Search the digital library catalog

Abstract: V doktorski disertaciji je predstavljena analiza srednjefrekvenčnega sistema za uporovno točkovno varjenje, ki se v industriji uporablja za varjenje pločevin. Sistem za uporovno točkovno varjenje sestavljajo frekvenčni pretvornik, varilni transformator z nameščenim diodnim usmernikom in varilne klešče z elektrodami. Ti sistemi se večinoma uporabljajo v avtomatizirani avtomobilski industriji za varjenje karoserij s pomočjo robotov. Varilni transformator je nameščen na premikajoči se robotski roki, zato je teža zelo pomemben dejavnik. Z manjšo težo prihranimo na energiji in povečamo dinamiko robota. Težo varilnega transformatorja lahko zmanjšamo z lažjimi in kakovostnejšimi materiali, kar pa je povezano z višjo ceno in je pogosto nesprejemljivo. Težo lahko zmanjšamo tudi s povišanjem frekvence napajalne napetosti, kar omogoča zmanjšanje preseka železnega jedra. Manjši presek železnega jedra pomeni tudi krajše ovoje navitij in s tem manjšo težo. Višanje napajalne frekvence pa negativno vpliva na velikost varilnega toka in izgube, ki sta glavni temi raziskovanja doktorske disertacije. Z višanjem frekvence se namreč zmanjšuje največji varilni tok zaradi izgube prevajalnega razmerja. Pojav izgube prevajalnega razmerja in efektivno prevajalno razmerje sta podrobno analizirana na podlagi časovnih potekov tokov in napetosti. Frekvenčna odvisnost maksimalnega varilnega toka je karakteristična lastnost varilnega transformatorja, ki jo lahko določimo z drago merilno opremo ali z zahtevnimi numeričnimi izračuni. V disertaciji je predstavljena možnost analitičnega izračuna na osnovi poznanih parametrov veznega modela. Ker gre v danem primeru za zahteven, nelinearen in časovno spremenljiv sistem, je tudi analitična rešitev temu primerno zahtevna. Analitična rešitev pa ne omogoča samo neposrednega izračuna frekvenčne odvisnosti varilnega toka, temveč tudi njegovo odvisnost od kateregakoli drugega parametra veznega modela. Analitična rešitev je potrjena tako z meritvami kot z numeričnimi izračuni z reševanjem vezij in z uporabo metode končnih elementov (MKE). Ker modeli MKE zajemajo tudi vpliv kožnega in sosedstvenega pojava, je bilo z izračuni potrjeno, da ti pojavi v opazovanem frekvenčnem področju nimajo opaznega vpliva na frekvenčno odvisnost varilnega toka. S pomočjo MKE in meritev so bili analizirani tudi vplivi frekvence na joulske izgube varilnega transformatorja. Izgube se je razdelilo na deleže stacionarnih in dinamičnih izgub, kjer slednje naraščajo z naraščanjem frekvence. Na osnovi rezultatov meritev in izračunov s predlogom šestih novih konstrukcij navitij transformatorja so podani splošni napotki za zmanjšanje neželenega zmanjšanja varilnega toka in povečanje izgub pri povečanju frekvence napajalne napetosti.
Keywords: uporovno točkovno varjenje, varilni transformator, DC-DC pretvorniki, preklopna frekvenca, vezni modeli, analitični modeli, navitja transformatorja, izgube, železno jedro, vrtinčni toki, kožni pojav, sosedstveni pojav, metoda končnih elementov
Published in DKUM: 24.04.2018; Views: 2007; Downloads: 141
Full text (14,39 MB)

Abstract: Disertacija obravnava različne možnosti določitev joulskih izgub v navitjih transformatorjev za uporovno točkasto varjenje. Pri podanih vzbujalnih frekvencah se tokovna gostota v navitjih varilnega transformatorja zaradi posledic sosedstvenega pojava med posameznimi tuljavami navitji porazdeli neenakomerno. Neenakomerna porazdelitev tokovne gostote v tuljavah zaradi upoštevanega sosedstvenega pojava ima za posledico večje joulske izgube, kot bi jih izračunali pri enakomerni tokovni obremenitvi brez upoštevanja sosedstvenega pojava. Jasno se pokaže, da izrazitost sosedstvenega pojava s frekvenco narašča. Zato je določitev porazdelitve tokovne gostote v tuljavah primarnega in sekundarnega navitja ključnega pomena pri nadaljnem izračunu joulskih izgub. Za določitev porazdelitve tokovne gostote je razvita razširjena analitična metoda postopnega približevanja, ki ne upošteva prisotnosti železnega jedra transformatorja. S pomočjo razvite razširjene metode postopnega približevanja so zajeti medsebojni vplivi med vsemi tuljavami primarnega in sekundarnega navitja. Za izračun joulskih izgub je uporabljen splošen zapis, ki upošteva porazdelitev tokovne gostote in specifično prevodnost materiala. Primerjava dveh metod za analitično računanje joulskih izgub v navitjih transformatorja in sicer razširjene metode postopnega približevanja in Dowellove metode je pokazala bistvene prednosti prve. Prednost razvite analitične metode postopnega približevanja pred obstoječo Dowellovo metodo je potrjena z izračuni joulskih izgub v navitjih na numeričnem modelu transformatorja s pomočjo končnih elementov in z laboratorijskimi meritvami. Za predstavljeno metodo postopnega približevanja je značilna ustrezna točnost izračunanih joulskih izgub in bistveno večja hitrost računanja, kot pri metodi končnih elementov, zato je zelo primerna za izvajanje optimizacij. Prav zato je opisani analitični izračun joulskih izgub v navitjih zasnovan na parametrično podanem modelu navitji transformatorja in omogoča hitre izračune izgub za poljubne mere navitij in poljubno vzbujalno frekvenco.
Keywords: uporovno točkasto varjenje, varilni transformator, navitja varilnega transformatorja, kožni pojav, sosedstveni pojav, metoda postopnega približevanja, metoda končnih elementov, joulske izgube v navitjih
Published in DKUM: 10.05.2013; Views: 3558; Downloads: 453
Full text (4,41 MB)