Авторы: Мухин В.В., студент; Погребняк Н.Н., доц., к.т.н.; Болотнов Д.В., магистр.
Источник: Всеукраинская научно-техническая конференция студентов «Электротехника, электроника и микропроцессорная техника»

Машины точечной контактной сварки (МТКС) широко распространены в промышленности. Существует ряд проблем, связанных с проектированием сетей электроснабжения  МТКС и их эксплуатацией. Сварочные машины являются мощными потребителями, работающими с малыми  коэффициентами включения.  При  одновременном включении они создают в сети значительные пиковые нагрузки и колебания напряжения [1]. Электрическая сеть, питающая группу  МТКС,  должна выбираться по допустимому нагреву; потере напряжения, а для выбора защиты необходимо определять пиковые токи. Обеспечение на выводах любой включенной машины номинального напряжения, является ключевым условием, так как оказывает основное влияние на технологический процесс, качество сварки.

Целью работы является определение максимальных расчетных значений пиковых токов и потерь напряжения в сети электроснабжения группы машин точечной контактной сварки.

Методика расчета, положенная в основу действующим Указаний [2], опирается на применение двухступенчатой модели упорядоченной диаграммы сварочных токов МТКС, что приводит к погрешности и создает определенный запас при выборе питающей сети и, как следствие, увеличивает капитальные затраты на нее.

Точное решение задачи можно получить только для небольшого числа сварочных машин  в группе путем перебора всех возможных вариантов одновременно включенных МТКС, расчета вероятностей совпадений, токов, напряжений в сети и построения по полученным данным функций распределения пиковых токов и потерь напряжения.

Однако на практике это возможно только при небольшом количестве сварочных машин из-за большого количества вариантов включения, что значительно увеличивает объем расчетов. Так как реальное количество машин может достигать сотен, точный расчет в этом случае становится невозможным. Для уменьшения объема расчетов предложен метод “Граничных функций распределения” [3], позволяющий определить участки, необходимые для нахождения расчетных максимальных значений, предельных функций распределения искомых величин для каждой фазы. Эти функции распределения дают возможность найти диапазон максимальных расчетных значений потерь напряжения и пиковых токов. В методе “Граничных функций распределения”  для уменьшения числа ступеней функций распределения все сварочные машины были разбиты на 7 групп в зависимости от количества фаз и того, к каким фазам подключена машина:
- однофазные, подключенные к фазам AB; BC; CA;
- двухфазные, подключенные к фазам AB, BC;  BC, CA;   CA, AB;
- трехфазные.

При расчете функций распределения рассматриваются все возможные комбинации включения разного количества машин из групп. Максимальные функции распределения получаем, выбирая из каждой группы требуемое число включенных СМ наибольшей мощности, минимальные – наименьшей. В методе используется алгоритм точного расчета токов и напряжений, как и при расчете точной функции распределения для небольшого числа МТКС.

Очевидно, что по расчетным значениям потерь напряжения, определенным по минимальным функциям распределения, нельзя выбрать питающую сеть, а использование максимальных функций распределения будет вносить определенный запас, поскольку во всех вариантах одновременного включения сварочных машин из групп выбираются только самые мощные машины.

Для получения более достоверных результатов разработан новый метод “Случайного выбора”,  основанный на методе “Граничных функций распределения”. В нем, так же как и в методе “Граничных функций распределения”, все сварочные машины делятся на 7 групп, а отличие состоит в том, что при расчете функций распределения включенные сварочные машины из каждой группы выбираются случайным образом. После рассмотрения всех возможных вариантов, строятся функции распределения, по которым определяются расчетные максимальные значения  пиковых токов и потерь напряжения.

Метод “Случайного выбора” будет усовершенствован путем учета фактических значений коэффициентов включения сварочных машин при случайном выборе включенных машин из группы. В существующей версии метода вероятности включения машин одинаковы, а в модифицированной – они будут зависеть от их коэффициентов включения. Вторым способом повышения точности метода “Случайного выбора” является расчет нескольких  функций распределения одной и той же величины с последующим осреднением расчетных значений, определенных по каждой из них.

Таким образом, метод “Граничных функций распределения” может  применяться для определения возможного диапазона значений пиковых токов и потерь напряжения. Для выбора электрической сети рекомендуется расчет только максимальных функций распределения методом “Граничных функций распределения” и использование усовершенствованного метода “Случайного выбора”. Это приведет к снижению запаса при проектировании питающей сети, что уменьшит капитальные затраты при условии гарантированного обеспечения требуемого уровня напряжения.

В дальнейшем планируется на основе предложенных методов разработать универсальную методику, позволяющую рассчитывать разветвленные сети и сети с двухсторонним питанием машин точечной контактной сварки, провести сравнение разработанных методов с методами, предлагаемыми в [4, 5].

Перечень ссылок

1. Вагин Г.Я. Режимы электросварочных машин. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 192 с.
2. Теоретические основы аналитического метода максимальных токов и потерь  напряжения в  сетях контактной  электросварки. / Г.М. Каялов, В.П. Муха, А.А. Бадахян, Л.Б. Годгельф // Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. – Москва.: ГПИ Тяжпромэлектропроект. – 1976. – №3. – С. 3 – 9.
3. Болотнов Д.В., Воротніков С.О., Погрібняк Н.М.  Розрахунок пікових струмів та втрат напруги у мережах живлення машин точкової контактної зварки// Вісник кафедри «Електротехніка» за підсумками наукової діяльності студентів. – Донецьк, ДонНТУ, 2010 – 172 с. – С. 22 – 23.
4. Денисенко М.А. Розрахунок пікових навантажень, що створюють установки для контактного електрозварювання в електричних мережах / М.А. Денисенко // Промелектро / Інформаційний збірник. – 2009. – №4. – С. 8 – 18.
5. Денисенко М.А. Розрахунок втрат напруги в електричних мережах, що живлять установки контактного електрозварювання / М.А. Денисенко // Промелектро / Інформаційний збірник. – 2009. – №5. – С. 31 – 40.