Конструкция трансформаторов для дуговой сварки. Курсовая работа по дисциплине конструкция и проектирование сварочных агрегатов ст гр. Мсп18 Ким В. Е

• Название: Курсовая работа по дисциплине конструкция и проектирование сварочных агрегатов ст гр. Мсп18 Ким В. Е
• Анкор: Конструкция трансформаторов для дуговой сварки
• Дата: 02.03.2023
• Размер: 0.63 Mb.
• Имя файла: KIPSA-18.doc
• Тип: Курсовая; #965239

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра материаловедения, литейного и сварочного производства

Конструкция трансформаторов для дуговой сварки

Курсовая работа по дисциплине конструкция и проектирование сварочных агрегатов


Выполнил: ст.гр. МСП-18

Ким В. Е.

Проверил: к.т.н., доцент

Князев С.В.

Н овокузнецк, 2021

Содержание

1. Теоритическая часть 3

1.1 Конструкции сварочных трансформаторов 4

1.2 Статические характеристики 5

2. Практическая часть 7

1. Теоритическая часть

Источники переменного тока широко используются при ручной дуговой сварке с помощью штучных электродов, при механизированной сварке под флюсом, а также при аргонодуговой сварке легких сплавов.

Главный узел современных источников переменного тока – специальный, в большинстве случаев, однофазный сварочный трансформатор различных конструкций. Трансформатор делит между собой сварочную цепь и электросеть, снижает напряжение сети до значения, необходимого для сварки, самостоятельно или в сочетании с дополнительными устройствами обеспечивает формирование необходимых статических внешних характеристик и регулирование тока сварки. В соответствии с этим основным узлом источники переменного тока нередко называют сварочными трансформаторами. Требования к вышеперечисленным конструкциям и их техническим характеристикам изложены в ГОСТ 95-77 "Однофазные однополюсные трансформаторы для ручной дуговой сварки" и ГОСТ 7012-77 "Однофазные однополюсные трансформаторы для автоматической дуговой сварки под флюсом".

Трансформаторы были созданы с целью обеспечения небольшого воспламенения и стабильного горения дуги при использовании электродов с высокими стабилизирующими свойствами, разработанных специально для сварки на переменном токе. При использовании электродов с низкими свойствами стабилизации, например, с фтористо-кальциевым покрытием, то сварочные свойства трансформатора становятся не столь удовлетворительными, в особенности при токе ниже 100 А.

В целом, низкое сопротивление горения дуги переменного тока является недостатком сварочных трансформаторов. Еще одним важным недостатком простейших трансформаторов является низкая стабильность режима, обусловленная зависимостью от колебаний сетевого напряжения.

Основным достоинством трансформаторов, как и в большинстве случаев, является низкая стоимость изготовления. Они в 2-4 раза дешевле выпрямителей и в 6-10 раз дешевле, чем агрегаты равной мощности. Также трансформаторы дешевле и в эксплуатации, имеют относительно высокий коэффициент полезного действия (около 0,7-0,9) и невысокий удельный расход электроэнергии (около 2-4 кВт ч на 1 кг расплавленного электродного металла).

1.1 Конструкции сварочных трансформаторов

Конструкции сварочных трансформаторов могут быть достаточно разнообразными. В зависимости от электромагнитной схемы и способа регулирования различают данные конструкции:

1. Трансформаторы амплитудного регулирования с нормальным рассеянием:

• 
  с дросселем насыщения;
  
• 
  с дросселем с воздушным зазором;
  
• 
  со встроенной реактивной обмоткой.
  

2. Трансформаторы амплитудного регулирования с увеличенным рассеянием:

• 
  с подмагниченным шунтом;
  
• 
  с подвижными обмотками;
  
• 
  с реактивной обмоткой;
  
• 
  с подвижным магнитным шунтом;
  
• 
  с разнесенными обмотками.
  

3. Трансформаторы фазового регулирования (тиристорные):

• 
  с импульсной стабилизацией;
  
• 
  с подпиткой;
  

В трансформаторах с регулированием амплитуды режим регулируется путем изменения напряжения холостого хода или сопротивления трансформатора без искажения формы синусоидального напряжения. В тиристорных трансформаторах режим регулируется за счет отключения фазы части синусоидальной волны переменного напряжения.

1.2 Статические характеристики

Статической внешней характеристикой источника называется зависимость напряжения между вторичной цепью к току U2 = f (I2). Ток вторичной цепи – это сварочный ток. Вторичное напряжение при разомкнутой сварочной цепи называют напряжением холостого хода, а при конкретном значении сварочного тока – рабочим напряжением на клеммах источника.

Условно внешние характеристики делятся на:

• 
  крутопадающий (ПВХ);
  
• 
  пологопадающий (жесткий - ЖВК).
  

Тип внешних характеристик преимущественно связан с определенными особенностями процесса сварки, для которого предназначен источник.

Требования к типу внешних характеристик определяются показателями процесса сварки такими как: степенью механизации процесса (ручная, полуавтоматическая, автоматическая сварка), типом электрода (плавящийся, неплавящийся), способом регулирования режима горения дуги (саморегулирование, автоматическое регулирование напряжения дуги), характером среды, в которой происходит сварка (открытая дуга, дуга под флюсом, в защитных газах).

Например, ПВХ используется для ручной дуговой сварки штучными электродами с покрытием, аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом, механизированной сварки под флюсом на автоматах с регулированием скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения дуги (рис. 1а). В этом случае источник работает в режиме регулятора сварочного тока. В этом случае сварочный ток можно регулировать в заданном диапазоне от минимального значения I21 до максимального значения I22 плавно или поэтапно. По технологическим (сварочным) и экономическим соображениям чаще всего используется плавное регулирование, когда две или более ступени управления объединены с плавным регулированием тока внутри каждой ступени. Регулирование сварочного тока в ПВХ осуществляется при приблизительном постоянстве напряжения разомкнутой цепи U20. Часто при плавном ступенчатом регулировании переход на слаботочный каскад сопровождается увеличением напряжения холостого хода двигателя.



Рисунок 1 - Внешние характеристики

2. Практическая часть

Исходные данные:

Напряжение сети В(U1)=380

Напряжение холостого хода В, Мт/Бт(U20)=60/50

Ток нагрузки, А (I2ном)=500

Пределы регулировки тока, общие = 100-575

Пределы регулировки тока в диапазоне малых токов, А=100-250

Пределы регулировки тока в диапазоне больших токов, А=250-575

Режим работы, ПН(%)=30

Номинальное рабочее напряжение, В (U2ном)=40

Класс изоляции = н
Минимальное индуктивное сопротивление обеспечивающее получение максимального сварочного тока I₂₂=575 А в диапазоне больших токов



Где

выбор числа витков обмоток.

Определение длительной мощности трансформатора:



Определение числа вольт на 1 виток обмотки:



Число витков вторичной обмотки



Число витков вторичной обмотки

Число витков катушек. Первичная и вторичная обмотки состоят каждая из двух катушек, соединенных на диапазоне больших токов параллельно; следовательно,

_{ }, _{ }
Номинальный ток первичной обмотки



Где:

Сечение магнитопровода



где f = 50 Гц - частота сети; Вm = 1.73 Тл - принятая индукция в магнитопроводе.

Ширина пластины магнитопровода



Принимаем р1 = 2.02; kc = 0.97.

Набор пакета мaгнитопровода



Ширина окна магнитопровода



Сечения обмоточных проводов (для параллельного соединения катушек) :



выбирается стандартный провод марки АПСД с размерами 2.8 х 5.3 = 14.3 мм²; размер провода в изоляции 3.2 х 5.7 мм.

11. Размеры катушки первичной обмотки:

11.1 Ширина катушки



11.2 Число слоев в катушке



11.3 Число витков в слое

11.4. Каналы охлаждения: 2 =13 мм после 4-го и 8-го слоев

11.5. Высота катушки



12. Размеры катушек вторичной обмотки. Вторичная катушка наматывается алюминиевой шиной марки АДО "на ребро" с целью уменьшения добавочных потерь с радиусом закругления R = 30 мм. Витки катушек изолируются стеклолентой марки ЛЭС (ГОСТ 5937) путем их обмотки в полуперекрышу.

Сечение шины


По ГОСТ 15176 выбираем шину с размерами 4,1 х 18 мм; размеры шины в изоляции 4.9 х 18,8 мм.

Радиус закругления шины (внутренний) R ≥1,17 а 2п ≥ 29,3 мм

Высота вторичной катушки



Катушки трансформатора пропитываются кремнийорганическим лаком КО-916К.

13. С учетом выбранных геометрических размеров произведем поверочный расчет минимального индуктивного сопротивления рассеяния.

Минимальное сопротивление рассеяния соответствует полностью сближенным первичным и вторичным обмоткам (ξ = 20 мм):



Где:






Где:


l1ср , l2ср - средние длины витков катушек первичной и вторичной об- моток:



где n – число вентиляционных каналов.









_{ }9,9*3,2+3*13+3*0,15=71,13 мм











х < X_min , что обеспечивает получение максимального тока.

Определим максимальное индуктивное сопротивление рассеяния для диапазона больших токов, необходимое для получения тока I22 =250 А и высоту окна магнитопровода :



Где:


Находим максимальное расстояние между катушками ξmax, исходя из условия



Высота окна магнитопровода



Определим максимальное индуктивное сопротивление для диапазона малых токов (последовательное соединение катушек с частичным отключением первичных витков для получения напряжения холостого хода 80В):








Определим минимальный ток: