автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка сварочных выпрямителей с улучшенными технико-экономическими характеристиками

На правах рукописи

Ермаков Виталий

Викторович

РАЗРАБОТКА СВАРОЧНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Специальность: 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Краснодар-2009

003482957

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Атрощенко Валерий Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Григораш Олег Владимирович;

кандидат технических наук, доцент Кобанков Юрий Андреевич

Ведущая организация:

ОАО «Газпром» ДОАО «Электрогаз» (г. Краснодар)

Защита диссертации состоится 1 декабря 2009 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.06 Кубанского государственного технологического университета по адресу: 350058, г. Краснодар, ул. Старокубанская, 88/4, ауд. № 410

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Автореферат разослан 30 октября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.100.06 кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время сварка - важная и необходимая часть многих технологических процессов практически в каждой отрасли народного хозяйства, один из ведущих технологических процессов в создании материальной основы современной цивилизации. Сварочное производство является важной составляющей в развитии экономики любой страны. От уровня развития сварочных технологий зависит прогресс многих отраслей промышленности.

Тенденции развития сварочных технологий в нашей стране таковы, что в ближайшем десятилетии ручная дуговая сварка штучными покрытыми электродами и полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа по-прежнему останутся доминирующими способами сварки, с помощью которых будет выполняться не менее 70% всех объемов сварочных работ.

Российский рынок сварки отличается высокими темпами роста: ежегодно абсолютный показатель потребности в сварочном оборудовании среди отечественных потребителей увеличивается на 10-20%. Тем не менее, у нас в стране в качестве источников питания оборудования для электродуговой сварки по-прежнему используются морально устаревшие трехфазные сварочные выпрямители, энергетические характеристики и сварочные свойства которых уступают современным аналогам. Применение устаревшего оборудования приводит к снижению качества сварочных работ при завышенном уровне энергопотребления и, в конечном итоге, - к увеличению их себестоимости.

Кроме того, при питании традиционных трехфазных сварочных выпрямителей от соизмеримых с ними по мощности автономных источников питания возникают недопустимые искажения кривой питающего напряжения, что обуславливает снижение потенциальных возможностей этих источников по электроснабжению других электроприемников.

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

Цель диссертационной работы - улучшение технико-экономических характеристик сварочных выпрямителей.

В связи с этим сформулированы следующие задачи исследований:

- провести анализ источников питания сварочного оборудования для электродуговой сварки и определить пути повышения его технико-экономических показателей;

- разработать математическую модель многофазного сварочного выпрямителя (МСВ) на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВП) и провести ее исследования в различных режимах работы;

- провести экспериментальные исследования опытного образца МСВ на основе ТВП в различных режимах работы;

- проверить соответствие результатов математического моделирования и экспериментальных исследований;

- сформулировать принципы построения системы управления для МСВ на основе ТВП;

- разработать рекомендации по улучшению технико-экономических показателей МСВ;

- выполнить технико-экономическое обоснование эффективности разработки.

Объект исследования - МСВ на основе ТВП.

Предмет исследования - электромагнитные процессы в МСВ на основе ТВП.

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

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны принципы построения МСВ на основе ТВП;

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

- разработан алгоритм работы и принципы построения системы управления МСВ на основе ТВП.

Практическая значимость результатов работы:

- предложена новая конструкция МСВ на основе ТВП;

- 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 аналогами;

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

На защиту выносятся следующие положения:

- математическая модель ТВП;

- математическая модель МСВ на основе ТВП;

- методика определения электрических и магнитных параметров

ТВП;

- результаты экспериментальных исследований многофазного сварочного выпрямителя на основе ТВП.

Реализация и внедрение результатов работы.

По результатам исследований на предприятии ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром» (г. Краснодар) освоено серийное производство сварочных выпрямителей типа МСВ-301, которые используются на предприятиях ОАО «Газпром».

Производственные испытания полуавтоматов ПДГМ-301 с источниками питания МСВ-301 в филиале «Афипэлектрогаз» ДОАО «Электрогаз» в течение 2007-2009 г.г. показали, что данные полуавтоматы имеют более высокие энергетические и эксплуатационные показатели, чем полуавтоматы ПДГ с источниками питания ВДУ-3020, отвечают современным требованиям и могут быть рекомендованы для внедрения в промышленное производство.

Математическая модель МСВ на основе ТВП применяется в разработках сварочного оборудования ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром», а также используется в учебном процессе на Факультете нефти и газа

КубГТУ по дисциплине «Электрические машины». Образцы сварочного оборудования с МСВ на основе ТВП 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.), на 12-й Всероссийской научно-технической конференции «Пути повышения надежности, эффективности и безопасности энергетического производства» (с. Дивноморское, Краснодарского края, 2009 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 12 работ, в том числе - 1 статья в издании, рекомендованном ВАК, получено 5 патентов РФ на полезные модели, изобретения и промышленный образец.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка литературы, включающего 124 наименования, и 2-х приложений. Общий объем диссертации составляет 158 страниц машинописного текста, включая 58 рисунков, 19 таблиц, 17 страниц приложений.

Во введении обоснована актуальность темы исследований.

В первом разделе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» проведен сравнительный анализ современных технологий электроду-

говой сварки и сварочного оборудования, применяемого в промышленном производстве для их реализации. Отмечено, что наряду с повышением частоты и снижением уровня пульсаций сварочного напряжения за счет применения инверторных сварочных выпрямителей остается актуальным обеспечение этих параметров путем повышение фазности напряжения промышленной частоты перед его выпрямлением. Показаны преимущества использования ТВП в качестве многофазного трансформатора в составе сварочного выпрямителя. Поставлены цель и задачи исследования.

Во втором разделе «Многофазный сварочный выпрямитель на основе ТВП как объект управления» показано, что для обеспечения высокого качества сварки в условиях непрерывно действующих возмущений управление МСВ должно осуществляться в рамках энергетической системы «источник питания - сварочная дуга».

Режиму полуавтоматической сварки в среде углекислого газа соответствует структурная схема по рисунку 1, где система управления 3 воздействует на угол а управления тиристорного выпрямителя / в зависимости в зависимости от напряжения и,] на его выходе. В свою очередь, это напряжение зависит от параметров сварочного процесс-са - сварочного тока 1Л, длины /д дуги 2, вылета электродной проволоки /э и скорости V ее подачи в зону сварки. Кроме того, на величину II^ влияют изменения напряжение трехфазной питающей сети, учтенные на рисунке 1 векторами напряжений прямой Ц\ и обратной Цх

й 1Ь и /„ и V

1 ин 2

Рисунок 1 - Полуавтоматическая сварка - схема структурная

последовательности. Требуемое значение £/</ задается по входу 4 сумматора 5.

Сварочные свойства ИП должны быть такими, чтобы энергетическая система «источник питания - дуга» была устойчивой и в результате отработки малых возмущений приходила в установившееся состояние, которое характеризуется равенством подаваемой и потребляемой энергии и малыми отклонениями сварочного тока и напряжения на дуге от исходного состояния.

В процессе электродуговой сварки плавящимся электродом всегда имеет место переход электродного металла на

изделие в виде капель, величина кото- <

рых зависит от тока сварки. Поэтому -I при полуавтоматической сварке сопротивление дугового промежутка Лд зависит от от фазы перехода капли в сварочную ванну и циклически изменяется во времени с частотой 20-200 Гц в зависимости - рисунок 2.

Процесс полуавтоматической дуговой сварки принято называть устойчивым технологически, если период микроцикла Тмц в процессе сварки остается неизменным. Интервал тк на рисунке 2 - продолжительность короткого замыкания в дуговом промежутке.

В оптимальном варианте сварочный выпрямитель должен обеспечивать такое мгновенное значение тока дуги /як моменту окончания тк, чтобы

Рисунок 2 — Временные диаграммы при полуавтоматической сварке

перенос капли в сварочную ванну осуществлялся быстро, но при минимальном разбрызгивании металла. При этом напряжение на дуговом промежутке по истечении гк должно восстановиться как можно быстрее с тем, чтобы произошло очередное зажигание дуги и процесс сварки продолжился.

Наиболее полно указанным требованиям к организации процесса полуавтоматической сварки удовлетворяют высокочастотные преобразователи переменного тока в постоянный с микропроцессорным управлением. Как правило, они реализуют технологию STT (Surface Tension Transfer -перенос за счет сил поверхностного натяжения). Эти преобразователи имеют высокие массогабаритные показатели, но отличаются сложность алгоритма управления и высокой стоимостью.

В традиционных (диодных и тиристорных) источниках питания названные требования могут быть удовлетворены только частично. Например, у ВД-306ДК применена комбинированная вольтамперная характеристика, у которой каждому этапу формирования, плавления и переноса капли электродного металла соответствует свой участок. В ВДУ-505 используется сварочный дроссель с автоматически изменяющейся индуктивностью и обратные связи по току и напряжению. Известны и другие решения.

В дополнение к этим решениям сварочные выпрямители на основе ТВП располагают определенными резервами. Так, при экспериментальных исследованиях установлено, что в них наблюдается параллельная работа фаз вторичной обмотки ТВП и вентилей выпрямительного моста. Для оценки резервных возможностей МСВ на основе ТВП и тиристорного выпрямителя в девятифазном варианте исполнения проведены их аналитиче-

ские исследования, в основу которых положена схема замещения МСВ, приведенная на рисунке 3.

/

т

Рисунок 3 - Схема замещения МСВ под нагрузкой

Математическая модель электрической цепи МСВ, содержащей нелинейные элементы - тиристоры - составлена для мгновенных значений токов и напряжений. Для упрощения моделирования сопротивления тиристоров в открытом и закрытом состоянии приняты близкими к их реальным значениям. Коэффициенты в дифференциальных уравнениях, описывающих ТВП, были определены экспериментально на опытном образце МСВ.

Составленная на основе законов Кирхгофа система дифференциальных уравнений состояния МСВ подготовлена к численному интегрированию путем решения двух промежуточных задач:

- из системы алгебраических уравнений для узлов цепи по рисунку 3 и для контуров этой цепи, в которых отсутствуют индуктивности, определены токи в тиристорах;

- уравнения для переменных состояния приведены к форме Коти -система дифференциальных уравнений, записанных по второму закону Кирхгофа для контуров с индуктивностями, разрешена относительно первых производных фазных токов ТВП - ¡л, ¡в, 'с. 'ь к,--- '•>■ Получена система одиннадцатого порядка.

В третьем разделе «Математическое моделирование МСВ» проведен анализ средств математического моделирования. Наиболее приемлемой средой для математического моделирования МСВ предложена среда МаЛаЬ и ее пакет визуального моделирования ЗтиНпк.

Вследствие отсутствия в составе библиотеки вшиИпк элемента, соответствующего ТВП, принято решение перед моделированием МСВ разработать и математическую модель ТВП.

С учетом принятых допущений была составлена схема замещения ТВП, подключенного к трехфазной сети и работающего на 9-фазную нагрузку, и получена его математическая модель: 44(0 = 311-8ш(314,16-0; «ДО = 311-8т(314,16-Г -2,071); мс(/) = 311-8т(314,16/+2.071); Р'л Нил-Кт-Ц + ем а - 0а + 'в + к) '^шУ^ша, Р'в Нщ-^т-'в + емв - (га + /в + »'с) '^шУ^ти Р'с =Ьк:-Кц'с-1( + а и с - (¡а + 'в + ¡с) -КшУЦгс\

ph =(eMi " Rm'hyLwù ph =(SM2 - R\Y2'h)ILw2\ ph =(ел/з - Rm'hyLm, Р»4=(ем4- RwïUyLm'i ph =(sms - Rws'hyLws', ph =(ca/6 - Rwbh)Hwb\ ph ~(cmt Rwi'h)ILm\ ph =(<?м 8 - Rm'hyLm',

Ph ={eM 9 - Rm'h)ILm, где

емл= MAB-piB+McA-pic^MAyph+MA2-pi2+MAyph+MAÍ,-ph+MAb-phJr

+MAb-pib+MArph+MAi-pk+MA,)pu¡; ем в = MABpiA+M,ic-pic+Mri] ■ph+MB2-pi2+MBïph+MBïph+MBs-ph+

+Mp,6-pi6+MB1-pi7+Mm-pis+MH9-pi9; euc = McApiA+MBc:pii!+Mc\-pi\+MczTh+Ma-ph+Mc4pi*.+ Mcs-pi5+

+Mc{;pi6+ +Mcrph+Mc$-pis+Mc9-p9-, ем\ ^ МАур1А+Мьх-р1в+Мс\-р1с+Мпрк+Мп-рЬ+М]л-р1л+М^рь++М[ь-р16+

■ У М 17 -p h +M¡ s -pif, +M¡g -pig \

ем 2 = MC2piA+MB2Vhi+Mc2-pk'Wt2pi\+M2yph+M24-pU+M2ïph+ +M26-pi6+

+M2rph+MrAph+M2<fph\ емз = MA3-piA+MBypiB+Ma-pic+Miypii+M2ypÍ2+M^-ph+M3s-ph+ +M3ñ-pi6+

+M3rph+MK-ph+M39-ph; +MArph+MAi-pis+M4g-pi9;

емь = ma5t'a+mii5-pib+mc5ticbmist'i+-m2s7-)i2+m35-pi3+ M„-pU+ MS6-pi6+ +Msrph+Mss-pk+M59-pi9-,

емв = МА(;р1А+Мт-р1В+МС(1-р1С+М16-р11+М2б-рЬ+Мзй-р'з+МА6-р14+ +Mx-pis+ +M6rph+M6s-pk+M(,g-pi9;

ем 7 = MarpiA+MurpiB^crpic+MirPh+M2rph+^hrph+M4i7)U+ +Msrph+ +M67-pi6+M7S-pk+M79-pi9-,

ем8 = MAi-piA I MiK-piB+Ma;pic+M\zpi\ lM2H-p'2+M3sPh+Mwpi4+ +M5S-pi}+ +M6S-pi6+M7S-pi7+Mi9-pi9,

eM9 = MA4-piA+MB9-pilt+Ma-pic^M{9-pi\+Mi4Ph+MKTh+Mv/piA\- +MS9-ph+ +M69-pi6+M79-pi7+Ma9-pist.

Здесь p=dldt - оператор дифференцирования

Данные для моделирования ТВП были определены на основе разработанной методики определения его параметров. В результате моделирования ТВП получены временные диаграммы токов и напряжений в его обмотках и построена его внешняя характеристика, которая подтвердила адекватность математической модели ТВП.

Разработанная модель ТВП была использована для математического моделирования МСВ в целом.

В качестве трехфазного источника и нагрузки МСВ использованы элементы стандартной библиотеки MatLab-Simulink. В качестве девяти-фазного выпрямителя использованы три трехфазных универсальных моста, подключенных к фазам вторичных обмоток ТВП, сдвинутым между собой на 120 электрических градусов. Для управления тиристорами применена стандартная система управления из библиотеки MatLab-Simulink -Sinchronized 6-pulse Generator.

В результате математического моделирования МСВ были получены: внешние характеристики МСВ (рисунок 4), регулировочная характеристика МСВ (рисунок 5), а также временные диаграммы напряжений и токов в различных точках схемы (рисунки 8, 9).

Рисунок 4 - Внешние . Рисунок 5 - Регулировочная

характеристики МСВ характеристика МСВ

Четвертый раздел «Результаты экспериментальных исследований многофазного сварочного выпрямителя на основе ТВП» посвящен описанию экспериментальных исследований, проведенных на специально разработанном стенде с целью подтверждения адекватности разработанных математических моделей.

Адекватность математической модели ТВП оценивалась по соотношениям между амплитудами (рисунок 6) и фазами (рисунок 7) мгновенных напряжений первичной и вторичной обмоток на холостом ходу, а также по внешней характеристике ТВП.

Рисунок 6 - Амплитуды напряжений ТВП на холостом ходу

Рисунок 7 - Соотношения между фазами напряжений вторичных обмоток ТВП

Рисунок 8 - Форма тока и напряжения в фазе А

№ ]

/ / V

1 ^ 1 т — 1Лв1

1

И/ и у

V

Рисунок 9 - Ток первой фазы вторичной обмотки ТВП и напряжение на вентиле анодной группы

Сходимость результатов математического моделирования и эксперимента произведено путем сравнения временных диаграмм токов и напряжений в характерных точках силовой схемы МСВ), а также путем сравнения внешних характеристик МСВ для схемы соединения обмоток ТВП в многолучевую звезду и регулировочных характеристик, полученных при математическом моделировании и в ходе экспериментальных исследований. Временные диаграммы снимались во входных цепях МСВ, цепях вторичной обмотки ТВП, цепях вентилей и на выходе МСВ.

По результатам сравнения можно сделать выводы, что кривые, полученные при математическом моделировании и в ходе экспериментальных исследований, имеют сходную форму во всех характерных точках силовых цепей МСВ. Это позволяет сделать заключение, что основные электромагнитные процессы в математической модели МСВ описаны адекватно реальному сварочному выпрямителю.

Кроме того, адекватность математической модели МСВ была подтверждена сравнением внешней характеристики МСВ и регулировочной характеристики МСВ, снятых экспериментально, с аналогичными характеристиками, полученными при математическом моделировании.

В результате проведенных экспериментов были получены энергетические характеристики МСВ - КПД и коэффициент мощности в зависимости от нагрузки, показанные на рисунке 10.

В пятом разделе «Экономическая эффективность многофазного сварочного выпрямителя на основе ТВП» определена экономическая и энергетическая эффективность разработанного сварочного выпрямителя типа МСВ-301 по сравнению с ВДУ-3020. Как показали расчеты, при годовом выпуске изделия в количестве 240 шт. чистый дисконтированный доход от реализации проекта за 5 лет составит 686,48 тыс. руб. Замена сва-

-/

0 2 4 6 8 10

Рисунок 10 - Энергетические характеристики МСВ под нагрузкой

рочных выпрямителей ВДУ-3020 выпрямителями МСВ-301 обеспечит в расчете на один аппарат годовую экономию электроэнергии более 23 %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ источников питания сварочного оборудования, применяемого в народном хозяйстве, 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.

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

3. Предпочтительным вариантом конструкции МТ для многофазных сварочных выпрямителей является трансформатор с вращающимся магнитным полем.

4. Разработанная математическая модель ТВП и математическая модель МСВ на ее основе позволяют получить полную картину электромагнитных процессов в МСВ и оценить его технико-экономические характеристики с целью дальнейшего совершенствования.

5. В результате математического моделирования и экспериментальных исследований установлено, что в формировании выходного тока МСВ

одновременно участвует 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.

6. 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 150 А коэффициент искажения синусоидальности кривой тока К1 был равен 12,04% для МСВ-301 и 26,27 % для ВДУ-3020.

7. Полученные экспериментально значения энергетических показателей МСВ-301- КПД (82 %) и коэффициент мощности (0,85) - превышают эти же параметры наиболее распространенного сварочного выпрямителя ВДУ-3020 - 78 % и 0,51 - соответственно.

8. Произведена оценка технико-экономических показателей разработанного сварочного выпрямителя типа МСВ-301: чистый дисконтированный доход от реализации проекта за 5 лет составит 686,48 тыс. руб., динамический срок окупаемости - 3,8 года.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Ермаков В.В., Сингаевский H.A., Результаты математического моделирования и экспериментальных исследований многофазных преобразователей электрической энергии на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем. Материалы двенадцатой всеросийской научно-технической конференции «Пути повышения надёжности, эффективности и безопасности энергетического производства» 1-5 июня 2009 с. Дивноморское, 2009. - С. 55-61.

2. Ермаков В.В., Суртаев H.A. Система управления многофазным сварочным выпрямителем // Электроэнергетические комплексы и системы: Сборник научных статей / Под общ. ред. проф. Б.А. Коробейникова / Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар: Изд. КубГТУ, 2009. - С. 163-165.

3. Ермаков, В.В. Особенности работы трансформатора с вращающимся магнитным полем в составе многофазного сварочного выпрямителя / В.В. Ермаков, H.A. Сингаевский, А.Е. Церковный // Электроэнергетические комплексы и системы: Сборник научных статей / Под общ. ред. проф. Б.А. Коробейникова / Кубан. гос. технол. ун-т - Краснодар: Изд. КубГТУ, 2009,-С. 156-160

4. 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.

5. Пат. 2310939 РФ, МПК Н 01 F 30/14, Н 02 М 5/14. Многофазный трансформатор / H.A. Сингаевский, А.Е. Церковный, А.Г. Кудряков, В.В. Ермаков, В.В. Ермаков, P.P. Шварц (РФ).-№ 2006112385/09; заявлено 13.04.06; опубл. 20.11.07. Бюл. № 32,- 6 с.

6. Пат. на полезную модель 55318 РФ, МПК В23К 9/00, В23К 9/173. Устройство полуавтоматической дуговой сварки в среде углекислого газа. / H.A. Сингаевский, С.Н. Великий, A.C. Зубрилин, P.P. Шварц, В.В. Ермаков, В.В. Ермаков (РФ).- № 2006106962/22; заявлено 06.03.2006; опубл. 10.08.06. Бюл. № 22,- 6 с.

7. Пат. 2339109 РФ, МПК Трехфазный кольцевой реактор / A.B. Богдан, В.В. Ермаков, В.В. Ермаков, К.В. Перекопский, H.A. Сингаевский,

B.В. Тропин (РФ).- № 2007126066; заявлено 11.07.07; опубл. 20.11.08. Бюл. № 32,- 6 с.

8. Пат. на промышленный образец 69653 РФ, МПК. Источник сварочного тока (два варианта). / В.В. Ермаков, В.В. Ермаков, А.Я. Штраус,

C.Н. Великий, H.A. Сингаевский, P.P. Шварц, А.Г. Кудряков (РФ).-№ 2007503529; заявлено 10.10.2007; опубл. 16.03.09. Бюл. № 22,- 6 с.

9. Пат. на полезную модель 57175 РФ, МПК В 23 К 9/00. Многопостовой сварочный выпрямитель / H.A. Сингаевский, А.Е. Церковный, A.C. Зубрилин, P.P. Шварц, В.В. Ермаков, В.В. Ермаков (РФ).-№ 2006103146/22; заявлено 06.02.2006; опубл. 10.10.06. Бюл. № 28.-5 с.

10.Сингаевский, H.A. Основные этапы разработки многофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем силовых полупроводниковых выпрямителей / H.A. Сингаевский, В.В. Ермаков [и др.] //

Электроэнергетические комплексы и системы: Материалы международной НПК Куб ГТУ.- Краснодар, 2006.- С. 209-214.

11. Сингаевский H.A., Ермаков В.В. Влияние многопостового электросварочного комплекса на источник питания ограниченной мощности. / Журнал «Механизация и электрификация сельского хозяйства», М., № 10, 2006.

12. Сингаевский H.A. Расчёт трансформатора с вращающимся магнитным полем / H.A. Сингаевский, В.В. Ермаков [и др.] И Материалы международной научно- практической конференции «Электроэнергетические комплексы и системы», КубГТУ, г. Краснодар, 2006.

13. Сингаевский H.A. Многофазные источники питания электрической дуги на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем / Ермаков В.В., Сухов В.В. // Журнал «Механизация и электрификация сельского хозяйства», М., № 10, 2006.

14. Сингаевский H.A. Аналитические выражения для расчета магнитных потоков в пазах девятифазного ТВП. / В.В. Ермаков, А.Е. Церковный. // Электроэнергетические комплексы и системы // Материалы международной научно-практической конференции / Кубан. гос. тех-нол. ун-т. - Краснодар: Изд ГОУ ВПО «КубГТУ», 2007.

15. Ермаков В.В., Суртаев H.A. Анализ принципов постороения сварочных выпрямителей и схем их управления / Электроэнергетические комплексы и системы // Сборник научных статей / Кубан. гос. технол. ун-т. - Краснодар: Изд. ГОУ ВПО «КубГТУ», 2009

16. Сингаевский H.A. Влияние фазности выпрямления на массогабарит-ные характеристики преобрахователей типа ТПС / H.A. Сингаевский, В.В.Ермаков [и др.] // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК / Кубан. гос. аграрн. ун-т. -Краснодар: Изд ГОУ ВПО «КубГАУ», 2006.

17. Сингаевский H.A. Перспективы применения многофазных низкочастотных выпрямителей / H.A. Сингаевский, В.В. Ермаков [и др.] // Материалы научно-технической конференции КубГАУ. - Краснодар, 2005.

Подписано в печать 28.10.2009. Печать трафаретная. Формат 60x84 '/16. Усл. печ. л. 1,36. Тираж 100 экз. Заказ № 224. Отпечатано в ООО «Издательский Дом-Юг» 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Современные технологии электродуговой сварки и сварочное оборудование, применяемое в промышленном производстве.

1.1.1 Ручная дуговая сварка.

1.1.2 Сварка в среде защитных газов.

1.1.3 Автоматическая сварка под флюсом.

1.1.4 Сварка самозащитной порошковой проволокой.

1.2 Источники питания оборудования для электродуговой сварки.

1.3 МСВ на основе ТВП как перспективный источник питания.

1.4. Постановка цели и задач исследования.

1.5. Выводы.

2. МНОГОФАЗНЫЙ СВАРОЧНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ТВП КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ.

2.1 Объекты управления при электродуговой сварке.

2.2 Многофазный сварочный выпрямитель на основе ТВП — схема замещения, математическое описание.

2.3 Выбор метода математического моделирования МСВ.

2.4 Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МСВ.

3.1 Особенности реализации математической модели МСВ.

3.1.1. Особенности моделирования в Delphi.

3.1.2. Особенности моделирования в среде MatLab.

3.2. Математическое моделирование ТВП в среде Delphi.

3.2.1. Схема замещения ТВП.

3.2.2. Определение параметров схемы замещения.

3.3. Особенности математического моделирования в Simulink.

3.3.1. Описание элементов из стандартной библиотеки MatLab-Simulink.

3.3.2. Математическая модель ТВП в системе MatLab-Simulink.

3.3.3. Математическая модель девятифазного тиристорного моста.

3.4. Основные результаты моделирования МСВ в MatLab.

3.4.1. Основные возможности математической модели.

3.4.2. Оценка влияния МСВ на сеть соизмеримой мощности.

3.4.3. Построение внешних характеристик МСВ для различных схем соединения обмоток.

3.4.4. Построение регулировочной характеристики МСВ.

3.4.5. Временные диаграммы токов и напряжений в силовых цепях.

3.4.6. Переходные процессы в МСВ при изменении угла управления

3.4.7. Переходные процессы в МСВ при изменении нагрузки.

3.5. Выводы.

4 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.

4.3.1. Получение параметров для математического моделирования.

4.3.2. Оценка сходимости результатов экспериментальных исследований и математического моделирования.

4.4.Построение энергетические характеристики МСВ.

4.5. Выводы.

5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 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.

XX век стал принципиально важным для развития и применения сварочной науки и техники. В последние 20 лет сварочное производство заметно совершенствовалось, в первую очередь, — в области оборудования и аппаратуры. В настоящее время сварка - один из ведущих технологических процессов в создании материальной основы современной цивилизации. Сварочное производство является важной составляющей в развитии экономики любой страны, поскольку прогресс многих отраслей промышленности зависит от уровня развития сварочных технологий.

В материалах VIII Международной специализированной выставки сварочных материалов, оборудования и технологий «WELDEX/PoccBapKa-2008» (21-24 октября 2008 г., г. Москва) было отмечено, что «.сейчас сварка -важная и необходимая часть многих технологических процессов практически в каждой отрасли народного хозяйства: будь то строительство, ВПК, железные дороги, нефтегазовый комплекс и многое другое. Экономика развития только прибавляет российскому рынку сварки темпы роста. Ежегодно абсолютный показатель потребности в сварочном оборудовании среди отечественных потребителей увеличивается на Ю-20%! Сегодня это довольно динамичный бизнес».

По современным оценкам специалистов предполагается, что доля ручной дуговой сварки покрытыми электродами к 2010 г. составит 15-25 % от общего объема сварки [7].

Доля механизированных и автоматических способов сварки в защитных газах, заменяющих ручную дуговую, возрастет до 50-55 %.

Развитие сварки под флюсом, доля которой к 2010 г. предположительно составит около 17 % в общем объеме сварки, связано с созданием более совершенного оборудования.

Учитывая мировые тенденции расширения области применения прогрессивных ресурсосберегающих технологий, можно предположить, что в сварочном производстве в предстоящее десятилетие существенно увеличится доля лазерной технологии, которая достигнет 6-8 % общего объема сварочных работ. Более сложные способы сварки - электронно-лучевая, диффузионная и высокочастотная — занимают важное место преимущественно в специфических технологиях обработки металлов. Расширение области их применения произойдет с появлением запросов от промышленности.

Что касается тенденций развития сварочных технологий в ближайшем десятилетии применительно к нашей стране, то ручная дуговая сварка штучными покрытыми электродами и полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа по-прежнему останутся доминирующими способами сварки, с помощью которых будет выполняться не менее 70% всех сварочных работ.

Значит, потребность в сварочном оборудовании для этих способов сварки будет по-прежнему высокой, а работы, направленные на повышение технико-экономических показателей этого оборудования, - актуальны. Поэтому в диссертационной работе при рассмотрении сварочных технологий и сварочного оборудования, применяемого для их реализации, основное внимание уделяется именно этим способам сварки.

За последние 8-10 лет на рынке появился весьма широкий спектр (более 150 моделей) новых отечественных и зарубежных источников питания для сварочного оборудования различной мощности. Тем не менее, у нас в стране в качестве источников питания оборудования для электродуговой сварки все еще используются трехфазные сварочные выпрямители разработки 60.70-х годов прошлого века, энергетические характеристики (особенно в части КПД и коэффициента мощности) и сварочные свойства которых существенно уступают современным аналогам [52, 57, 121].

Применение устаревшего оборудования приводит к снижению качества сварочных работ при завышенном уровне энергопотребления и, в конечном итоге, - к увеличению их себестоимости. Сложившаяся в данной области ситуация дополнительно усугубляется современным состоянием электрических распределительных сетей 0,4 кВ, которые из-за недостаточной пропускной способности оказываются очень чувствительными к такой специфической нагрузке, как электродуговая сварка [84].

Следует также отметить, что значительный дефицит генерирующих мощностей (например, в Краснодарском крае он превышает 60 %) и возникающие по этой причине ограничения электропотребления вынуждают многих потребителей приобретать автономные источники питания [87]. Обычно это бензиновые или дизельные электростанции мощностью от 5 до 100 кВт, так что электросварочное оборудование часто оказывается соизмеримым с ними по мощности. Вследствие этого при использовании традиционных трехфазных сварочных выпрямителей возникают недопустимые искажения кривой напряжения таких источников, что обуславливает снижение их потенциальных возможностей по электроснабжению других электроприемников [88].

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

Цель диссертационной работы - улучшение технико-экономических характеристик сварочных выпрямителей.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

- провести анализ источников питания сварочного оборудования для электродуговой сварки и определить пути повышения его технико-экономических показателей;

- разработать математическую модель многофазного сварочного выпрямителя (МСВ) на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВП) и провести ее исследования в различных режимах работы;

- провести экспериментальные исследования опытного образца МСВ на основе ТВП в различных режимах работы;

- проверить соответствие результатов математического моделирования и экспериментальных исследований;

- сформулировать принципы построения системы управления для МСВ на основе ТВП;

- разработать рекомендации по улучшению технико-экономических показателей МСВ;

- выполнить технико-экономическое обоснование эффективности разработки.

Объект исследования - МСВ на основе ТВП.

Предмет исследования — электромагнитные процессы в МСВ на основе ТВП.

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:

- разработаны принципы построения МСВ на основе ТВП;

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

- разработан алгоритм работы, принципы построения и программное обеспечение системы управления МСВ на основе ТВП.

Практическая значимость результатов работы:

- предложена новая конструкция МСВ на основе ТВП;

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

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

Реализация и внедрение результатов работы.

По результатам исследований на предприятии ДО АО «Электрогаз» ОАО «Газпром» (г. Краснодар) освоено серийное производство сварочных выпрямителей типа МСВ-301, которые используются на предприятиях ОАО «Газпром».

Производственные испытания полуавтоматов ПДГМ-301 с источниками питания МСВ-301 в филиале «Афипэлектрогаз» ДО АО «Электрогаз» в течение 2007-2009 г.г. показали, что данные полуавтоматы имеют более высокие энергетические и эксплуатационные показатели, чем полуавтоматы ПДГ с источниками питания ВДУ-3020, отвечают современным требованиям и могут быть рекомендованы для внедрения в промышленное производство.

Математическая модель МСВ на основе ТВП применяется в разработках сварочного оборудования ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром», а также используется в учебном процессе на Факультете нефти и газа КубГТУ по дисциплине «Электрические машины». Образцы сварочного оборудования с МСВ на основе ТВП 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.), на 12-й Всероссийской научно-технической конференции «Пути повышения надежности, эффективности и безопасности энергетического производства» (с. Дивноморское, Краснодарского края, 2009 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 10 работ, в том числе - 1 статья в издании, рекомендованном

ВАК, получено 5 патентов РФ на полезные модели, изобретения и промышленный образец.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка литературы, включающего 116 наименований, и приложений. Общий объем диссертации составляет 139 страниц машинописного текста, включая 59 рисунков, 30 таблиц, 28 страниц приложений.

4.5 Выводы

1. На основе проведенных опытов холостого хода и короткого замыкания ТВП, была разработана методика определения параметров ТВП для их использования при математическом моделировании, как самого трансформатора так и многофазного сварочного выпрямителя, выполненного на его основе. С использованием указанной методики вычислены собственные и взаимные индуктивности обмоток, параметры ветви намагничивания, а также активные и и реактивные сопротивления всех обмоток.

2. Проведенные экспериментальные исследования по проверке адекватности математической модели МСВ позволили сделать выводы о том, что предлагаемая математическая модель достоверно отражает качество и характер электромагнитных процессов в сварочном выпрямителе, а расхождения экспериментальных данных и данных математического моделирования не превышают 10 % и объясняются упрощением модели вследствие принятых допущений.

3. Энергетические характеристики МСВ, полученные в результате экспериментов по характеру изменения кривых схожи с классическими преобразователями, применяемыми в качестве сварочных выпрямителей, но количественно энергетические характеристики МСВ превосходят существующие образцы как по КПД так и по коэффициенту мощности.

4. МСВ на основе ТВП обеспечивает незначительные искажения синусоидальности кривой тока от источника питания.

5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МНОГОФАЗНОГО СВАРОЧНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

НА ОСНОВЕ ТВП

5.1 Расчетная цена разработанного устройства

Формирование цены на новое устройство должно производиться с учетом капитальных вложений и рыночной конъюнктуры.

Полные капиталовложения К при освоении производства МСВ-301 включают в себя три составляющих [2.29, 2.27]:

Косп — капиталовложения, необходимые для освоения производства. Обычно составляют 5-10% от себестоимости общего объема выпускаемых изделий. Принимаем 5 %;

Кол. ~ оборотные средства. Составляют 10-20% от себестоимости годового выпуска продукции. Принимаем 10 %;

-Кпроч - прочие капиталовложения. Принимаем 5% от (.Косв + Ко с).

Определение себестоимости 3 планируемого объема выпускаемых изделий производится на основе выражения:

3 = п-Ы -Зизд., где п — расчетный период производства изделия. Выбирается с учетом морального старения разработки. Принимаем п = 5;

N — выпуск изделия за год. Планируется по ожидаемому спросу на изделие. Принимаем И= 240 шт.;

Зцзд - себестоимость изделия. С учетом себестоимости опытных образцов МСВ принимаем Зизд = 36 тыс. руб.

Таким образом, полные капиталовложения можно представить в виде: К = Коса + + 0,05(А"ОС11 + Кол.) = 0,0525 -Ы-З^п + 2).

Подставляя принятые значения входящих в это выражение величин, находим полные капиталовложения, необходимые для производства МСВ-300:

К = 3175,2 тыс. руб.

Для учета состояния рынка сварочных выпрямителей следует ориентироваться на ценовой коридор, в пределах которого должна находиться цена.

Он (ценовой коридор) ограничен нижней Цим. и верхней ЦЪЛ1ш предельными ценами. При нижней предельной цене изделие еще выгодно производить, а при верхней предельной цене оно еще сохраняет конкурентоспособность на рынке.

В соответствии с рекомендациями [2.28] нижнюю предельную цену определим по формуле

Дн.п. = (1,1.1,3)-3нзд. (5.1)

Принимаем Цн п. =1,1\3ИЗД = 39,6 тыс. руб.

Верхняя предельная цена должна формироваться с учетом качества нового изделия и рыночных цен на изделия аналогичного назначения:

Цв.п. ку- Кк.п.к.'Цаю (5-2) где ку — коэффициент относительного удешевления изделия ввиду его новизны для покупателя. Принимаем ку = 0,9; к.п.к. — комплексный показатель качества нового изделия. С учетом того, что МСВ-301 только предлагается принять в производство, его всесторонняя объективная оценка затруднена даже в варианте экспертного опроса. С учетом мнения профессиональных сварщиков, высказанного в процессе испытаний, принимаем КК п.к. = 1,2;

Цш - рыночная цена изделия-аналога. Для ВДУ-3020 Цаи = 44,1 тыс.руб. Находим Цвм. = 0,9-1,2-44,1 = 47,63 тыс. руб.

Значит, ценовой коридор изделия составляет (39,6.47,63) тыс. руб. Принимаем цену реализации изделия ближе к нижней предельной цене: Цтд = 42 тыс. руб.

5.2 Расчет основных экономических показателей

Ожидаемая годовая налогооблагаемая прибыль от реализации МСВ-301

Пг = (Цтл-Зтд)-К (5.3)

Подстановка в (5.3) численных значений Цтд, Зизд, N дает Пт = (42-36>240 = 1440 тыс. руб.

Чистая прибыль 77 с учетом налога на прибыль 7777 = 20% при этом составит:

П = Пт-{ 1 - 0,2) = 1152 тыс. руб.

Для определения чистого дисконтированного дохода ЧДЦ от производства изделий используется формула: чдд=%^Ьг~к' (5'4) где Пт — прибыль в т-ы году расчетного периода. Принимаем Пт — 77; п — расчетный период производства изделия. Принят равным 5; Е — норма дисконта, которая рассчитывается, исходя из цены капитала на внешнем рынке Ер, темпов инфляции г и поправки на риск р для данного инвестиционного проекта [2.30 Ц]:

1 + Еп

Е =-— + р — 1. (5.5)

1 + г

Подставив в (5.5) ставку рефинансирования, установленную ЦБ РФ в 2009 году, 7?р = 0,12; темпы инфляции в 2009 году г = 0,12 и поправку на риск, как для проекта, направленного на продвижение на рынок нового товара, р = 0,15, получим: = 1 + 0Д2 + 0,15-1 = 0,15.

1 + 0,12

При этом чистый дисконтированный доход от производства изделия составит:

5 11 52

ЧДД= У --3175,2 = 686,48тыс. руб.

1 + 0,15)т

Значит, данный инвестиционный проект является эффективным.

Рассчитаем внутреннюю норму доходности (ВНД) данного проекта. По определению это такая норма дисконта, при которой ЧДЦ = 0, следовательно, необходимо принять

-к=о. (5.6)

Данное уравнение относительно Ет является трансцендентным, поэтому для его решения используем графический метод - рисунок 5.1.

ЧИП. млн. 3,0

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0

1 2,58 к1,19

0,2 6

-0,37

-0,83

0,0 0,1 0,2 0,3 Е,о.е

Рисунок 5.1 - Определение внутренней нормы доходности проекта

Из этого рисунка следует, что ВНД проекта лежит в диапазоне изменения нормы дисконта 0,2.0,3. Для уточнения значения ВНД применим итерационный способ [2.30]:

ЧДД(Е,)

Е. = Е,+

Я,-я,),

5.7)

ЧДЦ(Ех)-ЧДД(В2) где Е\ = 0,2 и Е2 ~ 0,3.

С учетом того, что ЧДД(ЕХ) = 0,26 млн. руб. и ЧДД{Е2) = -0,37 млн. руб., получаем внутреннюю норму доходности

0,26

Я. = 0,2 +

0,3-0,2) = 0,24 или 24%.

0,26-(-0,37)

Срок окупаемости инвестиционного проекта с учетом дисконтирования (динамический срок окупаемости) рассчитаем, исходя из значений приведенных годовых эффектов Эт при фиксированной норме дисконта Е = 0,15 и фиксированной прибыли на основе формулы

Я.

1 + Д)"

5.8)

Результаты расчетов по формуле (5.8) сведем в таблицу 5.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ источников питания сварочного оборудования, применяемого в народном хозяйстве, 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.

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

3. Предпочтительным вариантом конструкции МТ для многофазных сварочных выпрямителях является трансформатор с вращающимся магнитным полем.

4. Разработанная математическая модель ТВП и математическая модель МСВ на ее основе позволяют получить полную картину электромагнитных процессов в МСВ и оценить его технико-экономические характеристики с целью дальнейшего совершенствования.

5. В результате математического моделирования и 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.

6. 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 X/ был равен 12,04 % для МСВ-301 и 20,44 % для ВДУ-3020.

7. 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%.

8. Произведена оценка технико-экономических показателей разработанного сварочного выпрямителя типа МСВ-301: чистый дисконтированный доход от реализации проекта за 5 лет составит 686,48 тыс. руб., динамический срок окупаемости - 3,8 года.

1.perm.ru/vd306dk.phpг. Пермь2 http://otzv.hl .ru/ukr/welding/method/istoch/06.htm

2. Сравнение свойств инверторного источника «Магма-315» и традиционного выпрямителя9 http ://www.mswelding.org/index.php?PARTCODE=RU&PAGECOD E=PRO&productionid=42

3. Рыбкин А.Л., ГарбульА.Ф., Кечаев И.П. Институт сварки России (ВНИИЭСО). Новые источники и полуавтоматы для дуговой сварки10 http://www.shtorm-its.ru/rus/info/svartech/w2.php Технологии сварки Технология STT

4. STT Surface Tension Transfer // Lincoln electric - CZ WELD s.r.o. URL: http://www.czweld.cz/zstt2e.htm (дата обращения: 21.04.09).

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

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

7. Азгальдов Г.Г. Теория и практика оценки качества товаров. М.: Экономика, 1982. 256 с.

8. Амосов A.A., Дубинский Н.В., Копченова Ю.А. Вычислительные методы для инженеров. М.: Высш. шк., 1994. 544 с.

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

10. Атрощенко В.А., Сингаевский H.A., Кабанков Ю.А. Силовая преобразовательная техника систем электроснабжения. Краснодар: КВВКИУ, 1994. 332 с.

11. Бальян Р.Х., Сивере М.А. Тиристорные генераторы и инверторы. Л.: Энергоиздат. Ленинградское отд-ние, 1982. 223 с.

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

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

14. Богрый B.C., Русских A.A. Математическое моделирование тири-сторных преобразователей. М.: Энергия, 1972. 184 с.

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

16. Булгаков A.A. Новая теория управляемых выпрямителей. М.: Наука, 1970. 320 с.

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

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

19. Г. И. Лащенко. Способы дуговой сварки стали плавящимся электродом. Киев: Экотехнология, 2006. 384 с.

20. Горбань, С.Н. Удельные энергетические и массогабаритные показатели элементов силовых схем вентильных преобразователей: Учебно-справочное пособие / С.Н. Горбань, Д.В. Даниленко, А.Е. Обухов, Г.С. Зиновьев-Бердск: Сору Center, 1996 58 с.

21. ГОСТ 12.2.007.8-75. Устройства электросварочные и для плазменной обработки. Требования безопасности. Введ. 01.01.78. М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 12 с.

22. ГОСТ 13821-77. Выпрямители однопостовые с падающими внешними характеристиками для дуговой сварки. Общие технические условия. Взамен ГОСТ 13821-68; введ. 01.07.78; переиздание февраль1999 г. M.: ИПК Издательство стандартов, 1999. 20 с.

23. ГОСТ 25616-83. Источники питания для дуговой сварки. Методы испытания сварочных свойств. Введ. 01.01.84. М.: Издательство стандартов, 1983. 14 с.

24. ГОСТ Р МЭК 60974-1-2004. Источники питания для дуговой сварки. Требования безопасности. МКС 25.160.30 ОКП 34 41801. Дата введения 2006-01-01

25. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления / Пер. с англ. Б.И. Копылова. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. 832 с.

26. Ермаков В.В., Кокшаров C.B. Многофазный универсальный управляемый выпрямитель (тезисы доклада) // НТК КубГАУ. Краснодар, 2006.

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

28. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Ч. 1: Учебник. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. 199 с.

29. Кисаримов P.A. Справочник сварщика. М.: ИП РадиоСофт, 2007. 288 с.

30. Коновалов Ю.Н. Сравнение свойств инверторного источника «Маг-ма-315» и традиционного выпрямителя // НПО "ФЕБ": Статьи. СПб, 2007. URL: http://www.feb.spb.ru/art.php?id=l 1 (дата обращения: 21.04.09).

31. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высш шк. - 2001. - 327 с.

32. Коробейников Б.А., Терехов B.B. Схемы соединений многофазных обмоток ТВП // Тезисы докладов 11-й Международной научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока». Екатеринбург: УГТУ, 1998. 290 с.

33. Коробейников Б.А., Ищенко А.И., Ищенко A.A. Математическая модель явнополюсного синхронного двигателя в фазной системе координат // Научный журнал «Труды КубГТУ», т.З. Сер. Энергетика, 1999. Вып. 1. - с.215-218.

34. Красовский А.Б. Применение имитационного моделирования для исследования вентильно-индукторного электропривода. Электричество, 2003, №3.

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

36. Лозинский В. Н. Сварочные технологии на предприятиях железнодорожного транспорта / Материалы научно-технического семинара «Прогрессивные технологии сварки в промышленности», 20 — 22 мая 2003 г. Киев, 2003. С. 24.26.

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

38. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики: Учеб. пособие. -3-е изд., перераб. И доп. М: Наука. Гл.ред. физ.-мат. лит., 1989. -608 с. - ISBN 5-02-014222-0.

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

40. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. М.: Экономика, 2000 - 325 с.

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

42. Мишина А.П., Проскуряков И.В. Высшая алгебра. М.: Наука, 1965. 300 с.

43. Многопостовой сварочный выпрямитель / В.В. Ермаков и др.. (РФ).: Пат. на полезную модель 57175 РФ. № 2006103146/22; заявлено 06.02.2006; опубл. 10.10.06. Бюл. № 28. 5 с.

44. Многофазный агрегатированный трансформатор / Н.А Сингаевский и др.. (РФ).: Пат. 2125749 РФ. № 97115492/09; заявлено 17.09.97; опубл. 27.01.99. Бюл. № 3. 4 с.

45. Многофазный сварочный выпрямитель на основе ТВП / H.A. Сингаевский и др. // Научно-техн. сб. КубГАУ. Краснодар, 2005. С. 71-74.

46. Многофазный трансформатор / В.В. Ермаков и др.. (РФ).: Пат. 2246151 РФ. № 2003113384/09; заявлено 6.05.03; опубл. 10.02.05. Бюл. № 4. 9 с.

47. Многофазный трансформатор / В.В. Ермаков и др.. (РФ).: Пат. 2310939 РФ. № 2006112385/09; заявлено 13.04.06; опубл. 27.01.99. Бюл. № 32. 6 с.

48. Многофазный трансформатор / Н.А Сингаевский и др.. (РФ).: Пат. 2082245 РФ. № 94040930/07; заявлено 08.11.94; опубл. 20.06.97, Бюл. № 23. 3 с.

49. Многофазный трансформатор / Н.А Сингаевский и др.. (РФ).: Пат. 2115186 РФ. № 96117232/09; заявлено 26.08.96; опубл. 10.07.98, Бюл. № 19. 3 с.

50. Многофазный трансформатор / Н.А Сингаевский и др.. (РФ).: Пат. 2187163 РФ. № 2000110466/09; заявлено 24.04.2000; опубл. 10.08.02. Бюл. № 22. 3 с.

51. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран, Паскаль. Томск: МП «РАСКО», 1991.- 272 е.: ил.

52. Новое слово в сварочной технике- инверторный «ВД-306»http ://www. feb. spb. ru/art .php?i d= 11

53. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Отв. ред.

54. B.В. Смирнов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1986. 656 с.

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

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

57. Общие методические рекомендации по использованию установок ВД-306ДК, ВД-506ДК в режиме механизированной сварки плавящимся электродом в защитных газах. М: ВНИИСТ, 2002

58. Ортега Дж., Пул У. Ведение в численные методы решения дифференциальных уравнений /Пер. с англ.; Под ред. A.A. Абрамова. М.: Наука, 1986. 288 с.

59. Основные этапы разработки многофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем силовых полупроводниковых выпрямителей / H.A. Сингаевский и др. // Электроэнергетические комплексы и системы: Материалы международной НПК

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

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

62. Перспективы применения многофазных низкочастотных выпрямителей / В.В. Ермаков и др. // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропитания для АПК: Сб. науч. тр. / Куб

63. ГАУ. Краснодар, 2005. С. 332-334.

64. Полуавтоматическая сварка методом ВКЗ / М.В. Карасев и др.. // ИТС-Урал. Екатеринбург, 2007. URL: http://ets-ural.ru/ articles/ text/poluavtomaticheskaya-svarka-metodom-vkz/ (дата обращения: 21.04.09).

65. Постников И.М. Проектирование электрических машин. Киев, Гос-техиздат УССР, 1960. 910 с.

66. Постолатий, Н.И. О сварочных свойствах тиристорных выпрямителей / Н.И. Постолатий, А.Д. Глущенко, C.B. Дух, JI.C. Гриценко // Автоматическая сварка 2002 - №10. - С. 42-45

67. Применение цифровых вычислительных машин в электроэнергетике: Учебное пособие для вузов / О.В. Щербачев и др.. JL: Энергия, 1980. 240 с.

68. Принципы формирования многофазных систем ЭДС многофазных трансформаторов силовых полупроводниковых выпрямителей / H.A. Сингаевский и др. // Электроэнергетические комплексы и системы: Материалы международной НПК КубГТУ. Краснодар, 2006. С. 217221.

69. Размадзе Ш.М. Преобразовательные схемы и системы. М.: ВШ, 1967. 527 с.

70. 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.

71. 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.

72. Расчет трансформатора с вращающимся магнитным полем / H.A. Сингаевский и др. // Электроэнергетические комплексы и системы:

73. Материалы международной НПК КубГТУ. Краснодар, 2006. С. 214217.

74. Ремезков, A.A. ТЭК.Задачи / A.A. Ремезков // ТЭК Кубани.- 2007. № 1.- С. 2-3.

75. Розанов Ю.К. Основы силовой преобразовательной техники. М.: Энергия, 1979. 392 с.

76. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992. 296 с.

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

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

79. Сварка. Введение в специальность / Фролов В.А. и др.. М.: 2004

80. Светлов А.Т., В.В. Коряжкин. Источники питания для дуговой сварки Изд-во: БГТУ.2004. 143 с.

81. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера. Киев: Техшка, 1975. 768 с.

82. Сингаевский H.A. Особенности распределения магнитных потоков в трансформаторах с вращающимся магнитным полем // Материалы НПК ЮРГТУ. Новочеркасск: НПИ, 2006. С. 105-107.

83. Сингаевский H.A., Ермаков В.В. Влияние многопостового электросварочного комплекса на источник питания ограниченной мощности // Механизация и электрификация сельского хозяйства — 2006. № 10. С. 20-21.

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

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

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

87. Технология STT // Шторм: передовые технологии сварки и резки. Уфа, 1995. URL: http://www.shtorm-its.ru/rus/info/svartech/w2.php (дата обращения: 21.04.09).

88. Технология полуавтоматической (механизированной) сварки корневого слоя шва с использованием процесса ВКЗ. М.: ООО "ВНИИ-ГАЗ", ЗАО НПФ "ИТС", 2003

89. Технология полуавтоматической (механизированной) сварки корневого слоя шва с использованием процесса ВКЗ М.: ООО "ВНИИ-ГАЗ", ЗАО НПФ "ИТС", 2003

90. Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергия, 1968. 456 с.

91. Удельные энергетические и массогабаритные показатели элементов силовых схем вентильных преобразователей: Учебно-справочное пособие / С.Н. Горбань и др.. Бердск: Сору Center, 1996. 58 с.

92. Устройство полуавтоматической дуговой сварки в среде углекислого газа. / В.В. Ермаков и др.. (РФ).: Пат. на полезную модель 55318 РФ. № 2006106962/22; заявлено 06.03.2006; опубл. 10.08.06. Бюл. № 22. 6 с.

93. Физико-математическая модель системы «источник питания — дуга» для сварки плавящимся электродом в защитных газах / О. Б. Гецкин и др.. // Тяжелое машиностроение. 2008. №6. С. 18-20. Рез. англ.: с. 39. Библиогр.: с. 20.

94. Фишлер Я.Л., Урманов Р.Н., Пестряева Л.М. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок. М.: Энерго-атомиздат, 1989. 320 с.

95. Фоминых В.В. Справочник сварщика / Под ред. В.В. Степанова.- 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1982. 560 с.

96. Фролов, В.А., В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.А. Казаков. Сварка. Введение в специальность. М.: 2004

97. Хныков A.B. Теория и расчет многообмоточных трансформаторов. М.: СОЛОН-пресс, 2003. 100 с.

98. Хорольский В.Я., Таранов М.А., Петров Д.В. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов. Р-н-Д.: Терра, 2004. 168 с.

99. Черевко А.И., Гаврилов Д.А. Математическая модель автономного инвертора с трансформатором вращающегося магнитного поля в MatLab Simulink.// Электротехника., 2005. Хо 11, с. 31-40.

100. Черевко A.K, Казакевич A.K, Семенов Д.Н. Схемотехническая модель автономного инвертора с трансформатором вращающегося магнитного поля в MICRO САР 7.// Доклад на VIII РНТК «ЭМС-2004», с. 193-197.

101. Черевко А.К, Лимонникова Е.В. Математическая модель компенсатора несимметрни на базе трансформатора вращающегося магнитного поля с двумя первичными ортогональными обмотками в Matlab-81ти1тк//Доклад на VIII РНТК «ЭМС-2004», СПб., 2004.

102. Черевко А.К, Семенов Д.К, Казакевич А.К Схемотехническая модель выпрямителя с трансформатором вращающегося магнитного поля в MICRO САР 7.// Доклад на VIII РНТК «ЭМС-2004», с. 197-201

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

104. Численные методы. Анализ, алгебра, обыкновенные дифференциальные уравнения), Н.С. Бахвалов. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука». М.: Наука, 1973. 632 с.

105. Шалимов М.П., Панов В.И. "Сварка Вчера, Сегодня, Завтра". Екатеринбург, 2006

106. Шнырев А. П., Козлов Ю. С. Технологические основы сварочных процессов 152 стр., 2002 г. Издательство: Агар

107. Электродуговая сварка // Энергетическое сварочное строительное оборудование. М., 2007. URL: http://sk-energo.ru/elektrodugovayasvarka (дата обращения: 21.04.09).

108. Электротехнический справочник / Отв. ред. В.Г. Герасимов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 520 с.142