Динамические процессы в источнике питания для сварки на переменном токе высокой частоты - Автореферат

В последние годы традиционные электросварочные аппараты переменного тока промышленной частоты и выполненные на их основе аппараты постоянного тока заменяются сварочными аппаратами инверторного типа. Изучение физических процессов, имеющих место в электрической дуге и соединяемых материалах, позволяет утверждать, что качество и производительность электросварки могут быть повышены, если процесс осуществлять на переменном токе с частотой в десятки килогерц. В связи с этим автором была поставлена задача провести необходимые теоретические и прикладные исследования с целью создания нового класса электросварочных устройств - инверторных сварочных аппаратов (ИСА) переменного тока высокой частоты. Учитывая, что переходные процессы мало изучены не только в ИСА переменного тока, но и в ИСА постоянного тока, в работе отражены и результаты исследования ИСА постоянного тока. Авторская схема инверторного сварочного аппарата переменного тока высокой частоты и ее компьютерная модель, учитывающая конструктивные и паразитные параметры схемы, а также особенности сварочной дуги.Сварка на постоянном токе изза «блуждания» дуги, разбрызгивания металла, крупнокапельного переноса, влияния восходящих газовых потоков, изменяющих траекторию движения капель металла, не всегда может обеспечить высокое качество сварного соединения. Сварка на промышленной частоте за счет изменения полярности электродов приводит к изменению размера капель, заметным колебаниям температуры плазмы дуги и требует достаточно высокого напряжения возбуждения дуги. Можно предположить, что увеличение частоты питания сварочного тока до нескольких десятков килогерц позволит получить ряд преимуществ по сравнению со сваркой на переменном токе промышленной частоты и на постоянном токе. В-четвертых, при сварке на переменном токе повышенной частоты перестает действовать эффект магнитного дутья со всеми присущими ему недостатками. Во второй главе дан обзор схемотехнических решений сварочных инверторов и особенностей их работы, обоснован выбор схемы инвертора для разрабатываемого сварочного аппарата переменного тока высокой частоты.

Основное содержание работы

1. Обоснована и подтверждена возможность создания инверторных сварочных аппаратов переменного тока частоты ультразвукового диапазона.

2. Предложены компьютерные модели источников питания для сварки на постоянном токе и переменном токе высокой частоты. На основе моделей проведен комплекс исследований по изучению характера переходных процессов в схемах инверторов на разных участках сварочного цикла (холостой ход, рабочий режим горения, обрыв дуги) с учетом конструктивных и паразитных параметров схемы. Предложена электрическая модель сварочной дуги, позволяющая учитывать ее динамику на участке обрыва. На основе предложенных моделей ИСА получены полезные для практического проектирования результаты, отражающие характерные особенности динамики процессов в схемах ИСА, в частности, связь амплитуды импульсных перенапряжений на транзисторах инвертора с паразитными и конструктивными параметрами схемы.

3. Созданы физические модели (макетные образцы) сварочных инверторов постоянного и переменного тока, проведены исследования переходных процессов в схемах с целью проверки адекватности компьютерных моделей. Выявлено удовлетворительное соответствие процессов.

4. Проанализирован спектральный состав сварочного тока, в том числе и с учетом характеристик сварочной дуги. Установлено, что ширину спектра тока ИСА можно ограничить десятой гармоникой рабочей частоты без существенного снижения КПД. Теоретически обоснована зона оптимальных рабочих частот сварочных инверторов. Разработана двухпараметрическая модель выбора зоны оптимальных по критерию потерь рабочих частот сварочного инвертора. Выбор частоты в диапазоне минимальных потерь в инверторе (35 - 45 КГЦ) позволяет оптимизировать проектирование инверторов с точки зрения повышения КПД.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах

1. Борисов, Д.А. Моделирование переходных процессов в сварочном инверторе / В.М. Бардин, Д.А. Борисов // Электротехника. 2009. №6. - С. 47-49.

2. Борисов, Д.А. Спектральный состав тока инверторных сварочных аппаратов / В.М. Бардин, Д.А. Борисов // Сварочное производство. 2010. №6. - С. 35-38.

3. Борисов, Д.А. Оптимизация режима работы высокочастотных сварочных аппаратов по критерию минимума потерь / В.М. Бардин, Д.А. Борисов // Сварочное производство. 2007. №2. - С. 23-25.

4. Патент 2311996, МПК 8 В23 К9/09. Способ дуговой сварки и устройство для его осуществления / В.М. Бардин, Д.А. Борисов (RU). Опубл. 2007, бюлл. №34.

5. Решение о выдаче патента от 30 августа 2010 г., заявка №2009133151 / 02 (046602), дата подачи заявки 03.09.2009. Устройство для электродуговой сварки / В.М. Бардин, Д.А. Борисов.

6. Борисов, Д.А. Эволюция электросварочных устройств в соответствии с законами развития техники / В.М. Бардин, Д.А. Борисов // XXXV Огаревские чтения: материалы науч. конф.: в 2 ч. Ч. 2. Естественные и технические науки. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. - С. 109-110.

7. Борисов, Д.А. Новые решения в электросварочном приборостроении / В.М. Бардин, Д.А. Борисов, А.В. Горинов // Наука и инновации в Республике Мордовия: материалы V респ. науч.-практ. конф. Саранск, 8-9 февр. 2006 г. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. - С. 623-626.

8. Borisov, D.A. Optimization of the working conditions of high-frequency welding equipment using the minimum loss criterion / V.M. Bardin, D.A. Borisov // Welding International. 2007, №21 (9). - P. 680-682.

9. Борисов, Д.А. Переходные процессы в сварочных инверторах / В.М. Бардин, Д.А. Борисов // Наука и инновации в Республике Мордовия: материалы VI респ. науч.-практ. конф. Саранск, 8-9 февр. 2007 г. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. - С. 594-596.

10. Борисов, Д.А. Инверторные сварочные аппараты переменного тока высокой частоты / В.М. Бардин, Д.А. Борисов // Электроника и информационные технологии. - 2009. Специальный выпуск. http://fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/Welder.pdf Регистрационный номер: 0420900067/0003.

11. Борисов, Д.А. Структура и особенности схемотехники сварочных инверторов / В.М. Бардин, Д.А. Борисов // Электроника и информационные технологии. - 2009. Специальный выпуск. http://fetmag.mrsu.ru/ Регистрационный номер: 0420900067/0009.

12. Борисов, Д.А. Спектральный состав тока инверторных сварочных аппаратов / А.В. Пивкин, В.М. Бардин, Д.А. Борисов // Электроника и информационные технологии. - 2009. Специальный выпуск. http://fetmag.mrsu.ru/ Регистрационный номер: 0420900067/0034.

13. Борисов, Д.А. Переходные процессы в сварочных инверторах. / В.М. Бардин, Д.А. Борисов // Современная электроника. 2010. №2. - С. 52-53.

14. Борисов, Д.А. Сварочный инвертор переменного тока. Влияние реактивных параметров схемы на характер переходных процессов / Д.А. Борисов // Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП - 2010: материалы Междунар. науч. - техн. конф. Саратов, 22-23 сентября. 2010 г. - Саратов: Издат. центр «Наука», 2010. - С. 374-379.

Размещено на .ru