Системно изложен анализ технологического процесса дуговой сварки как объекта автоматического управления и рассмотрены способы его описания. Обобщены современные схемотехнические решения функциональных узлов инверторных источников питания, приведены электрические схемы с использованием современной элементной базы, дан их расчет. Особое внимание уделено построению алгоритмов оптимального и субоптимального управления типовыми сварочными процессами, в т.ч. реализуемых посредством микропроцессорных комплексов. Приведены инженерные методики расчета источников питания и описаны практические схемы источников, используемых в дуговой сварке.

Індекс рубрикатора НБУВ: З264.5

Рубрики:

Перетворювачі та випрямлячі

Шифр НБУВ: Ж14164 Пошук видання у каталогах НБУВ 

В связи с развитием спроса на преобразователи с высокой объемной плотностью энергии для плазменной обработки деталей предложена новая более эффективная топология преобразователя с LCC-цепью. Имитационная модель подтвердила возможность уменьшения потерь переключения и получения высоких кпд (94 %) и коэффициента мощности (0,9) в диапазоне нагрузок от 20 до 100 % номинальной. Также она дает возможность ключевым транзисторам источника функционировать с минимальными потерями при переключении во всем диапазоне нагрузок с частотой переключения до 150 кГц. По сравнению с известной топологией здесь требуется лишь незначительное количество дополнительных компонентов.

Обоснована перспективность применения полупроводниковых ограничителей напряжения холостого хода источников питания для дуговой сварки. Определены пути повышения эффективности бесконтактных аппаратов. Приведены функциональная схема и результаты сравнительных испытаний одного из разработанных ограничителей. Применение его особенно перспективно в трансформаторах с тиристорным регулированием.

Рассмотрены вопросы модернизации и создания сварочного оборудования нового поколения в модульном исполнении для судостроительных предприятий с целью снижения его себестоимости и возможности компоновки из модулей сварочных установок различного назначения. Приведены основные расчетные соотношения, алгоритм работы и пример построения источника питания.

Рассмотрен новый подход к построению систем управления электроприводами создаваемых машин для тепловой резки из условия реализации предписанных траекторий движения, направленный на расширение сферы их применения и повышение экономической эффективности использования.

Приведен обобщающий анализ, описан опыт разработки и применения перспективных резонансных источников питания для дуговой сварки и родственных процессов. Показаны примеры создания на их базе специальных систем электропитания с уменьшенным уровнем высокочастотных помех и повышенной надежности.

Представлены результаты решения и исследования в пакете Simulink системы MATLAB математической модели электрической дуги. Описана логика функционирования исследуемой системы, и взаимодействие во времени отдельных ее элементов.

Исследованы устойчивость и возникновение колебаний тока электрической дуги при определенных условиях в электрической цепи постоянного тока. Отмечено, что в цепи с дугой всегда будет параллельная ей емкость, образуемая собственными емкостями установки. Электрическая дуга как элемент электрической цепи описывается обобщенной моделью, которая учитывает термическую инерционность электрической дуги и не ограничивает вид ее статической вольт-амперной характеристики. Рассмотрено влияние параметров электрической дуги на переходной процесс, получены условия возникновения незатухающих и нарастающих собственных колебаний. Представлены принципиальные и эквивалентные схемы рассматриваемого контура. Диссипативные свойства колебательной системы охарактеризованы с помощью коэффициента затухания контура, относительного демпфирования, а также коэффициента потерь энергии в системе. Определены частота срыва, полоса пропускания, частота собственных колебаний и резонансное сопротивление контура. Рассмотрены резистивное демпфирование колебаний, определено желаемое значение демпфирующего резистора, проиллюстрированы результаты расчетов и моделирования. Полученные результаты могут найти применение при проектировании и наладке новых источников питания для сварки и родственных технологий, а также оценки демпфирования и стабилизации работающих источников питания.

Цель работы - рассмотрение количественной оценки чувствительности определенных свойств автоматической системы к изменениям параметров элементов лишь части управляемого объекта - сварочной дуги. При решении практических задач регулирования электродуговыми и плазменными технологическими процессами важное значение имеет решение задачи определения оптимальных параметров настройки или параметрической оптимизации автоматических систем регулирования, среди методов которых выделяются беспоисковые методы, основанные на использовании аппарата чувствительности. Проанализирована чувствительность характеристик модели электрической дуги к изменениям параметров номинальной передаточной функции дуги, получены выражения для функций чувствительности, построены графики соответствующих функций. Предположено, что изменения параметров вызываются изменениями емкости, всегда имеющей место в цепях с дугой. Сформулирована и решена задача нахождения приемлемого компромисса между требованиями малого значения ошибки стабилизации без значительного увеличения значения входной переменной. Разработаны различные правила для уменьшения чувствительности передаточной функции объекта по отношению к возможным, непредвиденным изменениям параметров управляемого объекта, которые могут быть использованы при проектировании высококачественных транзисторных источников тока для дуговой нагрузки. Для иллюстрации чувствительности передаточной функции дуги показаны реакции модели на ступенчатое изменение входного воздействия для разных случаев. В работе не рассматрены характеристики подавления возмущения и шумов, а рассмотрены лишь некоторые варианты для уменьшения функции чувствительности.

Цель работы - обеспечение повышения качества регулирования импульсных преобразователей энергии с одновременным исключением из его динамики нежелательных динамических режимов. Построение имитационной модели мостового преобразователя с фазовым управлением и мягким переключением, работающего на дуговую нагрузку, исследование статических и динамических характеристик, анализ статических и динамических режимов функционирования замкнутой системы стабилизации тока, изучение нелинейных динамических свойств рассматриваемого преобразователя с ШИМ, сравнительный анализ частотных характеристик реальной замкнутой импульсной системы с характеристиками её линейной модели. Фундаментальные принципы теории обратной связи, частотного анализа устойчивости электрических цепей и управления, математического моделирования и спектрального анализа процессов в нелинейных дискретных системах, цифровой обработки сигналов и экспериментального определения характеристик и параметров систем автоматического управления. Применение инженерной методики и универсальной компьютерной программы, базирующихся на новых решениях матричных уравнений цепей, позволяющих на качественно ином уровне в автоматическом режиме выполнять трудоёмкие расчёты частотных характеристик, учитывающих нелинейный характер процессов в замкнутых современных мощных импульсных системах. Предложенная система регулирования тока на основе преобразователя с мягкой коммутацией транзисторов обладает достаточной надёжностью и сроком службы, позволяет получить высокий КПД и показатели качества и точности в условиях неопределённости параметров объекта и возмущений. Разработана методика проектирования оптимальных по Боде частотных характеристик петлевого усиления рассматриваемого преобразователя с ШИМ, в возможности регулирования статической и выборе динамической нестабильности выходного тока, в обеспечении устойчивой работы и исключения автоколебательного режима стабилизированного преобразователя, работающего на произвольную комплексную нагрузку. Получила дальнейшее развитие теория частотного управления путём её распространения на новый класс объектов - источники питания для электротехнологий с улучшенными показателями качества и точности, что позволяет поднять сварочные и смежные с ней технологии на более высокий уровень, решить многие проблемы, в том числе проблему улучшение качества конечного продукта. Рассмотрен анализ статических и динамических характеристик и применение новых методик расчёта и средств измерения эквивалентных частотных характеристик преобразовательных устройств с ШИМ следует считать как один из этапов создания инженерных методик синтеза регуляторов источника питания, рассматривающий последние как существенно нелинейные системы и учитывающих возможность возникновения нежелательных динамических режимов. Метод замкнутого контура позволяет определить частотные характеристики функции петлевого усиления преобразователя с ШИМ, адекватно отображающие условия устойчивости и возможные режимы генерации.

Цель работы - рассмотрение вопросов, касающихся проблемы устойчивости системы "источник питания - электрическая дуга" при малых возмущениях и её решение в рамках метода малых колебаний. Обсуждение выбора математической модели, изложение эффективного подхода к решению задач устойчивости, основанного на использовании для аналитического описания цепей переменного тока общих уравнений квазистационарных режимов. В методологическом плане статья базируется на известных классических положениях общей теории устойчивости. В основном рассмотрена устойчивость при малых возмущениях и используются методы, которые базируются на анализе дифференциальных уравнений первого (линейного) приближения, получившие плодотворное применение и развитие в теории автоматического регулирования. Примеры решения конкретных задач устойчивости в аналитической, а также в графической или графоаналитической форме имеют важное значение в становлении и утверждении теоретических положений. В отличие от численных решений они более наглядно иллюстрируют все характерные стороны проблемы. В частности, они являются хорошей иллюстрацией той отличительной стороны задачи об апериодической устойчивости, что её решение зависит исключительно от статических характеристик элементов системы и может быть получено в рамках лишь конечных уравнений, а в качестве критерия устойчивости можно использовать коэффициент сопротивления. Получил дальнейшее развитие известный метод u1087 применительно к новому объекту исследования - преобразователю с мягким переключением, работающего на электрическую дугу. Уделено отдельное внимание более чёткой постановке задачи и более дифференцированной оценке её приемлемости для заданной технической системы. В связи с непрерывным развитием отдельных систем электропитания значение проблемы их устойчивой работы ещё больше возрастает. Статья может служить реальной основой для конструктивного решения вопросов общей теории устойчивости новых источников питания технологических нагрузок, способствовать созданию благоприятных условий для дальнейшего плодотворного её развития, а также для разработки новых эффективных методов решения конкретных задач, интересующих специалистов в области систем электропитания электротехнологических установок.

Цель работы - оценка динамических сопротивлений стабилизированного преобразователя, основанная на расчете импульсных источников электропитания с помощью метода усреднения переменных состояния и с помощью ЭВМ; рассмотрение мер по увеличению выходного сопротивления и улучшению параметров переходного процесса, повышение его устойчивости; рассмотрение особенности работы импульсного источника электропитания на электрическую дугу с емкостью. Методы исследования - классические частотные теории управления и методы экспериментального определения частотных параметров. Рассмотрены вопросы, возникающие при проектировании и разработке устройств и систем электропитания электрической дуги - электромагнитная совместимость отдельных узлов в системе электропитания, их устойчивость, а также устойчивость всей системы электропитания. Рассмотрена особенность работы импульсного преобразователя напряжения на комплексную нагрузку. Показаны причины возникновения автоколебательного режима. При необходимости для устранения автоколебаний могут быть добавлены элементы демпфирования фильтра. Исследовано влияние внешних обратных связей на динамические свойства импульсного преобразователя напряжения, работающего на дуговую нагрузку. Для обеспечения устойчивости в системе "фильтр электромагнитных помех - импульсный преобразователь напряжения" следует снижать выходное сопротивление фильтра до величины меньшей входного сопротивления преобразователя. Полученные результаты расчета комплексного входного сопротивления импульсного преобразователя напряжения могут быть использованы для анализа устойчивости работы системы электропитания с входным фильтром радиопомех. Дополнительная обратная связь по напряжению на дуге приводит к существенному увеличению выходного сопротивления преобразователя и к сглаживанию его частотной характеристики (отсутствию резонансного максимума), что весьма желательно. В целом частотная зависимость выходного сопротивления для двухконтурной системы более благоприятна, чем для одноконтурной в отношении динамики. Научна новизна исследования заключается в применении новых эффективных алгоритмов расчета и спектрального анализа процессов в замкнутых нелинейных дискретных системах с различными видами обратных связей в режиме их нормального функционирования к анализу нового объекта. Изложение носит конструктивный характер и завершится процедурой проектирования регуляторов с использованием новой - натурной теории управления для объектов с неопределенными параметрами.

Цель работы - оценка динамических сопротивлений стабилизированного преобразователя, основанная на расчете импульсных источников электропитания с помощью метода усреднения переменных состояния и с помощью ЭВМ; рассмотрение мер по увеличению выходного сопротивления и улучшению параметров переходного процесса, повышение его устойчивости; рассмотрение особенности работы импульсного источника электропитания на электрическую дугу с емкостью. Методы исследования - классические частотные теории управления и методы экспериментального определения частотных параметров. Рассмотрены вопросы, возникающие при проектировании и разработке устройств и систем электропитания электрической дуги - электромагнитная совместимость отдельных узлов в системе электропитания, их устойчивость, а также устойчивость всей системы электропитания. Рассмотрена особенность работы импульсного преобразователя напряжения на комплексную нагрузку. Показаны причины возникновения автоколебательного режима. При необходимости для устранения автоколебаний могут быть добавлены элементы демпфирования фильтра. Исследовано влияние внешних обратных связей на динамические свойства импульсного преобразователя напряжения, работающего на дуговую нагрузку. Для обеспечения устойчивости в системе "фильтр электромагнитных помех - импульсный преобразователь напряжения" следует снижать выходное сопротивление фильтра до величины меньшей входного сопротивления преобразователя. Полученные результаты расчета комплексного входного сопротивления импульсного преобразователя напряжения могут быть использованы для анализа устойчивости работы системы электропитания с входным фильтром радиопомех. Дополнительная обратная связь по напряжению на дуге приводит к существенному увеличению выходного сопротивления преобразователя и к сглаживанию его частотной характеристики (отсутствию резонансного максимума), что весьма желательно. В целом частотная зависимость выходного сопротивления для двухконтурной системы более благоприятна, чем для одноконтурной в отношении динамики. Научна новизна исследования заключается в применении новых эффективных алгоритмов расчета и спектрального анализа процессов в замкнутых нелинейных дискретных системах с различными видами обратных связей в режиме их нормального функционирования к анализу нового объекта. Изложение носит конструктивный характер и завершится процедурой проектирования регуляторов с использованием новой - натурной теории управления для объектов с неопределенными параметрами.