До питання побудови зварювальних інверторних джерел з підвищеним коефіцієнтом потужності
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2023-4-3Ключові слова:
коефіцієнт потужності, зварювання, зварювальний інвертор, джерело живлення, підпал дуги, стабілізація горіння дуги, напруга холостого ходуАнотація
Мета роботи. Розробка зварювального інвертора з корекцією коефіцієнта потужності, з невеликою собівартістю і низькими втратами енергії.
Методи дослідження. Запропоновано використати принцип прямого перетворення і розробити "гібридну" схему, що містить основний канал з безпосереднім перетворенням і допоміжний, який має перетворювач з проміжною ланкою постійного струму з невеликим запасом енергії. Оскільки навантаженням для зварювального джерела живлення є зварювальна дуга, миттєві коливання її потужності протягом періоду напруги мережі практично не впливають на процес зварювання через термічну постійну розплавленого металу зварювальної ванни. Ефективне використання особливостей навантаження джерел – зварювальної дуги – дозволяє оптимізувати силову частину, знизити запас енергії в реактивних елементах схеми і поліпшити економічні і масогабаритні параметри джерел.
Отримані результати. Проведений аналіз підходів до побудови інверторних зварювальних джерел з підвищеним коефіцієнтом потужності. Запропоновано нову топологію прямоходового інверторного зварювального джерела живлення з корекцією коефіцієнта потужності. На відміну від "класичних" схем з подвійним перетворенням енергії в розробленій схемі передбачена можливість живлення навантаження як безпосередньо від мережі, так і від накопичувача енергії, що є в джерелі. Наведений алгоритм розрахунку частоти перемикання силових ключів джерела, обчислення виконується в реальному часі за умови стабілізації амплітуди потокозчеплення первинної обмотки трансформатора. Розглянута можливість використання інверторних джерел, виконаних за представленою топологією і працюючих з описаним алгоритмом керування, у трифазній мережі живлення. Для підтвердження адекватності розроблених положень створений експериментальний зразок джерела живлення. Отримані осцилограми напруги мережі та споживаного струму джерела при потужності в навантаженні близько 1 кВт та осцилограми в режимі обмеження вихідного струму. Проведені експерименти показали, що джерело має коефіцієнт потужності більше 0,94 у широкому діапазоні потужностей.
Наукова новизна. Розроблене джерело не містить додаткових силових компонентів індуктивного типу, має знижену ємність накопичувального конденсатора у ланці постійного струму та спрощену схему обмеження зарядного струму конденсатора. Напруга холостого ходу джерела має підвищене значення, що не залежить від напруги мережі, це дозволяє забезпечити легкий підпал дуги при ручному дуговому зварюванні.
Практична цінність. За рахунок підвищеного коефіцієнта потужності середньоквадратичний струм, що споживається від мережі, на 30 – 45 % нижче, ніж у "класичних" інверторних джерелах без коректора коефіцієнта потужності. Це дозволяє забезпечити роботу більшої кількості таких джерел при тому ж струмовому навантаженні мережі та/або забезпечити стабільну роботу в умовах "слабкої" мережі.
Посилання
Shin, J.-Y., Lee, J.-M., Choi, S.-W., & Lee, J.-Y. (2016). Development of converter for high frequency weld-ing machines using active snubber. The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, 21, 351–355. https://doi.org/10.6113/TKPE.2016.21.4.351.
Malesani, L., Mattavelli, P., Rossetto, L., Tenti, P., Marin, W., & Pollmann, A. (1993). Electronic welder with high-frequency resonant inverter. Conference Record of the 1993 IEEE Industry Applications Con-ference Twenty-Eighth IAS Annual Meeting, 2, 1073-1080.
Corradini, L., Maksimovič, D., Mattavelli, P., & Zane, R. (2015). Digital Control of High-Frequency Switched-Mode Power Converters. Wiley-IEEE Press.
Kukhar, V. V., Prysiazhnyi, A. G., Balalayeva, E. Yu., & Anishchenko, O. S. (2017). Designing of induction heaters for the edges of pre-rolled wide ultrafine sheets and strips correlated with the chilling end-effect. Proceedings of Modern Electrical and Ener-gy System MEES’2017, 404-407. https://doi.org/10.1109/MEES.2017.8248945.
Galvery, W. L., & Marlow, F.M. (2006). Welding es-sentials: questions&answers. Industrial Press.
Davies, A. C. (1993). The Science and Practice of Welding. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511470974.
Burlaka, V. V., Lavrova, E. V., Podnebennaya, S. K., & Zakharova, I. V. (2017). Development of single-phase high-power factor inverter welding sources. Eastern-European Journal of Enterprise Technolo-gies, 4(1), 18-24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.106957.
Baggini, A. (2008). Handbook of Power Quality. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9780470754245.
Rogalla, S., Ackermann, F., Bihler, N., Dötter, G., Sing-er, R., & Wolf, E. (2015). Towards a better under-standing of harmonics and power electronics – new measurement results and analysis methods for mod-ern large-scale inverters. International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’15) La Coruña (Spain), 13, 483-488. https://doi.org/10.24084/repqj13.368.
Zhao, Y., Yan, W., & Sun, J. (2022). Electromagnetic Compatibility: Principles and Applications. Springer Verlag.
Skrzyniecki, K., Cegielski, P., Kolasa, A., & Krajew-ski, A. (2011). Electromagnetic compatibility of pow-er supplies for arc welding. Welding International, 27, 1-6. https://doi.org/10.1080/09507116.2011.606149.
Mecke, H., Doebbelin, R., Winkler, T., Winkler, R., & Gärtner, U. (2002). Electromagnetic compatibility of resistance welding machines - Part 1: Initial situation and measuring methodology, 54, 152-156.
Podnebennaya, S.K., Burlaka, V.V., & Gulakov, S.V. (2016). On the problem of providing electromagnetic compatibility of power sources of resistance welding machines with electric mains. The Paton Welding Journal, 12, 50-54. https://doi.org/10.15407/tpwj2016.12.09
Safronov, P.S., Bondarenko, Yu.V., & Bondarenko, O.F. (2014). Improvement of electromagnetic com-patibility of power sources for resistance welding sys-tems. Tekhnichna Elektrodynamika, 5, 89-91.
Rymar, S., Zhernosekov, A., & Sydorets, V. (2011). Effect of Single-Phase Power Sources of Welding Arc on Electric Mains. The Paton Welding Journal, 12, 7-12.
Burlaka, V.V., Gulakov, S.V., & Podnebennaya, S.K. (2017). Forward inverter source with increased power factor. The Paton Welding Journal, 3, 49-51. https://doi.org/10.15407/tpwj2017.03.08.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 O.S. Savenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
