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 model železnega C jedra transformatorja za uporovno točkasto varjenje. Predstavljen je nov model C jedra, ki upošteva vplive vrtinčnih tokov na razporeditev magnetnega polja v jedru ter nelinearno magnetilno karakteristiko pločevine s histerezo. Model izhaja iz predpostavke, da se domensko strukturo magnetno usmerjene pločevine v jedru transformatorja lahko obravnava s klasičnim modelom pločevine, ki predvideva homogeno magnetno strukturo pločevine brez domen. Vpliv vrtinčnega toka na razporeditev magnetnega polja v pločevini smo upoštevali z navidezno razdelitvijo pločevine na tanke rezine, znotraj katerih je vpliv lastnega vrtinčnega toka rezine na razporeditev magnetnega polja v rezini tako majhen, da je upravičena predpostavka o homogenem magnetnem polju znotraj rezine. Za homogeno magnetno polje smo s pomočjo Amperovega in Faradayevega zakona za vsako rezino v pločevini dobili magnetno napetostno ravnotežno enačbo. V magnetni napetostni ravnotežni enačbi nastopa tudi nelinearna magnetilna karakteristika magnetnega materiala s histerezo, ki smo jo modelirali s skalarnim modelom histereze. Skupne izgube v jedru smo izračunali kot vsoto histereznih izgub in joulskih izgub zaradi vrtinčnih tokov v jedru. Preizkus je pokazal, da je zaradi upoštevanja vpliva vrtinčnih tokov v jedru transformatorja na razporeditev magnetnega polja v jedru razlika med izmerjenimi izgubami in z modelom izračunanimi izgubami tako majhna, da tako imenovanih presežnih izgub v jedru ni potrebno upoštevati. Razviti model železnega jedra transformatorja je enostavno vključiti v vezni model transformatorja. Model je uporaben za numerično analizo vodenja sistema za uporovno točkasto varjenje, ker pa so v modelu dimenzije jedra in pločevine ter električne in magnetne lastnosti pločevine podane parametrično, je model primeren tudi za optimizacijo dimenzij jedra transformatorja, debeline pločevine in izbiro materiala, iz katerega je narejena pločevina.
Keywords: varilni transformator, uporovno točkasto varjenje, C jedro, model jedra, model histereze, vrtinčni toki, izgube v jedru
Published in DKUM: 23.05.2012; Views: 3494; Downloads: 305
Full text (15,45 MB)