CC BY
43
INSTALATIE PENTRU SUDARE CU INFLUENTA REDUSA ASUPRA
RETELEI
9
T!r§u M.S, Zaitev D.A., Uzun M.N.
Institutul de Energetica al A§M
Rezumat. in lucrarea data se propune o noua solutie tehnica de realizare a aparatelor de sudat cu arc electric. Aparatele de sudat cu arc electric existente in prezent au o influenta semnificativa asupra consumatorilor aflati in zona punctului de conectare a acestuia. Aceasta influenta este cu atat mai mare, cu cat lungime fiderului create. Daca aparatul de sudat este conectat la capatul fiderului, atunci consumatorii aflati in zona sunt afectati grav §i deseori are loc ie§irea din functiune a aparatelor de uz casnic. Solutia tehnica propusa se bazeaza pe ideea utilizarii unui acumulator in calitate de tampon. Acest acumulator se calculeaza in a§a mod ca capacitatea lui sa poata acoperi fluctuatiile de curent, ce apar in timpul functionarii aparatului. Totodata, in solutia tehnica propusa se mai utilizeaza un element inovativ - sursa impulsulara de curent. Inovatia acestui element consta in regimul special de functionare, care permite consumul energiei din retea in mod controlat §i fara variatii bru§te.
Cuvinte-cheie: Arc electric, sudare, instalatie, sursa impulsulara
WELDING INSTALLATION WITH REDUCED IMPACT ON THE NETWORK Tirsu M.S., Zaitev D.A., Uzun M.N.
Institute of Power Engineering of Academy of Sciences of Moldova Abstract. This paper offers a new technical solution to implement arc welding installation. Existing electric arc welders have a significant impact on consumers that are connected near the connection point of it. This effect is greater the longer the feeder. If the installation is connected to the end of the feeder, the impact on neighboring consumers is so large that can be damaged appliances. The proposed technical solution is based on the idea of using the battery as a buffer. The battery is designed so that its capacity was sufficient to meet the instantaneous current peaks that occur during operation. Along with this, in the proposed technical solution, an innovative element is a current pulse source. The novelty lies in the special algorithm of this current source. The proposed algorithm allows the power consumption of the network in a controlled manner and without abrupt jumps.
Keywords: Welding, electric arc, installation, pulse current source.
СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ СО СНИЖЕННЫМ ВЛИЯНИЕМ НА СЕТЬ
Тыршу М.С., Зайцев Д.А., Узун М.Н.
Институт энергетики Академии Наук Молдовы Реферат. В статье предлагается новое техническое решение для реализации электродугового сварочного аппарата. Существующие электродуговые сварочные аппараты имеют существенное влияние на потребителей, подключенных вблизи точки его питания. Это влияние тем больше, чем длиннее фидер. Если сварочный аппарат подключен к концу фидера, то влияние на соседние потребители настолько велико, что могут выйти из строя бытовые приборы. Предложенное техническое решение основывается на идее использования аккумулятора в качестве буфера. Данный аккумулятор рассчитывается таким образом, чтобы его емкость была достаточна для покрытия мгновенных всплесков тока, которые появляются во время работы. Наряду с этим, в предложенное техническое решение, инновационным элементом является импульсный источник тока. Новизна состоит в специальном алгоритме работы данного источника тока. Предложенный алгоритм позволяет потребление электроэнергии из сети в контролируемом режиме и без резких скачков.
Ключевые слова: Электрическая дуга, сварка, установка, импульсный источник.
Introducere
Actualmente, aparatele de sudurä cu arc electric sunt instalatii cu o aplicare foarte extinsä. Acestea sunt utilizate preponderent în industrie, constructie, dar au §i o foarte largä aplicare în gospodäriile proprii. Functionarea masivä a aparatelor de sudurä conduc la deformarea tensiunii §i curentului din retea, influentând negativ asupra echipamentelor electronice de calcul, aparaturii de mäsurare, automatizare §i legäturä, care sunt sensibile la armonici de frecventä maltä [1]. Existä o gamä largä de diversificatii a aparatelor de sudurä cu arc electric [2], pornind de la cele traditionale bazate pe transformator §i terminând cu cele bazate pe invertoarele de curent. Indiferent de tipul de realizare a acestora, influenta asupra retelei de tensiune este esentialä. Unele influenteazä mai pronuntat, iar altele mai slab. Deseori, functionarea acestor aparte scoate din functiune aparatele de uz casnic. Nivelul perturbatiilor induse în retea de ele depinde în mare mäsurä de locul de conectare. De regulä, nivelul de perturbatii este mai înalt la conectarea aparatelor de sudurä la capätul fiderului. §i mai resimtite sunt perturbatiile, dacä puterea fiderului este slabä (transformatorul de fortä este de putere micä §i sarcina este la maximum).
Aparatele de sudurä bazate pe invertor au o influentä mai micä asupra retelei în comparatie cu cele traditionale bazate pe transformator. Insä, pe längä avantajele care le au (masä redusä, curent reglabil, funtii de aprindere u§oarä a arcului electric, functii de evitare a lipirii electrodului etc.) au §i dezavantaje cum ar fi costul înalt, necesitatea de curätire de praf mai des, teamä de schimbul brusc de temperaturä.
Existä mai multe mcercäri de reducere a influentei aparatelor de sudurä asupra calitätii tensiunii. Printre acestea sunt compensatoarele de putere reactivä diríjate, conectarea la tensiune 380V etc. [3]. Pentru depä§irea problemei date în lucrare se propune o solutie tehnicä nouä, care permite reducere substantialä a influentei aparatelor de sudurä asupra calitätii tensiunii de alimentare. Solutia tehnicä propusä a obtinut brevet de inventie.
Descrierea soliitiei tehnice
La baza realizärii solutiei tehnice propuse au stat 2 prototipuri. Primul este bazat pe o sursä de alimentare farä transformator a aparatului de sudurä, ce contine un generator de tact inelar trifazat, trei comparatoare, element de setare a tensiunii §i alte blocuri [4]. Neajunsul major al acestei instalatii îl constituie perturbatiile mari ce se induc în reteaua de tensiune de cätre schimbärile prin salt a curentului de sudare (aprinderea §i stingerea arcului de sudare). Acest neajuns este legat de faptul, cä alimentarea arcului de sudare se face direct de la reteaua de distributie a energiei electrice.
Al doilea prototip prezintä o instalatie pentru sudurä cu arc electric §i contact, ce contine redresor, invertor de frecventä majoratä, baterie de acumulatoare §i circuitul de mcärcare a acumulatoarelor [5]. Neajunsul acestei instalatii tine, de asemenea, de perturbatii majore asupra retelei de tensiune cauzate de fluctuatiile curentului de sudare prin salt (aprinderea §i stingerea arcului electric).
Acest neajuns tine de faptul, ca alimentarea instalatiei de sudare se face 80% direct de la reteaua de tensiune §i 20% de la bateria de acumulatoare.
Deci, solutia tehnica propusa vine sa reduca semnificativ perturbatiile induse in reteaua de tensiune cauzate de fluctuatiile prin salt a curentului de sudare la aprinderea §i stingerea arcului electric.
Schema bloc a solutiei tehnice propuse este prezentata pe fig.1.
7
Fig.1. Schema structuralâ a aparatului de sudat prin arc electric cu impact redus asupra retelei de
tensiune
1 - redresor de tensiune; 2 - filtru; 3 - sursâ impulsularâ de încârcare; 4 - baterie de acumulatoare; 5 - convertor tensiune; 6 - ajustare curent sudare; 7 - contrôler încârcare baterie acumulatoare.
Solutia tehnicâ propusâ a aparatului de sudurâ cu arc electric (fig.1) constâ din mai multe module: 1- redresorul de tensiune, care redreseazâ tensiunea de intrare 220V, curent alternativ; 2 - filtru care netezeçte curba de tensiune redresatâ; 3 - sursa impulsularâ de încârcare, care asigurâ un consum de curent controlabil de la retea; 4 - baterie de acumulatoare, care functioneazâ în regim de tampon §i asigurâ compensarea impulsurilor de curent de frecventâ înaltâ, ce apar în momentul aprinderii §i stingerii arcului electric; 5 - convertor de tensiune, care converteçte tensiunea bateriei de acumulatoare în tensiunea necesarâ procesului de sudare; 6 - bloc de ajustare a curentului de sudare, ce permite reglarea curentului de sudare de la minimum la maximum; 7 - controler de încârcare a bateriei de acumulatoare, ce urmâreçte procesul de încârcare a bateriei.
Aceastä combinatie de caracteristici asigurä alimentarea arcului electric de la bateria de acumulatoare, care se incarcä de la sursa slabä de energie electricä disponibilä. Anume introducerea blocului de ajustare a curentului de sudare §i introducerea controlerului de incärcare a bateriei de acumulatoare, inclusiv acumulatoarele permite asigurarea varierii monotone a valorii curentului consumat in momentul de aprindere §i de stingere a arcului electric.
Descrierea principiului de functionare
Instalatia de sudurä cu arc electric bazatä pe solutia tehnicä propusä functioneazä in modul urmätor.
Tensiunea alternativä 220V, 50Hz se aplicä la redresorul 1, dupä care se aplicä la filtrul 2 pentru a obtine tensiune continuä. Aceastä tensiune continuä se aplicä la sursa impulsularä de incärcare 3, care lucreazä dupä un regim special. Regimul acesta este dependent de curentul de sudare §i capacitatea bateriei de acumulatoare 4 §i este explicat pe fig.2.
Fig.2. Principiul de functionare a SIÎ
Deci, la conectarea aparatului de sudurä sursa impulsularä de incärcare majoreazä liniar pe parcursul duratei de timp to-ti curentul în bateria de acumulatoare pänä la nivelul I4. Dacä nu are loc procesul de sudare, atunci curentul I4, care are valoarea egalä cu cea maximä admisibilä de incärcare a acumulatoarelor utilizate, se mentine constant pänä la momentul de timp t4, când tensiunea pe bateria de acumulatoare devine egalä cu cea maximum admisibilä. In intervalul t4-t5 are loc descreçterea curentului de incärcare cu 30% fatä de cel initial (I4), care se mentine constant (I3) pänä cänd valoarea tensiunii de pe bateria de acumulatoare devine iarä§i egalä cu cea maximum admisibilä. In intervalul de timp t6-t7 curentul de incärcare se mic§oreazä cu incä cu 30% fatä de valoarea initialä I4 §i pe perioada de timp t7-t9 se mentine constant (I2) pänä iarä§i valoarea tensiunii de pe bateria de acumulatoare devine egalä cu cea maximum admisibilä. In
intervalul de timp t9-t10 curentul de încârcare se reduce pânâ la valoare I1s care depinde de parametrii bateriei de acumulatoare. Adicä, din momentul t10 se va mentine deja constantä tensiunea pe bateria de acumulatoare. Valoarea tensiunii va fi egalä cu cea maximä admisibilä de încârcare a bateriei de acumulatoare. Curentul I1 va fi mai mic de 10% din valoarea lui I4 §i cu timpul va tinde spre zero, ceea ce mseamnä cä din momentul t10 bateria de acumulatoare se considerä total mcärcatä. Selectarea curentilor I, I2, I3 sau I4 se face cu ajutorul controlerului de mcärcare a bateriei de acumulatoare 7. Dacä în momentul de timp t2 se începe procesul de sudare, atunci sursa impulsularä de mcärcare creçte monoton (liniar) curentul în intervalul de timp t2-t3 pänä la o valoare I care are valori cuprinse între I5<I<I6, unde I5 este curentul corespunzätor celui minimal de sudare, iar I6 este corespunzätor curentului maximal de sudare, care se stabilere de cätre blocul de ajustare a curentului de sudare 6. Dacä în intervalul de timp t3-t8 se întrerupe procesul de sudare pe timp scurt (5-10 secunde), atunci curentul I se mentine la valoarea initialä. Dacä pauza dureazä mai mult de 10 secunde, atunci curentul I în intervalul de timp t8-t11 descreste pänä la valoarea I4 §i repetä în continuare procesul pentru regimul de mers în gol. Dacä în momentul t12 reîncepe procesul de sudare curentul I revine la valoarea stabilitä §i procesul se repetä. Aceste regimuri descrise au ca scop mentinerea unui nivel mediu constant de energie în bateria de acumulatoare. Bateria de acumulatoare servente ca compensator a fluctuatiilor de sarcinä care au loc în timpul sudärii §i mai ales în faza de aprindere §i stingere a arcului electric. Bateria de acumulatoare la rândul säu este conectatä la un convertor de tensiune 5, care transformä tensiunea de la bornele bateriei de acumulatoare în tensiune continuä de 50V-60V, utilizatä, ca regulä, pentru sudarea cu arc electric. Convertorul de tensiune este realizat pe principiul de frecventä maltä, ce permite reducerea masei §i gabaritelor acestuia, precum §i a instalatiei în întregime. Totodatä, cu ajutorul blocului de ajustare a curentului de sudare se regleazä curentul de sarcinä al convertorului de tensiune pentru a obtine calitatea sudurii solicitate. Capacitatea bateriei de acumulatoare depinde de mai multi factori: frecventa (intensitate) de sudare (FS), diferenta de sarcinä compensatä (DC), diferenta curentilor I6-I4 §i puterea maximä de sudare (PS). La selectarea acesteia, trebuie luat în calcul posibilitatea asigurärii procesului de sudare pe perioade scurte de timp numai de la bateria de acumulatoare. Totodatä, trebuie asiguratä balanta energiei consumate în timp în procesul de sudare §i cea asiguratä de sursa impulsularä de mcärcare, cu considerarea tuturor pierderilor lantului de convertizare Pe (în %). Astfel, energia consumatä în procesul de sudare într-o duratä t de timp va fi:
E=PsFst.
Atunci energia totalä (Et) asiguratä de SIÎ trebuie sä fie:
Et=E*Pe/100.
În general, cu cât capacitatea bateriei de acumulatoare este mai mare, cu atât fluctuatiile de sarcinä de la retea vor fi mai mici, iar ca rezultat va fi mai micä influenta aparatului de sudat cu arc electric asupra retelei de tensiune.
Concluzii
Solutia tehnicä propusä permite reducerea semnificativä a perturbatiilor induse in retea de cätre
aparatele de sudurä cu arc electric in baza includerii in circuitul instalatiei a bateriei de
acumulatoare §i sursei impulsulare de curent, care functioneazä dupä un algoritm specializat.
Bibliografie
[1] Шевцов Александр Александрович. Электрическое сопротивление в сварочном
оборудовании и компенсация влияния его неактивных составляющих на эффективность эксплуатации питающей сети. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Тольятти 2000, 152 с. http://www.dissercat.com/content/elektricheskoe-soprotivlenie-v-svarochnom-oborudovanii-i-kompensatsiva-vlivaniva-ego-neaktiv
[2] http://ro.wikipedia.org/wiki/Sudare
[3] Способы подавления гармоник тока в системах электропитания.
http://www.tensv.ru/article02.html
[4] Патент РФ №2.371.287, МПК 9 В 23 К 9/00
[5] Патент РФ №2.056.242, МПК 9 В 23 К 11/24
Despre autori:
Tîrçu Mihai Çtefan 27.02.1972. A absolvit Universitatea Tehnicâ a Moldovei în 1994 la specialitatea „Automatizarea çi comanda în sistemele tehnice”. Din 1994 pânâ în prezent activeazâ la Institutul de Energeticâ al A§M. În 2003 sustine teza de disertatie la grad de doctor în tehnicâ. În prezent este director adjunct pe probleme de çtiintâ la IE A§M. Domeniile principale de activitate sunt în domeniul dirijârii cu fluxurile de putere în retelele de transport a energiei electrice, producerea çi distribuirea energiei electrice, surse regenerabile de energie, electronica de putere, sisteme de conversie a energiei etc.
Zaitev Dmitrii Alexandrovici nâscut la 10.04.1963. A absolvit Institutul Politehnic din Chiçinâu (Moldova) în 1985. Sustine în 2000 teza de doctor în tehnicâ în cadrul Institutului de Energeticâ al A§M. Domeniul de activitate tine de cercetarea regimurilor de sistem a sistemului electroenergetic, ce include interconexiuni sistemice flexibile. Este çef laborator “Echipament electroenergetic çi electronica de putere”.
