Elektrotehnìka ta Elektroenergetika (Apr 2024)
До питання побудови зварювальних інверторних джерел з підвищеним коефіцієнтом потужності
Abstract
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.
Keywords
