Удовіченко К.А., Єгорова І.В., Погрібняк Н.М. - Розрахунок втрати напруги та пікових струмів в мережі живлення групи машин контактного зварювання

Більш ніж 40 % з’єднань у промисловості виконується методом контактного зварювання. Однією з основних умов вибору елементів схеми живлення машин контактного зварювання є забезпечення необхідного рівня напруги на їх виводах, та як це впливає на якість зварювання. Цей вибір ускладнюється тим, що машини контактного зварювання (МКЗ) досить потужні і працюють з малим коефіцієнтом ввімкнення. В разі одночасного включення, вони створюють значні пікові навантаження і відхилення напруги.

Розрахунок пікових струмів та втрат напруги у мережі живлення машин контактної зварки, за діючими Керівними вказівками дає найбільш точні результати розрахунку коли у якості вхідних даних використовують технологічні графіки навантаження МКЗ. У разі відсутності цих даних розрахунок навантажень виконується за допомогою середньостатистичних коефіцієнтів завантаження і ввімкнення, що визначені в результаті дослідження зварювального устаткування більшості виробництв автомобілебудування.

Цей метод має похибку розрахунку, тому що для визначення максимальних розрахункових значень пікових струмів і втрати напруги необхідно знати їх функції розподілу, які неможливо отримати через великий обсяг обчислень. Тому при визначенні
максимальних розрахункових значень пікових струмів і втрати напруги прийняття статистичного коефіцієнта за кривою, наведеною у діючих Керівних вказівках, не є обґрунтованим. Значення статистичного коефіцієнта для розрахунку пікового струму і втрати напруги у діючих Керівних вказівках рекомендується приймати по єдиній кривій, однак функції розподілу пікових струмів і втрат напруги для однієї групи МКЗ можуть відрізнятися, оскільки на величину втрати напруги, на відміну від пікового струму, впливають ще й відстані від джерела живлення до місць підключення МКЗ. Отже, застосування єдиної кривої для визначення статистичного коефіцієнта є сумнівним. Також, втрати лінійних напруг, створювані двохфазними МКЗ, визначається із застосуванням усереднених коефіцієнтів, через що правильний результат для двохфазних машин може бути
отриманий тільки при великій їх кількості і рівномірному розподілі між фазами та за відстанню від джерела живлення.

Погрішність методики, яка застосовується в попередніх Керівних вказівках пов’язана із застосуванням двохступеневих впорядкованих діаграм пікових струмів і втрат напруги замість їх фактичних функцій розподілу, що призводить до похибки і створює певний запас при виборі живильної мережі і, як наслідок, збільшує капітальні витрати на неї. Крім того, в
ній, при визначенні втрат напруги, створюваних двохфазними машинами, використовується такий самий підхід, як і в діючих Керівних вказівках.

В кваліфікаційній роботі магістра Воротнікова С.О. [1] для розрахунку пікових струмів та втрат напруги в мережі живлення МКЗ був запропонований метод Граничних функцій розподілу (ГФР). Згідно з ним для зменшення кількості ступенів функції розподілу всі машини розподіляються на 7 груп в залежності від кількості фаз і того, до яких фазам підключена машина. При розрахунку функції розподілу розглядаються всі можливі комбінації включення різної кількості машин з груп (це значно зменшує обсяг обчислень у порівнянні з розрахунком функцій розподілу шляхом перебору усіх можливих варіантів одночасного ввімкнення зварювальних машин). Максимальні функції розподілу отримуємо, вибираючи кожного разу з кожної групи необхідне число ввімкнених машин найбільшої потужності, мінімальні – найменшої. Однак, за мінімальними функціями розподілу не можна вибрати живильну мережу, а за максимальними буде істотний запас.

Для отримання більш достовірних результатів розроблено метод Випадкового вибору (ВВ) (кваліфікаційна робота магістра Болотнова Д.В. [2]). Згідно з ним МКЗ розділяються також на 7 груп. Перелік ввімкнених МКЗ з кожної групи при розрахунку сходинок функцій розподілу, на відміну від метода ГФР, обирається випадковим чином. Після обробки всіх можливих варіантів, будуються функції розподілу, за якими визначаються розрахункові максимальні значення, які можуть статися з заданою ймовірністю (0,999).

Оскільки, попре сподівання, точність методу ВВ виявилась недостатньою [2], в кваліфікаційній роботі магістра Мухіна В.В. [3] був запропонований метод Багатократного випадкового вибору (БВВ). Ідея методу полягає у розрахунку кількох "випадкових" функцій розподілу за методом ВВ та визначенні за ними середньої функції розподілу шляхом усереднення абсцис для кожної сходинки функції розподілу.

У [3] виконане порівняння методів ГФР, ВВ та БВВ, діючих Керівних вказівок та їх попередньої редакції на прикладі розрахунку пікових струмів фази А головної ділянки магістрального шинопровода. На рис. 1 представлені максимальна (крива 1) та мінімальна (крива 2) функції розподілу пікових струмів за методом ГФР і розрахункові значення пікових струмів за ними ( I рmax , Iрmin ). Група кривих 3 – це функції розподілу за методом БВВ при кількості осереднених функцій n=10÷20. Вони та максимальні розрахункові значення за ними ( I рБВВ ) майже збігаються між собою при прийнятих кількостях усереднень, а значення пікових струмів, отримані за Керівними вказівками ( I рКВ ), значно перевищують I р БВВ .

Рисунок 1 – Функції розподілу пікових струмів фази А шинопровода

Подальше вдосконалення буде йти шляхом зміни принципу розподілу МКЗ на групи: для розрахунку кожної функції розподілу розділення машин на групи буде відрізнятись для кожної функції розподілу: та виконуватись в залежності від впливу МКЗ на відповідну втрату напруги або піковий струм.

Перелік посилань

1. Воротніков С.О. Розрахунок напруг у електричній мережі, від якої живляться машини контактної зварки. Кваліфікаційна робота магістра – Донецьк, ДонНТУ, 2009. – 100 с.

2. Болотнов Д.В. Розрахунок максимальних струмів і втрат напруги в електричних мережах живлення машин контактної електричної зварки. Кваліфікаційна робота магістра – Донецьк, ДонНТУ, 2010. – 100 с.

3. Мухін В.В. Розрахунок пікових струмів і втрат напруги в електричній мережі живлення групи машин точкової контактної зварки. Кваліфікаційна робота магістра – Донецьк, ДонНТУ, 2012. – 89 с.