Многопостовые сварочные выпрямители

	Загрузить архив:
	Файл: ref-24824.zip (400kb [zip], Скачиваний: 278) скачать

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра оборудования и технологии сварочного и литейного производства

Контрольно-курсовая работа

по дисциплине «Источники питания»

на тему:

«Многопостовые сварочные выпрямители»

Выполнил:

студент гр. 630621                                                            Иванцов О.В.

Руководитель:

канд.техн.наук, доц.                                                          Татаринов Е.А.

Тула 2006

С О Д Е Р Ж А Н И Е

ВВЕДЕНИЕ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

1. Сварочные многопостовые системы - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

1.1. Общие сведения - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

1.2. Выпрямители для ручной дуговой сварки плавящимся электродом - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

1.3. Многопостовые системы для дуговой сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа - - - - - - - -

1.4. Сварочный коллекторный генератор типа ГСМ-500 для питания двух постов - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

2. Экономическая эффективность многопостового питания при дуговой сварке - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3. Современные многопостовые выпрямители, предлагаемые компанией «ИНТЕР-сварка» г.Тула - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3.1. Сравнительная характеристика - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3.2. Многопостовой выпрямитель ВДМ-6304У3 - - - - - - - - - -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ - - - - - - - - - - - - - - -

В В Е Д Е Н И Е

В производстве целесообразно по условиям работы использовать один источник питания для нескольких потребителей, для этого применяются многопостовые сварочные системы. В этих системах один многопостовой выпрямитель снабжает энергией несколько сварочных постов.

Многопостовым называют источник, от которого можно питать несколько сварочных дуг одновременно. Многопостовые источники используют там, где на небольшом расстоянии друг от друга расположена группа сварочных постов. В этих условиях многопостовой источник более выгоден, чем однопостовые источники.

Многопостовые сварочные выпрямители позволяют рационально использовать производственные площади, значительно уменьшить расходы на электроэнергию и обслуживание оборудования, и обеспечивают независимость работы отдельных постов, а также незначительное падение напряжения в шинопроводе, соединяющем посты, что особенно важно при достаточной удаленности сварочного поста от места нахождения источника. Регулирование тока поста осуществляется с помощью балластных реостатов.

Подключают сварочные посты от шинопровода выпрямителя через балластные реостаты. Балластный реостат представляет собой набор сопротивлений. При включении сварочной дуги последовательно с балластным реостатом появляется возможность независимо регулировать ток каждого отдельного поста. Одновременно сварочный пост приобретает необходимую при ручной сварке крутопадающую внешнюю характеристику.

Выпрямитель включают в такой последовательности: замыкают сетевой рубильник, затем включают автоматический выключатель, расположенный, в большинстве случаев, на боковой стенке выпрямителя, при этом загорается сигнальная лампа. Пуск следует производить вхолостую при отключенной нагрузке. Выключают выпрямитель (без размыкания автоматического выключателя) нажатием кнопки «Стоп». Все узлы выпрямителя смонтированы в шкафу, имеющем две закрывающиеся на ключ двери с электрической блокировкой. Блок управления находится на передней стенке в верхней части кожуха выпрямителя.

1. Сварочные многопостовые системы

1.1. Общие сведения

В многопостовых системах источник питания снабжает энерги­ей одновременно несколько сварочных постов; Исходя из эксплуа­тационных и технико-экономических соображений, многопостовые системы целесообразно применять в тех отраслях промышленности (в частности, в машиностроении и судостроении), где на относи­тельно небольших производственных площадях приходится сосредо­точивать большое число (до нескольких десятков) однопостовых источников питания. В этом случае однопостовые источники пита­ния помещают в специальные контейнеры и перемещают кранами. Источники, находящиеся в контейнерах, подключаются к силовой сети цеха посредством длинных (20—30 м) гибких кабелей. Кабели укладываются непосредственно на производственной площади, за­громождают ее, проходят по свариваемой конструкции. Контейнеры загружают крановое оборудование; сварщики при такой организа­ции работ теряют много рабочего времени и подвергаются в боль­шей мере опасности поражения током. Производительность труда в таких условиях снижается.

В последние годы интенсивно проводились работы, направлен­ные на создание современных многопостовых систем питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом, механизированной сварки под флюсом и в среде углекислого газа. Все эти многопосто­вые системы относятся к источникам питания группы О.

Применение многопостовых систем создает условия для повыше­ния производительности труда, более рационального использования производственных площадей, экономии электроэнергии (источник питания не имеет режима холостого хода), снижения капитальных затрат и расходов на обслуживание источников, а также гаранти­рует безопасность работы и улучшение условий труда сварщиков.

Многопостовые системы питания могут быть как постоянного, так и переменного тока. Промышленность в настоящее время се­рийно выпускает только многопостовыесистемы для питания постов по­стоянным током от вы­прямителей через шинопроводы.

На рис. 1 приведена функциональная блок-схе­ма питания сварочных постов СП от выпрямите­ля V через шинопровод ШП. Ток поста регулиру­ется с помощью регулято­ра тока РТП. Многопосто­вая система предназначе­на для• ручной дуговой сварки.

Рис. 1. Функциональная блок-схема питания сварочных постов от выпрямителя через ши­нопровод: V — выпрямитель; ШП — шинопровод; СП — свароч­ный пост; РТП—регулятор тока поста; 1к—длина шинопровода до k-го поста

Основное требование, предъявляемое к многопо­стовым установкам, – это независимость работы каждого поста как в установившихся, так и в переходных режимах. При этом напряжение U_п.х.х на входе каж­дого поста в режиме холостого хода поста должно быть достаточ­ным для начального возбуждения дуги при контакте торца элект­рода и изделия; соотношение напряжений холостого хода U_п.х.хи устойчивого горения дуги U_д.п. должно быть равно примерно двум (напряжение U_п.х.х для ручной дуговой сварки должно быть около 60 В, а U_д.п. при устойчивом горении дуги 25—30 В).

Изменения режима на одних постах (например, обрыв дуги, короткие замыкания дуговых промежутков каплей, перенос и обрыв капли) не должны влиять на устойчивость процесса сварки других постов. В установившемся режиме условие независимости постов выражается как U_пk=const вдоль шинопровода и для любого k-го поста. Оценка степени разделения (независимости) постов в установившихся режимах осуществляется по статическим характе­ристикам источника питания и поста, а в переходных – по осцилло­граммам процесса сварки, по устойчивости горения дуги постов и по качеству выполненного сварного соединения. Технология сварки требует, чтобы колебания напряжения сети, от которой получает питание трехфазный силовой трансформатор, не отражались на вы­ходном напряжении выпрямителя, так как это вызывает изменение напряжения на шинопроводе, а следовательно, отражается на ра­боте постов. Для устойчивого горения дуги любого поста

Рис. 5.2. Внешняя характеристика сварочного поста Un=f(Iп) и вольт-амперная характеристика дуги Uд=f(Iп)

при ручной дуговой сварке необходимо, чтобы напряжение U_п, подводимое к разрядному промежутку поста, уменьшалось с увеличением тока поста. Это означает, что характеристика поста, представляющая за­висимость напряжения U_n от тока I_п поста, должна быть падающей (рис. 2). При I_п=0 напряжение U_п.х.х, подводимое от шинопрово-да к посту, должно обеспечивать легкое возбуждение дуги, а ток I_пk должен быть ограничен.

Регулятор тока поста РТП предназначен для формирования характеристики поста, регулиро­вания тока I_п, создания условий для независимости работы постов в установившемся режиме. В мно­гопостовых системах для ручной дуговой сварки постоянным током в качестве регуляторов тока при­меняются регулируемые постовые балластные резисторы R_n.

Напряжение на шинопроводе, являющееся входным напряжени­ем любого k-го поста в установив­шемся режиме:

                (1)

где U_и.п. — напряжение на выходных выводах источника питания (например, сварочного выпрямителя), которое принимается по­стоянным; Δu_ш.k. – падение напряжения по длине l_k шинопровода.

Для постоянства U_nk необходимо, чтобы U_и.п. было постоянным и не зависело от нагрузки источника питания, т. е. чтобы внешняя характеристика источника питания была жесткая, aΔu_ш.k было возможно меньше. Условие независимости работы постов выполня­ется, если длительное отклонение Δu_ш.k от величины напряжения U_nkна выходных зажимах k-ro поста не превышает ±5%. Величина напряжения U_д.п. на дуговом промежутке поста в установившемся режиме равна:

                (2)

где U_п.п.—падение напряжения на постовом резисторе. Из формулы (2) следует, что внешняя характеристика U_п=f(I_п) не только падающая (см. выше), но и линейная. Из (2) можно определить ток поста:

              (3)

Значение R_n невелико и составляет десятые доли ома. Так, на­пример, при U_п.х.х=50В, U_д.п=25В и I_п=250А сопротивление R_п=0,1Ом. Несмотря на малое сопротивление R_п, мощность, рас­ходуемая на его нагрев, велика (например, в нашем случае P_R=I_п²R_п=250² · 0,1=6,25 кВт).

КПД поста:

             (4)

где Р_д—мощность, расходуемая в процессе сварки; Р_п—мощность, получаемая постом от источника. При U_д.п.=25В и U_п=50В η=0,5.

К.п.д. многопостовой установки:

η_у = η_и.п η_п,          (5)

где η_и.п – КПД источника питания многопостовой системы. КПД поста можно повысить за счет снижения напряжения U_п, подводи­мого от шинопровода к постам. При снижении U_п.х.х с 50 до 40 В получим при I_и=250А и U_д.г=25В R_п=0,06Ом, Р_R=3,75кВт и по (4) η=0,625. Следует иметь в виду, что значительное снижение напряжения холостого хода U_п.x.x может привести к затруднению возбуждения дуги и ухудшению стабильности процесса сварки, так как ведет к снижению напряженности Е электрического поля раз­рядного промежутка. С другой стороны, если снизить U_п.x.x даже в допустимых пределах за счет уменьшения напряжения на выход­ных выводах источника питания, то может резко увеличиться раз­брызгивание металла. Это объясняется тем, что при периодических коротких замыканиях дугового промежутка каплей возникает мгно­венный пик тока поста i_{п. макс}, ограниченный практически только сопротивлением R_п, так как индуктивность цепи поста равна нулю. В этом случае величина пика тока определяется значениями U_п.х.х и R_п. Для рассмотренного выше примера при U_п.х.х=50В и R_п=0,1Ом величина пика тока i_п.макс=500А, а при U_п.х.х=40В и R_п=0,06 omi_{n. макс} ==666А. Величину i_п.макс можно снизить. При включении в цепь поста индуктивности L_п уменьшается скорость нарастания тока (вместо пикового нарастания ток нарастает по экспоненте), что снижает потери металла на разбрызгивание. Вре­мя нарастания тока поста при наличии индуктивности связано с постоянной времени τ_п цепи поста:

                  (6)

где G=f(i_п) —проводимость разрядного промежутка, зависящая от тока.

Источник питания многопостовой установки рассчитывается на номинальный ток, соответствующий продолжительному режиму работы ПНн-100%.

При определении числа постов k многопостовой установки, со­ответствующих номинальному току источника, следует учитывать, что не все посты работают одновременно в одинаковых режимах (холостой ход, нагрузка, короткое замыкание). В формулу для определения числа постов необходимо вводить коэффициент одно­временности работы постов ε, который изменяется в пределах 0,6 – 0,9 (для ручной дуговой сварки и механизированной сварки под флюсом принимают ε = 0,5 – 0,6, а для сварки в среде углекис­лого газа ε = 0,7 – 0,9). Число постов:

                 (7)

где Р_и.п – мощность источника питания многопостовой системы.

При увеличении числа постов применяется параллельная рабо­та однотипных выпрямителей на один шинопровод. Наличие шинопровода, заменяющего большое число кабелей при использовании однопостовых передвижных установок, является одним из сущест­венных преимуществ многопостовых систем.

1.2. Выпрямители для ручной дуговой сварки

плавящимся электродом

Многопостовые выпрямители типа ВДМ используются для пита­ния выпрямленным током через балластные резисторы нескольких сварочных постов. Упрощенная принципиальная, электрическая схема выпрямителей приведена на рис. 3. Первичная, обмотка трех­фазного силового трансформатора Т соединена треугольником.

Рис. 5.3. Упрощенная принципиальная элект­рическая схема выпрямителей типа ВДМ-1001 и ВДМ-1601

Фазы первичной обмот­ки имеют отводы, что создает   возможность повысить вторичное на­пряжение трансформа­тора на 5% в случае понижения напряжения сети. Трансформатор имеет жесткую внеш­нюю характеристику.

Выпрямительный узел ВДМ собран по шестифазной кольцевой схеме выпрямления. На каждом стержне магнитопровода трансформа­тора Т расположены витки одной фазы пер­вичной обмотки w₁ и одноименные    фазы двух одинаковых вто­ричныхобмоток w₂. ЭДС вторичных обмо­ток   трансформатора сдвинуты одна относительно другой на 180 эл. град. Фазы вторич­ных обмоток соединены звездами, нейтрали N₁ и N₂которых обра­зуют отрицательный и положительный выводы (полюсы) выпрями­теля. Последовательно с фазами вторичной обмотки включены не­управляемые кремниевые вентили V, число которых зависит от ве­личины тока фаз. В реальном выпрямителе это не одиночные венти­ли, а блоки вентилей, включенных параллельно. Сварочные посты получают питание от шинопровода через балластные резисторы R_n, обеспечивающие независимость постов (см. выше). Внешняя харак­теристика выпрямителя жесткая. При номинальном токе снижение напряжения у самого удаленного поста порядка 5%. Падающая внешняя характеристика поста (см. рис. 2) обусловлена падением напряжения в балластном резисторе. От кратковременных пере­грузок выпрямитель защищен быстродействующим автоматическим выключателем, включенным на входе первичной обмотки трансфор­матора, от длительных перегрузок – тепловыми элементами магнит­ного пускателя (на рис. 3 автоматический выключатель и маг­нитный пускатель не показаны). Технические данные многопосто­вых выпрямителей типа ВДМ приведены в табл. 1.

Таблица 1

Технические данные	Тип выпрямителя
ВДМ-1001	ВДМ-1601
Климатическое исполнение и категория Нижнее значение температуры окру­жающего воздуха, °С Номинальный сварочный ток, А Наибольший допустимый ток пере­грузки, В Номинальный ток поста, А Пределы регулирования тока поста, А Режим работы поста, ПН% Продолжительность цикла сварки, мин Напряжение холостого хода, В Номинальное выпрямленное напряже­ние, В Номинальное напряжение питающей сети, В Число постов Первичная мощность, кВ-А КПД, % Тип балластного резистора Габаритные размеры, мм Масса, кг, не более	УЗ –10 1000 1200 315 12—315 60 5 70 60 380 7 74 90 РБ-301 1100х700х900 420	УЗ –10 1600 1700 315 12—315 60 5 70 60 380 9 120 90 РБ-301 1050х850х160 . 770

1.3. Многопостовые системы для дуговой сварки

плавящимся электродом в среде углекислого газа

Рис. 4. Функциональная блок-схема многопостовой выпрямительной системы с централизованным питанием постов от выпрямителей типа ВМГ-5000 для ручной дуговой сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа: V—центральная станция питания постов; VI, V2—выпрямители типа ВМГ-5000; СП — сварочный пост; ШНН — шинопровод низкого напряжения; ШПН — шинопровод повышенного напряжения

Технология сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа предъявляет ряд дополнительных требований к многопосто­вым системам (см. гл. 1). При сварке плавящимся электродом на­блюдается сильное разбрызгивание металла, если процесс сварки сопровождается периодическими короткими замыканиями межэлек­тродного промежутка каплей расплавленного металла. Причиной разбрызгивания являются быстро нарастающие пики токов при рез­ких колебаниях проводимости разрядного промежутка, что нару­шает устойчивость горения дуги. В последние годы разработана многопостовая система с централизованным питанием постов от выпрямителя БМГ-5000, удовлетворяющая требованиям техноло­гии ручной и механизированной сварки. Система предназначена для одновременного питания нескольких десятков постов и обеспе­чивает получение качественных сварных соединений при всех про­странственных положениях швов плавящимся электродом на об­ратной полярности в среде углекислого газа. Питание от выпрями­теля подается по шинопроводам к отдельным сварочным постам. Функциональная блок-схема выпрямительной системы приведена на рис. 4, а принципиальная электрическая схема силовой цепи выпрямителя типа ВМГ-5000 – на рис. 5.

Выпрямитель имеет шестифазную схему выпрямления с уравни­тельным реактором L_yp. Такие схемы выпрямления применяются в выпрямителях больших мощностей. Частота пульсаций выпрям­ленного напряжения равна 300 Гц.

Питание выпрямителя осуществляется от силовой сети через трехфазный понижающий трансформатор Т, имеющий одну первич­ную обмотку w₁ и две оди­наковые вторичные об­мотки w₂, фазы первичной обмотки секционированы, что позволяет получить пять значений фазных ЭДС вторичных обмоток. Схема выпрямления пред­ставляет собой два трех­фазных выпрямителя с выведенными нейтралями N₁ и N₂. Выпрямители ра­ботают на нагрузку парал­лельно через уравнитель­ный реактор. Начала фаз а₁, b₁, с₁ одной из вторич­ных обмоток соединены с анодами вентилей VI—V3, а концы фаз а₂, b₂, с₂ дру­гой вторичной обмотки — с анодами вентилей V4— V6. Катоды всех вентилей соединены и образуют по­ложительный вывод (по­люс) многопостовой системы. Отрицательные выводом (полюсом) системы служит средняя точка у обмотки уравнительного реактора, соединяющего нейтрали N₁ и N₂. Фазные ЭДС звезд сдвинуты относительно друг друга на 180 эл. град. Уравнительный реактор L_yp служит для обеспечения четкой параллельной работы двух вы­прямителей типа ВМГ. При наличии уравнительного реактора характерно отсутствие в магнитопроводе трансформатора постоян­ной составляющей магнитного потока, что позволяет значительно уменьшить габариты силового трансформатора Т. Нормальный ре­жим работы выпрямителя устанавливается тогда, когда обеспечи­вается непрерывная работа вентилей в заданной последователь­ности.

Нагрузкой для выпрямителей являются сварочные посты, под­ключенные к многожильному шинопроводу, соединенному с вывода­ми выпрямительной системы.

Многопостовая система имеет распределительные многожильные шинопроводы низкого и повышенного напряжений (см. рис. 4).

На каждой автономной системе шинопроводов можно изменять на­пряжение вне зависимости от напряжения на другой. Это произво­дится за счет изменения выходного напряжения на выводах одно­го из выпрямителей ВМГ. Ступенчатое изменение выходного на­пряжения осуществляется переключением числа витков фаз пер­вичной обмотки w₂ выпрямителя. Выпрямитель рассчитан на пять ступеней выходного напряжения (низкого 30, 35, 40, 50В и повы­шенного 60В). Распределительный шинопровод выполнен из алю­миниевых шин трех разных сечений и длин (l₁ – короткая, l₂ – cредняя и l₃ – наибольшей длины). К шине l₁ присоединяют посты в любом месте, а к остальным – на участках, длины которых боль­ше l₁. Применение шин разных длин и сечений позволяет уменьшить расход алюминия и обеспечить величину падения напряжения Δu_ш на всех шинопроводах в пределах установленных норм.

При механизированной сварке в среде углекислого газа прово­локой диаметром менее 2 мм, а также при сварке стержневыми электродами под флюсом рекомендуется включать посты на шинопроводы с низким напряжением, при сварке проволокой диаметром более 2 мм – на шинопровод с повышенным напряжением.

Технические данные многопостовой системы с централизован­ным питанием постов от выпрямителя типа ВМГ-5000 приведены ниже.

Климатическое исполнение, категория размещения Нижнее значение температуры окружающего возду­ха, °С Номинальный выпрямленный ток, А Номинальный ток поста, А Режим работы выпрямителя, ПН% Режим работы поста, ПН% Выпрямленное напряжение при номинальном выпрямленном токе и номинальном напряжении питающей сети, В Мощность, потребляемая выпрямителем, кВ-А КПД выпрямителя, % Число постов Коэффициент одновременности работы постов Тип балластного резистора Габаритные размеры, мм Масса, кг, не более

УХЛ4 +5 5000 315 продолжитель­ный 60 30, 35, 40, 50, 60 317 92 30 0,53 РБ-301 1500х1150х685 2490

Для механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа применяются многопостовые выпрямители серии ВДГМ, у которых электрические схемы силовых цепей и системы фазового управления тиристорами такие же, как у выпрямителя типа ВДУ-1601. Выпрямители обеспечивают по­стоянство выпрямленного напряжения с точностью ±1 В как при изменениях нагрузки, так и при колебаниях напряжения питающей сети в пределах ±5% от номинального.Регулирование режима поста при использовании этих выпрямителей осуществляется как балластным резистором, так и изменением скорости подачи электродной проволоки. Технические данные выпрямите­лей серии ВДГМ представлены в табл. 2.

Таблица 2

Технические данные	Тип выпрямителя
ВДГМ-1602	ВДГМ-1602-1	ВДГМ-1602-2
Климатическое исполнение и катего­рия размещения	УЗ	УЗ	УЗ
Нижнее значение температуры окру­жающего воздуха, °С	– 10	– 10	– 10
Номинальный сварочный ток, А	1600	1600	1600
Номинальный ток поста, А	200	400	600
Пределы регулирования тока поста, А	120 - 250	200 – 400	400 – 630
Режим работы выпрямителя	продолжи- тельный	продолжи- тельный	продолжи- тельный
Режим работы поста, ПВ%	60	60	60
Продолжительность цикла сварки, мин	10	10	10
Номинальное выпрямленное напряже­ние, В	30	50	60
Номинальное напряжение питающей сети, В	380	380	380
Число постов	9	5	3
Первичная мощность, кВ-А	74	114	138
К. п. д., %	79	83	83
Тип балластного резистора	РБГ-201	РБГ-401	РБГ-601
Габаритные размеры, мм	1150х900х 1850	1150х900х 1850	1150х900х 1850
Масса, кг, не более	750	1000	1000

1.4. Сварочный коллекторный генератор типа ГСМ-500

для питания двух постов

Промышленностью выпускается коллекторный генератор посто­янного тока смешанного возбуждения ГСМ-500, предназначенный для питания двух постов при ручной дуговой сварке плавящимся электродом. Генератор входит в состав агрегата АСДП-500 с при­водным дизельным двигателем. Внешняя характеристика генератора жесткая. Магнитные потоки параллельной и последовательной об­моток возбуждения складываются. Выходное напряжение генератора при его работе поддерживается н.а уровне номинального (55В) с точностью ±5%. Формирование падающей характеристи­ки сварочного поста и ступенчатое регулирование тока поста в пределах от 100 до 300 А осуществляется с помощью постового балластного резистора.

Напряжение на выходных зажимах можно плавно регулировать резистором, включенным в цепь параллельной обмотки возбуж­дения.

2. Экономическая эффективность многопостового питания при дуговой сварке [1]

В последнее десятилетие на крупных промышленных предприятиях получил распространение способ питания нескольких постов постоянным эком от шинопровода, соединенного с выпрямителем ВМГ-5000 и реостатом типа РБ-301. Такая система питания обладает как рядом преимуществ технологического характера, так и высокой экономической эффективностью.

В настоящей работе описан метод расчета, позволяющий выявить экономические достоинства многопостового питания при механизированной сварке с применением выпрямителя ВМГ-5000.

Таблица3

Паспортные данные сварочного оборудования сравниваемых видов

Источник	Кол-во, шт	Uх.х., В	UД, В	Icв., А	ПР, %	КПД, %	РН, кВА	Потери мощности, кВт	Суммарные потери мощности (с учетом ПР), кВт
ΔРх.х/ ΔР’х.х	ΔРн/ ΔР’н
ПСГ-500	40	16 – 40	30	500	60	65	31	5,9/2,4	12,0/7,2	401,52
ВС-600	10	20 – 52	40	600	60	75	38	0,35/0,14	7,08/4,3	43,88
ВС-300	12	20 – 40	30	300	60	70	16	0,32/0,13	6,9/4,14	51,22
ВДУ-504	26	80	50	500	60	82	40	0,34/0,14	7,2/4,32	115,856
Итого:	90									612,47
ВМГ-500	2	40	36*	5000**	100	94	201,6	2,26/0	21,0/21,0	42
1	60	56*	5000**	100	94	263,0	7,9/0	21,0/21,0	21
Итого:	3									63

* – значения напряжения на шинопроводе при номинальной нагрузке.

** – номинальный ток выпрямителя

Данные для сравнительных энергетических расчетов приведены в табл. 3. Мощность, потребляемая при номинальной нагрузке, по-ри мощности на холостом ходу ΔР_х.х и при номинальной нагрузке ΔР_н приведены согласно паспортным данным источников питания, а также с учетом продолжительности работы ПР:

Для проведения расчета принимаем, что один выпрямитель ВМГ-5000 включен на ступени с напряжением холостого хода U_х.х=60 В, а напряжение холостого хода на двух других – 40 В. Годовая стоимость потерь электроэнергии С_п при использовании однопостовых выпрямителей (базовый вариант С_п.б) составляет:

С_п.б = 612,472 х 3935 х 0,75 х 0,0125 = 22594,5 руб.;

при выпрямителях ВМГ-5000 (новый вариант С_п.н)

С_п.н = 63 х 3935 х 0,75 х 0,0125 = 2324,1 руб.,

где 3935 – годовой фонд времени работы обору­дования при двухсменном режиме загрузки, ч; 0,75—коэффициент простоя оборудования; 0,0125 – средняя стоимость 1 квт-ч электро­энергии, руб.

Годовые затраты С_с на электроэнергию при сварке с использованием однопостовых выпря­мителей при ПР=60 % (табл. 4), составляют:

С_с.б = 1241,52 х 3935 х 0,75 х 0,0125 = 45800,4 руб.

Расход электроэнергии при применении выпрямителей ВМГ-5000 с учетом потерь мощно­сти на балластных реостатах приведен в табл. 5.

Коэффициент спроса β зависит от интенсивно­сти загрузки обслуживаемых постов. При токе поста 300А один выпрямитель ВМГ-5000 может обслужить 30 постов при условии, что β=0,56. С увеличением потребления постом тока до 400А и при сохранении того же количества обслужи­ваемых постов необходимо снизить значение ко­эффициента β до 0,417. Общая мощность, потребляемая тремя выпрямителями ВМГ-5000, будет равна:

где 1.05 – коэффициент увеличения мощности; 0,94 – КПД выпрямителя ВМГ-5000.

Годовые затраты электроэнергии при сварке многопостовыми источниками питания составят, таким образом:

С_с.н. = 785,5 х 3935 х 0,75 х 0,0125 = 28977,6 руб.

В табл. 6 приведена заявленная потребителем максимальная мощность при многопостовых и однопостовом выпрямителях. Средняя годо­вая плата за 1 кВт максимальной нагрузки – 39,37 руб. Поэтому годовые затраты по заявляемой мощности С_з.м равны:

С_з.м.б = (1302 + 380 + 192 + 1040) х 39,37 = 114724,2 руб.

С_з.м.н. = (634,0 + 317,0) х 39,37 = 37440,8 руб.

Таблица 4

Мощность, потребляемая из сети при сварке с питанием от однопостовых выпрямителей

Источник	Количество, шт	Мощность, потребляемая одним выпрямителем, кВт	Суммарная мощность, кВт
ПСГ-500	42	11,40	478,80
ВС-600	10	18,52	185,52
ВС-300	12	5,46	65,52
ВДУ-504	26	19,68	511,68
Итого:	90		1241,52

Общие затраты на электроэнергию С_э по сравниваемым видам оборудования составят:

С_э.б = С_п.б + С_с.б + С_з.м.б = 183119,1 руб.;

С_э.н = С_п.н + С_с.б + С_з.м.н = 68742,5 руб.

Таким образом, экономия затрат на электроэнергию при переходе к централизованному пи­танию постов от трех выпрямителей ВМГ-5000 составляет 114376,6 руб. Несмотря на то, что потери мощности на реостатах довольно значительны, общая экономия от внедрения ВМГ-5000 оказывается существенной за счет уменьшения заявленной мощности оборудования и более вы­сокого КПД (0,94).

Таблица 5

Мощность, потребляемая из сети при сварке с питанием от выпрямителя ВМГ-5000

Количество постов, шт	Uх.х, В	Uд.ср., В	Iсв.ср, А	Коэффициент спроса β	Эквивалентная мощность, кВт	Суммарная мощность РΣ, кВт
дуги поста Рд	на балластном реостате Рб
60	40	25	300	0,560	4,20	2,52	403,2
30	60	35	400	0,417	5,83	4,17	300,0

К составным частям экономического эффекта от внедрения выпрямителей ВМГ-5000 следует отнести также значительную экономию производственных площадей.

Таблица 6

Максимальная мощность оборудования, заявленная потребителем

Источник	Количество источников, шт.	Мощность при номинальной нагрузке, кВт	Суммарная мощность, кВт
ПСГ-500	42	31	1302
ВС-600	10	38	380
ВС-300	12	16	192
ВДУ-504	26	40	1040
Итого:	90		2914
ВМГ-5000	3	317	951

В табл. 7 приведены площади, занимаемые выпрямителями с учетом площади проходов, проездов, служебных и бытовых помещений. Капи­тальные затраты К_з.п на производственные пло­щади в этом случае составляют:

К_з.п.б = 276,3 х 103,9 = 28707,6 руб.;

К_з.п.н = 100,3 х 100,9 = 10421,2 руб.

где 103,9—усредненная стоимость 1 м² площади производственного здания, руб.; затраты С_с.п на содержание производственных площадей, занимаемых сравниваемыми видами оборудования:

С_с.п.б = 276,3 х 10,0 = 2763,0 руб.;

С_с.п.н = 100,3 х 10,0 = 1003,0 руб.

где 10,0—годовые затраты на содержание 1 м² пощади помещения, руб.

Таблица 7

Площадь, занимаемая источниками питания

Источник	Количество источников, шт	Площадь занимаемая единицей оборудования, м2	Коэффициент учитывающий дополнительную площадь	Суммарная площадь, м2
ВС-300	12	0,695	4	33,340
ВС-600	10	0,823	4	32,920
ВДУ-504	26	0,968	4	100,672
ПСГ-500	42	0,651	4	109,368
Итого:	90			276,3
ВМГ -5000	3	1,725	4	20,70
Реостаты
РБ-301	90	0,221	4	79,56
Итого:	93			100,30

Амортизационные отчисления и затраты С_ам.р на обслуживание и ремонт рассчитаны табл. 8. Они составляют С_ам.р.б = 19334,8 руб.; С_ам.р.н.=12889,8 руб.

Суммарные издержки С_сум по изменяющимся статьям затрат складываются из стоимости потерь электроэнергии при сварке, потребляемой электроэнергии, максимальной мощности, заявленной потребителем, затрат на содержание производственных площадей, а также на амортизацию, ремонт и обслуживание источников питания:

С_сум.б = С_п.б + С_с.б + С_з.м.б + С_с.п.б + С_ам.р.б = 205216,9 руб.

С_сум.н = С_п.н + С_с.н + С_з.м.н + С_с.п.н + С_ам.р.н = 82635,3 руб.;

Таблица 8

Затраты на амортизацию, обслуживание ремонт источников питания

Источник	Количество источников, шт.	Балансовая стоимость, руб.	Норма амортизационных отчислений, %	Норма затрат на обслуживание и ремонт, %	Суммарные затраты, руб.
ПСГ-500	42	22024,8	34,4	4,5	8567,6
ВС-600	10	4674,0	34,4	4,5	1818,2
ВС-300	12	3146,4	34,4	4,5	1223,9
ВДУ-504	26	19858,8	34,4	4,5	7725,1
Итого:	90				19334,8
ВМГ-5000	3	40920,0	27,0	4,5	12889,8

Общие капитальные затраты К_общ в данном случае состоят из балансовой стоимости ис­точников питания (табл. 9) и производственных площадей, занятых этим оборудованием:

К_общ.б = К_об.б + К_з.п.б = 49704,0 + 28707,6 = 78411,6 руб,

К_общ.н = К_об.н + К_з.п.н = 40920,0 + 10421,2 = 51341,2 руб.;

Таблица 9

Расчет капитальных затрат по сравниваемым видам источников питания

Источник	Количество источников, шт	Оптовая цена, руб.	Коэффициент учитывающий затраты на транспортирование наладку и монтаж	Балансовая стоимость, руб	Суммарные затраты, руб.
ПСГ-500	42	460,0	1,14	524,4	22024,8
ВС-600	10	410,0	1,14	467,4	4674,0
ВС-300	12	230,0	1,14	262,2	3146,4
ВДУ-504	26	670,0	1,14	763,8	19858,8
Итого	90				49704,0
ВМГ-500	3	11000,0	1,24	13640,0	40920,0

Годовой экономический эффект от внедрения многопостовых источников питания определяем по формуле:

Э = З₁ – З₂,

где Э — годовой экономический эффект, руб.; 3₁ и З₂ – приведенные затраты на годовой объем работ, производимых с помощью базовой и но­вой техники. Они определяются по формуле:

3 = C+ Е_нК,

где С – себестоимость продукции, руб.; К – капитальные вложения в производственные фон­ды, руб.; Е_н = 0,15 – нормативный коэффициент, эффективности капитальных вложений.

Подставляя имеющиеся цифровые данные в исходную формулу, получим годовой экономиче­ский эффект от использования трех выпрямите­лей ВМГ-5000:

Э = (205216,9 + 0,14 х 78411,6) – (82635,3 + 0,15 х 51341,2) =

= 216978,6 – 90336,5 = 126642,1 руб.

Таким образом, переход от использования индивидуальных источников питания к одному вы­прямителю ВМГ-5000 позволяет получить годо­вой экономический эффект на каждый многопо­стовой источник в сумме 42,2 тыс. руб.

3. Современные многопостовые выпрямители, предлагаемые компанией «ИНТЕР-сварка» г.Тула[2]

3.1. Сравнительная характеристика

Оборудование предназначено для дуговой сварки в тяжелых условиях эксплуатации, к которым относятся:

üВысокая температура окружающей среды (южные районы, горячие цеха и т.п.);

üПовышенная запыленность (песок, негорючая пыль и т.п.);

üПовышенная интенсивность эксплуатации и т.п.

Предлагаются:

üВыпрямители типа ВД-306ТУ2, ВД-506ТУ2 с плавно-ступенчатым регулированием тока с помощью подвижных катушек для ручной сварки;

üВыпрямители типа ВДГ- 306 УЗ, ВДГ-506 УЗ со ступенчатым регулированием тока для полуавтоматической дуговой сварки в среде защитных газов, ВДГ-506М – с плавно-ступенчатым регулированием тока;

üВыпрямители многопостовые типа ВДМ-6304УЗ, ВДМ-1203УЗ, ВДМ-1203 (2000А) УЗ.

Выпрямители ВДМ нерегулируемые и имеют жесткую внешнюю характеристику. Регулирование сварочного тока производится для отдельного поста с помощью балластного реостата типа РБС-303У2,                                                       РБС-303МУЗ.

Основные технические характеристики

1. Выпрямители для ручной сварки.

Наименование параметра	Выпрямители
ВД-306Т	ВД506Т	ВДМ-6304	ВДМ-1203	ВДМ 1203 (2000А)
1. Напряжение питающей сети, В	3х380/50	3х380/50	3х380/50	3х380/50	3х380/50
2. Номинальный сварочный ток, А, при ПН=100%	315	500	630	1250	2000
3. Количество постов, не более	I	1	4	8	12
4. Номинальное рабочее напряжение, В	32	42	60	60	60
5. Напряжение холостого хода, В, не более	70	70	70	70	70
6. Пределы регулирования сварочного тока, А	40-315	80-500
7. Количество ступеней	2	4
8. Пределы регулирования рабочего напряжения, В	22-32	25-40
9. Потребляемая мощность, кВА, не более	18	35	50	98	160
10. Габаритные размеры, мм, не более	700x 350х750	700x 500х750	1100х 620х850	1100х 620х850	1100х 620х850
11. Вес, кг, не более	150	260	280	350	450

2. Выпрямители для полуавтоматической сварки.

Наименование параметра	Выпрямители
ВДГ-306	ВДГ-506	ВДГ-506М
1. Напряжение питающей сети, В	3х380/50	3х380/50	3х380/50
2. Номинальный сварочный ток, А, при ПН=100%	315	500	500
3. Количество постов, не более	1	1	1
4. Номинальное рабочее напряжение, В	32	40	40
5. Напряжение холостого хода, В, не более	50	65	70
6. Пределы регулирования сварочного тока, А	50-315	50-500	50-500
7. Количество ступеней	16	32	4
8. Пределы регулирования рабочего напряжения, В	17-32	18-40	18-40
9. Потребляемая мощность, кВА, не более	18	36	36
10. Габаритные размеры, мм, не более (длина х ширина х высота)	700x350х750	1100х620х850	1100x620х1100
11. Вес, кг, не более	180	260	320

3.2. Многопостовой выпрямитель ВДМ-6304У3

Назначение

1.1. Выпрямитель сварочный многопостовой типа ВДМ-6304УЗ, предназначен для комплектации сварочных постов для ручной дуговой сварки штучными металлическими электродами на постоянном токе углеродистых и легированных сталей.

Выпрямитель применяется как в стационарных, так и в монтажных условиях в комплекте с балластными реостатами типа РБС- 303У2 и т.п. При этом номинальный сварочный ток одного поста 315А при ПН=60%. Выпрямитель имеет жесткие внешние характеристики. При применении выпрямителя не по назначению гарантии снимаются.

1.2. Выпрямитель предназначен для работы в закрытых помещениях или под навесом при соблюдении следующих условий:

• Температура окружающей среды от минус 40˚С (233К) до плюс 40˚С (313К);

• Относительная влажность не более 80% при 20˚С (293К);

• Группа условий по механическим воздействиям – M1 по ГОСТ 17516-72. Вид климатического исполнения выпрямителя – УЗ по ГОСТ 15150- 69. Не допускается эксплуатации и хранение в среде насыщенной токопроводящей пылью, едкими парами и газами. Выпрямитель предназначен для подключения только к промышленным сетям и источникампеременного тока. Подключение к сетям бытовые помещений не допускается.

Технические характеристики

Наименование параметра	Норма
1. Номинальное напряжение питающей сети, В	3х38В+5-10%
2. Номинальная частота, ГЦ	5+-1
3. Номинальный сварочный ток, А          – при продолжительности нагрузки ПН=100%	630
4. Максимальный рабочий ток, А не более	630
5. Номинальное рабочее напряжение, В, не менее	60
6. Напряжение холостого хода, В, не более	70
7. Количество постов, шт, не более	4
8. Коэффициент одновременности работы	0,5
9. Потребляемая мощность, кВА, не более	50
10. Номинальный первичный ток, А	70
11. Крутизна внешней характеристики, В/А, не более	0,015
12. Коэффициент полезного действия, не менее	0,9
13. Коэффициент мощности, не менее	0,9
14. Требования безопасности:           – степень защиты по ГОСТ 14254           – класс защиты по ГОСТ 12.2.007.0	1Р22 0,1
15. Класс нагревойстойкости изоляции по ГОСТ 8865	F

Устройство и принцип работы.

1. Выпрямитель обеспечивает преобразование переменного напряжения трехфазной сети в напряжение постоянного тока и служит источником питания для постов ручной дуговой сварки металлическими электродами. Внешний вид выпрямителя показан на рис 6.

2. Выпрямитель нерегулируемый. Регулирование сварочного тока каждого поста производиться с помощью балластного реостата, включенного последовательно в сварочную цепь.

3. Схема электрическая принципиальная с указанием применяемых элементов приведена на рис.7.

4. С помощью выключателя поз.1 QF1 напряжение сети подается на цепи управления, при этом загорается лампа поз.4 H1. После нажатия кнопки поз.2 SR срабатывают пускатели, включается вентилятор и напряжение сети подается на выход. Выходное напряжение и величина сварочного тока измеряются с помощью цифрового прибора поз.6 и шунта pS. Прибор используется как индикатор и поверке не подлежит.

Выпрямительный блок VD1 и трансформатор охлаждаются вентиляторами Ml, M2.

5. Схема защищена от коротких замыканий выключателем QF1. Выпрямительный блок защищен от перенапряжений с помощью варисторов и RC-цепочки, а от перегрузки термодатчиком SK.

6. Включение вентилятора производится кнопкой «Пуск» поз.2, а остановка кнопкой «Стоп» поз.З.

7. Подключение выпрямителя к сети производится с лицевой стороны путем ввода сетевых проводов через отверстие поз.5. Установка и крепление проводов производиться стандартным инструментом через окно в крыше, после снятия крышки поз.11. Сечение сетевых проводов должно быть не менее 16 мм².

8. Заземление выпрямителя производиться с лицевой стороны путем подсоединения заземляющего провода сечением не менее 16мм² к болтам заземления поз. 12.

9. Подключение выпрямителя к нагрузке производиться через выходные шины «–» поз.8 и «+» поз.9., расположенные в нижней части выпрямителя. Сечение шинопровода должно быть не менее 140мм². Сечение проводов для одного поста должно быть не менее 50 мм².

10. Перемещение выпрямителя производиться с помощью рым-болтов, установленных на крыше.

11. Отключение выпрямителя от сети производится выключателем поз. 1.

Указание мер безопасности.

1. При работе и обслуживании выпрямителя необходимо соблюдение «Правил технической эксплуатации электроустановок и Правил техники безопасности» (ПТЭ и ПТБ) и требований стандартов безопасности труда (ССБТ), в т.ч. ГОСТ 12.3.003-86 (ССБТ) «Работы электросварочные. Требования безопасности».

2. К работе допускается персонал, имеющий квалификационную группу не ниже 2-ой по электробезопасности, прошедший обучение и инструктаж перед началом работы.

3. Выпрямитель должен быть надежно заземлен. Работать с незаземленным выпрямителем запрещается!

4. Выпрямитель относится к вибробезопасным изделиям. Категория по санитарным нормам соответствует типу ЗА по ГОСТ 12.1.012- 90. Уровень вибрации не превышает 0,5 уровня санитарных норм.

5. Выпрямитель относится к изделиям промышленного назначения. Подключение к сетям жилых помещений не допускается!

Подготовка и порядок работы.

1. Перед первым пуском выпрямителя или в случае, если выпрямитель не был в эксплуатации долгое время, а также при изменении места его установки следует:

• Очистить изделие от пыли, продув его сухим, сжатым воздухом;

• Снимите выходные шины с болта заземления и установите их на выходы.

• Заземлите выпрямитель через болты заземления;

• Проверьте состояние электрических проводов и контактов;

• Убедитесь, что неизолированные концы сварочных кабелей не касаются один другого и, одновременно, металлической поверхности;

• Подключите вторичную цепь к сварочным постам;

• Подключите выпрямитель к сети.

2. Подайте напряжение сети на выпрямитель. Включите выпрямитель выключателем поз. 1. При этом загорится лампа поз.4

3. Нажмите кнопку «Пуск» поз.2, при этом сработает вентилятор, а вольтметр покажет напряжение холостого хода.

4. В процессе работы сварочный ток контролируйте по показаниям прибора поз.6.

5. В случае перегрузки, сначала сработает защита силового блока и отключит выпрямитель от нагрузки. При этом загорится сигнальная лампа «Перегрев», а вентилятор будет охлаждать выпрямитель. После остывания в течении не более 15 мин. и снятия перегрузки выпрямитель включиться автоматически. При коротком замыкании сработает автоматический выключатель. Для возобновления работы необходимо устранить причину замыкания и включить его снова.

6. После окончания работы выключите изделие кнопкой «Стоп» поз.З и выключателем поз.1

Рис. 6 Внешний вид выпрямителя ВДМ-6304У3

Правила транспортирования и хранения

Рис. 6 Внешний вид выпрямителя ВДМ-6304У3

Транспортирование упакованного выпрямителя может производиться любым видом транспорта при условии сохранности изделия от недопустимых климатических и механических воздействий, разрушающих изделие. В транспорте выпрямитель должен быть надежно закреплен.

2. Выпрямители должны храниться в закрытых отапливаемых и вентилируемых помещениях при температуре воздуха от +1˚С до +40˚С. Относительная влажность воздуха не более 80% при температуре + 20˚С Недопустимо хранение вместе с материалами, вызывающими коррозию металлов.

	Рис.7. Схема функциональная ВДМ-6304У3

Техническое обслуживание

1. Ежедневно перед началом работы визуально проверьте состояние электрических проводов, кабелей и надежность заземления.

2. Ежемесячно выпрямитель следует продуть сухим, сжатым воздухом и подтянуть при необходимости контактные соединения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многопостовые системы целесообразно применять в условиях производства. Многопостовые сварочные выпрямители позволяют рационально использовать производственные площади, значительно уменьшить расходы на электроэнергию и обслуживание оборудования, и обеспечивают независимость работы отдельных постов, а также незначительное падение напряжения в шинопроводе, соединяющем посты, что особенно важно при достаточной удаленности сварочного поста от места нахождения источника.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров А.Г., Милютин В.С. Источники притания для дуговой сварки. – М.: Машиностроение, 1982. – 79с.: ил. – (Б-ка электросварщика).

2. Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги: Учебник для вузов. – М.: Высш. Школа, 1982. – 183с.: ил.

3. Закс М.И. Сварочные выпрямители. – Л.: Энергоиздат, 1983. – 96с.: ил.

4. Закс М.И., Каганский Б.А., Воронина Е.А. Модульная транзисторная установка для многопостовой аргонодуговой сварки сталей в монтажных условиях/ / Сварочное производство. – 1988. – №1. – С. 17 – 18.

5. Латанский В.П. Зурабова И.И. Андреев В.В Экономическая эффективность многопостового питания при дуговой сварке / / Автоматическая сварка. – 1983. – №4. – С. 67 – 69.

6. Светлов А.Т. Источники питания сварочной дуги: Учеб. пособие/ Брянский институт транспортного машиностроения. – Брянск, 1994. – 68 с.: ил.

7. Литература, предоставленная компанией «ИНТЕР-сварка» г.Тула.

---

[1] По ценам апреля 1983 года

[2] Автор курсовой работы выражает глубокую благодарность сотрудникам компании «ИНТЕР-сварка» г.Тула за неоценимую помощь в написании данной работы!