограниченный срок службы
и требуют периодической замены по причине по-
тери емкости и роста внутреннего сопротивления.
это обстоятельство несколько снижает надеж-
ность инверторных сварочных источников, в си-
ловых цепях которых имеются емкостные накопи-
тели энергии большой энергоемкости.
Большинство выпускаемых в настоящее вре-
мя инверторных сварочных источников не имеют
коррекции коэффициента мощности и не удовлет-
воряют требованиям стандартов электромагнит-
ной совместимости технических средств (дстУ
IEc 61000-3-2:2004, дстУ EN 61000-3-12:2014)
во всем возможном диапазоне режимов работы.
авторами разработан инверторный сварочный
источник с повышенным коэффициентом мощ-
ности. источник выполнен на основе прямоходо-
вого преобразователя, в котором разделены цепи
намагничивания и размагничивания трансформа-
тора и дополнительно введен один силовой ключ.
схема силовой части источника приведена на
рисунке.
элементы VT2, VD3, VT3, VD4, C3, Т1, VD5,
VD6, L1 образуют классический прямоходовый
преобразователь. Конденсатор С3 имеет относи-
тельно небольшую емкость, что позволило выпол-
нить ограничение его зарядного тока при включе-
нии источника с помощью одиночного термистора
NTc1. напряжение сети выпрямляется входным
выпрямителем, образованным диодным мостом
BR1. Блокировочные конденсаторы С1, С2 осла-
бляют проникновение высокочастотных помех в
сеть.
отличительной особенностью разработанного
источника являются введенные в схему элемен-
ты VD1, VT1, VD2. наличие ключа VT1 позволяет
подавать на первичную обмотку силового транс-
форматора Т1 выпрямленное, но не сглаженное,
напряжение сети. диод VD2 при этом предотвра-
щает разряд накопительного конденсатора С3 на
обмотку Т1. диод VD1 служит для защиты транзи-
стора VT1 от обратного напряжения при открытом
VT2. такое построение силовой части позволяет
ограниченно управлять формой потребляемого от
сети тока.
источник работает следующим образом. ос-
новными силовыми ключами являются VT1 и VT3,
они управляются синхронно. Прямой ход источ-
ника начинается при одновременном их открытии.
если выпрямленное напряжение сети на выхо-
де моста BR1 достаточно для поддержания тока
в нагрузке, то система управления устанавливает
длительность импульса прямого хода так, чтобы
средний (за период переключения ключей) потре-
бляемый от сети ток был пропорционален вы-
прямленному напряжению сети. это обеспечивает
значительное повышение коэффициента мощно-
сти источника.
если же напряжение на выходе моста BR1 не-
достаточно для поддержания тока нагрузки, от-
крывается ключ VT2 и на первичную обмотку Т1
подается напряжение с накопительного конденса-
тора С3 (по цепи С3-VT2-T1-VT3-C3). Поскольку
это напряжение примерно равно амплитуде напря-
жения сети, его достаточно для обеспечения под-
питки нагрузки — сварочной дуги. таким обра-
зом, при малом абсолютном значении напряжения
сети источник переходит в режим поддержания
дежурной дуги за счет энергии, запасенной в С3.
обратный ход источника начинается с момен-
та закрытия всех силовых ключей (VT1–VT3).
энергия, запасенная в магнитном поле транс-
форматора Т1, сбрасывается в накопительный
конденсатор С3. ток при этом идет по цепи Т1-
VD4-C3-VD3-T1. Во вторичной цепи диод VD5 за-
крывается, ток нагрузки (ток дросселя L1) замы-
кается через VD6.
за счет сброса энергии поля Т1 в конденсатор
С3 напряжение на нем можно стабилизировать на
уровне не ниже амплитуды напряжения сети. это
позволяет стабилизировать напряжение холостого
хода источника и сделать его независимым от на-
пряжения сети.
Кроме этого, поскольку размагничивание (об-
ратный ход) трансформатора идет при повышен-
схема силовой части разработанного сварочного источника
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
61 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
ном напряжении (на конденсаторе С3), а прямой
ход идет при меньшем напряжении (выпрямлен-
ное напряжение сети), возможна работа преоб-
разователя со скважностью более, чем 0,5, т. е.
длительность прямого хода может превышать по-
ловину периода переключения.
Поскольку в разработанном источнике исполь-
зуется принцип прямого преобразования, мощ-
ность в нагрузке изменяется с удвоенной часто-
той сети. однако для целей сварки это не имеет
решающего значения из-за тепловой инерцион-
ности сварочной ванны. деионизация дугового
промежутка при переходе напряжения сети через
ноль предотвращается за счет перехода в режим
«дежурной» дуги с небольшой мощностью (см.
выше).
экспериментальный источник, построенный
по приведенной схеме, имеет коэффициент мощ-
ности не менее 0,9. Благодаря этому среднеква-
дратичный потребляемый от сети ток на 30...45 %
ниже, чем у «классических» инверторных источ-
ников без корректора коэффициента мощности.
Применение предлагаемого инверторного
источника питания для сварки позволяет снизить
потери электроэнергии в распределительной сети
за счет снижения действующего тока и повысить
качество напряжения сети за счет снижения коэф-
фициента гармоник.
1. Коротынский а. е. состояние, тенденции и перспекти-
вы развития высокочастотных сварочных преобразова-
телей (обзор) // автоматическая сварка. – 2002. – № 7.
– c. 50–62.
2. электромагнитная совместимость источников питания
сварочной дуги / и. В. Пентегов и др. // електротехніка і
електромеханіка. – 2012. – № 3. – с. 34–40.
3. рымар с. В., жерносеков а. м., сидорец В. н. Влияние
сварочных источников питания на трехфазную электри-
ческую сеть // автоматическая сварка. – 2011. – № 10. –
с. 49–55.
4. лебедев В. К. тенденции развития источников питания
для дуговой сварки // там же. – 1995. – № 5. – с. 3–6.
5. Пути повышения технологической эффективности вы-
прямителей для механизированной сварки и наплавки
(обзор) / и. и. заруба и др. // там же. – 2011. – № 11. –
с. 45–49.
6. лебедев а. В. транзисторные источники питания для
электродуговой сварки (обзор) // там же. – 2012. – № 9.
– с. 34–40.
7. лебедев В. К. тенденции развития источников питания
и систем управления (по материалам патентов сша) //
там же. – 2004. – № 1. – с. 40–48.
8. гальперин В., Колесник д. обеспечение электромагнит-
ной совместимости промышленного технологического
оборудования // электрооборудование: эксплуатация и
ремонт. – 2008. – № 7. – с. 8–12.
9. розанов ю. К. Полупроводниковые преобразователи со
звеном повышенной частоты. – м.: энергоатомиздат,
1987. – 183 с.
10. William L. Galvery, Frank M. Marlow. Welding essentials:
questions & answers. – Industrial Press, 2006. – 469 p.
11. Потапьевский а. г., сараев ю. н., чинахов д. а. сварка
сталей в защитных газах плавящимся электродом. тех-
ника и технология будущего. – томск: изд-во томского
политехнического университета, 2012. – 208 с.
В. В. Бурлака, с. В. гулаков, с. К. Поднебенна
дВнз «Приазовський державний технічний університет».
875000, м. маріуполь, вул. Університетська, 7.
E-mail: office@pstu.edu
ІнВерторне ПрямоходоВе
джерело жиВлення з ПІдВиЩеним
КоеФІЦІЄнтом ПотУжностІ
запропоновано схемне рішення однофазного прямоходового
інверторного зварювального джерела живлення з підвищеним
коефіцієнтом потужності. Відмінною особливістю джерела є
відсутність додаткових силових індуктивних компонентів,
знижена ємність накопичувального конденсатора ланцюга
постійного струму і спрощена схема обмеження його заряд-
ного струму. джерело має підвищену напругу холостого ходу,
яка не залежить від напруги мережі, що дозволяє забезпечи-
ти легкий підпал дуги для ручного дугового зварювання. за
рахунок підвищеного коефіцієнта потужності споживаний
від мережі струм на 30...45 % нижче, ніж у «класичних» ін-
верторних джерел без коректора коефіцієнта потужності. Бі-
бліогр. 11, рис. 1.
Ключові слова: коефіцієнт потужності, зварювання, зварю-
вальний інвертор, джерело живлення, підпал дуги, стабіліза-
ція горіння дуги, напруга холостого ходу
Поступила в редакцию 19.01.2017
|