動(dòng)鐵芯式弧焊變壓器的設(shè)計(jì)

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書目 錄引 言1第一章 動(dòng)鐵心分磁式弧焊變壓器2 1.1 動(dòng)鐵心分磁式弧焊變壓器概述2 1.2 用途及特點(diǎn):2 1.3 原理及結(jié)構(gòu)3 1.4 變壓器的故障處理4 1.5 本章小結(jié)5第二章 動(dòng)鐵分磁式弧焊變壓器設(shè)計(jì)6 2.1 原始數(shù)據(jù)6 2.2 參數(shù)計(jì)算6 2.3 初步?jīng)Q定變壓器鐵心主要尺寸7 2.4 確定初、次級(jí)繞組尺寸9 2.5 進(jìn)一步確定變壓器尺寸11 2.6 核算焊接電流12 2.7 驗(yàn)算變壓器技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)15結(jié) 論18參 考 文 獻(xiàn)19謝 辭20內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)專科設(shè)計(jì)說明書引 言焊接作為一種基本加工方法，應(yīng)用很廣。他與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，如汽車車輛、鍋爐管道

2、壓力容器、礦山、農(nóng)業(yè)機(jī)械等方面的發(fā)展有著直接關(guān)系。不同的焊接方法需要不相應(yīng)的電弧焊機(jī)。而弧焊電源是焊機(jī)的核心部分?；『鸽娫词翘峁╇娏?、電壓，并具有適合于呼喊工藝所需特性的設(shè)備?；『鸽娫吹目刂?，即是對(duì)弧焊電源電氣性能的靜動(dòng)態(tài)特性與參數(shù)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。動(dòng)鐵心分磁式弧焊變壓器是一類交流弧焊電源，在各類電源中它占的比例最大，應(yīng)用最廣，結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，因而具有便于制造、使用可靠、易于維修、節(jié)約電能和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展弧焊電源也不斷地向前發(fā)展，在20世紀(jì)70-80年代，弧焊電源及其控制技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了新的飛躍，表現(xiàn)為以下幾方面：多種新式的弧焊整流器相繼出現(xiàn)和完善、研制成功多種形式的脈沖弧焊電

3、源、先后研制成功高效節(jié)能、小巧、性能好的晶閘管式、晶體管式弧焊變壓器、開發(fā)成功了與機(jī)器人配套使用的弧焊系統(tǒng)。然而，目前我國(guó)弧焊電源和弧焊機(jī)制造、研究的狀態(tài)與世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，從在較大差距。為了順應(yīng)我國(guó)現(xiàn)代化的需要廣大焊接工程技術(shù)人員努力從事弧焊電源的科研和發(fā)展，充分利用電子技術(shù)和大功率電子元件，不斷改善和提高產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和穩(wěn)定性，積極研制微電腦控制的智能弧焊電源，從而把弧焊電源的發(fā)展推到了一個(gè)新階段。第一章 動(dòng)鐵心分磁式弧焊變壓器1.1 動(dòng)鐵心分磁式弧焊變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)動(dòng)鐵心分磁式弧焊電源變壓器BX1-350是一種增強(qiáng)漏磁式，靠增強(qiáng)本身漏磁來獲得下降外特性的一種弧焊電源。當(dāng)動(dòng)鐵心全部插

4、入口型鐵心的磁路時(shí)，構(gòu)成相對(duì)與初級(jí)與次級(jí)之間較大的漏磁磁路，即形成較大的漏感，等效于有較大的串聯(lián)電感，此時(shí)輸出電流最小。當(dāng)動(dòng)鐵心全部移出口型鐵心的磁路時(shí)，構(gòu)成相對(duì)于初級(jí)與次級(jí)之間較小的漏磁磁路，即形成較小的漏感，等效于有較小的串聯(lián)電感，此時(shí)輸出電流最大。動(dòng)鐵心之所以制成梯形，是為了使在動(dòng)鐵心移動(dòng)時(shí)有足夠大的漏感變化量，用來保證焊接電流調(diào)節(jié)范圍。因?yàn)榇藭r(shí)漏磁磁路的面積和間隙是同時(shí)變化的。動(dòng)鐵式弧焊變壓器的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料;小電流空載電壓高，引弧容易;缺點(diǎn)是工作時(shí)易產(chǎn)生較大的噪聲，這是因?yàn)閯?dòng)鐵心在工作時(shí)將受到很大的交變電磁力的作用。而且由于這個(gè)電磁力的作用，還易使動(dòng)鐵心產(chǎn)生位移，從而使焊

5、接電流發(fā)生變化，但這些問題可以通過合理的動(dòng)鐵心移動(dòng)機(jī)構(gòu)克服。動(dòng)鐵式弧焊變壓器一般只適宜制成中小容量的焊條電弧焊電源。1.2 用途BX1-350型交流弧焊機(jī)主要用于使用涂藥焊條，進(jìn)行單人手工操作的交流電弧焊接電源?？勺骱附踊蚯懈钪茫部勺鼋涣麈u極氬弧焊電源。焊機(jī)結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有動(dòng)鐵芯磁分路式的交流弧焊機(jī)。其靜鐵芯窗口和動(dòng)鐵芯采用了梯形結(jié)構(gòu),這是區(qū)別于其他磁分路式焊機(jī)(如BS型)的顯著特點(diǎn)之一,因而具有其他形式交流焊機(jī)無可比擬的一系列優(yōu)點(diǎn)。焊機(jī)采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。梯形動(dòng)鐵芯移動(dòng)時(shí),改變了動(dòng)、靜鐵芯的氣隙大小,因而漏抗變化大,電流調(diào)節(jié)范圍廣泛,只搖動(dòng)手輪即可使焊接電流由最小到最大,取消了矩形動(dòng)鐵芯形式焊機(jī)

6、的電流換擋裝置,方便了焊工的操作,適合于直徑25mm酸性涂藥焊條對(duì)低碳鋼制件的焊接。在整個(gè)電流調(diào)節(jié)范圍內(nèi),電流調(diào)節(jié)平滑穩(wěn)定,動(dòng)鐵芯每移動(dòng)一個(gè)相同距離其他電流變化值基本相同,即調(diào)節(jié)線性度好。由于動(dòng)、靜鐵芯傾斜,所受電磁力分解,減少上、下引力,因而振動(dòng)和噪音得到了改善,提高了電弧穩(wěn)定性。焊機(jī)采用盤式繞組,結(jié)構(gòu)緊湊，漏抗大,獲得了比其他形式焊機(jī)更為陡降的外特性,因而電弧燃燒穩(wěn)定,飛濺小,電弧彈性好,熔深大,焊接流暢,獲得了比其他焊機(jī)更為優(yōu)良的焊接性能。本焊機(jī)適當(dāng)?shù)卦龃罅藙?dòng)鐵芯截面及加大了動(dòng)靜鐵芯的氣隙,消除了動(dòng)鐵芯的磁飽和,獲得了畸變小的正弦電流波形,尤其小電流時(shí),焊接性能得到了顯著改善,使焊接性能

7、更為優(yōu)良。1.3 原理及結(jié)構(gòu)該系列交流弧焊機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)特殊的單相變壓器(增強(qiáng)漏抗變壓器),其基本原理與普通變壓器相同。為保證電弧的穩(wěn)定燃燒,回路內(nèi)具有一個(gè)較大的感抗,獲得了陡降外特性(圖1-1),該感抗值能夠連續(xù)可調(diào),達(dá)到了電流連續(xù)可調(diào)的目的,其等效電路就是一個(gè)變壓器和一個(gè)可調(diào)電抗器的串聯(lián)。該系列交流弧焊機(jī)實(shí)際上是由動(dòng)鐵磁分路式弧焊變壓器(圖1-2),電流調(diào)節(jié)裝置,箱殼及隨機(jī)附件組成。圖1-1 外特性曲線圖1-2 動(dòng)鐵磁分路式弧焊變壓器弧焊變壓器為口字形靜鐵芯,上下鐵芯形成梯形窗口,初次級(jí)線圈分左右套裝在上下鐵芯柱上。采用盤式繞組,由于其特殊結(jié)構(gòu)及套裝形式從而獲得了比其他焊機(jī)更為陡降的外特

8、性。初次級(jí)線圈間安放一個(gè)由上到下滑道夾持并可前后移動(dòng)的鐵芯,稱為動(dòng)鐵芯(圖1-3),逆時(shí)針搖動(dòng)前面板的手輪盤,動(dòng)鐵芯向靜鐵芯里移動(dòng),動(dòng)鐵芯的相含截面增大,氣隙減少,漏抗增大,因而焊接電流減少,順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí), 動(dòng)鐵芯向靜鐵芯外移動(dòng),動(dòng)鐵芯的相含截面減少,氣隙增大,漏抗減少,因而焊接電流增大,手輪盤上的箭頭指明了調(diào)節(jié)電流時(shí)搖動(dòng)的方向,前面板上方的指針指示了電流值的大小,使用觀察極為方便,搖動(dòng)手輪即可調(diào)節(jié)焊接電流。前面板下部伸出兩接線片為輸出端,接焊接電纜的搭鐵及焊鉗線。 為方便地移動(dòng)焊機(jī)，其底架上安裝有四個(gè)滾輪，并在箱蓋上裝有兩個(gè)吊環(huán)，便于推動(dòng)及吊裝。 靜鐵芯 次級(jí)線圈 初級(jí)線圈 動(dòng)鐵芯圖

9、1-3 焊機(jī)結(jié)構(gòu)圖1.4 變壓器的故障處理 為了正確地處理故障，首先應(yīng)掌握下列情況：(1)系統(tǒng)運(yùn)行方式，負(fù)荷狀態(tài)，負(fù)荷種類；(2)變壓器上層油溫，溫升與電壓情況；(3)事故發(fā)生時(shí)天氣情況；(4)變壓器周圍有無檢修及其他工作；(5)系統(tǒng)有無操作；(6)運(yùn)行人員有無操作；(7)何種保護(hù)動(dòng)作，事故現(xiàn)象情況等。 1.4.1存放 （1）存放處應(yīng)保持通風(fēng)、干燥,不得有雨水浸入的機(jī)會(huì),周圍介質(zhì)溫度不高于+40, 相對(duì)濕度不大于85%(+25時(shí))。 （2）無有害工業(yè)氣體,無腐蝕性氣體。1.4.2安全保護(hù) （1）電焊機(jī)的電源一般是由電力網(wǎng)供給,在焊機(jī)電源未切斷前,不準(zhǔn)碰及焊機(jī)的帶電部分。 （1）工作完畢或暫時(shí)離

10、開現(xiàn)場(chǎng)時(shí),必須切斷電源。 （2）焊接時(shí)必須戴絕緣手套,穿絕緣鞋,并使用防護(hù)面罩等。 （3）工作地點(diǎn)附近不準(zhǔn)放易燃、易爆物品,如汽油、煤油等。在周圍有其他人工作的場(chǎng)所,焊工應(yīng)用屏障把焊接現(xiàn)場(chǎng)與周圍隔開,以免電弧光影響他人正常工作。1.5 本章小結(jié)本章從最基本入手，講述了BX1-350的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，可以讓在業(yè)人員清楚的了解動(dòng)鐵心分磁式弧焊變壓器。BX1-350在提高其弧焊電源的性能和焊接質(zhì)量都具有明顯的價(jià)值，為此還應(yīng)該開展以下研究工作如何減振，是附加損耗減??；如何控制好電源的外特性，提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量；理論上講BX1-350的電流變化與活動(dòng)鐵心移動(dòng)距離呈線性關(guān)系，但是在實(shí)際操作中則帶有一定

11、的外界因素和人為因素，所以BX1-350的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有待提高。第二章 動(dòng)鐵分磁式弧焊變壓器設(shè)計(jì)2.1 原始數(shù)據(jù)初級(jí)額定電壓U1N380（）電源頻率 f=50 （HZ） 次級(jí)額定空載電壓 U0=78（）額定焊接電流 I2N=350（）次級(jí)額定工作電壓 U2N=32（）相數(shù) m=1焊接電流調(diào)節(jié)范圍 Ih=60350 （）絕緣等級(jí) B級(jí)冷卻方式，使用地區(qū)自然冷卻，平原溫帶地區(qū) 2.2 參數(shù)計(jì)算1.次級(jí)額定輸出功率 PN=U2NI2N =11.2（KW） 2.功率因數(shù) =（0.900.95） (2-1) 系數(shù)取0.90 =0.493.初級(jí)輸入容量P1 4.變壓器計(jì)算容量PBC5.初級(jí)額定工作電流I1N

12、 6.初級(jí)長(zhǎng)時(shí)工作電流I1C 7.次級(jí)長(zhǎng)時(shí)工作電流I1C 2.3 初步?jīng)Q定變壓器鐵心主要尺寸1.結(jié)構(gòu)形式.鐵心材料 單項(xiàng)式，活動(dòng)鐵心為梯形，上下底邊差16mm，采用D420.5mm熱軋硅鋼片。2.計(jì)算鐵心凈截面積SFe (2-2) 系數(shù)取25.5Bm取1.4（T） 3.鐵心柱寬度a及疊片度b (2-3) 一般b=(12)a 取a=7（） 則 鐵心毛厚度為: KC疊片系數(shù)，0.5mm硅鋼片，取KC=0.93， 4.動(dòng)鐵心有效截面積S0 從獲得最小電流Ihmin來設(shè)計(jì)計(jì)算動(dòng)鐵心的尺寸，可應(yīng)用下面的公式 (2-4) 式中 最小焊接電流所對(duì)應(yīng)的工作電壓，本設(shè)計(jì)要求=60（A）， 則；取22（V）； N

13、1 、 N2初級(jí)和次級(jí)繞組匝數(shù)，參看后面計(jì)算。 則動(dòng)鐵心的疊寬凈尺寸ab為， 毛尺寸ab為， 用厚為1.5mm的鐵板四塊來緊動(dòng)鐵心，則其尺寸為， 動(dòng)鐵心形狀如圖2-1所示，每邊尺寸為 28mm. 動(dòng)鐵心尺寸如圖2-1所示，每邊尺寸28mm5.動(dòng)鐵心與靜鐵心間的最小氣隙 選=1.6（mm），即上、下氣隙各0.8（mm）。 梯形動(dòng)鐵心上下底邊相差16（mm）。2.4 確定初、次級(jí)繞組尺寸 圖1-1動(dòng)鐵心尺寸 1.每伏電壓所需匝數(shù)N0 2.初、次繞組匝數(shù)N1 N2 取N1=144匝 取N2= 28砸3.初、次級(jí)繞組導(dǎo)線截面積S1、S2 選用 2.7510.25 mm2雙玻璃絲包線， 實(shí)現(xiàn)電流密度 圖

14、2-2 初級(jí)繞組尺寸 選用3.610mm2雙玻璃絲包線三根并聯(lián)， 實(shí)際電流密度 4.確定初、次級(jí)繞組尺寸 初次繞組144砸，分8盤，上下鐵心各4盤，每盤18砸，同柱各盤相互串聯(lián)后，上下鐵心柱上的繞組再串聯(lián)。所用導(dǎo)線帶絕緣的尺寸為3.2510.75mm,兩盤之間用3mm的絕緣隔板隔開，初級(jí)繞組尺寸如所 圖2-2所示 初級(jí)繞組 圖2-3各盤之間接線次級(jí)繞組28砸分6盤，上下鐵心各3盤，每盤14砸，用單最雙玻璃絲包線單股繞制。為了避免環(huán)流，各盤之間的接線如圖2-4所示。圖2-4 次級(jí)繞組尺寸 次級(jí)繞組2.5 進(jìn)一步確定變壓器尺寸1.根據(jù)繞組尺寸、靜鐵心截面、動(dòng)鐵心尺寸，確定變壓器總尺寸。變壓器的總體

15、尺如圖2-5所示。2.鐵心下料尺寸及片數(shù) 每柱疊片數(shù) 取n=240片，外面用1.5mm鋼板二塊夾緊。 心柱 沖片尺寸 沖片數(shù)量 軛鐵 以8種尺寸進(jìn)行過渡，其尺寸及數(shù)如下： 23270 230片23070 230片 圖2-5 變壓器總尺寸 22870 230片 22670 230片 22470 230片 22270 230片22070 230片21870 230片 動(dòng)鐵動(dòng)鐵心為梯形，尺寸見圖2-6. 圖2-6動(dòng)鐵心尺寸 沖片數(shù)量 2.6 核算焊接電流1.計(jì)算焊機(jī)最小漏抗Xmin 先計(jì)算半個(gè)變壓器的最小漏抗 (2-5) 式中 =14匝 b2=6.2(cm) =9.7（cm） H1=5.2 (cm)

16、 H2=4.4（cm） 因?yàn)樯?、下繞組為串聯(lián)接法，所以 2.計(jì)算最大焊接電流=429 （A）3.計(jì)算焊機(jī)最大漏抗Xmax =1.16 () 4.焊機(jī)最小電流I2min5.鐵心在中間位置時(shí)的焊機(jī)漏抗XZ 其中， 6.計(jì)算活動(dòng)鐵心 在中間位置時(shí)的焊接電流 7.核算計(jì)算結(jié)果 (1) (2) (3)動(dòng)鐵心移動(dòng)距離與焊接電流的線性關(guān)系2.7 驗(yàn)算變壓器技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.變壓器靜鐵心重量 經(jīng)計(jì)算 2.動(dòng)鐵心重量經(jīng)計(jì)算 3.總鐵量4.驗(yàn)算空載電流 IC (為硅鋼片比損耗,D42-0.5mm,當(dāng)Bm=1.4 (T)時(shí)，查表 5-3； (W/kg) G1=35 (kg) G2=29 (kg) (2-6) =6.6

17、 (A) 略大于10%5.繞組銅導(dǎo)線重量經(jīng)計(jì)算 6.計(jì)算變壓器銅損 (2-7) 式中 m-趨表效應(yīng)系數(shù)，當(dāng)f=50HZ時(shí)，m=1.5;-銅的電阻率， -初，次級(jí)繞組長(zhǎng)度，經(jīng)計(jì)算； -處，次級(jí)繞組面積， 7.變壓器效 8.變壓器額定功率因數(shù)9.鐵銅比結(jié) 論本文設(shè)計(jì)了BX1-350動(dòng)鐵心分磁式弧焊變壓器，通過對(duì)變壓器的各個(gè)參數(shù)的計(jì)算BX1-350的初級(jí)額定電壓為380V;次級(jí)額定空載電壓為78V;次級(jí)額定工作電壓為32V;額定焊接電流為350V;焊接電流調(diào)節(jié)范圍為46400A；是一種單相變壓器；電源頻率為50HZ；功率因數(shù)為0.47；變壓器效率88%；次級(jí)額定輸出功率為9.6KW;初級(jí)額定工作電流61.8A；空載電流為0.45A；BX1-350弧焊變壓器外特性曲線如下圖所示此次設(shè)計(jì)的弧焊變壓器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易造易修、成本低、效率高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)動(dòng)鐵芯式弧焊變壓器做了相應(yīng)分析和設(shè)計(jì)，但由于查找資料不足和知識(shí)水平有限，加