Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей

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

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 fс=50 Гц, В


380

2. Номинальный выпрямленный (сварочный) ток, А Idн 500
3. Номинальное выпрямленное (рабочее)напряжение на зажимах выпрямителя при номинальном токе, В

Udн


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 Воздушная принудительная
8. Класс изоляции F

9.Кострукционные особенности:

а) материал магнитопровода

б) материал обмоток трансформатора


Сталь 3413

Алюминиевые 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.


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

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:


Udxx =(1,4ч1,8)∙Udн=(1,4ч1,8)∙50=70ч90(В)


Udн – номинальное выпрямленное напряжение

Принимаем Udxx=80(В)

2) Длительно допустимый по нагреву ток выпрямителя:


Id дл=Idн∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=500∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=387 (А)


Idн – 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:


U2ф = Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=68,4 (В)


1.2. Реальное значение напряжения холостого хода выпрямителя:


Udxx0=1,35∙ U2ф =1,35∙68,4=92,3 (В)


1.3. Действующее значение тока вторичных обмоток трансформатора:


I2ф= Idн∙0,289=500∙0,289=144,5 (А)

выпрямитель катушка трансформатор сварочный

1.4. Расчётное значение тока вторичных обмоток:


I2ф расч.=I2ф∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=144,5∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=111,9 (А)


1.5. Коэффициент трансформации:

При соединении первичной обмотки в треугольник


Кт=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=5,56


1.6. Действующее значение фазного тока первичной обмотки:


I1ф=0,41∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей∙Idн=0,41∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей∙500=36,87 (А)

I1ф=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:


I1ф расч.=I1ф∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=38,7∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=29,98 (А)


1.8. Значение номинальной отдаваемой (выпрямленной) мощности выпрямителя:


Pdн=Idн∙ Udн=500∙50=25000 (Вт)=25 (кВт)


1.9. Значение потребляемой мощности:

При соединении первичной обмотки в треугольник


Pсети=Uc∙I1ф∙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=(0,08ч0,045)∙Pсети расч.

Pсети расч.=Pсети∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=44,1∙Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=34,2 (кВА)

e0=(0,08ч0,045)∙34,2=2,736ч1,539


Принимаю e0=2,7 (В/виток)

2.2. Предварительное число витков вторичной обмотки:


W2’=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=25


2.3. Предварительное число витков первичной обмотки:


W1’=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей


U1ф=Uc – при соединении первичной обмотки в треугольник


W1’=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=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=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=2,44 (В/виток)


Окончательное число витков первичной обмотки:


W1=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=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’=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=20 (мм2)

q2’=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=49 (мм2)


2.7. Активное сечение стали магнитопровода:

Предварительное активное сечение:


Sa’=e0∙104/4,44∙f0∙В’


f0 – частота питающей сети;

В’ – предварительное значение магнитной индукции;

Для холоднокатаной анизотропной стали марки 3413 В’Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей1,65 (Тл)


Sa’=2,44∙104/4,44∙50∙1,65=66,6 (см2)


2.8. Полное сечение магнитопровода:

Предварительное полное сечение:


Sст’=Sa’/Кс


Кс – коэффициент заполнения стали, Кс=0,95


Sст’=66,6/0,95=70,1 (см2)


2.9. Определение ширины пластины магнитопровода:

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

2.10. Предварительная толщина набора магнитопровода:


lст’=Scт’∙102/bст=70,1∙102/82=85,5 (мм)


Окончательную толщину набора принимаем lст=86 (мм)

Окончательное сечение магнитопровода:


Sст=lст∙bст /100=86∙82/100=70,5 (см2)


Окончательное активное сечение магнитопровода:


Sa=Sст∙Кс=70,5∙0,95=67 (см2)


Окончательная магнитная индукция:


В=e0∙104/4,44∙f∙Sa=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:


Sок=2∙Q /Кзо


Кзо – коэффициент заполнения окна, Кзо=0,45


Sок=2∙5864/0,45=26062 (мм2)


3. Окончательный расчёт магнитной системы трансформатора:

3.1. Ширина окна:


b0=(1,1ч1,5)∙bст


bcт – ширина стержня


b0=(1,1ч1,5)∙82=90,2ч123 (см)


Принимаю b0=112 (мм).

3.2. Высота окна магнитопровода:


h0=Sок /b0=26062/112=233 (мм)


3.3. Длина пластин (1го,2го и 3го вида):


l1=h0+bст=233+82=315 (мм)

l2=2b0+bст=2∙112+82=306 (мм)

l3=b0+bст=112+82=194 (мм)


Количество листов каждого типа:


n1=lст∙0,95∙3/0,5=86∙0,95∙3/0,5=490 (шт),

n2= lст∙0,95∙/0,5=163 (шт),

n3= lст∙0,95∙2/0,5=327 (шт)


lст – толщина набора магнитопровода

0,95 – коэффициент заполнения стали (Кс)

3.4. Масса стали магнитопровода:


Gc=[(h0+2bст)∙(2b0+3bст)-2h0∙b0]∙lст∙0,95∙γ∙10-3


γ-плотность электротехнической стали 3413, γ=7,65 (г/см3)


Gc=[(23,3+2∙8,2)∙(2∙11,2+3∙8,2)-2∙23,3∙11,2]∙8,6∙0,95∙7,65∙10-3=84 (кг)


3.5. Потери в стали магнитопровода:


Pc=К0∙Gc∙p0∙Кур


К0 – коэффициент, учитывающий добавочные потери в стали за счёт изменения структуры листов при их механической обработке, К0=1,2.

Кур – коэффициент увеличения потерь для анизотропных сталей, являющейся функцией геометрических размеров магнитопровода.

В зависимости от величины 3h0+4b0 /bст=3∙23,3+4∙11,2/8,2=14 -получаем Кур=1,15.

p0 –удельные потери в 1 кг стали марки 3413 при индукции В=1,64 (Тл) равняются p0=2,3 (Вт/кг)


Pc=1,2∙84∙2,3∙1,15=267 (Вт)


3.6. Абсолютное значение тока холостого хода:


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


Iоа – активная составляющая тока холостого хода, обусловленная потерями холостого хода Pc

Iор – реактивная составляющая тока холостого хода, необходимая для создания магнитного потока


Iоа=Pc /3Uc


Pc – потери в стали магнитопровода

Uc – номинальное напряжение питающей сети


Iоа=267/3∙380=0,2 (А)

Iор=[Hc∙lм+0,8∙В∙nз∙δз∙104/√2∙W1∙Кr]∙Кухх


Hc – напряжённость магнитного поля, соответствующая индукции В=1,64 (Тл). Для анизотропной стали 3413 Hc=8,2 (А/см);

lм – средняя длина магнитной силовой линии (см);

В – магнитная индукция (Тл);

nз – число немагнитных зазоров на пути магнитного потока ;

δз – условная длина воздушного зазора в стыке равная 0,005 (см) в случае штампованных листов при сборке магнитопровода внахлёстку;

Кr – коэффициент высших гармонических. Ориентировочно для стали 3413 при индукции В=1,64 (Тл) Кr=1,1;

Кухх – коэффициент увеличения тока холостого хода. Этот коэффициент является функцией геометрических размеров магнитопровода и магнитной индукции.

При соотношении (h0+2b0 )/bст +1=((23,3+2∙11,2)/8,2)+1=6,57 - получаем Кухх=2,5.

Поскольку трёхстержневой магнитопровод является несимметричным, т.е. имеет разные пути для магнитного потока крайних и средней фазы, то необходимо посчитать средние длины магнитной силовой линии отдельно для крайней и средней фазы.

Длина средней линии магнитного потока для крайней фазы:


lм к.ф.=h0+2b0+bст+π∙ bст /2=23,3+2∙11,2+8,2+3,14∙8,2/2=66,8 (см)


Длина средней линии магнитного потока для средней фазы:


lм ср.ф.=h0+bст=23,3+8,2=31,5 (см)


Число немагнитных зазоров на пути потока для крайней фазы nз=3, для средней фазы nз=1.

Реактивная составляющая тока холостого хода для крайней фазы:


Iор к.ф.=[(Hc∙ lм к.ф.+,8∙В∙3∙0,005∙104)/√2∙W1∙Кr]∙Кухх

Iор к.ф.=[(8,2∙66,8+0,8∙1,64∙3∙0,005∙104)/√2∙156∙1,1]∙2,5=7,7 (А)


Реактивная составляющая тока холостого хода для средней фазы:


Iор ср.ф.=[(Hc∙ lм ср.ф.+0,8∙В∙1∙0,005∙104)/√2∙W1∙Кr]∙Кухх

Iор ср.ф.=[(8,2∙31,5+0,8∙1,64∙1∙0,005∙104)√2∙156∙1,1]∙2,5=3,3 (А)


Среднее значение реактивной составляющей тока холостого хода:


Iор=(2∙Iор к.ф. + Iор ср.ф. ) /3=(2∙7,7+3,3)/3=6,2 (А)


Абсолютное значение тока холостого хода:


Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=6,2 (А)


Ток холостого хода в процентах от номинального первичного тока:


i=(I0 /I1ф)∙100%=(6,2/38,7)∙100%=16%


4. Окончательный расчёт обмоток трансформатора

4.1. Выбор обмоточных проводов:

По предварительно рассчитанным значениям сечений проводов выбираем ближайшие из стандартного ряда:

q1=21,12(мм2)

q2=69,14 (мм2)


Провод обмоточный алюминиевый нагревостойкий прямоугольного сечения:

Номинальный размер проволоки а*b, мм Площадь поперечного сечения q, мм2 Размеры провода с изоляцией аиз*bиз , мм

Масса 1000 м провода,

кг

2,12*10,0 21,12 2,6*10,4 62,58
5,00*14,0 69,14 5,52*14,48 201,32

Уточнённые значения плотности тока:


J1=I1ф расч. /q1=29,98/21,12=1,4 (А/мм2)

J2=I2ф расч. /q2=111,9/69,14=1,6 (А/мм2)


4.2. Высота цилиндрической обмотки:


hобм=h0 - 2∙∆я


∆я – зазор между торцевой поверхностью обмотки и ярмом магнитопровода, равный 5 (мм);

h0 – высота окна магнитопровод


hобм=233-2∙5=223 (мм)


4.3. Число витков в слое:

Первичной обмотки


Wc1=(hобм /bиз.1) – 1=(223/10,4)-1=20,4- принимаем Wc1=20


Вторичной обмотки


Wc2=(hобм /bиз.2) – 1=(223/14,48)-1=14,4– принимаем Wc2=14


4.4 Число слоёв:

Первичной обмотки


nc1=W1 /Wc1=156/2=7,8 - принимаем nc1=8


Вторичной обмотки


nc2=W2 /Wc2=28/14=2


4.5. Радиальные размеры (толщина) первичной и вторичной обмоток, выполненных из изолированного провода:


δ1=nc1∙nпар1∙аиз1+(nc1-1)∙∆вит

δ2=nc2∙nпар2∙аиз2+(nc2-1)∙∆вит


nпар1 , nпар2 – число параллельных проводов первичной и вторичной обмоток;

аиз1 ,аиз2 – размер проводов по ширине с изоляцией;

nc1 , nc2 – число слоёв первичной и вторичной обмоток;

∆вит – межслоевая изоляция для изолированных проводов, ∆вит=0,15


δ1=8∙1∙2,6+(8-1)∙0,15=22 (мм)

δ2=2∙1∙5,52+(2-1)∙0,15=11 (мм)


4.6. Радиальный размер катушки трансформатора:


δ=δ1+δ2+δ12+∆т


∆т – технологические зазоры, связанные с отступлением сторон катушки от парралельности, с неплотностью намотки, ∆т=4 (мм);

δ12 – расстояние между первичной и вторичной обмотками, δ12=0,16 (мм)


δ=22+11+3∙0,16+4=37 (мм)


4.7. Внутренний размер катушки по ширине:


А=bст +∆ш


∆ш – двухсторонний зазор по ширине между катушкой и стержнем, ∆ш=12 (мм)


А=82+12=94 (мм)


4.8. Внутренний размер катушки по длине:


Б=lст +∆дл


lст – длина пакета магнитопровода

∆дл – двухсторонний зазор по длине между катушкой и стержнем,

∆дл=30 (мм)


Б=86+30=116 (мм)


4.9. Средние длины витков:

Средняя длина витка первичной обмотки


lср1=2(А-2R)+2(Б-2R)+2∙π∙(R+δ1 /2)


R-радиус скругления проводов при переходе с одной стороны на другую при намотке, R=10 (мм)


lср1=2(94-2∙10)+2(116-2∙10)+2∙3,14∙(10+22/2)=471 (мм)


Средняя длина витка вторичной обмотки


lср2=2(А-2R)+2(Б-2R)+2∙π∙(R+δ1+δ12+δ2 /2)

lср2=2(94-2∙10)+2(116-2∙10)+2∙3,14∙(10+22+0,16+11/2)=576 (мм)


После определения всех размеров выполним эскиз катушки:


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

Рисунок 2. « Катушка трансформатора с первичной и вторичной обмотками из изолированного провода»


4.10. Расстояние между катушками соседних стержней:


∆кат =bо-∆ш-2δ

∆кат =112-12-2∙37=25 (мм)


После уточнения всех размеров выполним эскиз трансформатора:


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

Рисунок 3. «Эскиз трансформатора»


4.11. Масса проводов катушки:

Масса провода первичной обмотки одной фазы трансформатора


G1=Ky ∙g1∙W1∙lср1


g1 – масса одного метра провода первичной обмотки, g1=0,06 (кг);

lср1 – средняя длина витка первичной обмотки (м);

Ку – коэффициент, предусматривающий увеличение массы провода за счёт технологических погрешностей,Ку=1,05.


G1=1,05∙0,06∙156∙0,471=4,6 (кг)


Масса провода вторичной обмотки


G2=Кy ∙g2 ∙2W2 ∙lср2


g2 – масса одного метра провода вторичной обмотки, g2=0,2 (кг)

lср2 – средняя длина витка вторичной обмотки (м)


G2=1,05∙0,2∙2∙28∙0,576=6,8 (кг)


Общая масса провода трансформатора


Gпр=3(G1+G2)=3∙(4,6+6,8)=34,2 (кг)


4.12. Сопротивления обмоток трансформатора:

r1=KF ∙r0 (1)

r2=КF ∙r0 (2)

r0 (1) , r0 (2) – омическое сопротивление первичной и вторичной обмоток в холодном состоянии при 20 оС; КF – коэффициент Фильда, который учитывает добавочные потери в обмотках, КF=1,04


r0 (1)=ρ∙lср1 ∙W1 /q1

r0 (2)= ρ∙lср2 ∙W2 /q2


ρ- удельное электрическое сопротивление материала провода катушки, (для алюминиевого провода при 20 оС ρ=0,0282(Ом∙мм2 /м))

lср1 ,lср2 – средние длины витков провода первичной и вторичной обмоток (м)


r0 (1)=0,0282∙0,471∙156/21,12=0,1 (Ом)

r0 (2)=0,0282∙0,576 ∙28/69,14=0,007 (Ом)

r1=1,04∙0,1=0,062 (Ом)

r2=1,04∙0,007=0,0073 (Ом)


Активные сопротивления первичной и вторичной обмоток, отнесённые к расчётной температуре, которая для обмоток класса F составляет 115 оС:


r1t=1,38∙r1=1,38∙0,062=0,1 (Ом)

r2t=1,38∙r2=1,38∙0,0073=0,01 (Ом)


Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведённое к первичной обмотке:


rк=r1t +r2t ∙К2т


Кт – коэффициент трансформации


rк=0,1+0,01∙(5,56)2=0,3 (Ом)


Индуктивное сопротивление:


Xк=7,9∙10-8∙fc∙W 21 ∙lср ∙δs / ls


fc – частота питающей сети;

δs – ширина приведённого канала рассеяния (см)


δs =δ12+((δ1+δ2)/3)=0,016+((2,2+1,1)/3)=1,1 (см)


ls – длина силовой линии (см)


ls=ho /0,95=23,3/0,95=24,5 (см)


lср – средняя длина витка обмоток (см)


lср=(lср1 +lср2) /2=(47,1+57,6)/2=52,4 (см)

xк=7,9∙10 -8∙50∙(156)2∙52,4∙1,1/24,5=0,23 (Ом)


Полное сопротивление обмоток, приведённое к первичной обмотке:


Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=0,5 (Ом)


4.13. Потери в обмотках:

В первичных


P1=m1 ∙r1t ∙I21ф


Во вторичных


P2=m2 ∙r2t ∙I22ф


m1 – количество первичных обмоток, m1=3;

m2 – количество вторичных обмоток (для схемы с уравнительным реактором m2=6);

r1t , r2t – активные сопротивления первичной и вторичной обмоток, отнесённые к расчётной температуре


P1=3∙ 0,1∙(38,7)2=629 (Вт)

P2=6∙0,01∙(144,5)2=1253 (Вт)


4.14. Напряжение короткого замыкания:


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


Активная составляющая напряжения короткого замыкания


Uа=I1ф ∙rк=38,7∙0,3=11,6 (В)


Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания


Uр=I1ф ∙xк=38,7∙0,23=8,9 (В)

Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей=14,6 (В)


Напряжение короткого замыкания в процентах от первичного напряжения:


Uк%=Uк ∙100/U1ф=14,6∙100/380=3,8 %


Расчёт блока тиристоров


1. Выбор типа тиристора и охладителя:

1.1. Среднее, действующее и максимальное значения тока тиристора в зависимости от номинального выпрямленного тока:


Iв.ср. =Idн ∙0,166=500∙0,166=83 (А)

Iв = Idн ∙0,289=500∙0,289=144,5 (А)

Iв мах = Idн ∙0,5=500∙0,5=250 (А)


1.2. Максимальное обратное напряжение на тиристоре:


Uобр.мах =Udхх∙2,09=80∙2,09=167,2 (В)


Выбираем тиристор и охладитель:

Тиристор-Т161-160

Охладитель-О171-80

Основные параметры тиристора и охладителя:

Пороговое напряжение Uпор=1,15 (В)

Среднее динамическое сопротивление rдин=1,4 (мОм)

Максимально допустимая температура перехода Tп.м.=125°С

Тепловое сопротивление переход-корпус Rт(п-к)=0,15 (°С/Вт)

Тепловое сопротивление контакта корпус-охладитель Rт(к-о)=0,05 (°С/Вт)

Тепловое сопротивление охладитель-среда Rт(о-с)=0,355 (°С/Вт)

1.3. Максимальный допустимый средний ток вентиля в установившемся режиме работы и заданных условиях охлаждения:


Iос.ср. = [√ (U2пор+4∙К2ф∙rдин∙10-3∙(Tп.м.-Tc) /Rт(п-с) ) -Uпор]/2∙К2ф∙rдин∙10-3


Кф – коэффициент формы тока, Кф=1,73

Тс – температура охлаждающего воздуха, Тс=40 °С

Rт(п-с) – тепловое сопротивление переход-среда


Rт(п-с)= Rт(п-к)+ Rт(к-о)+ Rт(о-с)=0,15+0,05+0,355=0,555 (°С/Вт)

Iос.ср. = [√((1,15)2+4∙(1,73)2∙1,4∙10-3∙(125-40)/0,555)-1,15]/2∙(1,73)2∙1,4∙10-3=

=97,9 (А)


1.4. Мощность, рассеиваемая на вентиле:


Pв=К∙(Uпор∙Iв.ср.+rдин∙10-3∙I2в)


К – коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь в вентиле, К=1,05ч1,1


Pв=1,05∙(1,15∙83+1,4∙10-3∙(144,5)2)=131 (Вт)


1.5. Температура нагрева перехода:


Tп=Rт(п-с) ∙Pв+Tc


Tc – температура охлаждающего воздуха, Tc=40 ̊С

Rт(п-с) – тепловое сопротивление переход-среда


Tп=0,555∙131+40=113 ̊С


1.6. Класс тиристора:

Uповт. =0,8∙Uобр.мах

Uповт.- повторяющееся напряжение, определяющее класс вентиля


Uповт. =0,8∙167,2=133,8 (В)


Принимаю Uповт. =200 (В).

Учитывая возможные перенапряжения, окончательный класс тиристора принимаю равный 4.

Условное обозначение выбранного тиристора:


Т161-160-4-12УХЛ2


Расчёт КПД выпрямителя


Коэффициент полезного действия выпрямителя при номинальной нагрузке:


η=Pdн /Pdн +ΣP


Pdн – отдаваемая (выпрямленная) номинальная мощность

ΣP – суммарные активные потери в схеме выпрямления, которые можно разбить на следующие составные части:

1. Потери в вентилях:


ΣPв=mв∙ Pв


mв – количество вентилей в схеме выпрямления

Pв – мощность, рассеиваемая на одном вентиле


ΣPв=6∙130,9=785,4 (Вт)


2. Потери в силовом выпрямительном трансформаторе:


Pтр=Pc+P1+P2


Pc – потери в стали магнитопровода

P1 – потери в первичных обмотках

P2 – потери во вторичных обмотках


Pтр=267+629+1253=2,2 (кВт)


3. Потери в сглаживающем дросселе:


Pдр=(2ч3)%Pdн=0,6 (кВт)


4. Потери в уравнительном реакторе:


Pур=(1ч2)%Pdн=0,375 (кВт)


5. Потери во вспомогательных устройствах (в системе управления, системе охлаждения):


Pвсп=(0,5ч1,5)Pdн=0,25 (кВт)


6. Потери в соединительных шинах:


Pш=450 (Вт)=0,45 (кВт)


Значение КПД:


η=Pdн /Pdн+Pв+Pтр+Pдр +Pур+Pвсп+Pш

η=25 /25+0,785+2,2+0,6+0,375+0,25+0,45=0,84.

Размещено на

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: