МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ СУМІСНОСТІ ЗВАРЮВАЛЬНОГО УСТАТКУВАННЯ
На рубежі 1980-1990-х років розвинені країни світу зіткнулися з проблемою погіршення якості електроенергії електричних мереж, що наростає, полягає в спотворенні синусоїдальної форми напруги і струму мережі, що позначилося на підвищенні втрат і зниженні надійності експлуатації електроустаткування. До цього призвело постійне збільшення споживання електроенергії обладнанням з нелінійними навантаженнями, такими як випрямлячі, інвертори, електроприводи, що частотно керуються, комп'ютери, офісна техніка та інше обладнання.
У зв'язку з цим гостро постала проблема електромагнітної сумісності електричного обладнання. Під електромагнітною сумісністю (ЕМС) електроприймачів розуміється їхня властивість функціонувати без погіршення якісних показників при спільному їхньому харчуванні від промислової мережі. Схема живлення електроприймачів повинна будуватися таким чином, щоб електроприймачі, що спільно живляться, не надавали несприятливого впливу один на одного.
Як відомо, електрозварювальне обладнання є потужним джерелом електромагнітних перешкод і значно впливають на зміну показників електроживлення [11].
Однак, традиційно в країнах СНД склалося так, що у зварювальному виробництві мало звертають увагу на ці проблеми, хоча при виготовленні відповідальних зварних конструкцій висувалися вимоги роботи лише одного джерела живлення, щоб унеможливити взаємний вплив джерел живлення один на одного.
Рівень спотворення напруги мережі живлення, відповідно до робіт [9, 11, 12], залежить від виду зварювального обладнання. Найбільший вплив на електричну мережу мають джерела інверторного типу. При цьому в мережу генерується дуже широкий спектр гармонійних складових струму, що може призводити до помилковихспрацьовуванням пристроїв безперебійного живлення.
Для покращення якості електроенергії та зниження рівня генерованих зварювальним обладнанням вищих гармонік струму та напруги доцільно, а в ряді випадків необхідне застосування фільтрів вищих гармонік струму [11, 12]. При цьому зварювальні джерела живлення, крім забезпечення ними необхідних технологічних показників, матимуть хорошу електромагнітну сумісність, знижуватимуть додаткові втрати у проводах мережі та підключеному до мережі обладнанні.
Зниження рівня вищих гармонік струму, що генеруються зварювальним обладнанням, може здійснюватися так званими активними і пасивними фільтрами. Активні фільтри, які містять багато елементів як силової, так і мікроелектроніки, дорогі, складні та не завжди надійні в експлуатації [1].
Одним із перспективних видів зварювального обладнання є імпульсні джерела живлення, які забезпечують зварювання в діапазоні не більше +10% напруги.
Ряд робіт [5, 8, 13] присвячений вивченню впливу збурень, у тому числі і коливань напруги мережі живлення, на стабільність роботи імпульсних зварювальних апаратів, а також розробці системи стабілізації параметрів при дії впливу, що обурює.
Так як імпульсно-дугове зварювання електродом, що плавиться, протікає без коротких замикань дугового проміжку, то для неї небезпечні коливання вхідної напруги в бік зменшення напруги мережі живлення. Під час роботи імпульсних джерел живлення у номінальному режимі розбризкування становить 1..1,5%, тоді як із роботі зниженому напрузі мережі до 340..350В – піднімається до 7% [13].
Для усунення впливу коливань напруги мережі було запропоновано двоконтурну систему стабілізації, що дозволяє підтримувати параметрипроцесу зварювання на встановленому рівні при дії збурень, а також скоротити розбризкування до «номінальних» 1..1,5%.
Останнім часом знаходять дедалі більше застосування резонансних технологій при створенні джерел живлення для зварювання [6, 10]. Застосування резонансних LC-ланцюгів дозволяє зменшити втрати, збільшити ККД процесу, знизити на порядок рівень електромагнітних перешкод. При цьому конструктори намагаються рухатися у бік вищих частот, що призводить до зниження рівня радіоперешкод та електромагнітних шумів, а також зниження величини пульсації напруги [6].
На підставі очевидних переваг застосування резонансних перетворювачів компанією ШТОРМ був створений ряд зварювальних джерел для ручного дугового зварювання: Handy-190, Handy-200, X-350 VRD RU (Малюнок 3б), серія MicorMIG (Малюнок 3а), акумуляторний апарат Micor 3в). Дані джерела сконструйовані з урахуванням резонансного методу з технологією управління MICOR [7]. У системі управління даних зварювальних апаратів використовуються шість мікропроцесорів із тактовою частотою 25-96 MHz. При роботі даних джерел контроль струму та напруги відбувається 1,5 мільйона разів на секунду, контролюється 27 аналогових та цифрових параметрів вимірювань.
На підставі аналізу взаємного впливу зварювального обладнання та електричної мережі можна сформулювати основні варіанти вирішення проблеми сталої роботи зварювальних інверторів:
1 Зниження напруги холостого ходу генератора з 380В до 350 – 360В та підвищення частоти до 52 Гц дозволяють забезпечити нормальну роботу джерел [3].
2 Включення послідовно до кожного мережевого проводу індуктивності та збільшення ємності фільтра. Таке рішення вимагає додаткових фільтрів та втручання у зварювальне джерело.
3 Дляусунення спотворень напруги генератора та зменшення високочастотних гармонік необхідно введення радіофільтра та конденсаторів, що згладжують, відповідно до рекомендацій роботи [2, 4].
4 Використання в інверторі LC-фільтра замість ємнісного сприятливо позначається на роботі генератора. Це дозволяє виключити перенапруги та повністю використовувати потужність генератора.
1. Волков, І.В. Поліпшення якості електроенергії у мережах промислових підприємств за допомогою фільтрів вищих гармонік струму / І.В. Волков, М.М. Курильчук, І.В. Пенгетов, С.В. Римар // Вiсн. Приазів. держ. техн. ун-ту: Зб. наук. праць, Енергетика. – Марiуполь: ПДТУ. - 2005. - Ч. 2. - Віп. №3. - С. 15-19
2. Гецкін О.Б. Інверторний апарат ДС 250.33 для зварювання покритими електродами / О.Б. Гецкін, В.М. Яров, І.В. Кудров // Зварювальне виробництво. - 2004. - №2. - С. 19-21
3. Гецкін О.Б. Розробка алгоритму керування перенесенням електродного металу при зварюванні в захисних газах та його реалізація у багатофункціональному зварювальному джерелі: дисертація на соиск. уч. ступеня канд. техн. наук, Чебоксари. - 2010. - 165 с.
4. Гецкін, О.Б. Створення автомата блочно-модульної конструкції для орбітального зварювання магістральних трубопроводів / О.Б. Гецкін // Зварювання та діагностика. - 2008. - №6. - С. 19-23
5. Жерносеков, А.М. Вплив коливань напруги мережі на процес імпульсно-дугового зварювання / О.М. Жерносеков // Автоматичне зварювання. - 2008. - №2. - С. 48-49
6. Зіновкін, А.А. Резонансні технології у зварюванні: етапи розвитку / О.О. Зіновкін, М.А. Шолохов, А.М. Фівейський // Зварювання та діагностика. - 2013. - №1. - С. 48-52
7. Мельников, А.Ю. Резонансні зварювальні джерела живлення для трасових робіт при монтажі та ремонті трубопроводів / О.Ю. Мельников, А.М.Фівейський // Територія НАФТОГАЗ. - 2014. - №9. – С. 61
8. Патон Б.Є. Стабілізація процесу імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться / Б.Є. Патон, П.П. Шейко, О.М. Жерносеков, Ю.О. Шимановський // Автоматичне зварювання. - 2003. - №8. - С. 3-6
9. Пенгетов, І.В. Електромагнітна сумісність джерел живлення зварювальної дуги/І.В. Пенгетов, С.В. Римар, А.М. Жерносєков, В.М. Сидорець // Електротехніка та електромеханіка. - 2012. - №3. - С. 34-40
10. Петров, З. Перспективна схемотехніка зварювальних інверторів (частина 2) / З. Петров // Сучасна електроніка. - 2009. - №2. - С. 16-22
11. Римар, С.В. Вплив однофазних джерел живлення зварювальної дуги на електричну мережу/С.В. Римар, А.М. Жерносєков, В.М. Сидорець // Автоматичне зварювання. - 2011. - №12. - С. 9-15
12. Римар, С.В. Вплив зварювальних джерел живлення на трифазну електричну мережу/С.В. Римар, А.М. Жерносєков, В.М. Сидорець // Автоматичне зварювання. - 2011. - №10. - С. 49-55
13. Шейко, П.П. Імпульсно-дугове зварювання електродом, що плавиться, з автоматичною стабілізацією параметрів режимів / П.П. Шейко, О.М. Жерносеков, Ю.О. Шимановський // Автоматичне зварювання. - 2004. - №1. - С. 8-11