РАЗДЕЛ 2.
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ПИТАНИЯ МАШИН ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ
2.1 В каких случаях особенно важны более совершенные системы
В разное время некоторыми производителями сварочного оборудования
предпринимались попытки совершенствования систем питания, работающих на
промышленной частоте тока. В середине ХХ века энергетическими показателями
машин КТС пренебрегали в пользу новых технологических возможностей. В настоящее
время, продолжающееся совершенствование технологий контактной точечной сварки
неразрывно связано с улучшением энергетических показателей оборудования.
Проблема электромагнитной совместимости сварочного оборудования с другими
приемниками энергии, повышение КПД и коэффициента мощности оборудования
одновременно с применением энергосберегающих технологий приобрели особую
актуальность.
Условно можно определить пять направлений для поиска путей совершенствования
систем питания для машин КТС:
1) преобразование (адаптация) силовой схемы для возможности включения
однофазной машины промышленной частоты тока на трехфазную распределительную
сеть;
2) разработки новых систем питания с аккумуляторами (накопителями) энергии;
3) разработки трехфазных непосредственных систем питания током промышленной
частоты для сварки на переменном или постоянном токе и систем с
преобразователями частоты;
4) применение специальных конструкций вторичных электрических цепей для машин
промышленной частоты;
5) применение в системе питания током промышленной частоты способа продольной
компенсации реактивной составляющей сопротивления для повышения сварочной
машины.
Первое направление предполагает использование схем искусственного
симметрирования. Этот метод можно применять в случаях, когда распределительная
сеть не допускает однофазной нагрузки большой мощности, которая вызывает
большое падение напряжения в сети, сбои в работе трехфазных двигателей или
срабатыванию системы защиты всей сети. Подразумевается, что симметрирование
нагрузки в данном случае технически проще и экономически более оправдано, чем
замена распределительного трансформатора на более мощный.
Второе направление – разработку схем с электромеханическими, электромагнитными,
электростатическими накопителями энергии. Область применения этих систем весьма
обширна и в некоторых случаях они могут быть удачной альтернативой однофазной
системе промышленной частоты.
Третье направление привело к появлению решений, нашедших применение в
контактной сварке сопротивлением на постоянном токе для сварки изделий из
легких алюминиевых или магниевых сплавов. Сварка подобных изделий предполагает
кратковременное выделение в зоне контакта большой мощности, которое однофазная
система питания уже не может обеспечить. Общий принцип с теми или иными
различиями состоит в компоновке трех связанных вместе однофазных систем
промышленной частоты со своими трансформаторами или же одним трансформатором с
общим магнитопроводом, включенным на однофазную нагрузку постоянного или
переменного тока. Известно [50], что при сварке изделий из легких сплавов
технологически более оправдано применение постоянного сварочного тока, чем
переменного. Поэтому применение подобных трехфазных систем промышленной частоты
для сварки переменным током отчасти решают задачу обеспечения
электроснабжения.
К трехфазным системам с непосредственным питанием относятся и преобразователи
частоты тока с естественной коммутацией. Известно несколько конструкций таких
преобразователей. Главная цель, с которой велась их разработка – улучшение
технологических характеристик сварочных машин. В энергетическом же отношении
некоторые системы уступали однофазным системам промышленной частоты тока. Более
подробно работа некоторых преобразователей частоты тока с естественной
коммутацией рассмотрена в Разделе 3.
Специальные конструкции вторичных электрических цепей предназначены для
уменьшения их внутренних активного и реактивного сопротивлений – это схемы с
несколькими сварочными трансформаторами (многотрансформаторная схема) и схемы с
контурным трансформатором.
Метод продольной компенсации реактивной составляющей мощности – мало
применяемый способ повышения в машине КТС. Тем не менее, при определенных
условиях, позволяет получить гораздо более высокий, в сравнении с традиционной
системой питания, коэффициент мощности и хорошие технологические свойства.
Особенности продольной компенсации реактивного сопротивления рассмотрены
подробно в пп. 2.3 раздела 2.
2.2 Известные системы, с какой целью они разрабатывались
Наиболее известная схема симметрирования, получившая ограниченное применение в
прошлом – схема Штейнметца (рис. 2.1), применение которой может быть более
эффективным, чем простое включение мощной контактной машины на две фазы сети.
Однако этот способ симметрирования токовой нагрузки на распределительную сеть в
настоящее время не используется, главным образом из-за очень больших
массогабаритных элементов установки – схема предполагает использование батарей
конденсаторов и индуктивности больших мощностей. В итоге общий вес и габариты
дополнительной конструкции могут быть выше, чем у сварочного трансформатора
промышленной частоты тока. Также недостатком подобных схем считают сложность их
настройки и далекой от симметрии загрузку трёхфазной сети, особенно при
тиристорном управлении. В условиях современных мировых цен на магнитные
материалы и накопительные емкости, причем такой мощности, применение подобных
схем маловероятно и в будущем.
Рис. 2.1. Упрощенная схема симметрирования Штейметца.
Системы с аккумуляторами энергии. Электр
- Київ+380960830922