Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока
Показана эффективность имитационного моделирования электрических схем источников питания переменного тока управляемой формы при оценке выходных энергетических характеристик и способов их регулирования....
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102345 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока / В.В. Андреев, Е.М. Ефременко, Г.Н. Москович // Автоматическая сварка. — 2011. — № 2 (694). — С. 9-12. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102345 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1023452016-06-12T03:02:44Z Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока Андреев, В.В. Ефременко, Е.М. Москович, Г.Н. Научно-технический раздел Показана эффективность имитационного моделирования электрических схем источников питания переменного тока управляемой формы при оценке выходных энергетических характеристик и способов их регулирования. The paper shows the effectiveness of simulation of electric diagrams for power sources of alternating current of a controllable shape at evaluation of output power characteristics and methods of their regulation. 2011 Article Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока / В.В. Андреев, Е.М. Ефременко, Г.Н. Москович // Автоматическая сварка. — 2011. — № 2 (694). — С. 9-12. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102345 621.791.03-52 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Андреев, В.В. Ефременко, Е.М. Москович, Г.Н. Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока Автоматическая сварка |
| description |
Показана эффективность имитационного моделирования электрических схем источников питания переменного тока
управляемой формы при оценке выходных энергетических характеристик и способов их регулирования. |
| format |
Article |
| author |
Андреев, В.В. Ефременко, Е.М. Москович, Г.Н. |
| author_facet |
Андреев, В.В. Ефременко, Е.М. Москович, Г.Н. |
| author_sort |
Андреев, В.В. |
| title |
Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока |
| title_short |
Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока |
| title_full |
Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока |
| title_fullStr |
Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока |
| title_full_unstemmed |
Имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока |
| title_sort |
имитационное моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102345 |
| citation_txt |
Имитационное
моделирование электрических схем как этап разработки специализированных источников питания с управляемой формой переменного тока / В.В. Андреев, Е.М. Ефременко, Г.Н. Москович // Автоматическая сварка. — 2011. — № 2 (694). — С. 9-12. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT andreevvv imitacionnoemodelirovanieélektričeskihshemkakétaprazrabotkispecializirovannyhistočnikovpitaniâsupravlâemojformojperemennogotoka AT efremenkoem imitacionnoemodelirovanieélektričeskihshemkakétaprazrabotkispecializirovannyhistočnikovpitaniâsupravlâemojformojperemennogotoka AT moskovičgn imitacionnoemodelirovanieélektričeskihshemkakétaprazrabotkispecializirovannyhistočnikovpitaniâsupravlâemojformojperemennogotoka |
| first_indexed |
2025-07-07T12:11:03Z |
| last_indexed |
2025-07-07T12:11:03Z |
| _version_ |
1836990100222771200 |
| fulltext |
УДК 621.791.03-52
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СХЕМ КАК ЭТАП РАЗРАБОТКИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ С УПРАВЛЯЕМОЙ ФОРМОЙ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
В. В. АНДРЕЕВ, Е. М. ЕФРЕМЕНКО, кандидаты техн. наук, Г. Н. МОСКОВИЧ, инж.
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Показана эффективность имитационного моделирования электрических схем источников питания переменного тока
управляемой формы при оценке выходных энергетических характеристик и способов их регулирования.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, источники питания,
переменный ток, моделирование, ток управляемой формы
В настоящее время сварочное электрооборудова-
ние создается на современной элементной базе,
позволяющей получать характеристики источни-
ков питания, которые обеспечивают повышение
качества сварных соединений при одновременном
улучшении экономических показателей. Однако
достижение этих целей связано с усложнением
аппаратных и функциональных составляющих
разрабатываемого оборудования, созданием спе-
циальных электронных систем регулирования,
проведением сложных математических расчетов
по выбору тех или иных элементов электрической
схемы и построением дорогостоящих физических
моделей.
Менее трудоемко и более эффективно
такие задачи можно решать с помощью
современных программных пакетов мате-
матического и имитационного моделиро-
вания [1], которые были использованы на-
ми при разработке электрических схем ис-
точников питания переменного тока уп-
равляемой формы. Как показано в работе
[2], управление формой тока прямой и об-
ратной полярности весьма перспективно,
поскольку позволяет осуществить сварку
МИГ/МАГ на переменном токе высокоп-
рочных сталей и алюминия с сохранением
высоких показателей механических
свойств наплавленного металла. Отмече-
но также меньшее по сравнению со свар-
кой на постоянном токе выгорание хи-
мических элементов.
Ниже приведены некоторые схемы ис-
следованных нами источников перемен-
ного тока. В первой схеме, представлен-
ной на рис. 1, а, в отличие от сущест-
вующих разработок последовательно со
вторичной обмоткой трансформатора Т1 вместо
тиристорного моста [3] подключен диодный мост,
состоящий из диодов VD1...VD4 с индуктив-
ностью L1 в его диагонали [4]. В цепь первичной
обмотки трансформатора включен регулятор, сос-
тоящий из двух встречно-параллельно соединен-
ных тиристоров VS1, VS2 и резистора R1. Здесь
и в последующих схемах нагрузка (дуга) предс-
тавлена линейным элементом — активным соп-
ротивлением.
Регулирование тока в нагрузке осуществляется
по первичной цепи понижающего трансформато-
ра, в которой ток в несколько раз ниже, чем во
вторичном контуре. Такой подход значительно
расширяет энергетические возможности источни-
ка питания и позволяет применять его не только
для дуговой сварки, но и для электрошлаковых
© В. В. Андреев, Е. М. Ефременко, Г. Н. Москович, 2011
Рис. 1. Электрическая схема источника питания переменного тока управ-
ляемой формы (а) и его имитационная модель с регистрирующими при-
борами I1, Scope1 и генераторами импульсов (б)
2/2011 9
технологий при значении тока 10 кА и выше, при
этом источник питания имеет высокую надеж-
ность и сравнительно небольшую стоимость. В
имитационной модели (см. рис. 1, б), созданной
в пакете MATLAB, задействованы генераторы
импульсов G1 и G2 для фазового регулирования
тиристорами VS1, VS2, измеритель тока I1 и ос-
циллограф Scope1. Для получения сварочного то-
ка необходимой формы и скорости его нарастания
при смене полярности такие параметры, как ин-
дуктивность дросселя-накопителя L1, сопротив-
ление резистора R1, моменты включения тирис-
торов VS1, VS2, варьировались в процессе моде-
лирования в достаточно широких пределах. Ос-
циллограммы, приведенные на рис. 2, показывают
возможность обеспечения непрерывности тока на-
грузки и сравнительно высокой скорости перехода
его через нуль, а также получения разных форм
тока прямой и обратной полярности при работе
от источника питания (см. рис. 1, а).
Вторая схема (рис. 3, а) является основой си-
ловой части источника питания симметричного
и асимметричного переменного тока низкой
частоты [5]. Предварительные исследования
сварки под флюсом, осуществляемой от источ-
ника питания с дискретным регулированием
частоты тока и независимым регулированием
длительности его полупериодов на основе ти-
ристорного регулятора, построенного только на
двух мостовых схемах, которые подключаются
ко вторичной обмотке силового трансформа-
тора [6], показали, что снижение частоты сва-
рочного тока до 12…16 Гц положительно вли-
яет на структуру наплавленного металла шва.
Это свидетельствует о взаимосвязи между час-
тотой сварочного тока, частотой собственных
колебаний сварочной ванны и технологичес-
кими показателями качества сварки. Однако
для электрической схемы такого источника пи-
тания характерно наличие пульсаций свароч-
ного тока с частотой 100 Гц при двух и более
полупериодах, формирующих этот ток. Для
снижения пульсаций тока к выходу двухмос-
тового регулятора VS1…VS4 и VS5…VS8 под-
ключен третий тиристорный мост VS9…VS12,
имеющий дроссель-накопитель L1 в его диа-
гонали. Регулирование частоты сварочного то-
ка осуществляется так же, как и в схеме из
работы [6], а именно, путем создания импуль-
сов положительной и отрицательной полярнос-
ти определенной длительности и их моду-
ляции.
Следует отметить, что длительность им-
пульсов тока прямой и обратной полярности
может регулироваться независимо одна от дру-
гой в широком диапазоне, что существенно по-
вышает эффективность режима модуляции.
Рис. 2. Осциллограммы тока нагрузки источника питания (см.
рис. 1, б), полученные при разных значениях фаз управляю-
щих импульсов тиристорами VS1 и VS2: а — 0 и 0,010 с; б —
0,005 и 0,015 с; в — 0,005 и 0,010 с; г — 0 и 0,015 с
Рис. 3. Электрическая схема источника симметричного и асиммет-
ричного переменного тока низкой частоты (а) и имитационные
модели данного источника (б) и блока фазового регулирования
Controller (в)
10 2/2011
В имитационной модели данного источника,
представленной на рис. 3, б, кроме трех тирис-
торных выпрямительных мостов VS1...VS4,
VS5...VS8, VS9...VS12, как это имеет место в прин-
ципиальной электрической схеме, присутствуют
три контроллера Controller 1…3, которые пред-
назначены для фазового регулирования длитель-
ностью импульсов тока прямой и обратной по-
лярности, а также устройство для измерения тока
I1 и осциллограф Scope1. Каждый контроллер (см.
рис. 3, в) своими выходами Out1...Out4 соединен
с управляющими электродами тиристоров Pulses
соответствующих выпрямительных мостов. С по-
мощью данной модели, состоящей из генераторов
сигналов различной формы Step, R, G и управ-
ляемого переключателя сигналов Switch, осущес-
твляется регулирование длительности импульсов
тока прямой и обратной полярности. Осциллог-
раммы тока нагрузки, демонстрирующие работу
источника питания в симметричном и асиммет-
ричном режимах, приведены на рис. 4.
В следующем примере рассмотрен один из ва-
риантов источника питания переменного тока уп-
равляемой формы. Электрическая схема источни-
ка [7] и ее модель представлены на рис. 5. В этой
схеме наряду с трансформатором T1, тиристор-
ным мостом VS1...VS4 и дросселем L1 в его ди-
агонали дополнительно к входу моста по пере-
менному току и части обмотки дросселя подк-
лючены два тиристора VS5 и VS6, соединенные
между собой. Это решение позволило с помощью
генераторов импульсов G1...G4 управлять значе-
ниями и формой основного тока, в том числе и
прямоугольной, а также формой импульса, кото-
рый налагается на основной ток (рис. 6). Такой
комбинированный источник питания повышает
Рис. 4. Осциллограммы симметричного (а) и асимметричного (б–г) переменного тока низкой частоты, полученные при разных
значениях длительности импульсов тока нагрузки прямой и обратной полярности: а — 0,1 и 0,1 с; б — 0,08 и 0,02 с; в — 0,06
и 0,04 с; г — 0,02 и 0,08 с
Рис. 5. Электрическая схема источника питания переменного
тока управляемой формы (а) и ее имитационная модель с
регистрирующими приборами, созданная в среде пакета
MATLAB (б)
Рис. 6. Осцилограммы тока нагрузки управляемой формы
(см. рис. 5, б) при разных значениях времени включения
тиристоров VS1...VS4, VS5 и VS6: а — 0...0,01, 0,005 и
0,0015 с; б — 0,005...0,015, 0,0075 и 0,0175 с; в —
0,0025...0,0125, 0,005 и 0,015 с
2/2011 11
быстродействие всей системы при переходных
процессах, что особенно важно при сварке под
флюсом, когда инерционность источника питания
является причиной колебаний параметров режима
сварочного процесса.
Таким образом, имитационное моделирование
позволяет при разработке сварочных источников
питания оценить возможности их различных схем,
разные способы регулирования энергетических
параметров и перспективу практического приме-
нения, исключая физическое моделирование.
1. Дьяконов В. П. MATLAB 6/5 SP1/7/0 Simulink 5/6. Осно-
вы применения: Сер. Библиотека профессионала. — М.:
СОЛОМОН-Пресс, 2005. — 800 с.
2. Maxl G., Posch G. MAG-Wechselstromshweisen von hoch-
festen Feinkornbauustahlen // Schweiss und Pruftechnik.
2008. — № 3. — S. 35–38.
3. Закс М. И., Каганский Б. А., Печенин А. А. Трансформа-
торы для электродуговой сварки. — Л.: Энергоатомиз-
дат, 1988. — 136 с.
4. Пат. 47333 Україна, В 23 К 9/10, 9/00. Джерело живлен-
ня змінного струму керованої форми для дугових і шла-
кових технологій / В. В. Андреєв, О. М. Єфременко, І. І.
Заруба. — Опубл. 25.01.2010.
5. Особенности дуговой сварки переменным током низкой
частоты / В. В. Андреев, Г. Н. Москович, А. М. Жерносе-
ков, Л. Г. Шитова // Сварщик. — 2008. — № 6. — С. 19–21.
6. А. с. 1542721 СССР, МКИ5 В 23 К 9/00, 9/10. Источник
питания для дуговой сварки / В. К. Лебедев, В. В. Андре-
ев, Г. Н. Москович. — Опубл. 15.02.90; Бюл. № 6.
7. А. с. 1294523 СССР, МКИ4 В 23 К 9/00. Источник пита-
ния для дуговой сварки / Б. Е. Патон, В. К. Лебедев,
И. И. Заруба и др. — Опубл. 07.03.87; Бюл. № 9.
The paper shows the effectiveness of simulation of electric diagrams for power sources of alternating current of a
controllable shape at evaluation of output power characteristics and methods of their regulation.
Поступила в редакцию 21.08.2010
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ
И ИМПОРТОЗАМЕНЯЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ОРБИТАЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ TIG-СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ
СТЫКОВ ТРУБОПРОВОДОВ ДИАМЕТРОМ 89…219 мм ПРИ СООРУЖЕНИИ И
РЕМОНТЕ ЭНЕРГОБЛОКОВ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ УКРАИНЫ
(Инновационный проект НАН Украины, выполненный в ИЭС им. Е. О. Патона)
При автоматизации процессов орбитальной дуговой сварки (ОДС) важное значение имеет получение
надежной информации относительно сигналов тока и напряжения на сварочной дуге. Как известно,
автоматы для ОДС работают в условиях высокого уровня электромагнитных полей, который приводит к
существенному «зашумлению» сигналов в каналах измерения и управления. Для повышения качества систем
управления необходимо использовать разные методы повышения их устойчивости. В рамках данной работы
для обработки исходных сигналов датчиков предложено использовать метод вейвлет-преобразования. В
этом случае реконструкция измерительных сигналов разрешает существенно улучшить соотношение
сигнал/шум и тем самым повысить качество управления процессом ОДС. Вейвлет-преобразование времен-
ной последовательности сигналов тока и напряжения заключается в разложении их по базису определенных
функций с помощью масштабирования и перенесения.
В отличие от преобразования Фурье вейвлет-преобразования дают двухмерное представление сигнала.
При этом его частота и время являются независимыми переменными, т. е. представляется возможность
анализа свойств процесса одновременно как во временной, так и в частотной областях. На данное время
задача оптимального выбора вейвлета не решена. Поэтому исследователям приходится решать ее путем
выбора разных вариантов материнских вейвлетов. При решении задачи выбора были использованы
вейвлеты Хаару, Морло и Добеши. Как показало решение модельных задач с использованием пакета MATLAB,
наилучшие метрологические показатели обеспечивают вейвлеты Добеши 5-го порядка.
При производстве энергоблоков атомных электростанций широко используются сварные трубчатые
элементы. Остаточные напряжения (ОН), возникающие в элементах труб во время сварки, являются одним
из важных факторов, определяющих их надежность и работоспособность. При определении ОН в сварных
элементах с использованием экспериментальных методов считается, что напряжения на базе их опреде-
ления являются постоянными, а участок контролируемой поверхности объекта плоским. Эксперименталь-
но установлено, что кривизна поверхности, в которой исследуются ОН, влияет на погрешность при их
определении. Поэтому для оценки влияния кривизны поверхности на погрешность определения ОН про-
водился численный эксперимент с использованием метода конечных элементов. Результаты численного
эксперимента и их анализ показали, что погрешности методики расчета ОН не превышают 8% в трубе
диаметром 89 мм.
12 2/2011
|