автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Источник питания на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем для сварочного оборудования ремонтных предприятий АПК

На правах рукописи

Ермаков Валентин Викторович

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ ТРАНСФОРМАТОРА С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ДЛЯ СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ РЕМОНТНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК

Специальность 05 20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар 2008

003170263

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Демьянченко Александр Григорьевич

доктор технических наук, профессор Богдан Александр Владимирович,

кандидат технических наук, доцент Кобозев Владимир Анатольевич

Государственное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский и проекгно-технолгогический институт механизации и электрификации сельского хозяйства", г Зерноград

Защита состоится 18 июня 2008 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038 08 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, КубГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, ауд № 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного аграрного университета

Автореферат размещен на сайте www.kubagro ru. 16 мая 2008 г

Автореферат разослан 16 мая 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета _

доктор технических наук, профессор^^^5^

С.В. Оськин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитый машинно-тракторный парк агропромышленного комплекса (АПК) РФ является основой современного эффективного сельскохозяйственного производства Для поддержания этого парка на необходимом уровне в условиях ограниченного финансирования сельского хозяйства необходима ремонтная база, использующая для восстановления сельскохозяйственной техники электродуговые технологии Эффективность восстановительных работ во многом зависит от технико-экономических показателей сварочного оборудования, поэтому совершенствование источников питания этого оборудования представляется актуальным

Цель диссертационной работы - повышение энергетической эффективности сварочного оборудования при восстановлении и ремонте сельскохозяйственной техники в условиях ремонтных предприятий (мастерских) АПК

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

- провести анализ оборудования для восстановления и ремонта деталей сельскохозяйственной техники электродуговой сваркой и наплавкой, определить пути повышения его технико-экономических показателей,

- проанализировать принципы и схемотехнические основы построения многофазных трансформаторов для сварочных выпрямителей,

- разработать принципиальную схему сварочного выпрямителя на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВП),

- разработать схему замещения и математическую модель многофазного сварочного выпрямителя (МСВ) на основе ТВП и проанализировать ее параметры,

- разработать математическую модель ТВП на холостом ходу,

- разработать методику расчета ТВП,

- провести экспериментальные исследования разработанного выпрямителя в различных режимах работы,

- проверить соответствие результатов математического моделирования и экспериментальных исследований,

- оценить электромагнитную совместимость (ЭМС) разработанного МСВ с источниками питания различной мощности,

- выполнить технико-экономическое обоснование эффективности разработки

Объект исследования - многофазный сварочный выпрямитель при питании от сети неограниченной и соизмеримой мощности

Предмет исследования - рабочие процессы в системе «источник электропитания - сварочный выпрямитель - нагрузка»

Методы исследования базируются на классической теории электрических и магнитных цепей, теории сварочных процессов, численных методах математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики Экспериментальные исследования проводились с использованием специально разработанного стенда, современных информационных технологий и оборудования для регистрации и обработки данных

Научная новизна работы заключается в следующем

- разработаны научно обоснованные методики конструирования многофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем и разработки для них схемных решений сварочных выпрямителей,

- разработана математическая модель МСВ на основе ТВП для исследования его работы в различных режимах,

- разработана методика расчета параметров 'ГВП,

- выполнена оценка ЭМС разработанного сварочного выпрямителя с источниками питания различной мощности

Практическая значимость результатов работы

- предложена новая конструкция ТВП для сварочных выпрямителей, отличающаяся простотой технологии и практически полной симметрией магнитных и электрических цепей,

- предложены способы витковой и параметрической коррекции магнитных потоков в ТВП, обеспечивающие улучшение качества преобразования электрической энергии в МСВ,

- разработана принципиальная электрическая схема девятифазного сварочного выпрямителя, которая позволяет повысить его КПД на 10%, коэффициент мощности - на 10-15% и снизить электропотребление на 1520% по сравнению с ближайшими аналогами;

- разработана экспериментальная установка для исследования МСВ в различных режимах его работы

На защиту выносятся следующие положения:

- новая конструкция многофазного трансформатора, защищенная патентом РФ на изобретение № RU 2310939, МПК H 01 F 27/38, H 02 M 5/14,

- математическая модель МСВ на основе ТВП,

- математическая модель ТВП,

- методика расчета ТВП,

- результаты экспериментальных исследований многофазного сварочного выпрямителя на основе ТВП,

- новые схемотехнические решения на устройство полуавтоматической дуговой сварки в среде углекислого газа, защищенное патентом РФ на полезную модель № RU 55 318, МПК В23К 9/00, 9/173, и многопостовой сварочный выпрямитель, защищенный патентом РФ на полезную модель № RU 57 175, МПК В23К 9/00.

Реализация и внедрение результатов работы.

По результатам исследований на предприятии ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром» (г Краснодар) освоено серийное производство сварочных выпрямителей типа МСВ-201 и МСВ-301, которые используются на предприятиях АПК при ремонте деталей сельскохозяйственной техники два МСВ-301 внедрены в центральной ремонтной мастерской ЗАО «Кубань», один МСВ-301 используется в машинно-тракторной мастерской крестьянского хозяйства «АСТОР» А П Стороженко (Кореновский район Краснодарского края), четыре МСВ-301 в качестве источников питания полуавтоматов ПДГМ-301 прошли производственные испытания на предприятии «Сетагросервис» (п г т Покровское Орловской области) Для всех выпрямителей МСВ-301 подтверждены заявляемые изготовителем энергетические и эксплуатационные показатели их работы и соответствие требованиям сельскохозяйственного ремонтного производства Методика расчета ТВП и его математическая модель применяются в разработках сварочного оборудования ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром», а также используются в учебном процессе на факультете энергетики и электрификации КубГАУ по дисциплине «Электротехнология». Образцы сварочного оборудования экспонировались на специализированной выставке-ярмарке «Сварка-2007» (10-12 мая 2007 г, г Сочи) и были удостоены медали «За отличное качество продукции»

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на II международной научно-практической конференции «Образование и наука без границ-2006» (г Днепропетровск, 2006 г), научно-практических конференциях ФГОУ ВПО КубГАУ (2005-2007 гг) и ФГОУ ВПО КубГТУ (2006-2007 гг.)

Публикации результатов работы По теме диссертации опубликовано 18 работ, включая 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, по

лучено 5 патентов РФ на изобретения и полезные модели

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы, включающего 101 наименование, и приложения Общий объем диссертации составляет 179 страниц машинописного текста, включая 59 рисунков, 30 таблиц, 28 страниц приложения

Во введении раскрывается актуальность темы исследований

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследования» на примере сельскохозяйственных предприятий Краснодарского края рассмотрены актуальные проблемы агропромышленного комплекса РФ, связанные с низкими темпами восстановления его машинно-тракторного парка, и отражены используемые на практике пути решения этих проблем в условиях ограниченного финансирования В сложившейся ситуации необходимое количество сельскохозяйственной техники в значительной мере можно обеспечить путем восстановления деталей сельскохозяйственных машин, которые выходят из строя вследствие износа Как показывают исследования специалистов ВНИИТУВИД «Ремдеталь», ремонт машин с применением восстановленных деталей экономически оправдан в отношении экономии металла, энергоресурсов и живого труда, а также себестоимости этих деталей и сроку их службы относительно новых деталей Так, применение электродуговых технологий позволяет восстанавливать ресурс деталей до 85-96% от начального значения без использования упрочнения и до 120-150% - с упрочнением При этом себестоимость восстановленных деталей не превышает 45% начальной стоимости В качестве источников питания сварочного оборудования, применяемого в настоящее время при ремонте и восстановлении деталей, преимущественно используются трехфазные выпрямители с недостаточно высокими энергетическими показателями, выполненные по класс-сическим схемам (например, ВДУ-3020) Показано, что для их улучшения целесообразно использовать сварочные выпрямители на основе многофазных трансформаторов с числом фаз вторичной обмотки более трех

Во втором разделе «Схемотехнические основы построения силовых полупроводниковых выпрямителей на основе многофазных трансформаторов» проведено обобщение наиболее известных схемотехнических решений построения многофазных трансформаторов (МТ) с целью их систематизации и предложено выделить пять принципов фор-

мирования многофазной системы ЭДС - использование фазового сдвига векторов ЭДС трехфазных систем, обеспечиваемого традиционными схемами соединения их обмоток (звезда, треугольник), сложение векторов ЭДС, наводимых в секциях фаз трехфазной вторичной обмотки многофазного трансформатора, деление фаз трехфазной вторичной обмотки на части с использованием замкнутых или разомкнутых схем их соединения, сложение векторов ЭДС, наводимых в секциях вторичной обмотки МТ, которая образована на основе усовершенствованной схемы Скотта, использование явления вращающегося магнитного поля

Анализ известных МТ показывает, что боЛее предпочтительными из них являются трансформаторы, в которых используется явление вращающегося магнитного поля (ТВП) Многофазные трансформаторы данного типа (рисунок 1) имеют симметричные магнитную и электрическую системы, допускают параллельную работу без использования уравнительных реакторов, допускают соединение вторичных обмоток по одному из четырех вариантов — многолучевая звезда, многоугольник, комбинированная звезда, комбинированный треугольник, что позволяет получить различные уровни выпрямленного напряжения, имеют высокие энергетические показатели при выполнении магнитной системы из холоднокатаной электротехнической стали на основе витых колец и шихтованных зубцов, замыкание магнитных потоков в которых происходит по направлению проката

Конструктивная схема по рисунку 1 была положена в основу разработанного трансформатора с вращающимся магнитным полем для многофазных сварочных выпрямителей типа МСВ

В третьем разделе «Математическая модель многофазного сварочного выпрямителя на основе ТВП» составлена схема замещения

¥

Рисунок 1 - Чертеж ТВП с электрическими обмотками

1 - витые кольцевые магнитопроводы,

2 - прямоугольные шихтованные зубцы,

3 - катушки первичных и вторичных обмоток, 4 - немагнитные прокладки

разработанного МСВ под нагрузкой и дано ее математическое описание в виде системы 32 уравнений для мгновенных значений токов и напряжений Используемые в уравнениях коэффициенты можно определить с приемлемой точностью только экспериментально Поэтому на первом этапе разработки МСВ следует ограничиться анализом холостого хода ТВП с целью оптимизации его параметров Аналитические выражения для магнитных потоков ТВП были получены с помощью электрического аналога его магнитной цепи (рисунок 2), где Яя, У?3 соответствуют магнитным сопротивлениям ярем и зубцов магнитной системы, ЭДС £А, £в> Ес соответствуют МДС одной из катушек фаз А, В, С первичной обмотки, токи /]8, 1$ соответствуют магнитным потокам в ярмах Определение неизвестных (токов /ь , /18) производилось по методу контурных токов после введения обозначений х = Л3, у = 2/?3+2/?Я) сг= Е&, Ь_= £в, с_- Ес

Рисунок 2 - Электрический аналог фрагмента магнитной цепи ТВП В результате была получена система уравнений (1)

-х О

У -*

-X у

о -л: О О

О -х О О

О -х О О

О -х О О

О О

.0 о

о о с о о с

ООО

о

О -х о -X у

X

Г1 Л

ь ъ

ъ

¡5

к к -а. ■О.

-а с

(1)

у16 _с которая в сокращенной записи и Ш принимает вид

где Я - матрица коэффициентов, / -матрица токов, Е- матрица ЭДС

Решение системы уравнений (1) связано со значительными трудностями, несмотря на то, что 270 из 324 элементов матрицы Я равны нулю Поэтому матрица Я была разбита на блочные матрицы А, В размеромбхб и нулевые матрицы такого же размера Естественно, при этом на блочные матрицы были разбиты и матрицы-столбцы I, Ев (1)

-л 0 0 0 0 (Г "о 0 0 0-х у?

у-х 0 0 0 0 0 0 0 0 0-* и Г у Ел

-ху-х ООО » в= 0 0 0 0 0 0 ' 1= ? ; £= Е"

О-* у-х 0 0 0 0 0 0 0 0 г Е"

0 0-ху-х 0^ ^0 0 0 0 0 0^

где Г = [ /18 I, Ь Ь /4 Ь ]Г, £ = [ Ь Ъ -а -а -а с ]т, Г = [ /в Ь Ь Ь и /ц ]\ = [ с с -Ь -Ь -Ъ а ]г, Г = [ /12 Ь /и /.5 1и Ь ]\ = [ во -с -с Ь ]т

Матрицы-столбцы /', , Е'" представлены в виде транспонированных матриц-строк для компактности записи С учетом (2) система уравнений (1) примет вид

(АО В] г > I' м

В А 0 X Т Е"

0 В А V J Г Е"

После выполнения необходимых преобразований с использованием МаЛсас}-7 были получены выражения для неизвестных - токов /)8, /ь

, /9, которые соответствуют магнитным потокам в пазовых участках ярма

Зубцовые потоки в магнитной системе ТВП были определены на основании первого закона Кирхгофа Конструкция ТВП симметрична, поэтому можно анализировать участок магнитной системы в составе только десяти фрагментов Остальные потоки легко определяются путем циклических перестановок коэффициентов. Векторная диаграмма пазовых потоков приведена на рис 3

Для создания в ТВП кругового вращающегося магнитного поля комплексные токи , /18 должны образовать две группы, объединяющие по девять пазов магнитопровода, следующих один за другим

В пределах одной группы соседние токи должны иметь одинаковые модули, но отличаться по аргументу на 20° Переход к соседнему току должен обеспечиваться циклической перестановкой ЭДС а,Ьяс Однако из (4) следует, что для принятой схемы первичной обмотки такой пере

ход не реализуется Значит, получение кругового вращающегося поля возможно только с определенной степенью приближения

Как следует из значений расчетных параметров и рисунка 3, пазовые потоки в пределах каждой катушечной группы первичной обмотки (на

пример, ¡2, Ь) разнятся примерно на 3,5 % При этом большие значения потоков соответствуют пазам, в которые уложены средние катушки Кроме того, фазовые сдвиги между соседними пазовыми потоками отличаются от оптимально го значения (20°) Эти отступления магнитного поля от кругового должны корректироваться для уменьшения несимметрии ЭДС вторичных обмоток ТВП с целью снижения пульсаций выпрямленного напряжения Коррекция может осуществляться за счет изменения как МДС катушек первичной обмотки ТВП (витковая коррекция), так и параметров его магнитной системы (параметрическая коррекция) Для оценки возможностей обоих видов коррекции число витков боковых катушек в работе было увеличено в 1,15 раза по отношению к средним катушкам, а толщина зубцов была увеличена с 8 до 11 мм

В четвертом разделе «Методика и результаты экспериментальных исследований многофазного сварочного выпрямителя на основе ТВП» произведена оценка результатов математического моделирования девятифазного ТВП и определены фактические параметры многофазного сварочного выпрямителя типа МСВ-201 на основе ТВП При этом расчетные данные по распределению магнитных потоков в магнитопроводе ТВП сопоставлялись с результатами измерений и осциллограммами фазных напряжений вторичной обмотки ТВП на холостом ходу Результаты измерений ЭДС приведены в таблице 1 и на рис 4 Для наглядности при сравнении экспериментальных данных с расчетными значения ЭДС и магнитного потока в таблице 4 (вторая и третья строки) приведены в относительных единицах (о е.) - по отношению к фазе 6, которая принята в качестве базовой

Данные таблицы 1 подтверждают результаты аналитических исследований, проведенных в разделе 3 «средние» фазные ЭДС вторичной обмотки (третья, шестая и девятая), которые соответствуют средним ка-

Рисунок 3 - Векторная диаграмма соответствующая пазовым потокам ТВП У - векторы по результатам расчета, — — — ^ - векторы при круговом поле

тушкам фаз первичной обмотки, превышают «боковые» ЭДС Эти результаты подтверждаются и осциллограммами ЭДС (рис 4), где отмечены амплитуды ЭДС в фазах 6, 7, 8 вторичной обмотки Так, амплитуды ЭДС фаз 7 и 8 (боковые катушки первичной обмотки), меньше ЭДС фазы б (средняя катушка)

Таблица 1 - Действующие значения фазных ЭДС вторичной обмотки ТВП на холостом ходу при первичном фазном напряжении 220 В

Фаза 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Е, В 27,99 27,96 29,06 27,96 28,07 29,00 28,01 27,99 28,94

Е, о е 0,965 0,964 1,002 0,964 0,968 1,00 0,966 0,965 0,998

Ф, о е 0,966 0,966 1,00 0,966 0,966 1,00 0,966 0,966 1,00

Осциллограммами на рисунке 5 подтверждается и несимметрия по сдвигу фаз Так, ЭДС фазы 7 отстает по фазе от ЭДС фазы 6 на 46,2°, а отставание ЭДС фазы 8 от ЭДС фазы 7 составляет 29,1°

Рисунок 5 - Осциллограммы фазных ЭДС вторичной обмотки ТВП - - - - расчет,--эксперимент

В целом расхождения экспериментальных данных по отклонению поля от кругового с теоретическими не превышают 0,2 % по модулю ЭДС и 1,5 электрического градуса по углам сдвига фаз между ЭДС. Эти отклонения носят нерегулярный, случайный характер

Основные результаты экспериментальных исследований МСВ-301 под нагрузкой представлены осциллограммами фазных токов вторичной обмотки ТВП (рис. 6), в таблице 2 и осциллограммами токов и напряжений

МСВ -301 (рис 7)

Из рисунка 6 следует, что в формировании выходного тока МСВ одновременно участвует 7-8 фаз вторичной обмотки ТВП и по 3-4 соответствующих этим фазам тиристора в анодной и катодной группах выпрямителя Например, в момент времени ток нагрузки формируется всеми фазами, кроме шестой При этом фазы 2 5 обтекаются токами в положительном направлении, а фазы 1,7 9в отрицательном Фаза б током не обтекается вообще Иными словами, работа вторичной обмотки ТВП существенно отличается от работы МТ «классических» многофазных выпрямителей, где выпрямлены ток формируется, как правило, двумя фазами вторичной обмотки Из рисунка 6 также следует, что все вторичные токи ТВП по форме близки к синусоиде За счет этого форма кривых фазных токов первичной обмотки ТВП также приближаются к синусоидальной (рис. 7)

Фазный ток ВДУ-3020 в таких же условиях имеет большие искажения формы кривой, что говорит о его худшей электромагнитной со вместимости с питающей сетью

Основные энергетические параметры МСВ -301 (коэффициент полезного действия - ц и соБф -(коэффициент мощности) при различных значениях его нагрузки Р приведены в таблице 2

Таблица 2 - Энергетические параметры МСВ-301 под нагрузкой

Р, кВт 1,07 2,29 3,90 5,42 7,40 9,46

о е 0,68 0,78 0,81 0,84 0,86 0,84

СОЭ ф 0,55 0,65 0,74 0,79 0,83 0,85

фазных токов вторичной обмотки ТВП и напряжения на тиристоре КМ анодной группы выпрямителя

Данные таблицы 2 хорошо согласуются с характеристиками выпрямителей трехфазных трансформаторов сходной мощности Наибольшее значение коэффициента полезного действия у МСВ-301 имеет место в области его нагрузок около 65% от номинальной, а коэффициент мощности с увеличением нагрузки монотонно возрастает

Возможности МСВ -301 по стабилизации сварочного тока /</ проверялись при его уставке 100 А в режиме работы на статическую нагрузку (Я„ = хаг) -таблица 3

Таблица 3 - Работа МСВ-301 в режиме стабилизации тока

/а а 98,0 98,0 98,0 97,6 97,2 97,0 98,8 101,0 99,7

иА В 8,8 10,0 11,0 13,0 16,0 21,0 29,6 37,6 40,0

Дн, СМ 0,090 0,102 0,112 0,133 0,165 0,216 0,300 0,372 0,401

Сопротивление нагрузки увеличивалось от минимального значения (короткое замыкание выходных клемм выпрямителя через сварочные кабели) до тех пор, пока не происходил срыв стабилизации тока на выходе выпрямителя вследствие того, что вторичная обмотка не могла обеспечить значение тока уставки даже при нулевом угле управления тиристоров

Из этой таблицы следует, что МСВ-301 обеспечивает точность стабилизации выпрямленного тока на уровне 2 % при более чем четырехкратном изменении сопротивления нагрузки Устойчивая работа сварочного выпрямителя в условиях, когда длина дуги может изменяться в широком диапазоне, облегчает работу сварщика

ЭМС выпрямителей типа МСВ-301 и ВДУ-3020 с источниками питания соизмеримой мощности оценивалась при работе с бензоэлектриче-скими станциями (БЭС) мощностью 10 кВт и 4 кВт Определялся наибольший выпрямленный ток статической нагрузки и ток сварки, при котором БЭС работают устойчиво

1^2, В, и^2,В,1В12,А

и напряжения (Ив) фазы в и выпрям ленного напряжения (Ш) мсв

Нормальная работа БЭС-10 совместно с МСВ-301 в режиме статической нагрузки сохранялась при увеличении выпрямленного тока до 90 А. Для ВДУ-3020 такой ток составил 55 А. Дальнейшее увеличение тока нагрузки выпрямителей вызывало незатухающие колебания напряжения и частоты БЭС с большой амплитудой.

При работе выпрямителей в режиме сварки возможности БЭС-10 по их электроснабжению оказались много ниже. Однако и в этом случае МСВ-301 показал более высокую ЭМС с источником питания. В частности, БЭС-10 работала нормально при сварочных токах МСВ-301 до 50 А. Превышение этого тока приводило к не устойчивому горению дуги и снижению напряжения БЭС-10 более чем на 10 %. Для ВДУ-3020 подобные явления наблюдалось уже при сварочном токе 20 А.

Сварочные выпрямители типа МСВ показали высокий уровень электромагнитной совместимости и в составе автономного электросварочного комплекса. Практикой установлено, что максимальная выпрямительная нагрузка в подобных случаях не должна превышать 40% мощности автономного источника питания, чтобы не нарушалась нормальная работа его генератора. Например, к генератору БГ-100 мощностью 100 кВт в составе сварочного комплекса КК-002У1 обычно подключается четыре поста с выпрямителями ВДУ-3020, суммарная мощность которых не превышает 40 кВт. Однако приемлемое качество сварки в этом случае обеспечивается при одновременной работе только двух постов.

Оценка электромагнитной совместимости выпрямителей МСВ-201д

между собой и с автономным источником электроэнергии -дизель-электрической установкой мощностью 100 кВт (синхронный генератор БГ-100) была проведена в ходе натурных испытаний. Нагрузка БГ-100 увеличивалась ступенчато: сначала включался один сварочный пост, затем второй, третий и т. д. - до восьми. При этом осцилло-графировалось напряжение на шинах распределительного щита генератора. Количественная оценка формы кривой напряжения генератора по

Рисунок 8 - Влияние количества сварочных постов на искажение синусоидальности кривой напряжения генератора БГ-100

казала, что коэффициент искажения ее синусоидальности Кц не превышает 2,5% и в явном виде от количества п одновременно работающих сварочных постов не зависит (рис 8) Таким образом, из экспериментов и натурных испытаний следует, что сварочные выпрямители типа МСВ по сравнению с

выпрямителями ВДУ-3020 характеризуются более высокой ЭМС как с источниками питания ограниченной мощности, так и между собой при работе в составе автономных электросварочных комплексов

В пятом разделе «Экономическая эффективность многофазного сварочного выпрямителя на основе ТВП» определены экономическая и энергетическая эффективность разработанного сварочного выпрямителя типа МСВ-301 по сравнению с ВДУ-3020 Как показали расчеты, при годовом выпуске изделия в количестве 480 шт чистый дисконтированный доход от реализации проекта за 5 лет составит 11,52 млн руб Замена сварочных выпрямителей ВДУ-3020 выпрямителями МСВ-301 обеспечит в расчете на один аппарат годовую экономию электроэнергии 2986 кВт ч, что в денежном выражении по состоянию на декабрь 2007 г составило 11,194 тыс руб

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 В современных экономических условиях целесообразным направлением работы по сохранению и развитию машинно-тракторного парка

АПК является расширение ремонтного производства сельскохозяйственной техники с применением электродуговых технологий, позволяющих восстанавливать ресурс деталей до 85-96% от начального значения без использования упрочнения и до 120-150% - при его использовании При этом себестоимость восстановленных деталей не превышает 45% стоимости новых

2 Анализ источников питания сварочного оборудования, применяемого для восстановления и ремонта сельскохозяйственной техники, показал, что наиболее распространенные сварочные выпрямители выполнены по классической трехфазной схеме, что предопределяет их низкие энергетические показатели КПД - не более 75 %, коэффициент мощности -не более 0,67

3 Установлено, что перспективным направлением увеличения КПД и коэффициента мощности сварочных выпрямителей, уменьшения коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения при одновременном снижении негативного влияния на распределительную электрическую сеть является повышение фазности их выпрямления

4 В результате обобщения известных схемотехнических решений по многофазным трансформаторам установлено, что в их основе лежит пять принципов формирования многофазной системы ЭДС - использование фазового сдвига векторов ЭДС трехфазных систем, обеспечиваемого традиционными схемами соединения их обмоток (звезда, треугольник), сложение векторов ЭДС, наводимых в секциях фаз трехфазной вторичной обмотки МТ, деление фаз трехфазной вторичной обмотки на части с использованием замкнутых или разомкнутых схем их соединения, сложение векторов ЭДС, наводимых в секциях вторичной обмотки МТ, которая образована на основе усовершенствованной схемы Скотта, использование явления вращающегося магнитного поля

5 Предпочтительным вариантом МТ для многофазных сварочных выпрямителей является трансформатор с вращающимся магнитным полем, в котором допускается четыре схемы соединения вторичных обмоток - многолучевая звезда, многоугольник, комбинированная звезда, комбинированный треугольник

6 Получены аналитические выражения для магнитных потоков девя-тифазного ТВП на холостом ходу, из которых следует, что первоначально принятая схема выполнения обмоток ТВП обеспечивает создание кругового вращающегося магнитного поля только в первом приближении магнитные потоки в средних (по отношению к первичной обмотке) пазах больше потоков в крайних пазах магнитной цепи ТВП на 3,5 %, а фазовые сдвиги потоков отличаются от оптимальных

7 Предложены витковая (за счет перераспределения витков между катушками первичной обмотки) и параметрическая (за счет изменения сечения зубцов) коррекция магнитных потоков в пазовой и зубцовой частях магнитопровода, применение которых позволяет выровнять магнитную нагрузку всех элементов магнитной системы ТВП и повысить эффективность использования его активных материалов

8 Расхождения экспериментальных данных по отклонению поля от кругового с теоретическими результатами не превышают 0,2 % для ЭДС и 1,5 электр град для углов сдвига фаз между ЭДС и носят нерегулярный, случайный характер

9. В результате экспериментальных исследований установлено, что в формировании выходного тока МСВ за один период напряжения питания участвует одновременно по три-четыре тиристора в анодной и катодной группах управляемого выпрямителя и семь-восемь фаз вторичной обмотки ТВП За счет этого действующее значение тока в

тиристорах и обмотках МСВ уменьшается примерно в 1,8 раза по сравнению с классическими вариантами выпрямителей, что обусловливает повышение КПД и коэффициента мощности МСВ

10 Осциллограммы токов, потребляемых сварочными выпрямителями из сети, показывают, что форма кривой тока МСВ-301 ближе к синусоидальной по сравнению с ВДУ-3020 при работе на статическую нагрузку с уставкой тока 100 А коэффициент искажения синусоидальности кривой входного тока К\ был равен 12,04 % для МСВ-301 и 20,44 % для ВДУ-3020

11 Экспериментально полученные значения энергетических показателей МСВ-301 - КПД 84 % и коэффициента мощности 0,85 - превышают аналогичные параметры сварочного выпрямителя ВДУ-3020 - 70 % и 0,62 - соответственно, что обеспечивает годовую экономию электроэнергии, в расчете на один аппарат, более 17 %

12 Произведена оценка технико-экономических показателей разработанного сварочного выпрямителя типа МСВ-301. чистый дисконтированный доход от реализации проекта за 5 лет составит 11,52 млн руб , динамический срок окупаемости - 2,08 года

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Ермаков В В Влияние фазности выпрямления на массогабарит-ные характеристики преобразователей типа ТПС /СЮ

Герасимов, А Г Демьянченко, В В Ермаков, Н А. Сингаевский // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники элек тропитания для АПК тр/ КубГАУ - Вып, 421(151) - Краснодар, 2005-С 108-116

2 Ермаков, В В Аналитические выражения для магнитных потоков в пазах девятифазного ТВП / В В Ермаков [и др ] II Электроэнергетические комплексы и системы материалы Междунар науч -практ конф, КубГТУ -Краснодар, 2007 - С 215-219

3 Ермаков, В В Многофазные сварочные выпрямители на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем / В В Ермаков, Н А Сингаевский, А Е Церковный // Сварочное производство - 2005 - № 11.-С 37-40.

4 Ермаков, В В. Многофазный универсальный управляемый выпрямитель (тез док) / В В Ермаков, С В Кокшаров// Науч -техн конф. КубГАУ - Краснодар, 2006

5 Ермаков, В В Определение КПД управляемого сварочного выпрямителя на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем / В В Ермаков [и др ] // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК Сб науч тр / КубГАУ -Краснодар, 2005 - С 334-338

6 Ермаков, В В Перспективы применения многофазных низкочастотных выпрямителей / В В Ермаков [и др ] // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК сб науч тр / КубГАУ -Краснодар, 2005 - С 332-334

7 Ермаков В В Основные этапы разработки многофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем силовых полупроводниковых выпрямителей /НА Сингаевский, В В Ермаков и др // Электроэнергетические комплексы и системы материалы Междунар науч -практ конф Куб ГТУ - Краснодар, 2006 - С 209-214

8 Ермаков В В Принципы формирования многофазных систем ЭДС многофазных трансформаторов силовых полупроводниковых выпрямителей /НА Сингаевский, В В Ермаков и др // Электроэнергетические комплексы и системы материалы Междунар науч - практ конф Куб

ГТУ - Краснодар, 2006 - С 217-221

9 Ермаков В В Влияние многопостового электросварочного комплекса на источник питания ограниченной мощности /НА Сингаевский, В В Ермаков // Механизация и электрификация сельского хозяйства - 2006 - № 10-С 20-21

10 Ермаков В В Особенности использования многофазных выпрямителей на основе трансформаторов с вращающимся магнитным полем /НА Сингаевский, [и др ] // Механизация и электрификация сельского хозяйства -2007-№ 8-С 17-18

11 Ермаков В В Расчет трансформатора с вращающимся магнитным полем /НА Сингаевский, В В Ермаков и др // Электроэнергетические комплексы и системы материалы Между-нар науч - практ конф КубГТУ - Краснодар, 2006 - С 214-217

12 Пат 1Ш 2246151 РФ, МПКН01 Р 30/14 Многофазный трансформатор / В В Ермаков, Н А Сингаевский, А Е Церковный, А А Сапьян, С Ю Герасимов (РФ) заявитель и патентообладатель ДАО Электрогаз» ООО «Газпром», ООО «Электроспектр» - № 2003113384/09, заявл 6 05 03, опубл 10 02 05 Бюл №4-9 с

13 Пат 1Ш 2310939 РФ, МПК Н 01 Р 30/14, Н 02 М 5/14 Многофазный трансформатор /НА Сингаевский, А Е Церковный, А Г Куд

ряков, В В Ермаков, В В Ермаков, Р Р Шварц (РФ) заявитель и патентообладатель ДАО Электрогаз» ООО «Газпром», ООО «Электроспектр»-2006112385/09, заявл 13.04.06, опубл 20 11 07 Бюл №32-6с

14 Пат 1Ш 46393 РФ, МПК Н 02 М 7/12, 7/155 Сварочный выпрямитель / Б М Ельсуков, В В Ермаков, С Н Великий, Н А Сингаев-ский, А Е Церковный, Р Р Шварц (РФ) заявитель и патентообладатель ДАО Электрогаз» ООО «Газпром», ООО «Электроспектр»- № 2005105649/22, заявл 28 02 2005, опубл 27 06 05 Бюл №18-4 с

15 Пат 1Ш 55318 РФ, МПК В23К 9/00, В23К 9/173 Устройство полуавтоматической дуговой сварки в среде углекислого газа /НА Син-гаевский, С Н Великий, А С Зубрилин, Р Р Шварц, В В

Ермаков, В В Ермаков (РФ) заявитель и патентообладатель ДАО Электрогаз» ООО «Газпром», ООО «Электроспектр»- № 2006106962/22, заявл

06 03 2006, опубл 10 08 06 Бюл № 22 - 6 с

16 Пат Яи 57175 РФ, МПК В 23 К 9/00 Многопостовой сварочный выпрямитель /НА Сингаевский, А Е Церковный, А С Зубрилин, Р Р Шварц, В В Ермаков, В В Ермаков (РФ) заявитель и патентообладатель ДАО Электрогаз» ООО «Газпром», ООО «Электроспектр»- № 2006103146/22, заявл 06 02 2006, опубл 10 10 06 Бюл №28-5 с

17 Разработка и исследование энергосберегающих технологий, оборудования и источников электропитания для АПК отчет о НИР (заключительный) / КубГАУ, рук Н И Богатырев - Краснодар, 2005 -220с -№ ГР 01 200 113 477 - Инв. № 028 80 053573

18 Многофазный сварочный выпрямитель на основе ТВП / НА. Сингаевский, В В Ермаков и др // Науч.-техн сб КубГАУ - Краснодар, 2005 - С 71-74

Печ л 1 Тираж 100экз

Подписано в печать 13 05 2008 г.

Бумага офсетная

Формат 60,\84 у^

Офсетная печать Заказ №269

Огпечатано в типографии КубГАУ 350044, г Краснодар, ул Калинина, 13

Введение.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Обоснование необходимости восстановления и ремонта сельскохозяйственной техники в современных условиях.

1.2 Характерные неисправности деталей сельскохозяйственной техники и электродуговые технологии для их восстановления.

1.3 Анализ источников питания сварочного оборудования, применяемого для восстановления и ремонта сельскохозяйственной техники.

1.4 Влияние числа фаз на качество и эффективность процесса преобразования электрической энергии в сварочных выпрямителях.

1.5 Выводы и задачи исследований.

2 СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ МНОГОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ.

2.1 Принципы построения многофазных трансформаторов.

2.2 Конструктивные схемы ТВП.

2.3 Многофазные сварочные выпрямители на основе ТВП.

2.4 Выводы.

3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МНОГОФАЗНОГО СВАРОЧНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ТВП.

3.1 Схема замещения и уравнения состояния МСВ.

3.2 Аналитические выражения для магнитных потоков в девятифазном ТВП на холостом ходу.

3.3 Параметры вращающегося магнитного поля ТВП.

3.4 Коррекция вращающегося магнитного поля ТВП.

3.5 Фазные ЭДС вторичной обмотки ТВП на холостом ходу.

3.6 Выводы.

4 МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МНОГОФАЗНОГО СВАРОЧНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

НА ОСНОВЕ ТВП.

4.1 Программа исследований.

4.2 Описание экспериментальной установки.

4.3 Результаты экспериментальных исследований и оценка их сходимости с результатами математического моделирования.

4.4 Выводы.

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МНОГОФАЗНОГО СВАРОЧНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ТВП.

5.1 Расчетная цена разработанного устройства.

5.2 Расчет основных экономических показателей.

5.3 Оценка энергетической эффективности разработанного устройства.

5.4 Выводы.

Переход агропромышленного комплекса России на ведение хозяйства в условиях частной собственности на землю и средства сельскохозяйственного производства сопровождался значительным уменьшением машинотракторного парка сельскохозяйственных предприятий, что привело к увеличению удельной посевной нагрузки на технику и, как следствие, - к ее повышенному износу. В этих условиях проблема ремонта сельскохозяйственной техники с применением электродуговых технологий, в том числе — сварочных и (или) наплавочных работ, становится особенно острой [66, 67].

Значительный вклад в науку и практику применения электрической дуги в различных областях производства, в том числе и для восстановления деталей и ремонта сельскохозяйственных машин сваркой и наплавкой, внесли многие отечественные ученые: Е.О. Патон, Б.Е. Патон, М.И. Черновол, Н.И. Доценко, В.И. Черноиванов, E.JL Воловик, Н.И. Богатырев, В.А. Кобозев, В.В. Коваленко, М.А. Мельников и др. [9, 37, 38, 46, 47, 48, 60, 92, 93]. ч

В настоящее время в качестве источников питания оборудования для электродуговой сварки- и наплавки используются преимущественно трехфазные сварочные выпрямители разработки 60.70-х годов прошлого века [49], энергетические характеристики (особенно в части КПД и коэффициен та мощности) и сварочные свойства которых существенно уступают современным аналогам [50].

Применение устаревшего оборудования приводит к снижению качества восстановительных и ремонтных работ при завышенном уровне энергопотребления и, в конечном итоге, - к увеличению затрат на ремонт сельскохозяйственной техники. Сложившаяся в данной области ремонтного производства ситуация дополнительно усугубляется особенностями построения и современного состояния сельских электрических сетей, которые из-за своей большой протяженности и, как правило, недостаточной пропускной способности оказываются очень чувствительными к такой специфической нагрузке, как электродуговая сварка и наплавка [65].

Следует также отметить, что значительный (более 60 %) дефицит генерирующих мощностей в Краснодарском крае [68] и возникающие по этой причине частые ограничения электропотребления вынуждают многих сельскохозяйственных производителей приобретать автономные источники питания. Обычно это бензиновые или дизельные электростанции мощностью от 5 до 200 кВт. При этом электросварочное оборудование часто оказывается соизмеримым по мощности с данными источниками, что при использовании обычных трехфазных сварочных выпрямителей приводит к недопустимым искажениям кривой напряжения этих источников и ограничивает их потенциальные возможности по электроснабжению других электроприемников [69].

Таким образом, исследования и разработка перспективных источников питания сварочного оборудования для сельскохозяйственного ремонтного производства являются актуальными.

Цель диссертационной работы - повышение энергетической эффективности сварочного оборудования при восстановлении и ремонте сельскохозяйственной техники в условиях ремонтных предприятий (мастерских).

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

- провести анализ оборудования для восстановления и ремонта деталей сельскохозяйственной техники электродуговой сваркой и наплавкой, определить пути повышения его технико-экономических показателей;

- проанализировать принципы и схемотехнические основы построения многофазных трансформаторов для сварочных выпрямителей;

- разработать принципиальную схему сварочного выпрямителя на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВП);

- разработать схему замещения и математическую модель многофазного сварочного выпрямителя (МСВ) на основе ТВП и проанализировать ее параметры;

- разработать математическую модель ТВП на холостом ходу;

- разработать методику расчета ТВП;

- провести экспериментальные исследования разработанного выпрямителя в различных режимах работы;

- проверить соответствие результатов математического моделирования и экспериментальных исследований;

- оценить электромагнитную совместимость разработанного МСВ с источниками питания различной мощности;

- выполнить технико-экономическое обоснование эффективности разработки.

Объект исследования - многофазный сварочный выпрямитель при питании от сети неограниченной и соизмеримой мощности.

Предмет исследования - рабочие процессы в системе «источник электропитания - сварочный выпрямитель - нагрузка».

Методы исследования базируются на теории электрических и магнитных цепей, теории сварочных процессов, численных методах математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились с использованием специально разработанного стенда, современных информационных технологий и оборудования для регистрации и обработки данных.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана новая конструкция многофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем и принципиальная схема сварочного выпрямителя на его основе;

- разработана математическая модель МСВ на основе ТВП для исследования его работы в различных режимах;

- разработана методика расчета параметров ТВП;

- выполнена оценка электромагнитной совместимости разработанного сварочного выпрямителя с источниками питания различной мощности.

Практическая значимость результатов работы:

- предложена новая конструкция ТВП для сварочных выпрямителей, отличающаяся простотой технологии и практически полной симметрией магнитных и электрических цепей;

- предложены способы витковой и параметрической коррекции магнитных потоков в ТВП, обеспечивающие улучшение качества преобразования электрической энергии в МСВ;

- разработана принципиальная электрическая схема девятифазного сварочного выпрямителя, которая позволяет повысить его КПД до 10%, коэффициент мощности - на 10-15% и снизить электропотребление на 15-20% по сравнению с ближайшими аналогами;

- разработана экспериментальная установка для исследования МСВ в различных режимах его работы.

Реализация и внедрение результатов работы.

По результатам исследований на предприятии ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром» (г. Краснодар) освоено серийное производство сварочных выпрямителей типа МСВ-201 и МСВ-301, которые используются на предприятиях АПК при ремонте деталей сельскохозяйственной техники.

Внедрение двух выпрямителей МСВ-301 в Центральной ремонтной мастерской ЗАО «Кубань» и одного выпрямителя МСВ-301 в машинно-тракторной мастерской крестьянского хозяйства Стороженко А.П. «АСТОР» (Кореновский район Краснодарского края) показало высокую эффективность их работы и соответствие требованиям сельскохозяйственного производства.

Производственные испытания четырех полуавтоматов ПДГМ-301 с источниками питания МСВ-301 на предприятии «СЕТАГРОСЕРВИС» (п.г.т. Покровское, Орловской области) в период с февраля по сентябрь 2007 г. показали, что данные полуавтоматы имеют более высокие энергетические и эксплуатационные показатели, чем полуавтоматы ПДГ с источниками питания ВДУ-3020, отвечают условиям сельскохозяйственного производства и могут быть рекомендованы для внедрения на ремонтных предприятиях АПК.

Методика расчета ТВП и его математическая модель применяются в разработках сварочного оборудования ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром», а также используются в учебном процессе на факультете энергетики и электрификации КубГАУ по дисциплине «Электротехнология». Образцы сварочного оборудования экспонировались на специализированной выставке-ярмарке «Сварка-2007» (г. Сочи, 10-12 мая 2007 г.) и были удостоены медали «За отличное качество продукции».

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на II международной научно-практической конференции «Образование и наука без границ-2006» (г. Днепропетровск, 2006 г.), а также на научно-практических конференциях ГОУ ВПО КубГАУ (2005-2007 г.г.) и ГОУ ВПО КубГТУ (2006-2007 г.г.).

Публикации результатов работы. По теме диссертационной работы опубликовано 18 работ, в том числе - 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 5 патентов РФ на полезные модели и изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка литературы, включающего 101 наименование, и приложений. Общий объем диссертации составляет 179 страниц машинописного текста, включая 59 рисунков, 30 таблиц, 28 страниц приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В современных экономических условиях целесообразным направлением работы по сохранению и развитию машинотракторного парка АПК является расширение ремонтного производства сельскохозяйственной техники с применением электродуговых технологий, позволяющих восстанавливать ресурс деталей до 85-96% от начального значения без использования упрочения и до 120-150% — при его использовании. При этом себестоимость восстановленных деталей не превышает 45% стоимости новых.

2. Анализ источников питания сварочного оборудования, применяемого для восстановления и ремонта сельскохозяйственной техники, показал, что наиболее распространенные сварочные выпрямители выполнены на устаревшей элементной базе по трехфазной схеме, что предопределяет их низкие энергетические показатели: КПД — не более 75 %; коэффициент мощности -не более 0,67; удельная масса - не менее 9,1 кг/кВт.

3. Установлено, что перспективным направлением увеличения КПД и коэффициента мощности сварочных выпрямителей, уменьшения коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения при одновременном снижении негативного их влияния- на распределительную электрическую сеть является повышение фазности выпрямления.

4. В результате обобщения известных схемотехнических решений по многофазным трансформаторам установлено, что в их основе лежит пять принципов формирования многофазной системы ЭДС - использование фазового сдвига векторов ЭДС трехфазных систем, обеспечиваемого традиционными схемами соединения их обмоток (звезда, треугольник); сложение векторов ЭДС, наводимых в секциях фаз трехфазной вторичной обмотки МТ; деление фаз трехфазной вторичной.обмотки на части с использованием замкнутых или разомкнутых схем их соединения; сложение векторов ЭДС, наводимых в в секциях вторичной обмотки МТ, которая образована на основе усовершенствованной схемы Скотта; использование явления вращающегося магнитного поля.

5. Предпочтительным вариантом конструкции МТ для многофазных сварочных выпрямителях необходимо признать трансформатор с вращающимся магнитным полем, который допускает четыре схемы соединения вторичных обмоток при их числе, кратном трем: многолучевая звезда, многоугольник, комбинированная звезда, комбинированный треугольник.

6 Получены аналитические выражения для магнитных потоков девяти-фазного ТВП на холостом ходу, из которых следует, что первоначально принятая схема выполнения обмоток ТВП обеспечивает создание кругового вра-, щающегося магнитного поля только в первом приближении: магнитные потоков в средних (по отношению к первичной обмотке) пазах больше потоков в крайних пазах магнитной цепи ТВП на 3,5 %.

7. Предложены витковая (за счет перераспределения витков между катушками первичной обмотки) и параметрическая (за счет изменения сечения зубцов) коррекция магнитных потоков в пазовой и зубцовой частях магнито-провода, применение которых позволяет выровнять магнитную нагрузку всех элементов магнитной системы ТВП и повысить эффективность использования его активных материалов.

8. Расхождения экспериментальных данных по отклонению поля от кругового с теоретическими результатами не превышают 0,2 % для ЭДС и 1,5 электр. град, для углов сдвига фаз между ЭДС и носят нерегулярный, случайный характер.

9. В результате экспериментальных исследований установлено, что в формировании выходного тока МСВ за один период напряжения питания участвует одновременно по три-четыре тиристора в анодной и катодной группах управляемого выпрямителя, соответственно, и три-четыре фазы вторичной обмотки ТВП. За счет этого действующее значение тока в тиристорах и обмотках МСВ уменьшается примерно в 1,8 раза по сравнению с классическими вариантами выпрямителей, что обуславливает повышение КПД и коэффициента мощности МСВ.

10. Осциллографирование токов, потребляемых сварочными выпрямителями из сети, показало, что форма кривой тока МСВ-301 ближе к синусоидальной по сравнению с ВДУ-3020: при работе на статическую нагрузку с уставкой тока 100 А коэффициент искажения синусоидальности кривой тока Ki был равен 12,04 % для МСВ-301 и 20,44 % для ВДУ-3020.

11. Полученные экспериментально значения энергетических показателей МСВ-301- КПД (84 %) и коэффициент мощности (0,85) - превышают эти же параметры распространенного сварочного выпрямителя ВДУ-3020 — 70 % и 0,62 — соответственно, что обеспечивает годовую экономию электроэнергии в расчете на один аппарат в размере более 17 %.

12. Произведена оценка технико-экономических показателей разработанного сварочного выпрямителя типа МСВ-301: чистый дисконтированный доход от реализации проекта за 5 лет составит 11,52 млн. руб., динамический срок окупаемости - 2,08 года.

1.с. 1064326 СССР, МПКН 01 F 27/30. Активная часть трансформатора / Н.Н. Левин, Н.А. Сингаевский, С.И. Шеленок, С.А. Янюк, Ю.К.Розанов (СССР).- № 3422215; заявлено 15.04.82; опубл. 30.12.83. Бюл. № 48,- 3 с.

2. А.с. 1125665 СССР, МПК Н 01 F 33/02// Н 02 М 9/02. Многофазный трансформатор / Н.Н.Левин, Н.А. Сингаевский, С.А. Янюк (СССР).- № 3522738/24-07; заявлено 16.12.82; опубл. 23.11.84. Бюл. № 43.- 3 с.

3. Авдеев, М.В. Технология ремонта машин и оборудования / М.В. Авдеев-М.: Агропромиздат, 1986.-247 с.

4. Автоматизация сварочных процессов / Отв. ред. В.К. Лебедев, В.П. Черныш Киев: Вища школа, 1982 - 256 с.

5. Азгальдов, Г.Г. Теория и практика оценки качества товаров / Г.Г. Аз-гальдов.-М.: Экономика, 1982.-256 с.

6. Александров, А.Г. Источники питания для дуговой сварки / А.Г. Александров, B.C. Милютин-М.: Машиностроение, 1982 -79 с.

7. Атрощенко, В.А. Силовая преобразовательная техника систем электроснабжения / В.А. Атрощенко, Н.А. Сингаевский, Ю.А. Кабанков-Краснодар: КВВКИУ, 1994.- 332 с.

8. Бассовский Л.Е. Теория экономического анализа/ Л.Е. Бассовский-М.: ИНФА-М, 2002.- 222 с.

9. Богатырев, Н.И. Универсальные автономные и стационарные сварочные агрегаты / Н. Богатырев и др. // Ресурсы и энергосберегающие технологии в промышленности: сб. науч. тр.- Одесса: ОТУ, 1996 С. 41-42.

10. Браткова, О.Н. Источники питания сварочной дуги / О.Н. Браткова-М.: Высш. шк., 1982 182 с.

11. Булгаков, А.А. Новая теория управляемых выпрямителей / А.А. Булгаков-М.: Наука, 1970.-320 с.

12. Вентильные преобразователи переменной структуры / В.Е. Тонкаль и др.- Киев: Наукова думка, 1989 336 с.

13. Вольдек, А.И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы / А.И. Вольдек, В.В. Попов.- С-Пб: Питер, 2007.-320 е.-ISBN 546901380

14. Ворфоломеев, Г.Н. Источник постоянного напряжения с шестнадцатикратной частотой пульсации / Г.Н. Ворфоломеев, Н.И. Щуров, С.В. Мятеж, С.А. Евдокимов // Электротехника 2003. № 9. С. 34-38.

15. Ворфоломеев, Г.Н. Схема Скотта: История и перспективы совершенствования (к 100-летию создания) / Г.Н. Ворфоломеев// Электричество.-1994.-№ 10. С. 74-77

16. Ворфоломеев, Г.Н.' Теоретические основы преобразования трехфазной системы токов в девятифазную / Г.Н. Ворфоломеев, С.В. Мятеж, Н.И. Щуров // Электротехника 2000 - №11- С. 41-43.

17. Восстановление автомобильных деталей сваркой и наплавкой / Н.И. Доценко.-М.: Транспорт, 1972.-224 с.

18. Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственной техники: учебное пособие / М.И. Черновол Киев:„УМК ВО, 1989 - 256 с.

19. ГОСТ 13821-77. Выпрямители однопостовые с падающими внешними характеристиками для дуговой сварки. Общие технические условия-Взамен ГОСТ 13821-68; введ. 01.07.78; переиздание февраль 1999 г-М.: ИПК Издательство стандартов, 1999.-20 с.

20. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчету электромагнитных полей в электрических машинах /В.В. Домбровский — JL: Энергоатом-издат, 1983.-256 с.

21. Дюгеров, Н.Г. Оборудование для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом / Н.Г. Дюгеров М.: Энергоатомиздат, 1985 - 80 с.

22. Ермаков, В.В. Аналитические выражения для магнитных потоков в пазах девятифазного ТВП / В.В. Ермаков и др. // Электроэнергетические комплексы и системы. Материалы международной научно-практической конференции. КубГТУ, Краснодар, 2007 С. 215-219.

23. Ермаков, В.В. Многофазные сварочные выпрямители на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем /В.В. Ермаков, Н.А. Сингаевский, А.Е. Церковный // Сварочное производство 2005 - № 11.-С. 37-40

24. Ермаков, В.В. Многофазный универсальный управляемый выпрямитель (тезисы доклада) / В.В. Ермаков, С.В. Кокшаров С.В. // НТК Куб-ГАУ- Краснодар, 2006.

25. Ермаков, В.В. Перспективы применения многофазных низкочастотных выпрямителей / В.В. Ермаков и др. // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК: Сб. науч. тр. / КубГАУ.- Краснодар, 2005.-С. 332-334.

26. Закс, И.И. Сварочные выпрямители/ И.И. Закс — JL: Энергоатомиздат, 1983.- 94 с.

27. Зиновьев, Г.С. Основы преобразовательной техники. 4.2. Выпрямители с улучшенным коэффициентом мощности / Г.С. Зиновьев Новосибирск: НЭТИ, 1971.- 79 с.

28. Иванов-Смоленский, А.В. Электрические машины / А.В. Иванов-Смоленский-М.: Энергия, 1980.-928 с.

29. Иванов-Смоленский, А.В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование / А.В. Иванов-Смоленский-М.: Энергия, 1969.-304 с.

30. Игольников, Ю.С. 24-фазный выпрямитель / Ю.С. Игольников // Электротехника.-2004.-№ 10,-С. 51-54.

31. Климов, Н.С. Пути создания многофазных трансформаторов и гене-раторов-трасформаторов / Н.С. Климов // Электричество 1958 - № 8. -С. 50-54.

32. Кобозев, В.А. Энергосбережение в силовом электрооборудовании сельскохозяйственного производства / В.А. Кобозев- Ставрополь: Изд-во СтГАУ «Аргус», 2004.- 280 с.

33. Коваленко, В.В. Согласование источника и электросварочной нагрузки / В.В. Коваленко // Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве: сб. науч. тр.- Ставрополь: ГСХА, 1994.-С. 13-18.

34. Коробейников Б.А., Терехов В.В. Схемы соединений многофазных обмоток ТВП / Б.А. Коробейников, В.В. Терехов // Тезисы докладов 11-й Международной научно-технической конференции «Электроприводыпеременного тока».- Екатеринбург: УГТУ, 1998 — 290 с.

35. Левин Н.Н., Якушков А.В. Математическая модель двухзвенного полупроводникового преобразователя на базе многофазного трансформатора / Н.Н. Левин, А.В. Якушков // Изв. АН Латв. ССР. Сер. физ. и техн. наук. 1989.-№ 1.-С.95-100.

36. Ленивкин, В.А. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах / В.А. Ленивкин и др..- М.: Машиностроение, 1989 264 с.

37. Макаров, Е.Г. Инженерные расчеты в Mathcad. Учебный курс / Е.Г. Макаров.- С-Пб.: Питер, 2003 448 с.

38. Масино, М.А. Организация восстановления автомобильных деталей / М.А. Масино-М.: Транспорт, 1981.—76с.

39. Мельников М.А. Параметры сварочного выпрямителя для технологий ремонта сельскохозяйственной техники: дис.канд. техн. наук: 05.20.02: защищена 23.05.07: / Мельников Михаил Александрович-Ставрополь, 2007 195 с.

40. Милютин, B.C. Источники питания для сварки / B.C. Милютин, Н.М. Иванова-Екатеринбург: Изд-во УГЛУ, 1997 148 с.

41. Новые сварочные источники питания / Сб. научных тр. // АН Украины. Институт электросварки им. Е.О. Патона: Отв. Ред. И.И. Заруба К.: 1992.- 144 с.

42. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Отв. ред. В.В. Смирнов—Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1986.-656 с.

43. Оборудование для сварочно-монтажных работ при ремонте магистральных газопроводов: Справочное пособие / В. Салюков и др. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007.- 296 с.

44. Основы теории цепей / Г.В. Зевеке и др. — М.: Энергоатомиздат, 1989.-528 с.

45. Пат. 2082245 РФ, МПК Н 01 F 30/14, Н 02 М 5/14. Многофазный трансформатор / Н.А Сингаевский, Б.Х. Гайтов, Ф.И. Жуков, Н.А. Суртаев, Ю.А. Суртаев (РФ).- № 94040930/07; заявлено 08.11.94; опубл. 20.06.97. Бюл. № 23,- 3 с.

46. Пат. 2115186 РФ, МПК Н 01 F 30/14, Н 02 М 5/14. Многофазный трансформатор / В.А. Атрощенко, Н.А. Сингаевский, Б.Х. Гайтов, А.А. Сапьян, В.А. Пешков, Ф.И. Жуков (РФ).- № 96117232/09; заявлено 26.08.96; опубл. 10.07.98. Бюл. № 19.-3 с.

47. Пат. 2125749 РФ, МПК Н 01 F 27/38, Н 02 М 5/14. Многофазный агре-гатированный трансформатор / В.А. Атрощенко, Б.Х. Гайтов, Н.А. Сингаевский, Ф.И. Жуков, Ю.А. Суртаев, А.А. Сапьян, В.В. Терехов,

48. A.С. Беседин, Н.А. Суртаев (РФ).- № 97115492/09; заявлено 17.09.97; опубл. 27.01.99. Бюл. № 3.-4 с.

49. Пат. 2187163 РФ, МПК Н 01 F 30/14. Многофазный трансформатор / Н.А. Сингаевский, Н.А. Суртаев, Ю.А. Суртаев, А.Е. Церковный, В.В. Терехов, С.Ю. Герасимов (РФ).- № 2000110466/09; заявлено 24.04.2000; опубл. 10.08.02. Бюл. № 22.- 3 с.

50. Пат. 2246151 РФ, МПК7 Н 01 F 30/14. Многофазный трансформатор /

51. B.В. Ермаков, Н.А. Сингаевский, А.Е. Церковный, А.А. Сапьян, С.Ю. Герасимов, (РФ).-№ 2003113384/09; заявлено 6.05.03; опубл. 10.02.05. Бюл. № 4 9 с.

52. Пат. 2310939 РФ, МПК Н 01 F 30/14, Н 02 М 5/14. Многофазный трансформатор / Н.А. Сингаевский, А.Е. Церковный, А.Г. Кудряков,

53. В.В. Ермаков, В.В. Ермаков, P.P. Шварц (РФ).-. № 2006112385/09; заявлено 13.04:06; опубл. 27.01.99. Бюл. № 32.- 6 с.

54. Патон, Б.Е. Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки / Б.Е. Патон, В.К. Лебедев М.: Машиностроение, 1966 - 359 с.

55. Полупроводниковые выпрямители / Отв. ред., Ф.И: Ковалев.- М.: Энергоатомиздат, 1978—448 с.

56. Постников, И.М. Проектирование электрических машин / И.М. Постников-Киев, Гостехиздат УССР, I960-910 с.

57. Потапьевский, А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом / А.Г. Потапьевский-М.: Машиностроение, 1974.-239 с.

58. Размадзе, Ш.М. Преобразовательные схемы и системы / Ш.М Размад-зе —М.: ВШ, 1967 —527 с.

59. Разработка и исследование энергосберегающих технологий, оборудования и источников,электропитания для АПК: отчет о НИР (заключительный)/ КубГАУ; рук. Н.И. Богатырев Краснодар, 2005 - 220с-№ ГР 01.200.113. 477.г- Инв. № 028.80:053573.

60. Рекомендации по организации восстановления шлицевых и гладких валов тракторов и сельскохозяйственных машин индустриальными методами / Отв. ред. И.С. Деревец.- М.: ГОСНИТИ, 1988,- 57 с.

61. Ремезков, А.А. ТЭК.Задачи / А.А. Ремезков // ТЭК Кубани.- 2007. № 1.- С. 2-3.

62. Розанов, Ю.К. Основы силовой электроники / Ю:К. Розанов — М.: Энергоатомиздат, 1992.-296 с.

63. Российская экономика в 2005 году. Тенденции и перспективы. /Выпуск 27.-М.: ИЭПП, 2006.- 646 с.

64. Руденко, B.C. Основы преобразовательной техники / B.C. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко.- М.: ВШ, 1980.- 424 с.

65. Руденко, B.C. Основы промышленной электроники / B.C. Руденко, В.И. Сенько, В. В. Трифонюк Киев: Вища школа, 1985 - 450 с.

66. Руденко, B.C. Преобразовательная техника / B.C. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко-Киев: Вища школа, 1983.-431 с.

67. Сигорский, В.П. Математический аппарат инженера / В.П. Сигор-ский.-Киев: Техшка, 1975.-768 с.

68. Сидоров, А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой /А.И. Сидоров-М.: Машиностроение, 1987 192 с.

69. Сингаевский, Н.А Многофазный сварочный выпрямитель на основе ТВП / Н.А. Сингаевский и др. // Научно-техн. сб. КубГАУ- Краснодар, 2005.-С. 71-74.

70. Сингаевский, Н.А. Влияние эксцентриситета на работу асинхронной машины в режиме многофазного трансформатора / Н.А. Сингаевский // Изв. АН Латв. ССР: Сер. физ. и техн. наук.- 1983,- № 5.- С. 106-113.

71. Сингаевский, Н.А. Основные этапы разработки многофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем силовых полупроводниковых выпрямителей / Н.А. Сингаевский и др. // Электроэнергетические комплексы и системы: Материалы международной НПК

72. Куб ГТУ.- Краснодар, 2006.- С. 209-214.

73. Сингаевский, Н.А. Особенности распределения магнитных потоков в трансформаторах с вращающимся магнитным полем / Н.А. Сингаевский // Материалы НПК ЮРГТУ.- Новочеркасск: НПИ, 2006.- С. 105107.

74. Сингаевский, Н.А. Влияние многопостового электросварочного комплекса на источник питания ограниченной мощности / Н.А. Сингаевский, В.В. Ермаков // Механизация и электрификация сельского хозяйства 2006.- № 10.- С. 20-21.

75. Сингаевский, Н.А. Расчет трансформатора с вращающимся магнитным полем / Н.А. Сингаевский и др. // Электроэнергетические комплексы и системы: Материалы международной НПК КубГТУ- Краснодар, 2006.-С. 214-217.

76. Справочник по преобразовательной технике Киев: Техника, 1978447 с.

77. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Отв. ред. акад. Б.Е. Патон.-М.: Машиностроение, 1974 768 с.

78. Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов / П.М. Тихомиров- М.: Энергия, 1968.-456 с.

79. Трубилин, А.И. Повышение эффективности и конкурентоспособности зернового производства на основе оптимизации технологических факторов и инвестирования отрасли / А.И. Трубилин- Краснодар: КубГА, 2004.- 238с.

80. Фишлер, Я.Л. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок / Я.Л. Фишлер, Р.Н. Урманов, Л.М. Пестряева.-М.: Энергоатомиздат, 1989.-320 с.

81. Хабигер, Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике / Э. Хабигер // Пер. с нем. И.П. Кужекин; Отв. ред. В.К. Максимов-М.: Энергоатомиздат, 1995 — 190 с.

82. Хныков, А.В. Теория и расчет многообмоточных трансформаторов / А.В. Хныков.-М.: СОЛОН-пресс, 2003.- 100 с.

83. Хорольский, В.Я. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов / В.Я. Хорольский, М.А. Таранов, Д.В. Петров.- Р-н-Д.: Тер-ра, 2004.- 168 е.,

84. Черноиванов, В.И. Восстановление деталей сельскохозяйственных машин / В.И. Черноиванов, В.П. Андреев М.: Колос, 1983 - 288 с.

85. Черноиванов, В.И. Новые технологические процессы и оборудование для восстановления деталей сельскохозяйственной техники / В.И. Черноиванов, В.П. Андреев-М.: Высш. шк., 1983 95 с.

86. Чиженко, И.М., Руденко B.C., Сенько В.И. Основы преобразовательной техники / И.М. Чиженко, B.C. Руденко, В.И. Сенько- М.: ВШ, 1974.- 430 с.

87. Шадричев, В.А. Основы технологии автостроения и ремонта автомобилей / В.А. Шадричев Л.: Машиностроение, 1976 - 560 с.

88. Шебеко, Л.П. Оборудование и технология автоматической и полуавтоматической сварки/ Л.П. Шебеко-М.: Высш. шк., 1970 -254 с.

89. Электротехнический справочник / Отв. ред. В.Г. Герасимов- М.: Энергоатомиздат, 1986 520 с.

90. Энергетическая электроника: Справочное пособие. — М.: Энергоатомиздат, 1987.-464 с.

91. Gupta, S.R. Process stability and spatter generation during dip transfer in

92. MAG / S.R. Gupta, P.S. Gupta, D/ Rehfeldt // Welding Reviev.- 1988.- № 11.-P. 232-241.

93. Ray, A.K. Magnetic circuit design of saturated electrical machines by the finite alement methods / A.K. Ray // EEE Trans. Power Appar. And Syst — 1981.-Vol. 100, № 6,-P. 2936-2945.

94. Richter E., Chary M.V.C., Tandon S.C. Studies of magnetic filds in electrical machines by means of finite alement methods//Elec. Mach Electromech.- 1981- Vol. 6, № 4.-P. 297-306.