автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Теория, разработка и исследование новых экономичных двухмостовых сварочных выпрямителей с многообмоточными трансформаторами

На правах рукописи

<И-

Сахно Людмила Ивановна

ТЕОРИЯ, РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ ЭКОНОМИЧНЫХ ДВУХМОСТОВЫХ СВАРОЧНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С МНОГООБМОТОЧНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт - Петербург - 2006

Работа выполнена в ОАО "Институт сварки России",

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Богуславский Илья Зеликович;

доктор технических наук, профессор

Коровкин Николай Владимирович;

заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук,

профессор

Васильев Александр Сергеевич.

Ведущая организация: ГУЛ "Всероссийский электротехнический институт"

(г. Москва).

Защита состоится "22" декабря 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.11 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, Главное здание, ауд.284.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет".

Автореферат разослан'

7

НР&^С 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

Общая характеристика работы

Акту альность темы и проблем исследоваия. Рынок сварочной техники и технологии является неотъемлемой частью мировой рыночной системы. К настоящему времени этот рынок составляет не менее 40 млрд долларов США, из которых 30 % приходится на сварочное оборудование. Лидирующее положение на мировом рынке сварочного оборудования стабильно занимает оборудование для дуговой сварки (45 -47 %), причем предполагается, что доля его и дальше будет возрастать. В связи с этим источники питания для дуговой сварки в настоящее время являются одним из наиболее динамично развивающихся видов оборудования.

В диссертационной работе рассматриваются неуправляемые сварочные выпрямители с номинальными токами в диапазоне от 40 А до 300 А. Эти выпрямители широко представлены на рынке сварочного оборудования постоянного тока благодаря сравнительно низкой стоимости, высокой надежности работы в жестких условиях эксплуатации и высокой ремон-тоспособности. Практически все фирмы, занимающиеся производством сварочного оборудования, имеют в номенклатуре своих изделий неуправляемые сварочные выпрямители. На международных выставках сварочного оборудования, проходивших в г. Санкт-Петербурге за последние 10 лет, они составляли не менее 20% представленного оборудования. В связи с этим постоянно ведутся работы в направлении совершенствования сварочных выпрямителей. К этим направлениям относятся улучшение качества активных материалов, полупроводниковых элементов и компьютеризация управления источником питания. По-прежнему актуальной остается проблема снижения массы источников питания из-за неуклонного роста стоимости активных материалов. Ещё одна проблема связана с необходимостью снижения тока, потребляемого из сети при сварке, поскольку возросло количество малых предприятий и отдельных потребителей, использующих при сварке питание от бытовых сетей.

Исследования, проведенные автором настоящей работы совместно с группой сотрудников ИС России по заказам предприятий, занимающихся производством сварочного оборудования, показали, что перспективным направлением уменьшения массы и электропотребления неуправляемых сварочных выпрямителей является использование двухмостовых выпрямителей. Эти выпрямители имеют два диодных моста, на входы которых подаются разные напряжения от двух вторичных обмоток одного трансформатора, а выходы мостов подключены параллельно дуговому промежутку. Один мост двухмостового выпрямителя служит для зажигания и частичного обеспечения рабочего тока дуги, а другой, имеющий пониженное напряжение холостого хода по сравнению с первым, - для обеспечения основной части рабочего тока выпрямителя. Это запатентованное техническое решение позволяет снизить на 20-40% массу сварочного выпрямителя с одновременным снижением электропотребления на 25-30% и создать новый класс неуправляемых сварочных двухмостовых выпрямителей. Они могут питаться от однофазной, двухфазной или трехфазной сети, иметь различные способы регулирования сварочного тока, различные схемы выпрямления и виды статических внешних характеристик. Области применения двухмостовых сварочных выпрямителей также как и традиционных, весьма разнообразны. Они могут применяться для ручной дуговой сварки покрытыми штучными электродами, аргонодуговой и плазменной сварки вольфрамовым электродом, сварки сжатой дугой, механизированной сварки под флюсом и других. В зависимости от ряда показателей сварочного процесса (тип электрода, характер среды, в которой происходит сварка, степени механизации и способа регулирования режима дуги) выпрямитель может иметь пологопадающую или крутопадающую внешнюю характеристику. Возможно создание двухмостовых сварочных выпрямителей, сочетающих в себе оба вида этих внешних характеристик (универсальные сварочные выпрямители). Существенное уменьшение массы, а следовательно, и стоимости двухмостовых сварочных выпрямителей по сравнению с традиционными наряду с сохранением высокой надёжности их работы, повышает конкурентоспособность неуправляемых сварочных выпрямителей и создает хорошие перспективы для их производства и продажи. Актуальность проблемы уменьшения

массы и электропотребления сварочного оборудования подтверждается анализом материалов международных и отечественных выставок сварочного оборудования и конференций, посвященных вопросам разработки нового сварочного оборудования.

Целью диссертационной работы является создание теории новых экономичных двух-мостовых сварочных выпрямителей, которая включает методы расчета электромагнитных процессов во всех элементах этих выпрямителей и экспериментальное исследование устойчивости горения электрической дуги в них. Эта теория необходима для научно обоснованного поиска электрических схем выпрямления, конструкций трансформаторов, разработки теоретических основ расчета и проектирования двухмостовых сварочных выпрямителей. Научная номпна. В диссертационной работе:

- разработан новый класс неуправляемых сварочных выпрямителей - двухмостовые сварочные выпрямители,- которые отличаются от традиционных сварочных выпрямителей уменьшением электропотребления на 25-30% и уменьшением массы до 40% при питании от однофазной сети и до 25% при питании от трехфазной сети,

-показано, что двухмостовые сварочные выпрямители имеют переменный коэффициент трансформации по току и переменное внутреннее эквивалентное сопротивление, зависящие от тока нагрузки,

- введено понятие дополнительной ЭДС в трансформаторе, использование которого позволяет просто и наглядно объяснить влияние конструкции трансформатора на статическую внешнюю характеристику двухмостового сварочного выпрямителя,

-получена новая схема замещения трехобмоточного трансформатора, которая содержит новые элементы - индуктивно связанные катушки и зависимые ЭДС, необходимые для анализа дополнительных ЭДС в трансформаторе,

-проведено сравнение новой схемы замещения трехобмоточного трансформатора и известной трехлучевой схемы, на основании которого получено, что коэффициент взаимной индукции вторичных обмоток трансформатора по потокам рассеяния новой схемы замещения, приведенный к первичной стороне, равен параметру /., трехлучевой схемы замещения,

-получены уравнения многообмоточных трансформаторов, которые в явном виде содержат выражения для дополнительных ЭДС в трансформаторе, и соответствующие этим уравнениям схемы замещения многообмоточных трансформаторов, не содержащие дополнительных идеальных трансформаторов, но позволяющие воспроизводить при расчете любые сложные соединения вторичных обмоток и анализировать влияние конструкции трансформатора на внешнюю характеристику двухмостового сварочного выпрямителя,

- даны способы измерения параметров схем замещения многообмоточных трансформаторов, предложенных в диссертационной работе,

- теоретически и экспериментально показано, что электрическое соединение вторичных обмоток трансформатора, к которым подключены мосты двухмостового сварочного выпрямителя увеличивает устойчивость горения дуги по сравнением с отсутствием такого соединения,

- разработаны конструкции однофазных и трехфазных трансформаторов, обеспечивающих крутопадающую статическую внешнюю характеристику двухмостового сварочного выпрямителя,

- определены диапазоны изменения номинальных сварочных токов, в которых целесообразно применять разработанные конструкции трансформаторов.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработана методика расчета электромагнитных процессов в двухмостовых сварочных выпрямителях, которая необходима для создания этих выпрямителей,

- предложенные в диссертационной работе схемы замещения однофазных и трехфазных многообмоточных трансформаторов могут использоваться при разработке преобразова-

тельных трансформаторов с вторичными обмотками, имеющими между собой сложные соединения,

- созданы и испытаны опытные образцы однофазных двухмостовых сварочных выпрямителей с номинальными токами 100 А, 120 А и 200 А с продолжительностью нагрузки (ГП1) 20%,

- на основе теории, разработанной в диссертации, созданы и успешно эксплуатируются партии однофазных двухмостовых сварочных выпрямителей ВД-80 (номинальный ток

[„= 80 А, продолжительность нагрузки ПН-20%), ВД-130 (/„ = 130 А, ПН=60%) и трехфазный двухмостовой сварочный выпрямитель ВД-300 (1н = 300 А, ПН=40%). Основные положения, выносимые на защиту.

1. Теория двухмостовых сварочных выпрямителей, включающая разработку и исследование электрических схем и конструкций однофазных и трехфазных трансформаторов таких выпрямителей.

2. Свойства двухмостовых сварочных выпрямителей, отличающие их от традиционных двухмостовых выпрямителей, — уменьшение электропотребления и массы, зависимость коэффициента трансформации по току и внутреннего эквивалентного сопротивления от тока нагрузки.

3. Анализ параметров двухмостового сварочного выпрямителя, влияющих на устойчивость горения дуги.

4. Способы получения крутопадающих статических внешних характеристик двухмостовых выпрямителей.

5. Уравнения и новые схемы замещения многообмоточных трансформаторов, содержащие новые параметры - коэффициенты взаимной индукции по потокам рассеяния и по основному потоку и коэффициенты при зависимых ЭДС.

6. Экспериментальные способы определения параметров новых схем замещения многообмоточных трансформаторов.

7. Методика расчета электромагнитных процессов в двухмостовых сварочных выпрямителях.

8. Обоснование выбора конструкции трансформатора для определенного диапазона изменения номинального сварочного тока.

Достоверность теоретических результатов подтверждается:

- совпадением расчетных и экспериментальных значений первичных токов и форм статических внешних характеристик выпрямителей,

- совпадением расчетных и экспериментальных осциллограмм выпрямленных токов в опытных образцах выпрямителей с различными конструкциями трансформаторов. Объект исследования - двухмостовые сварочные выпрямители, включая их статические внешние характеристики и рабочие режимы.

Предмет исследования - электромагнитные процессы в многообмоточных трансформаторах, схемы замещения трансформаторов, расчетное и экспериментальное определение их параметров.

Методы исследования - базируются на использовании общей теории трансформаторов, численных методах расчета электромагнитных полей и электрических цепей, а также на методах измерения электромагнитных параметров электротехнических устройств. Аппробаиия работы. - Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях: на международных научно-технических конференциях "Современные проблемы и достижения в области сварки, родственных технологий и оборудования" (г.Санкт-Петербург, 1992, 1995, 2000, 2002), на семинаре "Прогрессивные технологические процессы и оборудование для сварочного производства" (г.Санкт -Петербург, 1994), на международной научно-технической конференции "Электротехнология XXI века" (г.Санкт-Петербург, 2001) на международных научно-технических конференциях " Power and Electrical Engeneering" (г.Рига, 2001, 2002), на научно-практической конференции "Состояние и проблемы отечественного трансформаторостроения" (г.Санкт-Петербург, 2001), на научном семинаре

кафедры ТОЭ Санкт - Петербургского Политехнического университета (г. Санкт- Петербург, 2005), на заседании секции "Источники питания и системы автоматического управления сварочным оборудованием" межгосударственного совета по сварке и родственным технологиям (г. Санкт-Петербург, 2005).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 34 научных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации - 318 страниц, 100 рисунков и 59 таблиц.

Краткое содержание работы.

Во введении дается краткая характеристика современного состояния рынка сварочной техники, обосновывается актуальность разработки экономичных неуправляемых двух-мостовых сварочных выпрямителей, формулируются цель и задачи работы.

В первой главе излагается принцип работы и обосновываются преимущества новых двухмостовых сварочных выпрямителей, формулируются требования к неуправляемым сварочным выпрямителям для ручной дуговой сварки штучными электродами, дается классификация разработанных в диссертации схем и конструкций трансформаторов двухмостовых сварочных выпрямителей, рассматриваются вопросы создания двухмостовых сварочных выпрямителей.

Преимущества новых двухмостовых сварочных выпрямителей показаны на примере сравнения однофазного традиционного одномостового (рис. 1а) и нового двухмостового (рис.1б) сварочных выпрямителей.

V

а) б)

Рис. 1. Электрическая схема однофазного традиционного одномостового (а) и нового двухмостового (б) сварочных выпрямителей.

В диссертации приведены некоторые сведения о традиционных сварочных выпрямителях для ручной дуговой сварки штучными электродами, которые необходимы для дальнейшего изложения. Электрическая схема традиционного одномостового сварочного выпрямителя (рис.1а) содержит двухобмоточный трансформатор 1, диодный мост 2, сглаживающий дроссель 3 и дуговой промежуток 4. Выпрямленный ток /„ является сварочным током выпрямителя. Выпрямленное напряжение 1!и при некотором значении сварочного тока называют условным рабочим напряжением на зажимах выпрямителя. При ручной дуговой сварке штуч-

ными электродами согласно требованиям стандартов рабочее напряжение £/„ в вольтах и сварочный ток /„ в амперах связаны следующим соотношением I!н — 20 + 0,04/„ (рис.2а, прямая 1). Точка пересечения статической внешней характеристики выпрямителя II „ (/„) (рис.2а, кривая 2) и прямой Vн = 20 + 0,04/я определяет рабочий ток Iр и условное рабочее напряжение IIР выпрямителя при сварке. Вводится понятие крутизны внешней характеристики выпрямителя, которая определяется отношением тока короткого замыкания /,-, выпрямителя к его рабочему току.

Рис.2. Внешние характеристики а) традиционного одномостового и б) нового двухмостового сварочных выпрямителей.

Основные требования, которые предъявляются как к традиционным, так и к новым двухмос-товым неуправляемым сварочным выпрямителям для ручной дуговой сварки штучными электродами состоят в следующем:

напряжение холостого хода выпрямителя составляет 60-80 В,

статическая внешняя характеристика выпрямителя является крутопадающей, то есть < 1,5 (/ю - среднее значение тока короткого замыкания, /р - среднее значение рабочего тока выпрямителя),

отношение минимального мгновенного значения тока сварки ;тт (рис.За) к его амплитудному значению /„ составляет не менее 10%.

Рис.3. Осциллограммы выпрямленных токов а) традиционного одномостового и б) нового двухмостового сварочных выпрямителей.

В отличие от традиционного сварочного выпрямителя (рис. 1а) новый двухмостовой сварочный выпрямитель (рис. 1 б) содержит трехобмоточный трансформатор с первичной 1 и двумя вторичными обмотками 2 и 3. Обмотка 2 соединена с мостом 4 , а обмотка 3 с мостом 5. Выходы мостов 4 и 5 параллельно подключены к дуговому промежутку 6 . Напряжение холостого хода обмотки 2 равно 60 - 80 В, а напряжение холостого хода обмотки 3 приблизительно в 1.5 раза меньше. Обмотка 2 с мостом 4 служат для зажигания и поддержания устойчивого горения дуги, а обмотка 3 с мостом 5 для обеспечения основной части рабочего тока. Для удобства изложения целесообразно назвать обмотку 2 обмоткой высокого напряжения (ВН), а обмотку 3-низкого напряжения (НН). Обмотку ВН с подключенным к ней мостом 4 назовем выпрямителем ВН, а обмотку НН с мостом 5 - выпрямителем НН.

При включении выпрямителя (зажигание дуги) ток начинает протекать по обмотке ВН и диодам 7, 10 и 8, 9 попеременно. Поскольку напряжение холостого хода обмотки ВН и.\хип больше напряжения холостого хода обмотки НН иххнн и оно же устанавливается на выходе моста ВН, диоды И, 12, 13, 14 моста НН большую часть периода не проводят ток. По мере увеличения тока в нагрузке (от зажигания дуги до её нормального горения) напряжение на выходе моста ВН снижается из-за значительного индуктивного сопротивления обмотки ВН и сравнивается с напряжением моста НН. После этого ток протекает весь период как по обмотке ВН, так и по обмотке НН. При этом в один из полупериодов ток проводят диоды 7, 10 и 11, 14, а в другой диоды 8, 9 и 12, 13. На рис.2б показаны статическая внешняя характеристика £/н (/н ) (1) двухмостового сварочного выпрямителя, внешние характеристики выпрямителей НН и,,„(]„„) (2) и ВН иш/(Iшг) (3), полученные при их совместной работе для одного из разработанных двухмостовых сварочных выпрямителей. Рабочий ток /,, складывается из рабочего тока выпрямителя ВН IРни (рис.2б) и рабочего тока выпрямителя НН 1рНН ■ Осциллограммы выпрямленного тока ) и выходных токов выпрямителей ВН (/,,,,) и НН (/„„ ) показаны на рис.Зб. Мгновенное значение выпрямленного тока в однофазном двухмостовом сварочном выпрямителе не уменьшается до нуля за счет сдвига фаз токов ¡аи и /„„ выпрямителей ВН и НН.

Расчетная мощность трансформатора двухмостового сварочного выпрямителя при пренебрежении током холостого хода (он составляет не более 2,5 % рабочего тока) определяется формулой;

где ¿7, и /, - действующие значения напряжения и тока первичной обмотки.

Эта мощность меньше расчетной мощности традиционного одномостового выпрямителя

при /р » Iхх:

где и ж = II ххви - напряжение холостого хода трансформатора одномостового выпрямителя, поскольку в двухмостовом выпрямителе только часть рабочего тока потребляется от обмотки ВН с I]ххви =60 —80 В, а основная часть - от обмотки НН с меньшим напряжением иххнн ■ Разница между значениями мощностей трансформатора, рассчитанных по формулам (1) и (2), зависит от соотношений напряжений холостого хода выпрямителей высокого и низкого напряжения и рабочих токов этих выпрямителей. Для примера на рис.4 даны зависимости отношения расчетных мощностей трансформаторов нового двухмостового и традиционного сварочных выпрямителей при V = ^ххвн от отношения напряжения холостого хода обмоток ВН и НН при сдвиге фаз токов в этих обмотках не более <р, = 5°. В этом случае

ХХНН РНН

(1)

5; =[/,/, *ихх!Р ,

(2)

Зр ® иХХИН I ГШ! У .ХХНН ^ РНН »

где иххнн у^рвя^ххин *1унн - действующие значения, поэтому:

ХХНН * РНН

Зр ^ 11'ВН ] Ц ХХ11Н I ГШ! ^ Р ^ Г Уххвн

Рис. 4. Зависимость расчетной мощности трансформатора от параметров —Ш2- и .

Уххвн 1р

Из зависимостей на рис.4 видно, что, чем меньше значение напряжения XX обмотки НН, тем меньше мощность трансформатора двухмостового выпрямителя по сравнению с мощностью Л'р традиционного. Кроме того, мощность трансформатора двухмостового выпрямителя существенно зависит и от соотношения рабочих токов обмоток ВН и НН. Разница между расчетными мощностями традиционного и двухмостового выпрямителей может превышать 40 %. Уменьшение расчетной мощности трансформатора двухмостового выпрямителя по сравнению с мощностью трансформатора традиционного выпрямителя приводит к уменьшению массы выпрямителя. Кроме того, масса однофазного двухмостового выпрямителя сокращается за счет устранения из схемы сглаживающего дросселя, который обычно составляет до 30 % от массы трансформатора.

Однако параметры ™ , , влияющие на расчетную мощность трансформатора, в

У ХХВ11 IР

значительной степени влияют и на условия зажигания и устойчивость горения дуги, поскольку они влияют на параметр -у12- и вид внешней характеристики выпрямителя. Опыты

показали, что чем меньше значение параметра и больше -, то есть чем больше

иххвн ^ Р

экономия электроэнергии, тем менее устойчиво горит дуга. На устойчивость горения дуги влияет и схема выпрямления.

В связи с этим определение электромагнитных параметров трансформаторов и выбор схемы выпрямления, которые с одной стороны обеспечивают снижение потребляемой мощности и массы по сравнению с традиционным, а с другой стороны, обеспечивают легкое зажигание и устойчивое горение дуги, являются основными задачами при создании двухмос-товых сварочных выпрямителей. Для их решения необходимо:

разработать специальные сварочные трансформаторы, обеспечивающие соответствующие электромагнитные параметры,

исследовать различные варианты электрических схем однофазных и трехфазных двухмостовых сварочных выпрямителей,

определить напряжение XX обмотки III1 и соотношение между рабочими токами выпрямителей ВН и НН, при которых дуга горит устойчиво и легко зажигается, разработать методику расчета двухмостовых сварочных выпрямителей, которая позволяет проектировать оптимальные варианты выпрямителей с заданными номинальными данными.

Среди этих проблем наибольшую трудность вызывает поиск конструкций трансформаторов, электромагнитные параметры которых обеспечивают крутопадающую внешнюю характеристику выпрямителя. Эти трудности вызваны низким значением напряжения холостого хода обмотки низкого напряжения (40 - 45 В), особенно при увеличении номинального сварочного тока и взаимным влиянием токов вторичных обмоток. Получение крутопадающей внешней характеристики двухмостового сварочного выпрямителя явилось основным препятствием при осуществлении простой и ясной идеи питания сварочной дуги постоянного тока от двух обмоток с разными напряжениями холостого хода и разными рабочими токами. Попытки воплощения этой идеи имеются в ряде работ, однако проблема получения крутопадающих внешних характеристик в них не была решена, поэтому двухмостовые выпрямители не нашли применения на практике.

В диссертационной работе эта задача решена путем разработки специальных сварочных трансформаторов, в которых уменьшено взаимное влияние друг на друга вторичных обмоток трансформатора. На рис.5 представлена классификационная схема разработанных в диссертации конструкций трансформаторов, на которой указаны основные признаки классификации и основные типы трансформаторов. Из этой схемы видно, что разработаны шесть типов однофазных (рис.6) и два типа трехфазных трансформаторов (рис.7). Трансформаторы имеют три обмотки - первичную и две вторичные, к которым подключены мосты ВН и НН. Поскольку вторичные обмотки должны иметь разные напряжения холостого хода (XX), разные индуктивности рассеяния и, кроме того, токи, протекающие в них, должны быть сдвинуты по фазе, каждая из этих обмоток выполняется в виде двух секций (иногда более двух), имеющих разные напряжения XX и разные индуктивности рассеяния. Одна из секций каждой вторичной обмотки (секция BHI обмотки ВН и секция ННЗ обмотки НН на рис.6,7) имеет повышенную индуктивность рассеяния. Для этого первичная обмотка и эта секция располагаются на разных стержнях магнитопровода или на одном стержне, но на некотором расстоянии друг от друга. Другие секции вторичных обмоток (BHII и HH1I на рис.6,7) располагаются поверх первичной обмотки и имеют существенно меньшие индуктивности рассеяния, чем секции BHI и HHI. Они служат для получения требуемого напряжения XX обмоток ВН и НН. Если используется электрическая схема выпрямления с электрически соединенными вторичными обмотками, то в трансформаторе имеется дополнительная секция ВНН (общая для обмоток ВН и НН), которая располагается поверх секции BHI обмотки ВН. Секции BHI, BHII и ВНН соединяются последовательно и согласно, также как и секции HHI, ННИ и ВНН. Каждую секцию вторичных обмоток трансформатора формально можно рассматривать как отдельную обмотку, поэтому трансформаторы двухмостовых сварочных выпрямителей являются многообмоточными. Каждый из трансформаторов на рис.6,7 предназначен для работы в определенном диапазоне изменения рабочего тока. Разнообразие конструкций однофазных трансформаторов обусловлено трудностями получения крутопадающей внешней характеристики двухмостового сварочного выпрямителя в широком диапазоне изменения номинальных сварочных токов. Для создания двухмостовых выпрямителей, в которые входят указанные конструкции трансформаторов, необходим расчет и анализ электромагнитных процессов во всех элементах выпрямителя. Исходными данными для расчета являются номинальный сварочный ток, диапазон и способ регулирования сварочного тока, продолжительность нагрузки выпрямителя (ПН), напряжения холостого хода обмоток. Для выполнения таких расчетов необходимы схемы замещения многообмоточных трансформаторов, представленных на рис.6,7.

Рис.5. Классификация конструкций трансформаторов

а)

б)

в)

V

г-з

Д) е)

Рис.6. Конструкции однофазных трансформаторов.

1- первичная обмотка, 2- секция ВН1, 2'- секция ВНН, 3 -секция НН1, 3'- секция ННИ, 4-магнитный шунт, 5- секция ВИН, которая используется при электрическом соединении обмоток высокого и низкого напряжения.

Рис.7. Конструкции трехфазных трансформаторов, а) 1 -первичная обмотка, 2- секция BHI, 2'-секция BHII, 3-секция HHI, 3'-секция ШШ, 4-неподвижный магнитный шунт, 5- подвижный магнитный шунт.

Во второй главе диссертации проводится анализ известных схем замещения многообмоточных трансформаторов без учета намагничивающего тока и разрабатываются новые схемы замещения таких трансформаторов для расчета двухмостовых сварочных выпрямителей.

Теория и вопросы практического применение схем замещения трансформаторов даны в работах Марквардта Е.Г, Петрова Г.Н., Иванова-Смоленского A.B., Костенко М П., Пиотровского JI M., Вольдека А.И., Пинцова А.М., Лейтеса JI В., Лурье А.И., Горева A.A., Костенко М.В., Васютинского С.Б., Шакирова М.А., Александрова Г.Н. и других. Известные схемы замещения многообмоточных трансформаторов основаны на приведении уравнений трансформатора к первичной обмотке. Наиболее широко используется построенная таким образом схема замещения трехобмоточного трансформатора - трехлучевая звезда. Известны точные схемы замещения многообмоточных трансформаторов, представляющие собой многоугольники с непересекающимися диагоналями. Большое распространение получили приближенные древовидные схемы замещения, которые в отличие от точных схем имеют более простую структуру и не содержат замкнутых контуров, вызывающих определенные трудности при расчете. Однако известные схемы замещения практически не применимы для разработки конструкций трансформаторов двухмостовых сварочных выпрямителей из-за громоздкости получающихся формул и трудности их анализа. Кроме того, анализ электромагнитных процессов в сварочных трансформаторах с использованием этих схем усложняется в связи с необходимостью введения в схему замещения идеальных трансформаторов.

В диссертационной работе предлагаются схемы замещения многообмоточных трансформаторов, которые в отличие от известных схем позволяют при расчете воспроизводить любые сложные соединения вторичных обмоток без введения идеальных трансформаторов. Формулы для определения параметров схем замещения просты, что позволяет наглядно объяснять процессы в трансформаторе с целью поиска подходящей конструкции.

Для получения схемы замещения л - обмоточного трансформатора любой режим его работы представляется в виде наложения режимов работы (л-1)-го двухобмоточного трансформатора, каждый из которых имеет первичную обмотку многообмоточного трансформатора и одну из его вторичных обмоток. Такое представление дает возможность воспользоваться классическими уравнениями двухобмоточного трансформатора и записать уравнения многообмоточного трансформатора в виде системы уравнений (я -1) - ого порядка относительно неизвестных вторичных токов. Каждое уравнение этой системы является уравнением двухобмоточного трансформатора, параметры которого приведены к вторичной обмотке. Эти уравнения дополнены членами, обусловленными взаимным влиянием указанных двух-обмоточных трансформаторов. С этой целью введено понятие дополнительной (по сравнению с ЭДС холостого хода трансформатора) ЭДС на разомкнутых зажимах каждой вторичной обмотки одного двухобмоточного трансформатора, вызванной протеканием тока по об-

моткам всех других двухобмоточных трансформаторов, заменяющих п- обмоточный трансформатор. В диссертации показано, что для составления схемы замещения многообмоточного трансформатора необходимо получить выражения для дополнительных ЭДС на разомкнутых зажимах вторичных обмоток в трехобмоточном трансформаторе. Эти выражения зависят от конструкции трансформатора. В диссертации получены выражения для дополнительных ЭДС трехобмоточных трансформаторов с обмотками 1, 2, 3 на рис.6, 7 которые входят в состав многообмоточных трансформаторов двухмостовых сварочных выпрямителей. Для получения этих выражений использовались результаты экспериментальных исследований.

Проиллюстрируем применение этого подхода на примере однофазных двухобмоточных трансформаторов на рис.8а, б (1-первичная обмотка, 2, 3 - вторичные обмотки), которые отличаются взаимным расположением секций первичных обмоток и вторичных обмоток. Секции первичной обмотки соединены последовательно и согласно. В соответствии с изложенным подходом для получения схемы замещения необходимо составить уравнение равновесия ЭДС на зажимах вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора, в которое следует ввести выражение для дополнительной ЭДС, которая вызвана током, протекающим в другой вторичной обмотке. С целью получения этого выражения были проведены измерения ЭДС на разомкнутых зажимах обмотки 3 в опыте, схема которого показана на рис.9а.

91

а) б)

Рис.8. Магнитные потоки в трансформаторах: Ф0 - основной магнитный поток, Ф„,,Ф„2 магнитные потоки рассеяния, условно отнесенные к первичной и вторичным обмоткам, ФЛЗ, - дополнительный магнитный поток в разомкнутой обмотке 3 в режиме 1-2.

Результаты измерения представлены на рис.9б в виде зависимости отношения действующего значения ЭДС на разомкнутой обмотке 3 (Е}) при протекании тока в обмотке 2 к ЭДС XX этой обмотки при разомкнутой обмотке 2 ( Еххз) от действующего значения тока в обмотке 2 (/2) . Из этих зависимостей видно, что при прохождении тока по обмотке 2 ЭДС на зажимах разомкнутой обмотки 3 уменьшается по сравнению с Еххъ для конструкции на рис. 8а, и увеличивается для конструкции на рис.8б. Поскольку индуктивные сопротивления рассеяния обмоток исследуемых трансформаторов значительно больше их активных сопротивлений, можно предположить, что изменение напряжения на зажимах обмотки 3 в основном обусловлено дополнительным (по сравнению со случаем, когда она разомкнута) потоком, вызванным током в обмотке 2 и сцепляющимся с витками обмотки 3. На рис.8 показаны некоторые линии поля рассеяния этих трансформаторов, полученные численным методом. Для конструкции на рис.8а направление поля рассеяния, сцепляющегося с обмоткой 3, противоположно направлению основного магнитного поля, а для конструкции на рис.8б направления

а

<5

43 08 07 Вб 0,5

2

ч

V1

\ \

\

и к

10 20 30 V ¡0 60 ГО й)

а) б)

Рис.9. Результаты измерения ЭДС на разомкнутых зажимах обмоток 3 трансформаторов, а) схема измерений, б) результаты измерений: 1-для конструкции 8а, 2- для конструкции 86, //01,/ю-,-токи короткого замыкания.

этих полей совпадают. Поток рассеяния ФД32 в режиме 1-2, который пересекает витки обмотки 3, является дополнительным потоком, который изменяет ЭДС на разомкнутых зажимах обмотки 3. Эту ЭДС можно представить в виде:

' с/1 с/!

(5)

где и'3 - количество витков обмотки 3, 1Р,32 - потокосцепление дополнительного потока Ф43, с обмоткой 3 в режиме 1-2.

Используя уравнения двухобмоточного трансформатора для определения члена чим выражение для ЭДС в виде:

Л

полу-

к к 2 ■>• I

(6)

к„ = — - коэффициенты трансформации двухобмоточных трансформаторов с

и',

<Л{ к,з

где ¿2- ток во вторичной обмотке 2, /-,- активное сопротивление первичной обмотки 1,

*12--

IV.

обмотками I, 2 и 1, 3, №„»¡,»5 - количества витков обмоток 1, 2, 3, Ч/а,2- поток рассеяния в режиме 1-2, условно отнесенный к обмотке 1.

Потокосцепления Ч^ и 1РЛМ в (6) пропорциональны току в обмотке 2. Введем понятие коэффициента взаимной индукции вторичных обмоток 2 и 3 как коэффициента пропорциональности между током в обмотке 2 и потокосцеплением :

о;12 Ш _ Х Д32 ~ '

(?)

В этом выражении М„,32 -условно назван коэффициентом взаимной индукции обмоток 2 и 3 по потокам рассеяния в режиме 1-2. В диссертации принято, что Маи, > 0, если основной поток Ф„ и дополнительный поток в обмотке 3 ФД32 направлены встречно, и М„1п < 0, если

Ул

обмотки 3:

и потоки Ф0 и Фл„ направлены согласно. Тогда ЭДС на разомкнутых зажимах

= ед.ТЗ - 4,132 % - >2 ■ (8)

СЙ к12ка

В этом выражении е.,, = -ЛУ„132 —2--'2 —~— - дополнительная ЭДС на зажимах обмотки

Ш »12*13

3, обусловленная потоком рассеяния и падением напряжения на первичной обмотке в режиме 1-2. Аналогичное выражение можно получить и для режима 1-3. В комплексном виде дополнительные ЭДС на разомкнутых зажимах вторичных обмоток 2 и 3 можно представить в виде:

г,

какл1

Ет = -——-А

(9)

где /2,/3 - токи во вторичных обмотках 2, 3, М- условно назван коэффициентом взаимной индукцин по потокам рассеяния обмоток 2 и 3 в режиме 1-3, (о - круговая частота.

В выражении (9) член - ]аМравен ЭДС, которая наводится на разомкнутых зажимах обмотки 2 потоком рассеяния в режиме 1-3, а член -,/йЛ/„В2/2- ЭДС, которая наводится потоком рассеяния в режиме 1-2. Член — -——/3 показывает, что при протекании то-

12 13

ка по обмоткам 1 и 3 ЭДС на разомкнутой обмотке 2 меньше ЭДС холостого хода этой обмотки из-за падения напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки этого двухобмоточного трансформатора. Многочисленные эксперименты показали, что М

„из и коэффициент взаимной индукции Л/не зависит от токов в обмотках

трансформатора.

С учетом (9) уравнения трехобмоточного трансформатора имеют вид: ) I ^п^и

¿«•з =\М ТГ+ | + ТГ + га Л +Т-Г"/з

. к1 °Ч к1 3 к к

^ я13 У я|3 ) 12 13

(10)

где ЁХХ2,ЁХХЗ- ЭДС холостого хода обмоток 2 и 3, гн2,¿Н1 - сопротивления нагрузки, подключенной к обмоткам 2 и 3, Ьа1, Ь„г, Ьа1- индуктивности рассеяния, условно отнесенные к обмоткам 1, 2, 3, г2, г3 - активные сопротивления обмоток 2 и 3.

В этих уравнениях параметр jeo\ + 1,аг ] + + г2 = +г"2 = г"|2 представляет собой

\ 12 ) 12

приведенное к вторичной стороне комплексное сопротивление короткого замыкания двухобмоточного трансформатора с обмотками 1 и 2, а параметр

_/<у( + 1.а1 | + + = УйЛ'п +1" =г"-1з - приведенное к вторичной стороне комплексное ^13 ) *»

сопротивление короткого замыкания трансформатора с обмотками 1 и 3. Уравнения (10) дают возможность заменить каждый из рассмотренных трехобмоточных трансформаторов двумя двухобмоточными, имеющими общую магнитную систему. Взаимное влияние этих трансформаторов формально привело к связи индуктивностей рассеяния в этих уравнениях путем взаимной индукции. Уравнениям (10) поставлена в соответствие

электрическая схема на рис. 10а, в которой помимо активных сопротивлений, индуктивно связанных элементов и независимых источников ЭДС имеются зависимые источники ЭДС

Ыи

-Л-

У/2 С )

Г" _I

Г» К,¿Ко1*

а) б)

Рис. 10. Схемы замещения однофазных трехобмоточных двухстержневых трансформаторов а) без магнитного шунта, б) с магнитным шунтом, в) трехстержневого трансформатора

В диссертационной работе теоретически показано, что параметр Л/ст123 равен параметру Ь,

к к

12 13

трехлучевой схемы замещения. Этот вывод подтвержден экспериментально.

В однофазном трехобмоточном двухстержневом трансформаторе с магнитным шунтом (рис.бв) дополнительные ЭДС на разомкнутых вторичных обмотках можно представить в виде:

Еиг = -У^озгА

(П)

где М„, =МЮЗ к-

Л„.

- условно называется коэффициентом взаимной индукции вторич-

ных обмоток по основному магнитному потоку, Кш - магнитное сопротивление шунта. Член -]аМтг1г обусловлен основным магнитным потоком, который ответвляется в магнитный шунт в режиме 1-2, а член - /&Л/<123/2 - магнитным потоком, который ответвляется в магнитный шунт в режиме 1-3. Индекс "0" в обозначении этого коэффициента показывает, что дополнительные ЭДС вызваны основным магнитным потоком, а не потоком рассеяния как в предыдущем случае.

Уравнения трехобмоточного трансформатора с магнитным шунтом имеют вид:

, } К\5Л11

= ]а>1.т1г +ушМ<т12 + ~ + Л, +

где + [ —г— + г2 1 = р - приведенное к вторичной стороне комплексное сопротивление № )

короткого замыкания двухобмоточного трансформатора с обмотками 1 и 2 и магнитным шунтом, а ]ы!.„ъ + + = и " приведенное к вторичной стороне комплексное сопротивление короткого замыкания двухобмоточного трансформатора с обмотками 1 и 3 и маг. и',2

НИТНЫМ шунтом, Ьт «-, ¿„з и——.

Кщ Ящ

Схема замещения однофазного трехобмоточного трансформатора с магнитным шунтом, соответствующая уравнениям (12), показана на рис.106.

В однофазном трехобмоточиом трехстержневом трансформаторе с первичной обмоткой на среднем стержне и вторичными обмотками, расположенными на разных крайних стержнях (рис.б.д), дополнительные ЭДС на разомкнутых вторичных обмотках определяются

№ И'

формулой (11), в которой Д-/1а =М02, и---—---коэффициент взаимной индукции обмоток 2 и 3 по дополнительному основному магнитному потоку, магнитные сопротивления частей магнитопровода. В этом случае члены - и - ]сч\{„2]12 обусловлены перераспределением основного магнитного потока между крайними стержнями магнитопровода.

Уравнения трехобмоточного трехстержневого трансформатора имеют вид: ¿XV 2 =(л" 12 +У'^о2)Л +>"^023 А Л + 'н.Л

¿XXI = (г>1 + + я)! ъ +-~~'1,+2и21г

(13)

где jo]Lra + joJL^n+= - приведенное к вторичной стороне комплексное сопротивление короткого замыкания трансформатора в режиме 1-2, з + + ^ +- г3 ^ = приведенное к вторичной стороне комплексное сопротив-

и>2

ление короткого замыкания трансформатора в режиме 1-3, /,ю =--- и 1."12 - индуктивности, определяемые основным магнитным потоком и потоком рассеяния трансформато-

и-2

ра в режиме 1-2, А03 =--- и /."и - индуктивности, определяемые основным маг-

+

нитным потоком и потоком рассеяния в режиме 1-3 .

Уравнениям (13) поставлена в соответствие электрическая схема на рис.Юв. Принимая во внимание выражения для дополнительных ЭДС трехобмоточных трансформаторов (9) и (11), уравнения и- обмоточного трансформатора с произвольной конструкцией магнитной системы представлены в виде:

Л|2ЛН л12л1/> "12 1л

Л13Л1Э лплм

+ +... + +7'т\/,з(,/(, +... + 7 йЛ/,3„/„ +г„,/3

^ г ; г.

+ иЛ + - + +■■■ + 1...../.-1 +

где /.*„ = /,"|я + /.[|и - индуктивность двухобмоточного трансформатора с обмотками 1 и п в режиме короткого замыкания, первое слагаемое £*и = —+ в этом выражении опреде-

к

7 , Г1

ляется потоком рассеяния, а второе Л0„- основным магнитным потоком, г|л =—+ Л - активное сопротивление указанного двухобмоточного трансформатора в режиме короткого замыкания, =МгХрп+ А{0рп- коэффициент взаимной индукции л-ой и р -ой вторичных

обмоток трехобмоточного трансформатора с обмотками I, п, р, первое слагаемое Ма1р„ которого определяется магнитным потоком рассеяния, а второе М,,р„ - основным магнитным потоком.

Уравнениям (14) поставлена в соответствие электрическая схема на рис.11. В диссертационной работе показано, что уравнения (10), (12), (13) являются частными случаями уравнений (14). Уравнения (14) и соответствующая им схема замещения позволяют рассчитать электромагнитные процессы в любой конструкции трансформатора двухмостового сварочного выпрямителя.

В третьей главе даны способы измерения и расчета параметров новых схем замещения трехобмоточных трансформаторов, разработанных в диссертации, - коэффициента

—'—, входящего в зависимые ЭДС, и коэффициента взаимной индукции по потокам рассеяния или основному потоку Л/0,3.

В основе первого способа измерения указанных параметров в схеме замещения двух-стсржневого трехобмоточного трансформатора с обмотками 1, 2, 3 лежат опыты короткого замыкания в режимах 1-2, 1-3 и опыт короткого замыкания вторичных обмоток 2 и 3, соеди-

г

ненных последовательно и согласно (режим 1-(2+3)). Коэффициент —'■— в выражении для

зависимой ЭДС определяется по формуле:

ж _ _ г"

г\ г1.?+3 12 'н

(15)

кпкп 2 коэффициент взаимной индукции по потокам рассеяния: / * - /" -I"

=---, (16)

где г"2,1"а ,, - активное сопротивление и индуктивность рассеяния трансформатора в режиме 1-2, /|",/,"н - активное сопротивление и индуктивность рассеяния трансформатора в режиме 1-3, з,£"1,2+3 - активное сопротивление и индуктивность рассеяния трансформатора при коротком замыкании последовательно и согласно соединенных обмоток 2 и 3.

Второй способ измерения параметров схемы замещения трехобмоточного трансформатора основан на следующих формулах, полученных в результате сравнения новой и трехлучевой схем замещения:

, _ ГП +<3 ~Гд 2

/' +/' -V ' (17)

2*1:А13

где , г'а - индуктивность и активное сопротивление трансформатора в режиме 2-3.

Кроме того, разработан приближенный метод измерения коэффициента взаимной индукции для сварочных трансформаторов, у которых юЦ2 » г"г, саЛ," » г13. Его можно найти из опыта короткого замыкания одной вторичной обмотки при разомкнутой другой:

= , Л/оШ = , (18)

где ЕХХ2,Е2- действующие значения ЭДС на разомкнутой обмотке 2 при разомкнутой и замкнутой накоротко обмотке 3, /газ-действующее значение тока короткого замыкания в обмотке 3 при разомкнутой обмотке 2, Е,сгз, Е3 - действующие значения ЭДС на разомкнутой обмотке 3 при разомкнутой и замкнутой накоротко обмотке 2, Iа2 -действующее значение тока короткого замыкания в обмотке 2 при разомкнутой обмотке 3.

Формулы (18) использовались для определения параметра Л-/„„ двухстержневого трансформатора с шунтом (рис.бв) и трехстержневого трансформатора (рис.6.д,е). В диссертационной работе рассмотрены особенности измерения индуктивностей рассеяния /."|2>/,"п трехстержневого трехобмоточного трансформатора.

Результаты измерения параметров схем замещения трехобмоточных двухстержневых сварочных трансформаторов тремя указанными способами отличаются на 2-5 %.

Расчет параметров новых схем замещения выполняется по формулам (15)-(17). Индуктивности рассеяния в этих формулах определяются на основе численного расчета плоскопараллельного магнитного поля рассеяния трансформатора. При определении активных сопротивлений в формулах (15)-(17) учитываются добавочные потери в обмотках трансформаторов.

В четвертой главе даются результаты теоретических и экспериментальных исследований схем и режимов работы двухмостовых сварочных выпрямителей. Расчет электромагнитных процессов в выпрямителях проводился численным методом с использованием разработанных схем замещения трансформаторов. В качестве примера на рис. 12а приведена электрическая схема двухмостового выпрямителя с четырехобмоточным трансформатором, а на рис. 126 - конструкция трансформатора.

Пост 6Н

и^гт а)

ИН1

Рис.12. Электрическая схема двухмостового сварочного выпрямителя (а), конструкция

трансформатора (б).

Схема замещения четырехобмоточного трансформатора получена на основе схемы замещения п - обмоточного трансформатора на рис. 11 при и = 4 . В соответствии с теорией, изложенной во второй главе, этот трансформатор при расчете следует заменить тремя двухобмо-точными трансформаторами. Каждый из этих двухобмоточных трансформаторов имеет первичную обмотку, совпадающую с первичной обмоткой исходного четырехобмоточного трансформатора, и вторичную обмотку, совпадающую с одной из вторичных обмоток ВН, НН1 или НН11 исходного трансформатора. ЭДС XX на зажимах вторичных обмоток этих трансформаторов обозначены как Ёт, ¿„„,, Ётт , а параметры короткого замыкания, приведенные к своим вторичным обмоткам, - как г"в„т, г"„ш,нш, нт,. В обмотке ВН протекает ток /БН, а в последовательно соединенных обмотках НШ и 111111 ток /нн . Индуктивности рассеяния двухобмоточных трансформаторов , пш, тт связаны через магнитные поля рассеяния. Эти связи характеризуются коэффициентами вза-

имной индукции Ма

М„

7. М.

,. Кроме того, необходимо учесть зависи-

мые ЭДС, вызванные падением напряжения на первичных обмотках каждого из трех двух-

Г Г Г Т

обмоточных трансформаторов: --/,„,, ——-/ня , -—;-/ш, --/ни,

-/„„. В этих выражениях коэффициенты трансформации определяют-

ся соотношениями квн = —1 , лит

И'

-к

-, где - количе-

к

* паи — вн "тп "ниц

ство витков первичной обмотки и секций ВН, НН1, НН11. Принимая во внимание последовательное и согласное соединение секций НН1 и ННН обмотки низкого напряжения, схема замещения трансформатора и расчетная схема выпрямителя принимают вид на рис. 13.

7ра нарормашр П,8»

Г, у Г, |

Рис. 13. Расчетная схема выпрямителя.

Расчетную схему на рис. 13 можно упростить, принимая во внимание результаты измерения параметров схемы замещения трансформатора, которые показали, что вн.ннп <<; Мп\ ип,ши п МпЛ ии11ит «Ма\ ВН Нт и объединяя последовательно соединенные источники ЭДС. Упрощенная расчетная схема показана на рис.14. Эта схема достаточно проста по сравнению с известной схемой замещения в виде четырехугольника с непересекающимися диагоналями, которая приведена, например, в работах Васютинского С.Б., поэтому ее удобно использовать для исследования влияния конструкции трансформатора на внешнюю характеристику выпрямителя.

Рис.14. Упрощенная расчетная схема двухмостового сварочного выпрямителя.

В четвертой главе рассматриваются две основные схемы однофазного двухмостового сварочного выпрямителя - схемы с электрически несвязанными (рис. 16) и связанными между собой вторичными обмотками (рис. 15а). В трехфазном двухмостовом выпрямителе используются традиционные схемы трехфазного выпрямления - соединение обмоток трансформатора треугольником и звездой. Для каждой схемы выпрямления получены эквивалентные (расчетные) схемы с учетом разработанных схем замещения трансформаторов. Для всех предложенных в диссертации схем выпрямления и конструкций трансформаторов даются осциллограммы выпрямленных токов, напряжений и токов в диодах и всех секциях обмоток трансформаторов, а также все параметры, характеризующие работу выпрямителя.

Рис. 15.Электрическая схема (а) и осциллограммы токов в обмотках трансформатора (б).

В диссертации показано, что электрическое соединение вторичных обмоток высокого и низкого напряжения дает широкие возможности для увеличения минимального мгновенного значения выпрямленного тока, что повышает устойчивость горения дуги. Осциллограммы токов в этой схеме показаны на рис.156. Увеличение минимального мгновенного значения выпрямленного тока в этой схеме по сравнению со схемой, в которой обмотки ВН и ПН электрически не связаны между собой, достигается как за счет увеличения сдвига фаз токов в этих обмотках, так и за счет того, что на интервалах периода изменения выпрямленного тока, где его мгновенные значения достигают своего минимального за период значения, этот ток формируется под воздействием повышенных напряжений холостого хода выпрямителей по сравнению с теми, которые формируют выпрямленный ток на остальных интервалах периода. В схеме с электрически несвязанными между собой вторичными обмотками (рис.1б) для выбранной конструкции трансформатора сдвиг фаз токов /ен и (,„, в выпрямителях ВН и НН однозначно определяется основными параметрами выпрямителя - рабочим током выпрямителя, напряжешими XX выпрямителей высокого и низкого напряжений, рабочими токами этих выпрямителей и крутизной внешней характеристики выпрямителя. В схеме с электрически связанными вторичными обмотками можно получить разные сдвиги фаз токов выпрямителей ВН и НН при одинаковых основных параметрах двухмостового выпрямителя за счет изменения соотношения количества витков в секциях ВН, НН и ВНН. Применение этой схемы позволяет расширить номенклатуру марок электродов, которые можно использовать для получения устойчивого горения сварочной дуги при низком уровне электропотребления.

Экспериментальные исследования показали, что для легкого зажигания и устойчивого горения дуги в двухмостовых сварочных выпрямителях необходимо, чтобы напряжение XX обмотки НН составляло не меньше 40 В, минимальное мгновенное значение выпрямленного

тока не менее 10 % от амплитуды выпрямленного тока, а рабочие токи в обмотках ВН (I ет ) и НН (1РШ,) были связаны с рабочим током (/,„,) соотношением:

¡„„г » 30%1,!РУ 1Ш№ « 70%/ 1/р. (19)

Опыты подтвердили, что при напряжении холостого хода обмотки низкого напряжения не более 45 В ток, потребляемый из сети двухмостовым выпрямителем в рабочем режиме, на 25-30 % меньше, чем традиционного одномостового. Погрешность расчета внешних характеристик двухмосговых выпрямителей не превышает 10%.

В пятой главе исследуется влияние конструкций трансформаторов на внешние характеристики двухмостовых выпрямителей.

В диссертации показано, что главную роль при получении крутопадающей внешней характеристики выпрямителя играют дополнительные ЭДС. Для характеристики этих ЭДС введены коэффициенты связи вторичных обмоток трехобмоточного трансформатора по потокам рассеяния к,.„ = = или основному потоку ксв - . Влияние коэффици-

ЛГ-'оП^Ы 3 л/АпА»

ента связи на вид внешней характеристики иллюстрируют кривые на рис. 16а. Они получены расчетным путем при постоянстве и !."1НИ в цепях ВН и НН. Из этого рисунка видно,

что если ксв > 0 увеличение коэффициента связи уменьшает крутизну внешней характеристики. Важный вывод, сделанный из этих расчетов и подтвержденный экспериментально, состоит в том, что при определенном коэффициенте связи крутопадающую внешнюю характеристику можно получить только в определенном диапазоне изменения рабочего тока выпрямителя. Например, при ксв - 0,8 изменение индуктивностей рассеяния не позволяет получить крутопадающую характеристику при рабочем токе 100 А, Их,;,,,, = 45 В, /,,,„, = 0,71Р ни при каких значениях индуктивностей рассеяния в цепях ВН и НН. Для получения крутопадающей внешней характеристики необходимо уменьшить коэффициент связи, следовательно, перейти к другой конструкции трансформатора. Расчетные и экспериментальные исследования показали, что в однофазных двухстержневых трансформаторах с симметричным расположением вторичных обмоток (рис.бв) Л/0|2, > 0, Л/023 > 0 и дополнительные ЭДС играют отрицательную роль при получении крутопадающих внешних характеристик. При несимметричном расположении вторичных обмоток (рис.бг) Маиг <0 и дополнительные ЭДС положительно влияют на получение крутопадающей внешней характеристики. Это связано с тем, что в первом случае при включении выпрямителя дополнительные ЭДС, вызванные токами в обмотке ВН, уменьшают ЭДС на зажимах обмотки НН, а во втором случае -увеличивают. Наилучшими возможностями получения крутопадающей внешней характеристики обладает однофазный трехстержневой трансформатор, в котором ЭДС, определяемая основным магнитным потоком, один раз меняет знак при изменении нагрузки от холостого хода до короткого замыкания. На основании проведенных исследований и имеющегося опыта составлена таблица 1 предпочтительных конструкций трансформаторов в определенных диапазонах изменения тока. В этой таблице знак "+" соответствует конструкции трансформатора, которую целесообразно применять в соответствующем диапазоне изменения номинальных сварочных токов.

В шестой главе рассматриваются особые свойства двухмостовых сварочных выпрямителей, отличающие их от традиционных одномостовых и двухмостовых, и приводятся сведения о разработанных двухмостовых сварочных выпрямителях.

К особым свойствам двухмостовых сварочных выпрямителей относятся следующие:

- параллельное включение (через диодные мосты) двух вторичных обмоток трансформатора, имеющих разные напряжения холостого хода, на одну нагрузку,

- зависимость коэффициента трансформации тока выпрямителя от тока нагрузки,

- зависимость эквивалентной индуктивности выпрямителя от тока нагрузки,

- способность однофазного двухмостового выпрямителя обеспечивать отличные от нуля мгновенные значения выпрямленного тока в любой момент времени при отсутствии сглаживающего дросселя в цепи постоянного тока.

Рис. 16. Влияние коэффициента связи на а) внешнюю характеристику и б) эквивалентную внутреннюю индуктивность двухмостового выпрямителя при L'I Htl — const, /,", = const

_Таблица 1

Тип трансформатора Однофазный Трехфазный

двухстержневой с секциями вторичных обмоток BHI и HHI, расположенными Трех-стержневой

на одном стержне на разных стержнях

BIИ на расстоянии от HHI симметри чно несимметрично

Диапазон изменения номинального рабочего тока 40-100, А + + + - -

60-130, А - + + - -

60-170, А - - + + -

60-200, А - - - + +

80-300, А - - - - +

Благодаря этим свойствам уменьшены электропотребление и масса этих выпрямителей по сравнению с традиционными сварочными выпрямителями при выполнении всех требований, предъявляемых к сварочным выпрямителям.

Коэффициент трансформации тока к, =—который равен отношению действующего

Л

значения тока нагрузки к действующему значению первичного тока, в относительных единицах определяется формулой:

= (го)

* 1

где к' =-

и,

V г

— , кви и кии коэффициенты трансформации двухобмоточных транс-

форматоров с обмотками 1, ВН и 1,НН, к', =

В диссертации представлена зависимость относительного коэффициента трансформации

к' = —— двухмостового выпрямителя от относительного тока нагрузки /," = , справед-

^ви 1р

ливая для большинства разработанных в диссертации двухмостовых выпрямителей (рис.17). Из этой зависимости следует, что при рабочем токе (Iн = 1Р, 1"и = 1) этот коэффициент увеличивается приблизительно на 30 %, следовательно, на такую же величину уменьшается первичный ток по сравнению с одномостовым выпрямителем, у которого напряжение холостого хода равно напряжению холостого хода обмотки ВН и коэффициент трансформации равен квн .

<1

V 1,2

¥ 1,0

*

\ 1

1

1

£

£

0,2 0,4 0,6 О,! 1,0 1,2 Ц

Рис.17. Зависимость коэффициента трансформации двухмостового выпрямителя оттока

нагрузки.

Получено, что эквивалентная индуктивность двухмостового выпрямителя зависит от тока нагрузки, а вид этой зависимости в значительной степени определяется коэффициентом связи вторичных обмоток трансформатора. В диссертации представлены зависимости эквивалентной индуктивности двухмостового выпрямителя от тока нагрузки (рис.166) для нескольких значений коэффициента связи, которые поясняют причину влияния конструкции трансформатора на вид внешней характеристики выпрямителя.

Параметры разработанных в диссертации однофазных двухмостовых сварочных выпрямителей, номинальные токи которых составляют 80 А, 100 А, 130 А, 200 А и трехфазного выпрямителя с номинальным током 300 А приведены в таблице 2.

Разработанные двухмостовые сварочные выпрямители

Таблица 2.

Наименование параметра Тип выпрямителя

ВД-80 | ВД-100 | ВД-130 ВД-200

Напряжение питающей сети, В 220 220/380

Напряжение XX выпрямителя (выпрямителя ВН), В 66 65 65 65

Напряжение XX выпрямителя НН, В 38 40 40 45

Номинальный сварочный ток, А 80 100 130 200

Рабочее напряжение при номинальном сварочном токе, В 23,2 24 25,2 28

Пределы регулирования сварочного тока, А 40-100 40-120 60-150 80-200

Продолжительность нагрузки, 1Ш% 20 20 60 40

Регулирование сварочного тока, А 4 ступени (40-60-80-100) плавное плавно-ступенчатое (2 ступени: 60-150, 150200)

Потребляемая мощность, кВА 3,3 5,9 7,7 12

КПД, % 65 68 66 70

Масса, кг 18 20 35 45

Сравнение разработанных двухмостовых сварочных выпрямителей с традиционными одно-мостовыми даны в таблицах 3-7. Эти таблицы составлены по материалам международных выставок сварочного оборудования, проходивших в Саню1- Петербурге за последние десять лет.

Выпрямитель ВД-80 Таблица 3

Тип выпрямителя Напряжение XX, В Диапазон сварочного тока, А Номинальный ток, А ПН,% Потребляемая мощность, кВА Масса, кг

Универсал 48 40-125 80 20 4,4 29

ВД-80 69 40-100 80 20 3,6 18

Выпрямитель ВД-100 Таблица

Тип выпрямителя Напряжение XX, В Диапазон сварочного тока, А Номинальный ток, А ПН% Потребляемая мощность, кВА Масса, кг

ВСБ-102 65 65-100 100 20 7,3 30

ВД-100 60 40-120 100 20 5,9 20

Выпрямитель ВД-130. Таблица 5

Тип выпрямителя Напряжение XX, В Диапазон сварочного тока, А Номинальный ток, А ПН % Потребляемая мощность, кВА Масса, кг

ВД-180/130 70 38-130 130 20 9,5 55

СУПЕР-КЕМПАК 70 5-130 130 15 9,5 45

PRIMUS-140 45 35-140 140 17 7,0 33

PRIMUS-180 52 40-180 140 20 9,0 40

ВД-130 65 60-150 130 60 7,7 35

Выпрямитель ВД-200. Таблица 6

Тип выпрямителя Напряжение хх, В Диапазон сварочного тока, А Номинальный ток, А ПН % Потребляемая мощность, кВА Массса, кг

Quality 260 60 35-170 170 20 11 51,5

Linear 200 57 40-200 190 25 13,5 60

Euro Weld 200 70 20-200 200 20 14,6 61

SPM-200 72 50-200 200 20 15 65

Primus-200 66 35-200 200 30 13,9 63

ВД-200 65 60-200 200 20 11,4 45

Трехфазный выпрямитель ВД-300. Таблица 7.

Тип выпрямителя Напряжение XX, В Диапазон сварочного тока, А Номинальный ток, А ПН % Потребляемая мощность, кВА Масса, кг

ВД-306 70 45-315 315 60 24 165

ВД-300 70 60-315 315 60 19 132

Результаты сравнения новых двухмостовых сварочных выпрямителей с их одномосто-выми прототипами показали, что электропотребление и масса любого разработанного двух-мостового выпрямителя независимо от типа источника питания и конструкции трансформатора меньше, чем у соответствующего одномостового выпрямителя. При этом внешняя характеристика двухмостового выпрямителя является крутопадающей. Устойчивость горения дуги и качество сварки разработанных двухмостовых сварочных выпрямителей не уступают традиционным одномостовым прототипам.

Заключение.

В диссертационной работе решена научная проблема, заключающаяся в создании теории, разработке и исследовании новых экономичных двухмостовых сварочных выпрямителей с многообмоточными трансформаторами. Решение этой проблемы имеет важное народ-

но-хозяйственное значение. Все поставленные задачи выполнены в соответствии с целью работы. Основные результаты диссертации можно сформулировать следующим образом:

1. В работе выдвигается и обосновывается подход к созданию экономичных двухмостовых сварочных выпрямителей. Этот подход заключается в питании электрической дуги от двух неуправляемых выпрямителей, которые состоят из двух диодных мостов, на входы которых поданы разные напряжения от определенным образом соединенных вторичных обмоток многообмоточного трансформатора, а выходы мостов подключены параллельно дуговому промежутку. Напряжение холостого хода на входе одного из мостов составляет от 60 В до 80 В, как у традиционных одномостовых сварочных выпрямителей, а на входе другого не более 45 В. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что в зависимости от соотношения напряжений холостого хода на входах мостов и от соотношения выпрямленных токов этих мостов масса двухмостового выпрямителя может быть снижена на 20- 40% с одновременным снижением на 25-30 % потребляемой электроэнергии по сравнению с традиционным одномостовым сварочным выпрямителем. Запатентованные технические решения использованы для создания сварочных выпрямителей для ручной дуговой сварки с номинальными токами от 40 А до 300 А. Проведенные исследования открывают перспективы для создания экономичных двухмостовых сварочных выпрямителей на номинальные токи более 300 А и для создания источников питания для других видов сварки.

2. Двухмостовые сварочные выпрямители обладают новыми свойствами по сравнению с известными двухмостовыми выпрямителями, которые состоят в том, что коэффициент трансформации тока и эквивалентная индуктивность выпрямителя зависят от величины выпрямленного тока. Показано, что благодаря этим свойствам получены экономия потребляемой электроэнергии и массы сварочного выпрямителя, а также выполнено одно из основных требований, предъявляемых к выпрямителям для ручной дуговой сварки - крутопадаюшая статическая внешняя характеристика выпрямителя.

3. Решение сложной задачи получения крутопадающих внешних характеристик выпрямителей в широком диапазоне изменения номинальных сварочных токов при напряжениях на входе одного из мостов не более 45 В основано на использовании явления изменения ЭДС на зажимах одной из вторичных обмоток трансформатора при прохождении тока по другим вторичным обмоткам. Для эффективного использования этого явления вторичные обмотки трансформатора разделены на секции, расположенные определенным образом по отношению друг к другу. На основе анализа этого явления теоретически обоснованы, разработаны и экспериментально исследованы оригинальные конструкции сварочных трансформаторов, обеспечивающие крутопадающие внешние характеристики сварочных выпрямителей: -однофазные двухстержневые трансформаторы с симметрично и несимметрично расположенными секциями первичных и вторичных обмоток на разных стержнях магнитопровода, -однофазные трехстержневые трансформаторы, вторичные обмотки которых, подсоединенные к входам разных мостов, расположены на разных крайних стержнях,

-трехфазный трансфоматор, в котором установлен неподвижный магнитный шунт для получения повышенного рассеяния в цепи одного из выпрямителей.

В некоторых конструкциях трансформаторов установлен подвижный магнитный шунт для регулирования сварочного тока.

4. Для исследования электромагнитных процессов в многообмоточных трансформаторах, установленных в двухмостовых сварочных выпрямителях, поиска и разработки их конструкций составлены новые схемы замещения многообмоточных трансформаторов, отличающиеся от известных тем, что они позволяют сохранить реальное соединение вторичных обмоток трансформатора без введения в схему дополнительных идеальных трансформаторов. Кроме того, все параметры новых схем замещения имеют физический смысл. Новые схемы замещения основаны на замене п- обмоточного трансформатора (п -1) - им двухобмоточным. Они содержат новые параметры — коэффициенты взаимной индукции по потокам рассеяния или по основному магнитному потоку, а также коэффициенты при зависимых ЭДС, которые оп-

ределяют дополнительные ЭДС трансформаторе, влияющие на вид внешней характеристики выпрямителя.

5. Разработаны методы измерения параметров новых схем замещения многообмоточных трансформаторов.

6. Рассмотрены важные частные случаи новых схем замещения многообмоточных трансформаторов:

- схема замещения однофазного двухстержневого трансформатора с магнитным шунтом и без магнитного шунта,

- схема замещения однофазного трехстержневого трехобмоточного трасформатора,

- схема замещения трехфазного трехобмоточного трансформатора с неподвижным магнитным шунтом.

7. Показано, что в схеме замещения однофазного двухстержневого трехобмоточного трансформатора коэффициент взаимной индукции по потокам рассеяния, приведенный к первичной стороне трансформатора, равен параметру Л, трехлучевой схемы замещения, а активное сопротивление, приведенное к первичной стороне, равно параметру Л, трехлучевой схемы замещения.

8. Выявлено на основе экспериментальных исследований и показано теоретически, что основной магнитный поток в крайних стержнях однофазного трехстержневого трансформатора с первичной обмоткой на среднем стержне и вторичными обмотками на разных крайних стержнях зависит от режима его работы. Это явление используется для получения крутопадающей характеристики двухмостового сварочного выпрямителя. Максимальная крутизна внешней характеристики получена при условии, что вблизи рабочей точки выпрямителя обеспечено равенство МДС секций обмоток, расположенных на крайних стержнях.

9. Создана теория двухмостовых сварочных выпрямителей, которая включает расчет электромагнитных процессов во всех элементах выпрямителя на основе использования известных комплексов программ расчета электромагнитных процессов в вентильных схемах и разработанных в диссертации схемах замещения многообмоточных трансформаторов. Составной частью этой теории являются значения ряда параметров выпрямителя, обеспечивающих устойчивое горение сварочной дуги.

10. Получены обобщенные данные о целесообразности использования разработанных конструкций трансформаторов и схем выпрямления в определенных диапазонах изменения номинальных сварочных токов.

11. Разработаны и исследованы двухмостовые сварочные выпрямители на номинальные сварочные токи 80 А, 100 А, 130 А, 200 А, 300 А.

Основные публикации по теме диссертации.

1. Патент РФ № 2035275. Источник питания для дуговой сварки / А.И. Комарчев, Л.И.Сахно, О.И Сахно, В В. Смирнов. Опубл. в БИ, 1995, №14

2. Патент РФ № 2056242. Установка для дуговой и контактной сварки. / А.И. Комарчев, Л И. Сахно, О.И.Сахно, С П. Карандасов . Опубл. в БИ, 1996, №8

3. Патент РФ № 2056243. Установка для дуговой и контактной сварки. / А.И. Комарчев, Л И.Сахно, О.И Сахно, Опубл. в БИ, 1996, №8

4. Патент РФ № 2063314. Источник питания для дуговой сварки. / А И. Комарчев, Л.И.Сахно, О.И.Сахно, Смирнов В В. Опубл. в БИ, 1996, №9.

5. Патент РФ № 2141888. Источник питания для дуговой сварки / А.И. Комарчев, Л.И.Сахно, О И.Сахно, П.Д. Федоров. Опубл. в БИ 1999, №33.

6. Свидетельство на полезную модель №23587. Источник питания для дуговой сварки / А.И. Комарчев, Л.И.Сахно, О.И.Сахно, П.Д. Федоров, Т.П. Филина. Опубл. в БИ 2002, №18,

7. Патент РФ № 2207942, Источник питания для дуговой сварки. / А.И. Комарчев, Л.И.Сахно, О.И.Сахно, П.Д. Федоров, Т.П. Филина. Опубл. в БИ2003, № 19.

8. Патент РФ № 2265504 "Источник питания для дуговой сварки" / А.И Комарчев, Л.И.Сахно, Л.И.Сахно, П.Д. Федоров. Опубл. в БИ , 2005, №34.

9. Воронин В Н., Сахно Л И. Численный расчет квазистационарного электромагнитного поля трансформатора // Изв. All СССР. Энергетика и транспорт- 1987 - № 6.-С.69-74.

10. Boronin V., Sakhno L., Sakhno О. Computation of frequency dependencies of losses in transformer and reactors winding // International Symposium on Electromagnatic Compatability, Japan, Nagoya, 1989.

11. Сахно Л И. К расчету плоскопараллельных квазистационарных электромагнитных полей при резком поверхностном эффекте // Электричество- 1989. -№12-С. 74-75.

12. Б.А.Будилов, Б.Н.Резников, Л.И.Сахно. Исследование электромагнитных процессов в источниках питания для контактной сварки // Сборник статей "Моделирование силовых вентильных преобразователей". Киев: Институт электродинамики АН УССР,1989,- С.105-108.

13. Исследование электромагнитных параметров сварочных трансформаторов при повышенных частотах / Будилов Б.А., Сахно Л И // Тез. докл.VII Всесоюз. науч.-техн. конф. по трансформаторостроению, г. Запорожье, 12-14 сентября 1990г.- Запорожье: ВИТ,1990.-С.91.

14. Расчет добавочных потерь в обмотках трансформаторов / Воронин В Н., Сахно Л И., Сахно О.И. // Тез. докл.VII Всесоюз. науч.-техн. конф. по трансформаторостроению, г. Запорожье, 12-14 сентября, 1990г. -Запорожье: ВИТ, 1990 - C.-I33.

15. Клямкин С.С., Красноштанов A.C., Сахно Л И. Расчет сопротивления скрученного провода при постоянном токе. // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт- 1990,- № 6.-С. 130133.

16. Будилов Б.А., Сахно Л И., Сахно О.И. Разработка математической модели для анализа уровня электромагнитных помех, создаваемых контактными электросварочными машинами. // Труды X Международного Вроцлавского симпозиума по электромагнитной совместимости, Польша, 1990-Вроцлав: Вроцлавский технический университет, 1990.

17. Разработка и исследование инверторного источника питания для стыковой контактной сварки оплавлением стальных труб / Б.А.Будилов, Л.И.Сахно, Н.Я.Смирнов // Сборник научных трудов "Новые сварочные источники питания "- Киев: ИЭС им. Е.О.Патона,1992,-С. 106-109.

18. Комарчев А.И, Сахно Л.И., Сахно О.И. Новые бытовые сварочные выпрямители. // Прогрессивные технологические процессы и оборудование для сварочного производства: Тез. докл. семинара, г.Санкт-Петербург, 15-17 февраля 1994 г. - СПб: ЛенЦНТИ, ИС России, ВНИИТВЧ, 1994.-С.9.

19. Комарчев А.И., Сахно Л. И., Сахно О.И., Федоров П.Д. Разработка энергосберегающих двухмостовых выпрямителей с крутопадающими внешними характеристиками. // Современные проблемы и достижения в области сварки, родственных технологий и оборудования на рубеже XI века: Материалы международной научно-технической конференции, г. Санкт-Петербург, 27-28 апреля, 2000 г. - СПб: ИС России, 2000.-С.55-58.

20. Воронина Л.Ф., Сахно Л И. Трансформаторы для двухмостовых сварочных выпрямителей // Труды международной научно-технической конференции "Power and Electrical Engencer-ing " T.4 - Рига: Рижский технический университет, 2001-С.37-44.

21. Комарчев А.И., Сахно Л И., Сахно О.И., Федоров П.Д. Двухмостовые выпрямители с трансформаторами, регулируемые магнитным шунтом. // Сварочное производство, 2001, № 11-С. 16-20.

22. Сахно Л И., Балагула Ю.М. Потери в обмотках трансформаторов контактных электросварочных машин с инверторными источниками питания // Состояние и проблемы отечественного трансформаторостроения: Материалы научно-практической конференции и школы-семинара , г.Санкт-Петербург, 30-31 марта 2001г- СПб.: СПбГТУ, 2001-С.22-26.

23. Комарчев А.И., Сахно Л. И, Сахно О.И., Федоров П.Д. Исследования трансформаторов контактных электросварочных машин с инверторными источниками питания // Современные проблемы и достижения в области сварки, родственных технологий и оборудования в

XXI веке. Часть 2: Материалы международной научно-технической конференции, Санкт-Петербург, 4-5 апреля 2001 г.- СПб: ИС России, 2001.-С.90-98.

24. Сахно Л И. Исследование двухмостовых сварочных выпрямителей с крутопадающими внешними характеристиками для питания электрической дуги // Электричество- 2002- №> 12-С.51-56.

25. Сахно Л И. Трехфазные двухмостовые сварочные выпрямители // Современные проблемы и достижения в области сварки, родственных технологий и оборудования: Материалы международной научно-технической конференции, г.Санкт-Пегербург, 29-30 мая 2002г.-СПб ИС России, 2002-С.5-11.

26. L.I.Sakhno. An investigation of double-bridge rectifiers with steeply falling external characteristics for supplying an electric arc // Electrical Technolodgy Russia — 2002 - № 1.

27. Сахно Л И. К вопросу о схеме замещения трехобмоточного трансформатора // Электричество- 2003- № 8-С.25-33.

28. Сахно Л И. Двухмостовые сварочные выпрямители с однофазными трансформаторами, имеющими трехстержневую магнитную систему // Сварочное производство- 2003- № 2-С.19-24.

29. Воронина Л.Ф., Сахно Л.И., Сахно О.И. Расчет добавочных потерь в трансформаторах машин контактной сварки // Труды международной научно-технической конференции "Power and Electrical Engeneering " т.7 - Рига: Рижский технический университет, 2002-С. 5459.

30. L.I.Sakhno. Two-bridge welding rectifiers with single-phase transformers with a three-rod magnetic system // Welding International- 2003 - vol.17.-№7.-P. 565-569.

31. Сахно Л.И. Исследование однофазных сварочных трансформаторов с трехстержневой магнитной системой, работающих на двухмостовые выпрямители // Электричество - 2004-№ 10.-С.53-64.

32. Сахно Л И., Сахно О.И. Уравнения и схема замещения двухстержневого многообмоточного трансформатора // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2004 - № 4.-С.8-15.

33. L.I.Sakhno. Investigations of single-phase welding transformers with a three-core magnetic system used in double-bridge rectifiers // Electrical Technolodgy Russia - 2004- №4. -P.46-65.

34. Комарчев А.И., Сахно Л. И., Сахно О.И., Федоров П.Д. Новые схемные решения двухмостовых сварочных выпрямителей // Источники питания и системы автоматического управления сварочным оборудованием: Материалы заседаний секции межгосударственного научного совета по сварке и родственным технологиям, г. Санкт-Петербург, 25-26 мая 2005 г.-СПб: ИС России -С. 6-10.

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 29.09.2006. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100. Заказ 833Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: 550-40-14 Тел./факс: 297-57-76

ВВЕДЕНИЕ

1. Проблема создания экономичных двухмостовых неуправляемых выпрямителей для питания электрической дуги.

1.1. Перспективы создания и использования экономичных неуправляемых выпрямителей для питания электрической сварочной дуги.

1.2. Устойчивость сварочной дуги и основные требования к неуправляемым двухмостовым сварочным выпрямителям.

1.3. Особенности двухмостовых неуправляемых выпрямителей, применяемых для питания электрической дуги.

1.4. Классификация новых двухмостовых сварочных выпрямителей.

1.4.1. Электрические схемы новых двухмостовых сварочных выпрямителей.

1.4.2. Конструкции трансформаторов новых двухмостовых сварочных выпрямителей.

1.5. Основные вопросы создания экономичных неуправляемых двухмостовых сварочных выпрямителей.

2. Анализ и разработка метода расчета электромагнитных процессов в многообмоточных трансформаторах двухмостовых сварочных выпрямителей.

2.1. Анализ известных схем замещения многообмоточных трансформаторов.

2.2. Составление уравнений и схем замещения многообмоточных трансформаторов на основе наложения режимов работы двухобмоточных трансформаторов.

2.3. Уравнения и схема замещения однофазного трехобмоточного двухстерж-невого трансформатора.

2.4. Сопоставление параметров разработанной и трехлучевой схем замещения трехобмоточного трансформатора.

2.5. Сравнение трехлучевой схемы замещения трехобмоточного трансформатора и схемы замещения, предложенной в диссертации, на примере их применения к задаче выбора конструкции сварочного трансформатора.

2.6. Схема замещения однофазного трехобмоточного двухстержневого трансформатора с магнитным шунтом.

2.7. Уравнения и схема замещения однофазного трехобмоточного трех-стержневого трансформатора.

2.8. Уравнения и схема замещения многообмоточного трансформатора.

3. Определение параметров схем замещения многообмоточных трансформаторов.

3.1. Измерения параметров схемы замещения однофазных двухстержневых трансформаторов.

3.2. Измерения параметров схемы замещения однофазных трехстержневых трансформаторов.

3.3. Измерения параметров схемы замещения трехфазного трансформатора.

3.4. Расчет параметров новых схем замещения трансформаторов.

4. Анализ схем и режимов работы двухмостовых сварочных выпрямителей.

4.1. Расчетные (эквивалентные) схемы и исследуемые режимы работы двухмостовых сварочных выпрямителей.

4.2. Анализ режимов работы однофазных двухмостовых сварочных выпрямителей с электрически несвязанными между собой вторичными обмотками высокого и низкого напряжения. 144 4.2.1. Двухмостовой сварочный выпрямитель с однофазным двухстерж-невым трансформатором с магнитным шунтом. 144 4.2.1.1. Шунт выведен из магнитопровода.

4.2.1.2. Шунт полностью введен в магнитопровод.

4.2.2. Двухмостовой выпрямитель с однофазным трехстержневым трансформатором.

4.2.3. Основные параметры, характеризующие рабочий режим однофазного двухмостового сварочного выпрямителя с электрически несвязанными между собой вторичными обмотками высокого и низкого напряжения.

4.3. Анализ режимов работы однофазного двухмостового сварочного выпрямителя с электрически связанными между собой вторичными обмотками высокого и низкого напряжения.

4.3.1. Двухмостовой сварочный выпрямитель с однофазным двухстерж-невым трансформатором с магнитным шунтом.

4.3.1.1. Шунт выведен из магнитопровода.

4.3.1.2. Шунт полностью введен в магнитопровод.

4.3.2. Двухмостовой выпрямитель с однофазным трехстержневым трансформатором.

4.3.3. Основные параметры, характеризующие рабочий режим однофазного двухмостового сварочного выпрямителя с электрически связанными между собой вторичными обмотками высокого и низкого напряжения.

4.4. Сравнение схем однофазных двухмостовых сварочных выпрямителей с электрически связанными и несвязанными вторичными обмотками трансформатора.

4.5. Режимы работы трехфазного двухмостового сварочного выпрямителя.

4.5.1. Диапазон больших сварочных токов.

4.5.2. Диапазон малых сварочных токов.

4.5.3. Основные характеристики трехфазного двухмостового сварочного выпрямителя.

4.6. Анализ точности расчета основных характеристик двухмостовых выпрямителей.

4.7. Экспериментальные исследования электропотребления и устойчивости горения дуги в двухмостовом сварочном выпрямителе.

4.7.1. Влияние напряжения холостого хода обмотки низкого напряжения на элеюропотребление двухмостового сварочного выпрямителя.

4.7.2. Исследование устойчивости горения дуги.

4.8. Определение диапазона изменения напряжения холостого хода обмотки низкого напряжения.

5. Исследование электромагнитных процессов в трансформаторах двух-мостовых сварочных выпрямителей, разработка и сравнительный анализ их конструкций.

5.1. Критерии сравнения конструкций трансформаторов.

5.2. Исследование электромагнитных процессов и разработка конструкций однофазных сварочных трансформаторов.

5.2.1. Двухстержневые трансформаторы с вторичными обмотками, расположенными концентрически на одном стержне магнитопровода.

5.2.1.1. Вторичная обмотка НН расположена поверх обмотки ВН.

5.2.1.2. Сравнение внешних характеристик двухмостового выпрямителя при наличии и отсутствии дополнительных ЭДС.

5.2.1.3. Влияние электромагнитных параметров трансформатора на внешнюю характеристику выпрямителя.

5.2.1.4. Вторичные обмотки расположены на одном стержне на некотором расстоянии друг от друга.

5.2.2. Двухстержневые трансформаторы с вторичными обмотками, расположенными на разных стержнях магнитопровода.

5.2.2.1. Симметричное расположение вторичных обмоток.

5.2.2.2. Несимметричное расположение вторичных обмоток.

5.2.3. Трансформатор с трехстержневым магнитопроводом.

5.3. Исследование электромагнитных процессов и разработка трехфазного трансформатора. 265 5.4. Сравнение и рекомендации по выбору конструкций трансформаторов двухмостовых сварочных выпрямителей.

6. Применение результатов исследования для создания экономичных двухмостовых сварочных выпрямителей.

6.1. Особые свойства двухмостовых сварочных выпрямителей, отличающие их от традиционных двухмостовых выпрямителей.

6.1.1. Зависимость коэффициента трансформации тока от тока нагрузки.

6.1.2. Зависимость эквивалентной внутренней индуктивности от тока нагрузки.

6.2. Сравнение одномостовых и двухмостовых сварочных выпрямителей.

6.2.1. Однофазные двухмостовые сварочные выпрямители.

6.2.2. Трехфазный двухмостовой сварочный выпрямитель.

Актуальность темы и проблем исследоваия. Электрическая дуга находит широкое применение в различных технологических процессах. Одним из наиболее распространенных дуговых технологических процессов в современной промышленности является сварка. К сварке относится собственно сварка, наплавка и резка металлов. Рынок сварочной техники и технологии является неотъемлемой частью мировой рыночной системы, причем объём продаж сварочного оборудования тесно связан с мировым потреблением стали [1]. За последние пять лет этот показатель вырос на 9,5%, прогнозируется его дальнейшее увеличение за счет металлопродукции в виде проката и труб в промышленном и гражданском строительстве магистральных нефте - и газопроводов [2,3]. К настоящему времени рынок сварочной техники и технологии составляет не менее 40 млрд долларов США, из которых 30 % приходится на сварочное оборудование [3]. Лидирующее положение на мировом рынке сварочного оборудования стабильно занимает оборудование для дуговой сварки (45 -47 %), причем предполагается, что доля его и дальше будет возрастать [7-8]. В связи с этим источники питания для дуговой сварки в настоящее время являются одним из наиболее динамично развивающихся видов оборудования. К таким источникам питания относятся сварочные трансформаторы, передвижные сварочные электростанции (агрегаты), сварочные выпрямители на неуправляемых и управляемых вентилях (неуправляемые и управляемые сварочные выпрямители) и инверторные источники питания.

В диссертационной работе рассматриваются неуправляемые сварочные выпрямители с номинальными токами, которые изменяются в диапазоне от 40 А до 300 А. Эти выпрямители широко представлены на рынке сварочного оборудования постоянного тока благодаря сравнительно низкой стоимости, высокой надежности работы в жестких условиях эксплуатации и высокой ремонто-способности. Практически все фирмы, занимающиеся производством сварочного оборудования, имеют в номенклатуре своих изделий неуправляемые сварочные выпрямители. На международных выставках сварочного оборудования, проходивших в г. Санкт-Петербурге за последние 10 лет, они составляли не менее 20% представленного оборудования. В связи с этим постоянно ведутся работы в направлении совершенствования сварочных выпрямителей. К этим направлениям относятся улучшение качества активных материалов, полупроводниковых элементов и компьютеризация управления источником питания. По-прежнему актуальной остается проблема снижения массы источников питания из-за неуклонного роста стоимости активных материалов. Ещё одна проблема связана с необходимостью снижения тока, потребляемого из сети при сварке, поскольку возросло количество малых предприятий и отдельных потребителей, использующих при сварке питание от бытовых сетей.

Исследования, проведенные автором настоящей работы совместно с группой сотрудников ИС России по заказам предприятий, занимающихся производством сварочного оборудования, показали, что перспективным направлением уменьшения массы и электропотребления неуправляемых сварочных выпрямителей является использование двухмостовых выпрямителей. Эти выпрямители имеют два диодных моста, на входы которых подаются разные напряжения от двух вторичных обмоток одного трансформатора, а выходы мостов подключены параллельно дуговому промежутку. Работа двухмостового сварочного выпрямителя основана на свойстве электрической дуги уменьшать напряжение на дуге при её горении по сравнению с напряжением возбуждения. В связи с этим один мост двухмостового выпрямителя служит для зажигания и частичного обеспечения рабочего тока дуги, а другой, имеющий пониженное напряжение холостого хода по сравнению с первым, - для обеспечения основной части рабочего тока выпрямителя. На вход первого моста должно быть подано напряжение 60-80 В, как и в традиционном сварочном выпрямителе, а на вход второго - существенно меньшее напряжение. Это напряжение должно быть больше напряжения горения дуги, однако его величина, которая будет оказывать влияние на устойчивость горения дуги и электропотребление выпрямителя, подлежит определению. Поскольку главное назначение первого моста обеспечить небольшой преддуговой ток, необходимый для формирования катодных процессов, ток этого моста может быть существенно меньше рабочего тока выпрямителя. При рабочем напряжении на дуге, которое одинаково для двух мостов и значительно ниже напряжения холостого хода, основная часть рабочего тока обеспечивается мостом, на вход которого подано низкое напряжение.

Это запатентованное техническое решение [9-16] позволяет снизить на 2040% массу сварочного выпрямителя с одновременным снижением электропотребления на 25-30% и создать новый класс неуправляемых сварочных двухмостовых выпрямителей. Они могут питаться от однофазной, двухфазной или трехфазной сети, иметь различные способы регулирования сварочного тока, различные схемы выпрямления и виды статических внешних характеристик. Области применения двухмостовых сварочных выпрямителей также как и традиционных, весьма разнообразны. Они могут применяться для ручной дуговой сварки покрытыми штучными электродами, аргонодуговой и плазменной сварки вольфрамовым электродом, сварки сжатой дугой, механизированной сварки под флюсом и других. В зависимости от ряда показателей сварочного процесса (тип электрода, характер среды, в которой происходит сварка, степени механизации и способа регулирования режима дуги) выпрямитель может иметь поло-гопадающую или крутопадающую внешнюю характеристику. Возможно создание двухмостовых сварочных выпрямителей, сочетающих в себе оба вида этих внешних характеристик (универсальные сварочные выпрямители). Существенное снижение массы, а следовательно, и стоимости двухмостовых сварочных выпрямителей по сравнению с традиционными наряду с сохранением высокой надёжности их работы, повышает конкурентоспособность неуправляемых сварочных выпрямителей и создает хорошие перспективы для их производства и продажи.

Разработка и создание выпрямителей, относящихся к новому классу двухмостовых сварочных выпрямителей, требуют решения ряда сложных задач. Прежде всего, необходимо выбрать рациональную схему выпрямления и исследовать электромагнитные процессы в двухмостовом выпрямителе, отличительной особенностью которого является параллельное или последовательно - параллельное подключение вторичных обмоток трансформатора с разными напряжениями холостого хода через соответствующие диоды к одной нагрузке. Исследование электромагнитных процессов в двухмостовых выпрямителях выполнены в многочисленных научных работах, результаты которых опубликованы в учебниках, монографиях и статьях. К ним относятся работы Шляпошни-кова Б.М., Поссе А.В, Каганова И.Л., Закса М.И., Васильева А.С. и других. В большинстве из этих работ рассматривается последовательное включение мостов. При параллельном соединении мостов к нагрузке подключаются обмотки только с одинаковыми напряжениями холостого хода, а не с разными, как в диссертационной работе, что приводит к существенным отличиям электромагнитных процессов в двухмостовых выпрямителях от исследованных в известных работах. Кроме того, нагрузка сварочного двухмостового выпрямителя -электрическая дуга - представляет собой сложный нелинейный элемент. Это усложняет его работу по сравнению с выпрямителем, работающим на активно-индуктивную нагрузку, которая рассмотрена в известных работах. В связи с этим в новой схеме двухмостового сварочного выпрямителя необходимо исследовать условия работы коммутационного оборудования, статические и динамические характеристики выпрямителей, электромагнитные нагрузки трансформаторов и условия устойчивого горения дуги. Расчеты электромагнитных процессов в двухмостовых выпрямителях следует выполнять с привлечением численных методов, которые в настоящее время реализованы в виде многочисленных вычислительных комплексов.

В диссертационной работе рассматривается только одна область применения двухмостовых сварочных выпрямителей - ручная дуговая сварка покрытыми штучными электродами. Применение этого класса сварочных выпрямителей для других областей потребует дополнительных исследований. Одно из главных требований, которое предъявляется к выпрямителям для ручной дуговой сварки штучными электродами, состоит в том, что статическая внешняя характеристика выпрямителя должна быть крутопадающей. Получение крутопадающей внешней характеристики при низких значениях напряжения холостого хода одной из вторичных обмоток (40- 45 В как будет показано в дальнейшем) вызывает определенные трудности. Эти трудности возрастают при увеличении номинального сварочного тока выпрямителя. Можно сказать, что получение крутопадающей внешней характеристики двухмостового выпрямителя в широком диапазоне изменения номинальных сварочных токов явилось основным препятствием при осуществлении простой и ясной идеи питания сварочной дуги постоянного тока от двух обмоток с разными напряжениями холостого хода и разными рабочими токами. Попытки воплощения этой идеи имеются в ряде работ, однако проблема получения крутопадающих характеристик в них не была решена, поэтому двухмостовые выпрямители не нашли применения на практике. Поскольку в диссертации рассматривается достаточно широкий диапазон изменения сварочного тока 40 А - 300 А, задача получения крутопадающей внешней характеристики двухмостового выпрямителя является достаточно сложной.

Для решения этой задачи в диссертационной работе используется явление изменения ЭДС на зажимах одной вторичной обмотки трансформатора при прохождении тока по другой вторичной обмотке. Это явление может как способствовать, так и препятствовать получению крутопадающей внешней характеристики. Для эффективного использования этого явления вторичные обмотки трансформатора разделяются на секции, расположенные определенным образом по отношению друг к другу, что привело к необходимости исследования разнообразных конструкций многообмоточных трансформаторов, которые отличаются как конструкцией магнитопровода, так и взаимным расположением обмоток на нем.

Многообмоточный трансформатор в двухмостовом выпрямителе определяет его основные параметры и характеристики. Поэтому главной частью теории двухмостовых сварочных выпрямителей должны быть электромагнитные расчеты многообмоточных трансформаторов. Для выполнения электромагнитных расчетов необходима схема замещения многообмоточного трансформатора, которая просто и наглядно объясняет физические явления, происходящие в трансформаторе, что необходимо прежде всего для поиска конструкций трансформатора, позволяющих получить крутопадающую внешнюю характеристику выпрямителя. Теоретическое описание и практическое применение схем замещения трансформаторов, начиная с 30-х годов, многократно давалось в работах Марквардта Е.Г, Вольдека А.И., Лейтеса JI.B., Петрова Г.Н., Иванова-Смоленского А.В. и других авторов. Схемы замещения многообмоточных трансформаторов даны в работах Вольдека А.И., Горева А.А., Лейтеса Л.В., Пинцова A.M., Васютинского С.Б., Костенко М.В. и других. Известные схемы замещения основаны на приведении уравнений трансформатора к первичной обмотке, поэтому в одном узле соединяются все обмотки трансформатора. В связи с этим непосредственное применение этих схем замещения (без введения в схему дополнительных идеальных трансформаторов) не позволяет сохранить реальное соединение вторичных обмоток в трансформаторе двухмостового сварочного выпрямителя. Кроме того, параметры известных схем замещения многообмоточных трансформаторов, представляющие собой алгебраическую сумму сопротивлений короткого замыкания трансформатора в разных режимах его работы, не имеют физического смысла, что затрудняет анализ электромагнитных процессов в них.

В диссертационной работе поставлена задача получить схему замещения многообмоточного трансформатора, в которой отсутствуют дополнительные идеальные трансформаторы, а все параметры имеют физический смысл и могут быть определены из соответствующих опытов. Эта схема замещения должна отражать при расчете выпрямителя любые сложные соединения вторичных обмоток трансформатора. Кроме того, она должна быть совместима с любым современным комплексом программ по расчету электрических цепей.

Предложенная в диссертации новая схема замещения многообмоточного трансформатора разрабатывается на основе анализа результатов экспериментальных исследований трехобмоточных сварочных трансформаторов. Параметры новой схемы замещения трехобмоточного трансформатора необходимо сопоставить с параметрами классической трехлучевой схемы замещения.

Весьма важной задачей является разработка методики измерений параметров новой схемы замещения многообмоточного трансформатора. Такими параметрами являются сопротивления короткого замыкания двухобмоточных трансформаторов и коэффициенты взаимной индукции этих трансформаторов по потокам рассеяния и основному магнитному потоку. Последние из указанных параметров являются новыми в теории электромагнитных расчетов трансформаторов, поэтому необходимо найти и обосновать опыты для их определения, а также установить их связь с уже введенными параметрами многообмоточных трансформаторов.

Другая важная группа вопросов, подлежащих исследованию при разработке двухмостовых сварочных выпрямителей, связана с обеспечением устойчивого горения электрической дуги при сварке. В отличие от традиционного одномостового сварочного выпрямителя, в котором параметры выпрямителя, влияющие на устойчивость горения дуги (напряжение хх вторичной обмотки трансформатора, время восстановления напряжения после короткого замыкания от нуля до рабочего напряжения и скорость нарастания тока короткого замыкания) достаточно хорошо исследованы, в двухмостовом сварочном выпрямителе появляются дополнительные параметры, также существенно влияющие на устойчивость горения дуги, однако их значения неизвестны. К таким параметрам относятся напряжение холостого хода обмотки, по которой проходит основная часть рабочего тока, соотношение между рабочими токами мостов, сдвиг фаз токов этих мостов и минимальное мгновенное значение пульсирующего сварочного тока. Эти параметры влияют не только на устойчивость горения дуги, но и на электропотребление. Кроме того, они оказывают взаимное влияние друг на друга, что затрудняет проблему их выбора. Указанные параметры зависят как от конструкций трансформаторов, так и от электрических схем соединения секций вторичных обмоток, что привело к необходимости исследования различных вариантов электрических схем выпрямителей.

Создание теории двухмостовых сварочных выпрямителей, включающей электромагнитные расчеты трансформаторов и электрических схем выпрямителей, нуждается в экспериментальной проверке. Кроме того, экспериментальные исследования выпрямителей необходимы для определения параметров, влияющих на устойчивость горения дуги. Эти параметры не могут быть определены на основе теоретических исследований из-за сложности физических процессов, проходящих в дуге. Следовательно, важной частью диссертационной работы является создание и всестороннее исследование опытных образцов двухмостовых сварочных выпрямителей.

Целью диссертационной работы является создание теории новых экономичных двухмостовых сварочных выпрямителей, которая включает методы расчета электромагнитных процессов во всех элементах этих выпрямителей и экспериментальное исследование устойчивости горения электрической дуги в них. Эта теория необходима для научно обоснованного поиска электрических схем выпрямления и конструкций трансформаторов для таких выпрямителей. На основе этой теории должны быть даны рекомендации по использованию электрических схем выпрямления и конструкций трансформаторов в определенных областях изменения номинального сварочного тока.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:

-проведен анализ электромагнитных процессов в конструкциях традиционных сварочных трансформаторов с целью выбора базовых конструкций, пригодных для использования в двухмостовых выпрямителях,

-разработаны конструкции трансформаторов, обеспечивающие крутопадающие внешние характеристики двухмостовых сварочных выпрямителей, -проведен анализ известных схем замещения многообмоточных трансформаторов,

-получены уравнения многообмоточного трансформатора, на основе которых разработана новая схема замещения такого трансформатора, необходимая для анализа условий работы трансформатора и коммутационного оборудования в двухмостовом сварочном выпрямителе,

-разработаны новые схемы замещения однофазных двухстержневых и трех-стержневых трехобмоточных трансформаторов,

-разработана схема замещения однофазного двухстержневого трехобмоточного трансформатора с магнитным шунтом,

-разработаны методики измерений электромагнитных параметров новых схем замещения трехобмоточных и многообмоточных сварочных трансформаторов, -разработана методика расчета электромагнитных процессов в двухмостовых сварочных выпрямителях, основанная на использовании разработанных в диссертации схем замещения трансформаторов и вычислительного комплекса программ расчета электромагнитных процессов в преобразовательных устройствах,

-определены электромагнитные нагрузки трансформаторов и коммутационного оборудования двухмостовых сварочных выпрямителей,

-исследовано влияние электрического соединения вторичных обмоток трансформатора на устойчивость горения дуги,

-выполнен анализ точности расчета основных характеристик двухмостовых сварочных выпрямителей,

-экспериментально исследована устойчивость горения дуги в двухмостовых сварочных выпрямителях, выявлены параметры, которые влияют на устойчивость горения дуги, и сформулированы основные требования к этим параметрам, при выполнении которых дуга горит устойчиво,

-определены области изменения номинальных сварочных токов, в которых целесообразно применение предложенных в диссертационной работе конструкций трансформаторов,

- экспериментально и теоретически исследовано влияние параметров двухмостового сварочного выпрямителя на его электропотребление и вид статической внешней характеристики.

Научная новизна.

1. Разработан новый класс неуправляемых сварочных выпрямителей -двухмостовые сварочные выпрямители - которые отличаются от традиционных сварочных выпрямителей уменьшением элекгропотребления на 25-30% и уменьшением массы до 40 при питании от однофазной сети и до 25% при питании от трехфазной сети.

2. Показано, что двухмостовые сварочные выпрямители имеют переменный коэффициент трансформации по току и переменное внутреннее эквивалентное сопротивление, зависящие от тока нагрузки.

3. Введено понятие дополнительной ЭДС в трансформаторе, использование которого позволяет просто и наглядно объяснить влияние конструкции трансформатора на статическую внешнюю характеристику двухмос-тового сварочного выпрямителя,

4. Получена новая схема замещения трехобмоточного трансформатора, которая содержит новые элементы - индуктивно связанные катушки и зависимые ЭДС, необходимые для анализа дополнительных ЭДС в трансформаторе,

5. Проведено сравнение новой схемы замещения трехобмоточного трансформатора и известной трехлучевой схемы, на основании которого получено, что коэффициент взаимной индукции вторичных обмоток трансформатора по потокам рассеяния новой схемы замещения, приведенный к первичной стороне, равен параметру Ц трехлучевой схемы замещения,

6. Получены уравнения многообмоточных трансформаторов, которые в явном виде содержат выражения для дополнительных ЭДС в трансформаторе, и соответствующие этим уравнениям схемы замещения многообмоточных трансформаторов, не содержащие дополнительных идеальных трансформаторов, но позволяющие воспроизводить при расчете любые сложные соединения вторичных обмоток и анализировать влияние конструкции трансформатора на внешнюю характеристику двухмостового сварочного выпрямителя,

7. Даны способы измерения параметров схем замещения многообмоточных трансформаторов, предложенных в диссертационной работе.

8. Основной магнитный поток в крайних стержнях магнитопровода однофазного трехстержневого трансформатора зависит от режима его работы. Это явление используется для получения крутопадающей внешней характеристики двухмостового сварочного выпрямителя. Максимальную крутизну внешней характеристики можно получить, если вблизи рабочей точки выпрямителя обеспечить равенство МДС секций обмоток, расположенных на крайних стержнях.

9. Теоретически и экспериментально показано, что электрическое соединение вторичных обмоток трансформатора, к которым подключены мосты двухмостового сварочного выпрямителя увеличивает устойчивость горения дуги по сравнением с отсутствием такого соединения.

10. Разработаны конструкции однофазных и трехфазных трансформаторов, обеспечивающих крутопадающую статическую внешнюю характеристику двухмостового сварочного выпрямителя.

11. Определены диапазоны изменения номинальных сварочных токов, в которых целесообразно применять разработанные конструкции трансформаторов.

Практическая значимость.

1. Разработана методика расчета электромагнитных процессов в двухмостовых сварочных выпрямителях, которые необходимы для создания этих выпрямителей.

2. Предложенные в диссертационной работе схемы замещения однофазных и трехфазных многообмоточных трансформаторов могут использоваться при разработке преобразовательных трансформаторов с вторичными обмотками, состоящими из нескольких секций и имеющих между собой сложные соединения.

3. Созданы и испытаны опытные образцы однофазных двухмостовых сварочных выпрямителей с номинальными токами 100 А, 120 А и 200 А с продолжительностью нагрузки 20%.

4. Выпущены и успешно эксплуатируются партии однофазных двухмостовых сварочных выпрямителей ВД-80 (номинальный ток =80 А, продолжительность нагрузки 1111=20%), ВД-130 ( 1Н = 130 А, ПН=60%) и трехфазный двух-мостовой сварочный выпрямитель ВД-300 ( /я = 300 А, ГТН=40%).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Теория двухмостовых сварочных выпрямителей, включающая разработку и исследование электрических схем и конструкций однофазных и трехфазных трансформаторов двухмостовых сварочных выпрямителей.

2. Свойства двухмостовых сварочных выпрямителей, отличающие их от традиционных двухмостовых выпрямителей, - уменьшение электропотребления и массы, зависимость коэффициента трансформации по току и внутреннего эквивалентного сопротивления от тока нагрузки.

3. Анализ параметров двухмостовых сварочных выпрямителей, влияющих на устойчивость горения дуги.

4. Способы получения крутопадающих статических внешних характеристик двухмостовых выпрямителей.

5. Уравнения и новые схемы замещения многообмоточных трансформаторов, содержащие новые параметры - коэффициенты взаимной индукции по потокам рассеяния и по основному потоку, и новые схемы замещения многообмоточных трансформаторов.

6. Способы определения параметров новых схем замещения многообмоточных трансформаторов.

7. Методика расчета электромагнитных процессов в двухмостовых сварочных выпрямителях.

8. Обоснование выбора конструкции трансформатора для определенного диапазона изменения номинального сварочного тока.

Достоверность теоретических результатов.

1. Совпадение расчетных и экспериментальных значений первичных токов и форм статических внешних характеристик выпрямителей.

2. Совпадение расчетных и экспериментальных осциллограмм выпрямленных токов в опытных образцах выпрямителей с различными конструкциями трансформаторов.

Объект исследования - двухмостовые сварочные выпрямители, включая их статические внешние характеристики и рабочие режимы.

Предмет исследования - электромагнитные процессы в многообмоточных трансформаторах, схемы замещения трансформаторов, расчетное и экспериментальное определение их параметров.

Методы исследования - базируются на использовании общей теории трансформаторов, численных методов расчета электромагнитных полей и электрических цепей, а также на методах измерения электрических параметров. Аппробация работы. - Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях: на международных научно-технических конференциях "Современные проблемы и достижениях в области сварки, родственных технологий и оборудования" (г.Сашст-Петербург, 1992, 1995, 2000, 2002), на семинаре "Прогрессивные технологические процессы и оборудование для сварочного производства" (г.Санкт -Петербург, 1994), на международной научно-технической конференции "Электротехнология XXI века" (г.Санкт-Петербург, 2001) на международных научно-технических конференциях "Power and Electrical Engeneering" (г.Рига, 2001, 2002), на научно-практической конференции "Состояние и проблемы отечественного трансформаторострое-ния" (г.Санкт-Петербург, 2001), на научном семинаре кафедры ТОЭ Санкт -Петербургского Политехнического университета (г. Санкт- Петербург, 2005), на заседании секции "Источники питания и системы автоматического управления сварочным оборудованием" межгосударственного совета по сварке и родственным технологиям (25-26 мая 2005).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 34 научных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации 318 страниц, 100 рисунков и 59 таблиц.

Заключение

В данной работе решена научная проблема, заключающаяся в создании теории, разработки и исследовании новых экономичных двухмостовых сварочных выпрямителей с многообмоточными трансформаторами. Решение этой проблемы имеет важное народно-хозяйственное значение. Все поставленные задачи выполнены в соответствии с целью работы. Основные результаты диссертации можно сформулировать следующим образом:

1. В работе выдвигается и обосновывается подход к созданию экономичных двухмостовых сварочных выпрямителей. Этот подход заключается в питании электрической дуги от двух неуправляемых выпрямителей, которые состоят из двух диодных мостов, на входы которых поданы разные напряжения от определенным образом соединенных вторичных обмоток многообмоточного трансформатора, а выходы мостов подключены параллельно дуговому промежутку. Напряжение холостого хода на входе одного из мостов составляет от 60 В до 80 В, как у традиционных одномостовых сварочных выпрямителей, а на входе другого не более 45 В. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что в зависимости от соотношения напряжений холостого хода на входах мостов и от соотношения выпрямленных токов этих мостов масса двухмостового выпрямителя может быть снижена на 20- 40% с одновременным снижением на 25-30 % потребляемой электроэнергии по сравнению с традиционным одномостовым сварочным выпрямителем. Запатентованные технические решения использованы для создания сварочных выпрямителей для ручной дуговой сварки с номинальными токами от 40 А до 300 А. Проведенные исследования открывают перспективы для создания экономичных двухмостовых сварочных выпрямителей на номинальные токи более 300 А и для создания источников питания для других видов сварки.

2. Двухмостовые сварочные выпрямители обладают новыми свойствами по сравнению с известными двухмостовыми выпрямителями, которые состоят в том, что коэффициент трансформации тока и эквивалентная индуктивность выпрямителя зависят от величины выпрямленного тока. Показано, что благодаря этим свойствам получены экономия потребляемой электроэнергии и массы сварочного выпрямителя, а также выполнено одно из основных требований, предъявляемых к выпрямителям для ручной дуговой сварки - крутопадающая статическая внешняя характеристика выпрямителя.

3. Решение сложной задачи получения крутопадающих внешних характеристик выпрямителей в широком диапазоне изменения номинальных сварочных токов при напряжениях на входе одного из мостов не более 45 В основано на использовании явления изменения ЭДС на зажимах одной из вторичных обмоток трансформатора при прохождении тока по другим вторичным обмоткам. Изменение ЭДС обусловлено изменением магнитного поля рассеяния или основного магнитного поля, линии которых пересекают витки этой вторичной обмотки. Для характеристики этого явления введено понятие дополнительных (по сравнению с ЭДС холостого хода) ЭДС в трансформаторе. Для эффективного использования этого явления вторичные обмотки трансформатора разделены на секции, расположенные определенным образом по отношению друг к другу. На основе анализа этого явления теоретически обоснованы, разработаны и экспериментально исследованы оригинальные конструкции сварочных трансформаторов, обеспечивающие крутопадающие внешние характеристики сварочных выпрямителей:

-однофазные двухстержневые трансформаторы с симметрично и несимметрично расположенными секциями первичных и вторичных обмоток на разных стержнях магнитопровода,

-однофазные трехстержневые трансформаторы, вторичные обмотки которых, подсоединенные к входам разных мостов, расположены на разных крайних стержнях,

-трехфазный трансфоматор, в котором установлен неподвижный магнитный шунт для получения повышенного рассеяния в цепи одного из выпрямителей. В некоторых конструкциях трансформаторов установлен подвижный магнитный шунт для регулирования сварочного тока.

4. Для исследования электромагнитных процессов в многообмоточных трансформаторах, установленных в двухмостовых сварочных выпрямителях, поиска и разработки их конструкций составлены новые схемы замещения многообмоточных трансформаторов, отличающиеся от известных тем, что они позволяют сохранить реальное соединение вторичных обмоток трансформатора без введения в схему дополнительных идеальных трансформаторов и содержат в явном виде выражения для дополнительных ЭДС в трансформаторе. Новые схемы замещения основаны на замене п - обмоточного трансформатора (н -1) - им двух-обмоточным. Схема замещения многообмоточного трансформатора содержит новые элементы - индуктивно связанные катушки (вторичные обмотки двухобмоточных трансформаторов) и зависимые ЭДС, необходимые для анализа дополнительных ЭДС в трансформаторе,

5. Разработаны методы расчета и измерения параметров новых схем замещения многообмоточных трансформаторов.

6. Рассмотрены важные частные случаи новых схем замещения многообмоточных трансформаторов: схема замещения однофазного двухстержневого трансформатора с магнитным шунтом и без магнитного шунта, схема замещения однофазного трехстержневого трехобмоточного трасформа-тора, схема замещения трехфазного трехобмоточного трансформатора с неподвижным магнитным шунтом.

7. Проведено сравнение новой схемы замещения трехобмоточного трансформатора и известной трехлучевой схемы, на основании которого получено, что коэффициент взаимной индукции вторичных обмоток трансформатора по потокам рассеяния новой схемы замещения, приведенный к первичной стороне, равен параметру Ц трехлучевой схемы замещения,

8. Выявлено на основе экспериментальных исследований и показано теоретически, что основной магнитный поток в крайних стержнях однофазного трехстержневого трансформатора зависит от режима его работы. Это явление используется для получения крутопадающей характеристики двухмостового сварочного выпрямителя. Максимальная крутизна внешней характеристики получена при условии, что вблизи рабочей точки выпрямителя обеспечено равенство МДС секций обмоток, расположенных на крайних стержнях.

9. Создана теория двухмостовых сварочных выпрямителей, которая включает расчет электромагнитных процессов во всех элементах выпрямителя на основе использования известных комплексов программ расчета электромагнитных процессов в вентильных схемах и разработанных в диссертации схемах замещения многообмоточных трансформаторов. Составной частью этой теории являются значения ряда параметров выпрямителя, обеспечивающих устойчивое горение сварочной дуги.

10. Получены обобщенные данные о целесообразности использования разработанных конструкций трансформаторов и схем выпрямления в определенных диапазонах изменения номинальных сварочных токов.

11. Разработаны и исследованы двухмостовые сварочные выпрямители на номинальные сварочные токи 80 А, 100 А, 130 А, 200 А, 300 А.

1. ГТатон Б.Е. Проблемы сварки на рубеже веков // Автоматическая сварка.-1999. №1.-С.4-142.

2. Вернадский В.Н., Мазур А.А. Состояние и перспективы развития мирового сварочного рынка //Автоматическая сварка.-1999.- №11 .-С.49-55

3. Жадкевич М.А., Вернадский В.Н., Мазур А.А., Тольба В.В. Состояние и перспективы европейского сварочного рынка. 3/96.- Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1996-16с.

4. Вернадский В.Н., Маковецкая O.K., Мазур А.А. О состоянии и тенденциях мирового рынка сварочной техники (обзор сборника "СВЭСТА-96") // Автоматическая сварка.-1997.- №10.-С.32-37.

5. Вернадский В.Н., Маковецкая O.K. Экономико-статистические данные по сварочному производству (СВЭСТА-98) / Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1998-107с.

6. Карасев М.В., Павленко Г.В., Соляник В.В., Карасев Е.В. Основные тенденции развития производства сварочного оборудования в объединении "СЭЛМА-ИТС" и его применение в России и странах СНГ // Автоматическая сварка, 2002.-№5.- С.52-57.

7. Карасев М.В., Работинский Д.Н. Анализ наиболее эффективного использования различных видов сварочного оборудования и сварочных материалов в производстве металлоконструкций // Сварка в Сибири.- 2002.- №1.- С.52-56.

8. В.К. Лебедев. Современные тенденции развития сварочных источников питания // Новые сварочные источники питания. Сборник научных трудов: Киев, ИЭС им. Е.О. Патона,- 1992.- С. 66-70.

9. Патент РФ № 2035275. Источник питания для дуговой сварки / А.И. Комар-чев, Л.И.Сахно, О.И.Сахно, Смирнов В.В. Опубл. в Б.И., 1995, №14

10. Патент РФ № 2056242. Установка для дуговой и контактной сварки. / А.И. Комарчев, Л.И.Сахно, О.И.Сахно, С.П. Карандасов. Опубл. в Б.И., 1996, №8

11. Патент РФ № 2056243. Установка для дуговой и контактной сварки. / А.И. Комарчев, Л.И.Сахно, О.И.Сахно, Опубл. в Б.И., 1996, №8

12. Патент РФ № 2063314. Источник питания для дуговой сварки. / А.И. Ко-марчев, Л.И.Сахно, О.И.Сахно, Смирнов В.В. Опубл. в Б.И., 1996, №9.

13. Патент РФ № 2141888. Источник питания для дуговой сварки/ А.И. Комар-чев, Л.И.Сахно, О.И.Сахно, П.Д. Федоров. Опубл. в Б.И., 1999, №33.

14. Свидетельство на полезную модель. Источник питания для дуговой сварки по заявке № 2001133038/02(035465) от 7.12.01.

15. Патент РФ № 2207942, Источник питания для дуговой сварки. / А.И. Ко-марчев, Л.И.Сахно, О.И.Сахно, П.Д. Федоров, Т.П. Филина. Опубл. в Б.И., 2003, № 19.

16. Патент РФ № 2265504. Источник питания для дуговой сварки" / А.И. Ко-марчев, Л.И.Сахно, Л.И.Сахно, П.Д. Федоров. Опубл. в Б.И., 2005, №34.

17. Патон Б.Е., Лебедев В.К. Электрооборудование для дуговой сварки. М.: машиностроение, 1966, 359с.

18. Каспржак Г.М., Рабинович И.Я., Сидорков В.Б. Выбор рациональных схем выпрямителей для дуговой сварки // Автоматическая сварка, 1960, №3.

19. Закс М.И. Сварочные выпрямители.-Л.: Энергоатомиздат, Л.О.- 1983- 93с.

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

21. Пентегов И.В., Мещеряк С.Н. Источники питания для дуговой сврки с использованием инверторов // Автоматическая сварка.- №7.- 1982.-С.29-35 .

22. Пентегов И.В., Стемковский Е.П., Легостаев В.А. Модулирование сварочного тока при помощи индуктивных накопителей энергии //' Автоматическая сварка.-1987.-№11 .-С.35-40.

23. Малогабаритные источники питания с улучшенными энергетическими показателями / И.В. Пентегов, В.П. Латанский, В.В. Склифос // Сборник научныхтрудов "Новые сварочные источники питания Киев: ИЭС им. Е.О.Патона.-1992.- С.66-70.

24. Р.Х. Бапьян, М.А. Сивере, Тиристорные генераторы и инверторы. JI: Энер-гоатомиздат.Л.О.,1982, 223с.

25. Патон Б.Е. Электрошлаковая сварка, изд.2-ое, Москва Киев: Машгиз.-1959.-410с.

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

27. Патон Б.Е (ред.). Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением.- М.: Машиностроение.- 1974.- 767с.

28. Прохоров Н.Н. (ред.). Физические процессы в металлах при сварке. Т.1.- М: Металлургия.- 1968,- 695с.

29. Фролов В.В. Теоретические основы сварки.- М.: Высшая школа.- 1970.-392с.

30. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов, изд.З-е.- М.: Машиностроение.- 1970,- 408с.

31. Чиженко И.М. Двухмостовой преобразователь электрического тока с коммутирующим устройством // Изв.вузов. Энергетика.- 1958.- №4.- С.23-32.

32. Поссе А.В., Рейдер A.M. К вопросу о применении последовательного включения вентильных мостов и вентилей в схеме передачи постоянного тока // Изв. НИИПТ, вып.З.- 1958-С.115-129.

33. Поссе А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока.- Л.: Энер-гия.-1973.- 363с.

34. Шляпошников Б.М. Игнитронные выпрямители для тяговых подстанций железных дорог. -М: Трансжелдориздат,-1947.-735с.

35. Каганов И.Л. Промышленная электроника.- М.: Высшая школа.- 1968,- 563с.

36. Глинтерник С.Р. Электромагнитные процессы и режимы мощных статических преобразователей.- JI: Наука.-1968.- 308с.

37. Глебов Л.В., Горлов Ю.И., Струве Г.А. Кольцевая схема выпрямления для многопостовых сварочных установок // Электротехника.-1972-№1-С.30-33.

38. А.С. СССР N 1687392, кл. В 23 К 9/00,1988г.

39. Бродягин В.Н., Гужавин А.А., Юркевич A.M. Разработка однофазных источников питания для дуговой сварки. В сб. трудов ВНИИМСС. М.:1987, с.42

40. Лебедев А.В., Романюк B.C. Однофазные источники сварочного тока для механизированной сварки в углекислом газе // Сварочное производство.-2004.-№1-С.38-43.

41. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. Чиженко И.М.- Киев: Техника.- 1978.-447 с.

42. Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока.- Л.: Энергия, Л.О.- 1973.- 304с.

43. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники.- М.: Энергоатомиздат.- 1992.296 с.

44. А.С. Васильев, С.В. Дзлиев. Методы машинного проектирования преобразователей электрической энергии для электротехнологии.- Санкт-Петербург: Энергоатомиздат, Санкт Петербургское отделение.- 1993.- 255с.

45. К.С. Демирчян, П.А. Бутырин. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. Учебное пособие.-М.: Высшая школа.- 1988.- 335с.

46. Васильев А.С., Гуревич С.Г., Иоффе Ю.С. Источники питания электротермических установок.- М: Энергоатомиздат.- 1985.- 245с.

47. Васильев А.С. и др. Проектирование статических преобразователей частоты с использованием ЭВМ: Учебное пособие Ленинградского электротехнического института им. В.И. Ленина,- Л: ЛЭТИ- 1986.-78с.

48. Коровкин Н.В., Миневич Т.Г., Селина Е.Е. Построение синтетических схем двухполюсников со сложной зависимостью эквивалентных параметров от частоты. // Труды международного симпозиума по электромагнитной совместимости. ЕМС-95. С. 189-191.

49. Б.Н. Короткое, Е.Н. Попков. Алгоритмы имитационного моделирования переходных процессов в электрических системах. Изд-во ленинградского университета.- 1987.- 280с.

50. Евдокунин Г.А., Смоловик С.В., Щербачев С.В. Математическое моделирование элементов электроэнергетических систем.- Л. 1980.-78с.

51. Евдокунин Г.А. Электромагнитные процессы в электрических системах: Учебное пособие /СПГТУ.-СПб, 1993.-106с.

52. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети.- Санкт-Петербург: Издательство Сизова М.П.- 2001.-304с.

53. Шакиров М.А. Методы анализа сложных электрических цепей: Учебное пособие- Л.-1984-84с.

54. Васильев А.С., Гуревич С.Г., Нестеров С.А. Особенности расчета выпрямителей, питающих статические преобразователи средней частоты // Электротехника. 1985.-№8.-C.33-36.

55. Моделирование процессов в сварочном источнике с высокочастотным звеном / П.А. Кошелев, В.В. Смирнов, С.А. Ермолаев, Н.А. Ященко // Электротехника.- 1978,- №6,- С.6-10.

56. Мустафа Г.М., Шаранов И.М. Математическое моделирование тиристор-ных преобразователей // Электричество.- 1970.-№1.-С.40 -45.

57. Мустафа Г.М., Шаранов И.М., Тингаев В.Н. Система программ для моделирования устройств преобразовательной техники // Электротехника.- 1978.- №6.-С.6-10.

58. Вентильные преобразователи переменной структуры/ В.Е. Тонкаль, B.C. Руденко, В.Я. Жуйков и др. АН СССР, Ин-т электродинамики.-Киев: Наукова думка.-1990-332с.

59. Крайчик Ю.С. Представление реального режима работы преобразователя в виде наложения более простых режимов / Изв. НИИПТ, вып. 16.-1970.-С.25-29.

60. Крайчик Ю.С., Воронина Ж.И. Гармонический анализ выпрямленного напряжения вентильных преобразователей с учетом переходных процессов, сопровождающих коммутацию вентилей // Электричество.-1969.-№12- С.55-57.

61. Крайчик Ю.С., Мазуров М.И., Набутовский И.Б., Чикова В.Т. Методика расчета частотных характеристик электрических сетей, примыкающих к мощным передачам постоянного тока // Изв. НИИПТ, вып.23.-1979.-С.52-60.

62. Статические преобразователи частоты в системах централизованного питания индукционных нагревателей / А.С. Васильев, С.В. Дзлиев, Ю.П. Качан, С.А Федосин // Электротехника.- 1982.-№8.- С.40-42.

63. Коровкин Н.В., Ефимов К.А., Плакс А.Е., Потиенко А.А. Моделирование устройств с ферромагнитными сердечниками с помощью кусочно-линейных операторов // Изв. РАН. Энергетика. № 5. 1994.- С. 95.

64. Electronics Workbench. Version 5.12. Copyright, 1992-1996, Interactive Image Technology LTD.

65. Берлин E.M., Ефимов К.А., Коровкин H.B. Режимы работы управления электрической связи со вставкой на основе тиристорно-ключевого преобразователя фазы. // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1991. С. 22-30.

66. Скрыпник А.И., Равлик A.M., Соколов A.M. Шульга Р.Н. Комплекс программ "Подстанция" для разработки оборудования передач и вставок постоянного тока // Электротехника. 1986. №12.

67. Коровкин Н.В. Анализ вентильных цепей с помощью комплекса программ 'CAS'. / В сб. научн.тр. "Моделирование силовых вентильных схем", Киев: Институт электродинамики АН УССР.- 1989.-С.29-40.

68. Пакет программ 'VENAS-123' для анализа электромеханических вентильных схем. В сб. научн.тр. "Моделирование силовых вентильных схем", Киев: Институт электродинамики АН УССР, 1989.

69. А.М.Равлик, В.Н.Стряпян, В.П.Кидыба. Комплекс программ "Преобразователь". / В сб. научн.тр. "Моделирование силовых вентильных схем", Киев: Институт электродинамики АН УССР.- 1989.-С.20-28.

70. Демирчян К.С., Бугырин П.Н., Карташев В.Н., Коровкин Н.В. Математическое моделирование мостовых преобразователей // Электронное моделирование.-№ 2. 1982.-С. 51-58.

71. Берх И.М., Мазуров М.И., Николаев A.B. Активная фильтрация гармоник в сети переменного тока с применением СТАТКОМ // Известия НИИ постоянного тока- №60- 2004.

72. Берх И.М., Мазуров М.И., Николаев А.В. Система векторного регулирования статического компенсатора (СТАТКОМ) // Известия НИИ постоянного тока №59- 2003.

73. Б.А.Будилов, Б.Н.Резников, Л.И.Сахно. Исследование электромагнитных процессов в источниках питания для контактной сварки // Сборник статей "Моделирование силовых вентильных преобразователей". Киев: Институт электродинамики АН УССР.-1989.- С.105-108.

74. В.Ф. Миткевич. Физические основы электротехники. Л: Кубуч, 1932, 495с.

75. Л.Р. Нейман и П.Л. Калантаров. Теоретические основы электротехники. Часть 2.- М.-Л.: Госэнергоиздат.- 1959.- 444с.

76. Шимони К. Теоретическая электротехника. М.: Мир.- 1964.-774с.

77. Поливанов К.М. Теоретические основы электротехники. Часть 3. Теория электромагнитного поля,- М: Энергия.- 1969.- 352с.

78. Жуховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б. Теоретические основы электротехники, т.2. Под ред. Поливанова К.М. М: Энергия.- 1972.-200с.

79. Нейман Л.Р. , Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники, В 2-х томах. 2-е изд. Л: Энергия, 1975.-522 и 407с

80. К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин, В.Л.Чечурин. Теоретические основы электротехники, т.1, т.2, т.З, СПб: Питер, 462 е., 575с., 376с.- СПб: Питер.-2001.

81. Г.Н. Петров, Электрические машины, ч.1.- М.: Энергия.- 1974.- 240с.

82. М.П.Костенко, Л.М. Пиотровский. Электрические машины. В 2-х частях.Ч.1 Машины постоянного тока. Трансформаторы. Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. Изд.З-е, перераб. Л.: Энергия.-1972.- 543с.

83. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины.-М: Энергия.- 1980.- 928с.

84. Вольдек А.И. Электрические машины.- Л.: Энергия.- 1974.-840с.

85. Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы.- М: Высшая школа.» 1976.-183с.

86. Сергеенков В.М., Киселев В.М., Акимова Н.А. Электрические машины: Трансформаторы.- М: Высшая школа.- 1989.-352с.

87. Беспалов В.Я. Учебное пособие по курсу "Электрические машины"./Ред. В.М. Киселев-М: МЭИ.- 1978-92с.

88. Тюков В.А., Савилова Э.Е., Темлякова З.С. Электрические машины. Трансформаторы.- Изд-во НГТУ,- 2002.- С.116.

89. Видмар М. Трансформаторы.- М.: ГОНТИ.- 1931-592с.

90. Марквардт Е.Г. Электромагнитные расчеты трансформаторов. Объединенное научно-техническое издательство.- 1938.- 136с.

91. Булгаков Н.И. Расчет трансформаторов.- М: Госэнергоиздат,- 1950 302с.

92. Никитин В.П. Основы теории трансформаторов и генераторов для дуговой сварки.- М: Изд-во АН СССР.- 1956.-238с.

93. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов для дуговых электрических печей.- M.-JL- Госэнергоиздат.-1959.-208с.

94. Тир JI.JI. Трансформаторы для установок индукционного нагрева повышенной частоты.М.-Л.- Госэнергоиздат.- 1961.- 239 с.

95. Л.В. Лейтес, A.M. Пинцов. Схемы замещения многообмоточных трансформаторов.- М.: Энергия.-1974.- 191с.

96. С.Б. Васютинский. Вопросы теории и расчета трансформаторов.- ЛО: Энергия.- 1970.- 431с.

97. Васютинский С.Б., Красильников А.Д. Расчет и проектирование трансформаторов. Расчет обмоток. Учебное пособие.-Л.-1976.- 85 с.

98. Фишлер Я.В. и Урманов Р.Н. Преобразовательные трансформаторы.- М.: Энергия.-1974.-224с.

99. Я.Л. Фишлер, Р.Н.Урманов, Л.М. Пестряева. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок,- М.: Энергоатомиздат.- 1989.- 319с.

100. Шафир Ю.Н. Распределение тока в обмотках трансформаторов.- М: Энергоатомиздат.- 1992.-192с.

101. Сили С. Электромеханическое преобразование энергии,- М: Энергия,-1968.-376с.

102. Л.В. Лейтес, Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов.-М: Энергия.-l981.-392с.

103. Вавин В.Н. Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи.2-е изд., перераб. и дополн.- М: Энергия.- 1977.- 105с.

104. Черников Г.Б., Евликов А.А. Трансформаторы тока в схемах вентильных преобразователей.-М: Энергия.- 1977.- 135с.

105. Никитский В.З. Трансформаторы малой мощности. 2-е изд., перераб. и доп.-М: Энергия.-1976.- 97с.

106. Аншин В.Ш. Трансформаторы для промышленных электропечей.-М.: Энергоиздат.- 1982,- 296с.

107. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов.-М; Энергоатомиздат. 1986-528с.

108. Силовые трансформаторы . Справочная книга / Под редакцией С.Д. Лизу-нова, А.К. Лоханина, М.: Энергоиздат.- 2004-616 с.

109. М.И. Закс, Б.А. Каганский, А.А. Печенин. Трансформаторы для дуговой сварки.- Л.: Энергоатомиздат, Л.О.- 1988- 136с.

110. Батюков В.К., Нефедов В.И. Устройства для преобразования напряжения: Учебное пособие/ Московский ин-т радиотехники, электроники и автоматики, М: МИРЭА, 1988.-56с.

111. Пинцов A.M. Уравнения многообмоточного трансформатора, учитывающие намагничивающий ток. //Изв. НИИПТ, вып.23.-1979.-С. 129-137.

112. Лоханин А.К. Расчет перенапряжений в катушечных обмотках трансформаторов. // Электричество.- 1967.-№4-С.

113. Елагин В.Н., Лурье А.И., Панибратец А.Н. Броски тока включения трансформаторов // Электротехника.- 1997,- №2- С.29-34.

114. Лурье А.И. Об определении максимального тока при включении цепи RL на переменное напряжение. // Электричество,- 1997,- № 12. С.23-27.

115. Марквардт Е.Г. Об электромагнитном рассеянии. // Электричество.- 1935, № 8.-С.44-51.

116. Меерович Э.А. Полная и раздельные индуктивности рассеяния обмоток трансформатора при учете насыщения железа. // Электричество.-1937, №11.-с.56-59.

117. Лейтес Л.В. Эквивалентные схемы двухобмоточного трансформатора: опыты холостого хода и короткого замыкания. В кн.: Вопросы трансформато-ростроения / Под. ред. Э.А. Манькина - М: Энергия, 1969, Труды ВЭИ, вып.79, с.277-297.

118. Boyajan A. Theory of three-circuit transformers. Transaction of AIEE, 1924, v.43

119. Горев A.A., Костенко M.B. Приведение сложных сетей к простейшим эквивалентным схемам // Электричество.-1948,- №3. С.40-43.

120. Starr F.M. An equivalent circuit for the four-winding transformer. // General Electric review.- 1933.- vol. 36.- p.150-152.

121. С.Б. Васютинский. Критерии преобразования схем замещения многообмоточных трансформаторов в более простые схемы // Электричество.- 1978.- №5.-С.26-28.

122. Александров Г.Н. Особенности магнитного поля трансформатора под нагрузкой // Электричество.- 2003.- № 5.- С. 19-26.

123. Александров Г.Н. Статический тиристорный компенсатор на основе управляемого шунтирующего реактора трансформаторного типа // Электричество." 2003,- № 2.- С.38-46.

124. Александров Г.Н. Подавление высших гармонических в управляемых шунтирующих реакторах трансформаторного типа // Изв. РАН. Энергетика.- 1999.-№3.

125. Александров Г.Н. Особенности магнитного поля мощных трансформаторов. // Состояние и проблемы отечественного трансформаторостроения. Материалы научно-практической конференции и школы -семинара. СПбГТУ, 30-31 марта 2001.-С. 11-17.

126. Шакиров М.А. Магнитоэлектрические схемы замещения катушек индуктивности и трансформаторов // Электричество.- 2003,- № 11.-С.34-45.

127. Шакиров М.А. Основы эвристической теории трансформаторов и электрических машин // Научно- технические ведомости СПбГТУ,- 2002.- №4(30)

128. Шакиров М.А. Матрично-эвристические схемы замещения сложных электрических цепей // Электричество.- 1992.- №11.-С.36-42.

129. Антип И.В. О выборе условно положительных направлений напряжений и токов при анализе работы трансформатора // Электричество.- 1985.- №11.-С.59-60.

130. Бутырин П.А., Алпатов М.Е. К созданию аналитической теории трансформаторов.//Изв. РАН. Энергетика.-2002-№2-С.44-53.

131. Бронштейн И.И., Семендяев К.А. Справочник по математике. М: Наука, 1967.70с.

132. Сахно Л.И. К вопросу о схеме замещения трехобмоточного трансформатора // Электричество- 2003- № 8-С.25-33.

133. Комарчев А.И., Сахно Л.И., Сахно О.И., Федоров П.Д. Двухмостовые выпрямители с трансформаторами, регулируемые магнитным шунтом // Сварочное производство 2001- № 11- С. 16-20.

134. Сахно Л.И. Исследование однофазных сварочных трансформаторов с трех-стержневой магнитной системой, работающих на двухмостовые выпрямители // Электричество- 2004- № Ю- С.53-64.

135. Сахно Л.И., Сахно О.И. Уравнения и схема замещения двухстержневого многообмоточного трансформатора. Научно-технические ведомости Санкт- Петербургского политехнического университета // 2004- № 4- С.8-15.

136. П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин. Расчет индуктивностей: Справочная книга.- Л: Энергоатомиздат.- 1986,- 488с.

137. Лейтес Л.В. Расчет индуктивности рассеяния трансформаторов. В кн.: Вопросы трансформаторостроения / Под. ред. Э.А. Манькина - М: Энергия, 1969, Труды ВЭИ, вып.79, С.220-235.

138. Петров Г.Н. К теории расчета индуктивностей рассеяния трансформаторов.// Электричество-1948-№3-С.30-35с.

139. Бики М.А. Расчет магнитного поля трансформаторов методом интегральных уравнений // Электротехника -1974- №4 С.6-12.

140. Амромин А.Л., Кубарев Л.П., Павлов В.В. Средняя длина витка при расчете индуктивности рассеяния трансформатора // Электротехника-1975-№41. С.32-33.

141. Амромин А.Л. Определение индуктивных сопротивлений рассеяния трансформаторов // Сб. Электротехническая промышленность. Сер. Аппаратывысокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы.-1972. Вып.10(19)-С.27-30.

142. Коровкин Н.В. и др. Основы расчета электрических параметров устройств передачи электромагнитной энергии: Учеб. пособие. Ленингр. Гос. Техн. Ун-т.-Л.: 1991-68 с.

143. Демирчян К.С., Чечурин В.Л. Машинные методы расчета электромагнитных полей,- М: Высшая школа.- 1986.- 240с.

144. Численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений: Сб.научн. тр. Под ред. С.С. Филлипова /Ин-т прикл. Математики им. М.В. Келдыша АН СССР.-М.- 1988.- 240с.

145. Калиткин Н.Н. Численные методы. М: Наука.- 1978.-512с.

146. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики., 4-е издание.- М: Наука.- 1970.-658с.

147. Вазов В., Форсайт Д. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных,- М: Изд-во иностранной литературы.-1963.-487с.

148. Stoll R.L. Solution of linear steady-state eddy-current problems by complex successive overrelaxation // Proc.IEEE, 1970,- vol.117.- p.l321-1373.

149. Kredell. On complexsuccessive overrelaxation //Nord Fidsk, Inf. Behandling, 1962.- p.143-152.

150. Yong D.M. Iterative methods for solving partial differential equation of elleptic-type // Trans. Amer. Math. Soc.-v. 76.1954.-p. 92-112.

151. Фадеев Д.К. и Фадеева B.H. Вычислительные методы линейной алгебры. Изд 2-е, доп.- М.-Л: Физматгиз.- 1963-734с.

152. Воронин В.Н., Сахно Л.И. Численный расчет квазистационарного электромагнитного поля трансформатора // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт-1987.- № 6.-С.69-74.

153. Boronin V., Sakhno L. Sakhno О. Computation of frequency dependencies of losses in transformer and reactors winding // Internation Symposium on Electromag-natic Compatability, Japan, Nagoya, 1989.

154. Сахно Л.И. К расчету плоскопараллельных квазистационарных электромагнитных полей при резком поверхностном эффекте // Электричество- 1989. -№12-С. 74-75.

155. Исследование электромагнитных параметров сварочных трансформаторов при повышенных частотах / Будилов Б.А., Сахно Л.И // Тез. докл.VII Всесоюз. науч.-техн. конф. по трансформаторостроению, г. Запорожье, 12-14 сентября 1990г.- Запорожье: ВИТД990.-С.91.

156. Расчет добавочных потерь в обмотках трансформаторов / Воронин В.Н., Сахно Л.И., Сахно О.И. // Тез. докл.УН Всесоюз. науч.-техн. конф. по трансформаторостроению, г. Запорожье, 12-14 сентября, 1990г. -Запорожье: ВИТ, 1990.- С.-133.

157. Кпямкин С.С., Красноштанов А.С., Сахно Л.И. Расчет сопротивления скрученного провода при постоянном токе. // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт- 1990.- № 6.-С. 130-133.

158. Воронина Л.Ф., Сахно Л.И. Трансформаторы для двухмостовых сварочных выпрямителей // Труды международной научно-технической конференции "Power and Electrical Engeneering " т.4 Рига: Рижский технический университет, 2001-С.37-44.

159. Комплекс программ для численного моделирования электромагнитных и электромеханических устройств ELCUT, www.tor.ru/elcut.

160. L.I.Sakhno. An investigation of double-bridge rectifiers with steeply falling external characteristics for supplying an electric arc // Electrical Technolodgy Russia -2002-№l.-p.96-104.

161. Сахно JI.И. Двухмостовые сварочные выпрямители с однофазными трансформаторами, имеющими трехстержневую магнитную систему // Сварочное производство- 2003- № 2-С. 19-24.

162. L.I.Sakhno. Two-bridge welding rectifiers with single-phase transformers with a three-rod magnetic system // Welding International- 2003 vol.l7.-№7.-P.565-569.

163. L.I.Sakhno. Investigations of single-phase welding transformers with a three-core magnetic system used in double-bridge rectifiers // Electrical Technolodgy Russia-2004-№4. -P.46-65.