Розробка універсального джерела для напівавтоматичного зварювання змінним струмом і індукційного нагріву

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246397

Ключові слова:

напівавтоматичне зварювання, джерело живлення, індукційний нагрів, якість електроенергії, коефіцієнт потужності, FCAW зварювання

Анотація

Запропоновано схемне рішення і алгоритм управління джерелом живлення для напівавтоматичного зварювання на змінному струмі з поліпшеними енергетичними та масогабаритними характеристиками. Відмінною особливістю розробленого джерела є відсутність вихідного випрямляча: зварювання здійснюється високочастотним змінним струмом. Це дозволило значно знизити втрати потужності в джерелі, а також отримати можливість реалізації індукційного нагріву шляхом підключення до виходу джерела індуктора.

Ще однією відмінною особливістю розробленого джерела є підвищений коефіцієнт потужності і знижений рівень вищих гармонік споживаного струму. Коефіцієнт потужності описаного джерела досягає 0,94 проти 0,5÷0,7 у джерел, що мають звичайний випрямляч з ємнісним згладжуванням.

Розроблене джерело має в своєму складі систему живлення приводу подачі дроту зі стабілізацією швидкості за рахунок позитивного зворотного зв'язку за струмом двигуна. Це дозволило забезпечити стійку роботу приводу подачі в широкому діапазоні швидкостей. Розроблено також макет пальника для зварювання флюсовим дротом, що містить привод подачі і котушку з дротом (діаметром до 100 мм) розташованої, з метою зменшення габаритів, в ручці пальника.

Крім функції зварювання, джерело дозволяє вирішувати завдання індукційного нагріву та/або гарту невеликих деталей, для чого до його виходу підключається малогабаритний індуктор.

Випробування джерела показали працездатність запропонованих ідей і схемних рішень. Габарити джерела становлять 190×107×65 мм, маса 1,4 кг, вихідний струм до 120 А. Запропоноване технічне рішення дозволяє створювати малогабаритні, легкі, універсальні, зручні в використанні джерела живлення для напівавтоматичного зварювання з опцією індукційного нагріву

Спонсор дослідження

  • Авторы выражают благодарность доктору технических наук, профессору кафедры систем автоматизации и электропривода ГВУЗ «ПГТУ» Сергею Владимировичу Гулакову за ценные идеи, рекомендации, советы и замечания по работе.

Біографії авторів

Володимир Володимирович Бурлака, Pryazovskyi State Technical University

Доктор технічних наук, професор

Кафедра систем автоматизації та електроприводу

Олена Володимирівна Лаврова, Приазовський державний технічний університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра автоматизації та механізації зварювального виробництва

Світлана Костянтинівна Поднебенна, Приазовський державний технічний університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра систем автоматизації та електроприводу

Віталій Петрович Іванов, Приазовський державний технічний університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра автоматизації та механізації зварювального виробництва

Сергiй Вiталiйович Бурiков, ТОВ "ГСКБВ ім. В.М. Бубнова"

Провідний інженер

Посилання

  1. Hamzeh, R., Thomas, L., Polzer, J., Xu, X. W., Heinzel, H. (2020). A Sensor Based Monitoring System for Real-Time Quality Control: Semi-Automatic Arc Welding Case Study. Procedia Manufacturing, 51, 201–206. doi: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.10.029
  2. Potap'evskiy, A. G., Saraev, Yu. N., Chinahov, D. A. (2012). Svarka staley v zaschitnyh gazah plavyaschimsya elektrodom. Tekhnika i tekhnologiya buduschego. Tomsk: izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 208.
  3. Singh, R. (2012). Applied welding engineering: processes, codes, and standards. Butterworth-Heinemann. doi: https://doi.org/10.1016/C2011-0-00112-6
  4. Mustafa, F. F., Rao’f, M. I. (2016). Automatic Welding Machine For Pipeline Using MIG Welding Process. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 03 (12), 1448–1454. Available at: http://docplayer.net/32498681-Automatic-welding-machine-for-pipeline-using-mig-welding-process.html
  5. Burlaka, V., Lavrova, E., Podnebennaya, S., Zakharova, I. (2017). Development of single-phase high-power factor inverter welding sources. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (1 (88)), 18–24. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.106957
  6. Svarochniy poluavtomaticheskiy apparat Tesla Weld FCAW 240. Available at: https://teslaweld.com/svarochnyy-poluavtomaticheskiy-apparat-tesla-weld-fcaw-240
  7. Zvariuvalnyi napivavtomat EDON SmartMIG-275 (2 в 1 MIG MMA). Available at: https://edon-redbo.com.ua/catalog/svarochnyy_poluavtomat_edon_smartmig_275_2_v_1_mig_mma.html
  8. Svarochniy poluavtomat Kaiser ARC-FLUX 120 (85190). Available at: https://kulibin.com.ua/catalog/svarochnye_poluavtomaty/kaiser-85190/
  9. Yang, H., Kerui, C., Yang, L., Bao, Q. (2018). FCAW vertical welding of “V” butt plate in AC UHV transmission line construction. MATEC Web of Conferences, 175, 03001. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201817503001
  10. Lebedjev, V., Khalimovskyy, O. (2019). Еlectric drives in the equipment for mechanized and automatic arc welding. Scientific Journal of the Ternopil National Technical University, 93 (1), 81–91. doi: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2019.01.081
  11. Product Information Chart. Readywelder. Available at: http://readywelder.com.au/readywelders/?pid=welders
  12. Ivanov, V., Lavrova, E., Burlaka, V., Duhanets, V. (2019). Calculation of the penetration zone geometric parameters at surfacing with a strip electrode. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (102)), 57–62. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.187718
  13. Ivanov, V. P., Lavrova, E. V., Il’yaschenko, D. P., Verkhoturova, E. V. (2020). Modelling of fusion zone formation in shielded metal arc welding. Structural integrity and life, 20 (3), 281–284. Available at: http://divk.inovacionicentar.rs/ivk/ivk20/281-IVK3-2020-VPI-EVL-DPI-EVV.pdf
  14. BS EN 61000-3-12:2011. Electromagnetic compatibility (EMC). Limits. Limits for harmonic currents produced by equipment connected to public low-voltage systems with input current > 16 A and ≤ 75 A per phase. doi: https://doi.org/10.3403/30183042
  15. IEC 61000-6-4:2018. Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 6-4: Generic standards - Emission standard for industrial environments. Available at: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/32d913f3-8f13-4f51-b595-eb50eb817af9/iec-61000-6-4-2018
  16. DSTU EN 50160:2014. Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks (EN 50160:2010, IDT) (2014). Kyiv, 32. Available at: https://www.en.lg.ua/images/stories/2019/standart-yakosti.pdf
  17. Podnebennaya, S. K., Burlaka, V. V., Gulakov, S. V. (2013). A power parallel active filter with higher efficiency. Russian Electrical Engineering, 84 (6), 308–313. doi: https://doi.org/10.3103/s1068371213060072
  18. Sundaram, M., Vaideeswaran, V. (2018). Active Power Factor Correction for Welding Power Source. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 7 (01), 364–367. Available at: https://www.ijert.org/research/active-power-factor-correction-for-welding-power-source-IJERTV7IS010161.pdf
  19. Power factor correction: a guide for the plant engineer. Technical Data SA02607001E (2014). EATON. Available at: https://www.eaton.com/ecm/groups/public/%40pub/%40electrical/documents/content/sa02607001e.pdf
  20. Inverter Power Consumption: Energy Savings (2006). The Lincoln Electric Company. Document No. NX-3.30. Available at: https://www.lincolnelectric.com/assets/US/EN/literature/NX330.pdf
  21. Podnebenna, S. K., Burlaka, V. V., Gulakov, S. V. (2017). Three-Phase Power Supply For Resistance Welding Machine With Corrected Power Factor. Naukovij Visnik NGU, 4, 67–72. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Nvngu_2017_4_12
  22. Haque, A. (2016). Valley-Fill Circuit for Power Quality Improvement. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 2 (09), 223–227.
  23. Bouafassa, A., Fernández-Ramírez, L. M., Babes, B. (2020). Power quality improvements of arc welding power supplies by modified bridgeless SEPIC PFC converter. Journal of Power Electronics, 20 (6), 1445–1455. doi: https://doi.org/10.1007/s43236-020-00143-2
  24. Khatua, M., Kumar, A., Pervaiz, S., Chakraborty, S., Afridi, K. (2021). A Single-Stage Isolated AC–DC Converter Based on the Impedance Control Network Architecture. IEEE Transactions on Power Electronics, 36 (9), 10366–10382. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2021.3065296
  25. Ivanov, V., Lavrova, E. V., Kibish, V., Mamontov, I. (2021). Research of the Microstructure of the Deposited Layer during Electric Arc Surfacing with Control Impacts. Materials Science Forum, 1038, 85–92. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.1038.85
  26. Ivanov, V., Lavrova, E. V., Morgay, F., Semkiv, O. (2021). Investigation of the Heat-Affected Zone Properties During Cladding of Power Equipment with Austenitic Materials Using Control Mechanical Impacts on the Strip Electrode. Materials Science Forum, 1038, 100–107. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.1038.100
  27. Ivanov, V., Lavrova, E. (2018). Development of the Device for Two-Strip Cladding with Controlled Mechanical Transfer. Journal of Physics: Conference Series, 1059, 012020. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1059/1/012020
  28. Bellec, Q., Le Claire, J.-C., Benkhoris, M. F., Coulibaly, P. (2021). A New Robust Digital Non-Linear Control for Power Factor Correction – Arc Welding Applications. Energies, 14 (4), 991. doi: https://doi.org/10.3390/en14040991
  29. Ramakrishnaprabu, G., Gunasekar (2016). A Single-Switch Improved Valley-Fill Passive Current Shaper for Compact Fluorescent Lightings. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 5 (6), 10567–10573. Available at: http://www.ijirset.com/upload/2016/june/192_A%20SINGLE.pdf
  30. Burlaka, V., Gulakov, S., Podnebennaya, S., Kudinova, E., Savenko, O. (2020). Bidirectional single stage isolated DC-AC converter. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek51551.2020.9250107
  31. Leschinskiy, L. K., Samotugin, S. S. (2005). Sloistye naplavlennye i uprochnennye kompozitsii. Mariupol', 392. Available at: http://eir.pstu.edu/bitstream/handle/123456789/5655/%D0%9B%D0%B5%D1%89%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9.%20%D0%A1%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D1%82%D1%83%D0%B3%D0%B8%D0%BD.%20%D0%A1%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%B6%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5.pdf?sequence=1

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-29

Як цитувати

Бурлака, В. В., Лаврова, О. В., Поднебенна, С. К., Іванов, В. П., & Бурiков С. В. (2021). Розробка універсального джерела для напівавтоматичного зварювання змінним струмом і індукційного нагріву. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(1 (114), 38–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246397

Номер

Том 6 № 1 (114) (2021): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Vladimir Burlaka, Elena Lavrova, Svetlana Podnebennaya, Vitaliy Ivanov, Serhii Burikov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.