Автор: Удовіченко К.А., Погрібняк Н.М., Мухін В.В.
Источник: Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць ХІІ науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 17-20 квітня 2012 р. - Донецьк, ДонНТУ, 2012. – 491 с. – С.379-381.
Перевагами контактного зварювання є надійність з'єднань, високий рівень автоматизації, висока продуктивність процесу. Саме з цих причин область застосування контактного зварювання надзвичайно велика. Контактне зварювання широко застосовується в авіабудуванні, автомобілебудуванні, вагонобудівної і суднобудівної промисловості, при монтажі трубопроводів, рейок і при виготовленні інструменту.
Машини контактного зварювання (МКЗ) досить потужні і працюють з малим коефіцієнтом ввімкнення. В разі одночасного включення, вони створюють значні пікові навантаження, відхилення і коливання напруги. Основною умовою вибору елементів схеми живлення машин контактного зварювання є забезпечення необхідного рівня напруги на їх виводах, та як це впливає на якість зварювання.
В діючих керівних Вказівках [1], як і в попередній їх редакції [2, 3], за умови неможливості точного розрахунку функцій розподілу пікових струмів і втрати напруги, максимальні розрахункові значення цих величин визначаються наближеними методами, що завищують результат. Це і призводить до необґрунтованого збільшення капітальних витрат на мережу живлення.
Точне рішення задачі може бути досягнуто шляхом перебору всіх варіантів одночасного включення зварювальних машин (ЗМ), але це можна здійснити тільки для невеликої кількості машин через великий обсяг розрахунків.
Існує метод "Граничних функцій розподілу" (ГФР), слідуючи якому, можна знайти діапазон максимальних розрахункових значень пікових струмів і втрат напруги. Для зменшення кількості ступенів функції розподілу всі ЗМ повинні бути розбиті на 7 груп в залежності від кількості фаз і того, до яких фаз підключена машина. При розрахунку функції розподілу розглядаються всі можливі комбінації включення різної кількості машин з груп. Максимальні функції розподілу отримуємо, вибираючи з кожної групи необхідну кількість ввімкнутих ЗМ найбільшої потужності, мінімальні - найменшою.
За мінімальними функціями розподілу не можна вибрати живильну мережу, а за максимальними буде істотний запас. Для отримання більш достовірних результатів використовуємо метод "Випадкового вибору". При цьому необхідно ЗМ розділити на кілька груп і вибирати машини не з мінімальної і максимальною потужністю з кожної групи, а випадкові машини. Після обробки всіх можливих варіантів, будуються функції розподілу, за якими визначаються розрахункові максимальні значення, які можуть статися з заданої імовірностю (0,999). Цієї імовірності достатньо для визначення максимальних розрахункових значень пікових струмів і втрат напруги за їх функціями розподілу. Таке обмеження, з огляду на низькі значення коефіцієнтів ввімкнення ЗМ, суттєво зменшує обсяг розрахунків.
Даний метод можна вдосконалити, якщо при виборі ЗМ з груп використовувати потужність машини з урахуванням її коефіцієнта включення. У першій версії імовірності включення однакові, а в модифікованому - вони залежать від коефіцієнтів включення.
Другим засобом підвищення точності методу "Випадкового вибору" є розрахунок декількох функцій розподілу однієї і тієї ж величини з подальшим усередненням розрахункових значень, визначених за кожною з них. Метод з цим удосконаленням отримав назву "Багатократного випадкового вибору" (БВВ).
Для перевірки розроблених методів, в якості прикладу, був обран розгалужений шинопровід, що складався з 6 шинопроводів, до яких приєднувалось 55 ЗМ різної потужності та коефіцієнтом ввімкнення.
Виконаємо порівняння методів "Граничних функцій розподілу", "Випадкового вибору" та "Багатократного випадкового вибору" на прикладі результатів розрахунку втрати напруги АВ для першого шинопровода. На рис. 1 представлені максимальна та мінімальна функції розподілу за методом "ГФР" (червоного та синього кольорів відповідно), максимальні розрахункові значення втрати напруги, визначені за ними, та 60 функцій розподілу, отриманих методом ВВ.
Рисунок 1 – Функції розподілу втрат лінійної напруги АВ для 1 шинопровода
На рис. 2 наведені усереднені функції розподілу – фіолетові лінії - за методом БВВ при кількості усереднених функцій розподілу від 10 до 60.
Рисунок 2 – Функції розподілу втрат лінійної напруги АВ для 1 шинопровода
Рисунок 3 – Втрата лінійної напруги АВ для ШП1
На рис. 3 втрата напруги АВ визначена:
- за діючими «Керівними вказівками» - ордината точки жовтого кольору;
- за «Керівними вказівками 1974 р.» - ордината точки фіолетового кольору;
- за мінімальною функцією розподілу - ордината лінії синього кольору;
- за максимальною функцією розподілу - ордината лінії червоного кольору;
- за методом "Багатократного випадкового вибору" - зелена крива в залежності від кількості осереднених функцій розподілу. Отримані результати свідчать, що якщо кількість осереднених функцій розподілу перевищує 20, результуючі функції розподілу мало відрізняються одна від одної. При цьому максимальне розрахункове значення втрати напруги, визначене за ними, майже не змінюється.
Достатньо обґрунтовано, за умови неможливості точного визначення функцій розподілу пікових струмів і втрати напруги при великій кількості машин контактної зварки, метод "Багатократного випадкового вибору" можна вважати найточнішім з розглянутих та застосовувати його при оцінці точності інших методів.
При використанні методу "Багатократного випадкового вибору" та його модіфікацій ми отримаємо суттєво меньші значення пікових струмів і втрат напруги, що дозволить нам обрати трансформатор меньшої потужності та шинопровід меньшого перерізу, а це призведе до істотного зменьшення капітальних затрат при будівництві мережі електропостачання.
1. Справочник по проектированию электроснабжения/ Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.