Министерство образование Российской Федерации

Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Кафедра «Технология и оборудование сварочного производства»

Курсовая работа

по теме: Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Выполнил:

Ст.гр.№5303

Ковальков А. Е.

Проверила:

Приёмышева Г. А.

Санкт-Петербург 2010

Исходные данные

Наименование параметра	Обозначение параметра	Величина
1. Номинальное напряжение трёхфазной питающей сети частотой f_с=50 Гц, В	U_с	380
2. Номинальный выпрямленный (сварочный) ток, А	I_d_н	500
3. Номинальное выпрямленное (рабочее)напряжение на зажимах выпрямителя при номинальном токе, В	U_d_н	50
4. Номинальный режим работы (продолжительность нагрузки) при цикле сварки 10 мин, %	ПН%	60
5. Способ регулирования сварочных параметров	тиристорный
6. Внешняя характеристика	жёсткая
7. Система охлаждения	Воздушнаяпринудительная
8. Класс изоляции	F
9.Кострукционные особенности:а) материал магнитопроводаб) материал обмоток трансформатора	Сталь 3413Алюминиевые провода

Выбор схемы выпрямления

Выбор осуществляется из четырёх самых распространённых схем выпрямления:

- Трёхфазная мостовая схема

- Шестифазная с нулевой точкой

- Схема с уравнительным реактором

- Кольцевая схема

Учитывая исходные данные, выбираем шестифазную схему выпрямления с уравнительным реактором, получившей широкое применение при сварке в углекислом газе. Схема обладает хорошим использованием вентилей и небольшой расчётной мощностью трансформатора.

Рисунок 1. «Схема выпрямления с уравнительным реактором»

В этой схеме трансформатор имеет одну первичную обмотку, соединённую в треугольник, и две группы вторичных обмоток, каждая из которых соединена в звезду, причём в первой группе нулевая точка образована концами обмоток, а во второй группе - началами обмоток. Таким образом, фазные напряжения смещены дуг относительно друга на 180 ̊. В результате имеем два трёхфазных выпрямителя, работающих параллельно через уравнительный реактор на общую нагрузку.

Основные параметры выпрямителя

1) Ориентировочное значение напряжения холостого хода выпрямителя:

U_dxx=(1,4÷1,8)∙U_d_н=(1,4÷1,8)∙50=70÷90(В)

U_d_н – номинальное выпрямленное напряжение

Принимаем U_dxx=80(В)

2) Длительно допустимый по нагреву ток выпрямителя:

I_d_дл=I_d_н∙

=500∙

=387 (А)

I_d_н – номинальный выпрямленный ток

ПН - продолжительность нагрузки

Расчёт силового трансформатора

1. Расчёт фазных токов и напряжений обмоток трансформатора:

По выбранной схеме выпрямления и схеме соединения первичной обмотки в треугольник рассчитываем:

1.1. Вторичное фазное напряжение:

U_2ф=

=68,4 (В)

1.2. Реальное значение напряжения холостого хода выпрямителя:

U_dxx₀=1,35∙ U_2ф=1,35∙68,4=92,3 (В)

1.3. Действующее значение тока вторичных обмоток трансформатора:

I_2ф= I_d_н∙0,289=500∙0,289=144,5 (А)

выпрямитель катушка трансформатор сварочный

1.4. Расчётное значение тока вторичных обмоток:

I_{2ф расч.}=I_2ф∙

=144,5∙

=111,9 (А)

1.5. Коэффициент трансформации:

При соединении первичной обмотки в треугольник

К_т=

=5,56

1.6. Действующее значение фазного тока первичной обмотки:

I_1ф=0,41∙

∙I_d_н=0,41∙

∙500=36,87 (А)

I_1ф=36,87∙1,05=38,7 (А)

1,05-коэффициент, учитывающий влияние тока холостого хода на номинальный первичный ток

1.7. Расчётное значение тока первичных обмоток:

I_{1ф расч.}=I_1ф∙

=38,7∙

=29,98 (А)

1.8. Значение номинальной отдаваемой (выпрямленной) мощности выпрямителя:

P_d_н=I_d_н∙ U_d_н=500∙50=25000 (Вт)=25 (кВт)

1.9. Значение потребляемой мощности:

При соединении первичной обмотки в треугольник

P_сети=U_c∙I_1ф∙3∙10^-3=380∙38,7∙3∙10^-3=44,1 (кВА)

2. Предварительный расчёт магнитной системы и обмоток:

2.1. Значение ЭДС, приходящейся на один виток:

e₀=(0,08÷0,045)∙P_{сети расч.}

P_{сети расч.}=P_сети∙

=44,1∙

=34,2 (кВА)

e₀=(0,08÷0,045)∙34,2=2,736÷1,539

Принимаю e₀=2,7 (В/виток)

2.2. Предварительное число витков вторичной обмотки:

W₂^’=

=25

2.3. Предварительное число витков первичной обмотки:

W₁^’=

U_1ф=U_c – при соединении первичной обмотки в треугольник

W₁^’=

=141

2.4. Окончательное число витков первичной и вторичной обмоток:

Принимаем окончательное число витков вторичной обмотки W₂=28.

Тогда окончательное значение ЭДС на один виток:

e₀=

=2,44 (В/виток)

Окончательное число витков первичной обмотки:

W₁=

=155,6

Принимаем W₁=156.

2.5. Предварительная плотность тока в обмотках трансформатора:

J₁^’=1,5 (А/мм²) - в первичной

J₂^’=2,35 (А/мм²) - во вторичной

2.6. Предварительные сечения проводов обмотки:

q₁^’=

=20 (мм²)

q₂^’=

=49 (мм²)

2.7. Активное сечение стали магнитопровода:

Предварительное активное сечение:

S_a^’=e₀∙10⁴/4,44∙f₀∙В^’

f₀ – частота питающей сети;

В^’ – предварительное значение магнитной индукции;

Для холоднокатаной анизотропной стали марки 3413 В^’

1,65 (Тл)

S_a^’=2,44∙10⁴/4,44∙50∙1,65=66,6 (см²)

2.8. Полное сечение магнитопровода:

Предварительное полное сечение:

S_ст^’=S_a^’/К_с

К_с – коэффициент заполнения стали, К_с=0,95

S_ст^’=66,6/0,95=70,1 (см²)

2.9. Определение ширины пластины магнитопровода:

Учитывая мощность выпрямителя, выберем рекомендуемую ширину b_ст=82 (мм)

2.10. Предварительная толщина набора магнитопровода:

l_ст^’=S_c_т^’∙10²/b_ст=70,1∙10²/82=85,5 (мм)

Окончательную толщину набора принимаем l_ст=86 (мм)

Окончательное сечение магнитопровода:

S_ст=l_ст∙b_ст /100=86∙82/100=70,5 (см²)

Окончательное активное сечение магнитопровода:

S_a=S_ст∙К_с=70,5∙0,95=67 (см²)

Окончательная магнитная индукция:

В=e₀∙10⁴/4,44∙f∙S_a=2,44∙10⁴/4,44∙50∙67=1,64 (Тл)

2.11. Суммарная площадь обмоток, которые необходимо разместить в окне:

Q=Q₁+Q₂

Q₁ – площадь первичной обмотки

Q₁=q₁^’∙W₁=20∙156=3120 (мм²)

Q₂ – площадь двух вторичных обмоток

Q₂=2∙q₂^’∙W₂=2∙49∙28=2744 (мм²)

Q=Q₁+Q₂=3120+2744=5864 (мм²)

2.13. Площадь окна магнитопровода:

S_ок=2∙Q/К_зо

К_зо– коэффициент заполнения окна, К_зо=0,45

S_ок=2∙5864/0,45=26062 (мм²)

3. Окончательный расчёт магнитной системы трансформатора:

3.1. Ширина окна:

b₀=(1,1÷1,5)∙b_ст