Диссертация (1024714), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Схемапитания электроприемников должна строиться таким образом, чтобысовместно питаемые электроприемники не оказывали неблагоприятноговоздействия друг на друга.264Посвоемухарактеруэлектромагнитныепомехи,создаваемыеэлектросварочными установками, делятся на два вида: детерминированные ислучайные. Основными видами помех являются отклонения, колебания ипровалы напряжения, переходные процессы при включении сварочныхмашин, а также не синусоидальность и не симметрия напряжения.Нормы на показатели качества электроэнергии (ПКЭ) установленыГОСТ 13109-97 [240]. Качество электроэнергии согласно ГОСТ 13109-97оценивается по следующим показателям:- отклонения напряжения Δ Uy;- размах изменения напряжения Δ Ut;- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения КU;- коэффициент напряжения КU(n) от n-ой гармонической составляющей;-коэффициентК0UнесимметрииK2Uнесимметриинапряженийпонулевойпоследовательности;-коэффициентнапряженийпообратнойпоследовательности;- длительность провала напряжения Δ tп;- отклонение частоты Δf;- импульсное напряжение Uимп;- коэффициент временного перенапряжения KперU.Согласно ГОСТ Р 60974-2012 сварочные источники должны устойчивофункционировать при изменении в ±10% номинального напряжения сети.Если используются источники питания с приводом от электродвигателя, токрутящий момент у электродвигателя должен обеспечивать номинальныйсварочный ток при снижении до 90% номинального напряжения питания.В государственных стандартах на технические условия изготовленияотдельных видов сварочного оборудования регламентируются также и болеестрогие требования к отклонениям напряжения питающей сети.
Так,например, согласно ГОСТ 13821-77 [241] сварочные выпрямители должныобеспечивать заявленные характеристики при понижении на 10% и265повышении на 5% напряжения сети.СогласноГОСТэлектромагнитнойРМКЭустойчивости60974-1-2004сварочного[242]дляоборудованияпроверкиклеммысварочного источника подключают к балластному реостату и настраивают наноминальный сварочный ток при 100% ПН. Переключающее устройствообеспечивает «включение-отключение» нагрузки с минимальным временемпрохождения тока 1 с на скорости 6-10 циклов в минуту в течение 1000циклов.Там же оговорено, что сварочный источник, рассчитанный нанесколько номинальных напряжений, дополнительно испытывают и намаксимально допустимое напряжение питания.
По результатам испытаний недолжныпроявлятьсяэлектрическиеилимеханическиедефектывэлектрических цепях и разъединениях плавких предохранителей.СогласноэлектросварочныеПравиламустановкиэксплуатациидолжныиметьэлектроустановокустройства(ПУЭ)защитыотперегрузки, а также коммутационные и защитные устройства на каждойлинии, отходящей к сварочному посту.Как отмечают авторы работ [238, 243], электросварочное оборудованиеявляется мощным источником электромагнитных помех и оказываетзначительное влияние на изменение показателей электропитания не толькоего, но и других потребителей.
Однако традиционно в сварочномпроизводстве мало обращают внимание на эти проблемы, хотя приизготовлении ответственных сварных конструкций, например, в атомнойпромышленности, зачастую выдвигаются требования поочередной работысварочных источников, чтобы исключить их взаимное влияние друг на другапри сварке.Уровень искажения напряжения питающей сети, согласно работам[238, 243], зависит от вида сварочного оборудования и условий егоэксплуатации (рис. 5.8).266абвРис. 5.8.
Зависимость тока и напряжения от времени в питающей сети: а- сварочного трансформатора СТШ-250 с устройством стабилизации; б сварочного выпрямителя ВДУ-201 с конденсаторным умножителемнапряжения; в - инверторного источника питания ВДИ-200 [243]267Наибольшее влияние на электрическую сеть оказывают источникиинверторного типа (рис. 5.8, в). Наглядно видно, что они генерируют в сетьочень широкий спектр гармонических составляющих тока.
Подобныеотклонения в сетевых нагрузках могут приводить к ложным срабатываниямустройств стабилизации напряжения, которые включаются при пониженииили увеличении напряжения сети.Бороться с отклонениями в значениях и форме питающего напряженияможнонесколькимиспособами,например,повышениеммощностиэлектрических сетей, за счет ввода в эксплуатацию новых электростанций иэнергоблоковилиспомощьюфильтров.Применениефильтровпредставляется более экономичным и перспективным. Для существенногоулучшения качества электросетей и снижения уровня генерируемогосварочным оборудованием высших гармоник тока и напряжения можно, а вряде случаев просто необходимо применение фильтров высших гармониктока [244].
Очевидно, что в этом случае сварочные источники питания,помимо технологических характеристик, будут обеспечивать и требуемуюэлектромагнитную совместимость, а также снижать добавочные потери впроводах сети и подключенном оборудовании.Отметим, что положительным свойством большинства трехфазныхсварочных источников питания в отличие от однофазных источниковявляется то, что они незначительно загружают высшими гармониками токанулевой провод сети. Это связано с практически равномерно распределеннойнагрузкой по трем фазам, а в случае соединения первичных обмотоксилового трансформатора в треугольник, гармоники токов кратные тремуменьшаются.Снижение уровня высших гармоник тока, генерируемых сварочнымоборудованием, может осуществляться так называемыми активными ипассивными фильтрами. Активные фильтры, которые содержат многоэлементов как силовой, так и микроэлектроники, дороги, сложны и не всегданадежны в эксплуатации. Поэтому первоочередное внимание нами уделялось268пассивным фильтрам, к которым относятся:- трехфазные резонансные индуктивно-емкостные фильтры высшихгармоник тока [244], подключаемые непосредственно на входе сварочногооборудования;-фазосдвигающиетрансформаторныеиавтотрансформаторныефильтры высших гармоник тока, которые к тому же обеспечиваютдополнительное симметрирование сети.Фильтры сводят к минимуму генерацию в сеть реактивной мощности,которая отрицательно влияет на работу сетей, и имеют повышеннуюнадежность при работе в «некачественных» сетях.
Применение фильтроввысших гармоник тока совместно с трехфазными сварочными источникамипитания целесообразно, а в ряде случаев необходимо, так как ихиспользование улучшает качество трехфазных питающих сетей при работесварочных источников, снижая коэффициент нелинейных искажений тока.Для подавления высших гармоник в сетях переменного токацелесообразно применение активных фильтров, в том числе по неактивноймощности.Основнымпреимуществомподобныхфильтровявляетсявозможность широко полостной компенсации отклонений напряжениянезависимоотисходныхчастотныхпараметровидинамическиххарактеристик сети [245].Силовая часть активного фильтра представлена на рис. 5.9.Рис.
5.9. Силовая частьактивного фильтра дляэлектрической сети [245]269Для устойчивой работы сварочного оборудования такой фильтр долженобеспечить генерирование тока, дополняющего по основной гармоникенапряжение сети до синусоидальной формы.При первичном возбуждении дуги, ее резкого изменения по длине,обрыва, сетевая нагрузка на инверторный сварочный источник, как правило,изменяется в достаточно широких пределах. Это может привести кперегрузке и повреждению силовых элементов сварочного источника.Снизить уровень подобных перегрузочных напряжений можно введением всхемы управления дополнительных демпфирующих цепей.Одним из перспективных видов сварочного оборудования являютсяимпульсные источники питания, которые обеспечивают сварку в диапазонене более +10% сетевого напряжения.Ряд работ [246, 247, 248] посвящен изучению влияния возмущений, втом числе и колебаний напряжения питающей сети, на стабильность работыимпульсных сварочных аппаратов, а также разработке системы стабилизациипараметров при действии возмущающих воздействий.
Так как импульснодуговая сварка плавящимся электродом протекает без коротких замыканийдугового промежутка, то для нее опасны колебания входного напряжения всторону уменьшения напряжения питающей сети, которые ухудшаюттехнологические характеристики импульсных сварочных аппаратов, чтоприводиткснижениюкачестваформированияшваиувеличениюразбрызгивания. Проведенные авторами работ [247, 248] исследованияпоказали, что при работе импульсных источников питания в номинальномрежиме разбрызгивание составляет 1,0...1,5%, в то время как при работе насниженном напряжении сети до 340..350В – поднимается до 7,0%. Помимоэтого, снижение напряжения может приводить к структурным изменениям вметалла шва и ЗТВ.В последнее время находят все большее применение резонансныетехнологии при создании источников питания для сварки [249, 250, 251].Применение резонансных LC-цепей в позволяет уменьшить потери,270увеличить КПД процесса, снизить на порядок уровень электромагнитныхпомех.
При этом конструкторы пытаются двигаться в сторону более высокихчастот, что приводит к еще большему снижению уровня радиопомех иэлектромагнитных шумов, а также снижения выходного сопротивления ивеличины пульсации напряжения [252].Но стоит отметить, что, несмотря на впечатляющий прогресс всозданиисовременныхсварочныхисточниковвредныепоследствиянежелательных резонансов полностью не исключены.
Они проявляются ввиде паразитных колебаний, электромагнитных шумов, радиопомех, скачковнапряжения и связанных с ними сбоев в работе схем, что снижаетэффективность работы источников, а также приводит к отказам или дажеразрушает активные и пассивные компоненты схем управления. Снижениепроявленияэтих негативных явлений возможно прибыстродействующихэлектронныхкомпонентов,использованиивходящихвсоставвысокочастотных резонансных преобразователей.На основании анализа взаимного влияния сварочного оборудования иэлектрической сети можно сформулировать основные варианты решенияпроблемы устойчивой работы сварочных инверторных источников:1. Снижение напряжения питающей сети с 380В до 350 – 360В содновременным повышением ее частоты до 52 Гц позволяют обеспечитьнормальную работу нескольких сварочных источников [252].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
