动铁芯式弧焊变压器的设计

1、摘 要 在本文的开头首先是介绍了弧焊变压器BX1-350的的用途和特点、原理及结构、故障处理等。根据设计的需要首先通过对变压器的参数计算得出次级额定输出功率、功率因数、初级输出容量、变压器计算容量、初级额定工作电流、初级长时工作电流、次级长时工作电流；初步决定了变压器铁心的主要尺寸，如结构形式和铁心材料、铁心净截面积、铁心柱宽度及叠片度、动铁心有效截面积、动铁心与静铁心的最小气隙等；确定初级绕组和次级绕组的尺寸，如每伏电压所需匝数、初、次级绕组的匝数、初次级绕组导线截面积等；然后根据绕组尺寸、净铁心截面和动铁心的尺寸，确定变压器的总体尺寸；之后核算焊接焊接电流，核算结果如符合设计要求，变压器的

2、结构尺寸就基本上确定了；为了验证变压器设计的合理性，最后还要验算焊机的铁损、铜损、空载电流、效率和功率因数等这类变压器与一般单相变压器的设计步骤基本相同，所不同的只是焊接变压器的输出电流应能在较大的范围内调节。焊接电流的大小取决于漏抗的数值，所以计算漏抗是本篇的核心内容关键词：漏抗;焊接;绕组;铁心;电流目 录引 言1第一章 动铁心分磁式弧焊变压器2 1.1 动铁心分磁式弧焊变压器概述2 1.2 用途及特点:2 1.3 原理及结构3 1.4 变压器的故障处理4 1.5 本章小结5第二章 动铁分磁式弧焊变压器设计6 2.1 原始数据6 2.2 参数计算6 2.3 初步决定变压器铁心主要尺寸7 2

3、.4 确定初、次级绕组尺寸9 2.5 进一步确定变压器尺寸11 2.6 核算焊接电流12 2.7 验算变压器技术经济指标15结 论18参 考 文 献19谢 辞20引 言焊接作为一种基本加工方法，应用很广。他与国民经济各个部门，如汽车车辆、锅炉管道压力容器、矿山、农业机械等方面的发展有着直接关系。不同的焊接方法需要不相应的电弧焊机。而弧焊电源是焊机的核心部分。弧焊电源是提供电流、电压，并具有适合于呼喊工艺所需特性的设备。弧焊电源的控制，即是对弧焊电源电气性能的静动态特性与参数进行控制和调节。动铁心分磁式弧焊变压器是一类交流弧焊电源，在各类电源中它占的比例最大，应用最广，结构最为简单，因而具有便于

4、制造、使用可靠、易于维修、节约电能和价格低廉的优点。随着焊接技术的发展弧焊电源也不断地向前发展，在20世纪70-80年代，弧焊电源及其控制技术的发展产生了新的飞跃，表现为以下几方面：多种新式的弧焊整流器相继出现和完善、研制成功多种形式的脉冲弧焊电源、先后研制成功高效节能、小巧、性能好的晶闸管式、晶体管式弧焊变压器、开发成功了与机器人配套使用的弧焊系统。然而，目前我国弧焊电源和弧焊机制造、研究的状态与世界工业发达国家相比，从在较大差距。为了顺应我国现代化的需要广大焊接工程技术人员努力从事弧焊电源的科研和发展，充分利用电子技术和大功率电子元件，不断改善和提高产品的质量、可靠性和稳定性，积极研制微电

5、脑控制的智能弧焊电源，从而把弧焊电源的发展推到了一个新阶段。第一章 动铁心分磁式弧焊变压器1.1 动铁心分磁式弧焊变压器结构特点动铁心分磁式弧焊电源变压器BX1-350是一种增强漏磁式，靠增强本身漏磁来获得下降外特性的一种弧焊电源。当动铁心全部插入口型铁心的磁路时，构成相对与初级与次级之间较大的漏磁磁路，即形成较大的漏感，等效于有较大的串联电感，此时输出电流最小。当动铁心全部移出口型铁心的磁路时，构成相对于初级与次级之间较小的漏磁磁路，即形成较小的漏感，等效于有较小的串联电感，此时输出电流最大。动铁心之所以制成梯形，是为了使在动铁心移动时有足够大的漏感变化量，用来保证焊接电流调节范围。因为此时

6、漏磁磁路的面积和间隙是同时变化的。动铁式弧焊变压器的优点是:结构紧凑，节省材料;小电流空载电压高，引弧容易;缺点是工作时易产生较大的噪声，这是因为动铁心在工作时将受到很大的交变电磁力的作用。而且由于这个电磁力的作用，还易使动铁心产生位移，从而使焊接电流发生变化，但这些问题可以通过合理的动铁心移动机构克服。动铁式弧焊变压器一般只适宜制成中小容量的焊条电弧焊电源。1.2 用途BX1-350型交流弧焊机主要用于使用涂药焊条，进行单人手工操作的交流电弧焊接电源。可作焊接或切割之用，也可做交流钨极氩弧焊电源。焊机结构是一个具有动铁芯磁分路式的交流弧焊机。其静铁芯窗口和动铁芯采用了梯形结构,这是区别于其他

7、磁分路式焊机(如BS型)的显著特点之一,因而具有其他形式交流焊机无可比拟的一系列优点。焊机采用强迫风冷。梯形动铁芯移动时,改变了动、静铁芯的气隙大小,因而漏抗变化大,电流调节范围广泛,只摇动手轮即可使焊接电流由最小到最大,取消了矩形动铁芯形式焊机的电流换挡装置,方便了焊工的操作,适合于直径25mm酸性涂药焊条对低碳钢制件的焊接。在整个电流调节范围内,电流调节平滑稳定,动铁芯每移动一个相同距离其他电流变化值基本相同,即调节线性度好。由于动、静铁芯倾斜,所受电磁力分解,减少上、下引力,因而振动和噪音得到了改善,提高了电弧稳定性。焊机采用盘式绕组,结构紧凑，漏抗大,获得了比其他形式焊机更为陡降的外特

8、性,因而电弧燃烧稳定,飞溅小,电弧弹性好,熔深大,焊接流畅,获得了比其他焊机更为优良的焊接性能。本焊机适当地增大了动铁芯截面及加大了动静铁芯的气隙,消除了动铁芯的磁饱和,获得了畸变小的正弦电流波形,尤其小电流时,焊接性能得到了显著改善,使焊接性能更为优良。1.3 原理及结构该系列交流弧焊机实际上就是一个特殊的单相变压器(增强漏抗变压器),其基本原理与普通变压器相同。为保证电弧的稳定燃烧,回路内具有一个较大的感抗,获得了陡降外特性(图1-1),该感抗值能够连续可调,达到了电流连续可调的目的,其等效电路就是一个变压器和一个可调电抗器的串联。该系列交流弧焊机实际上是由动铁磁分路式弧焊变压器(图1-2

9、),电流调节装置,箱壳及随机附件组成。图1-1 外特性曲线图1-2 动铁磁分路式弧焊变压器弧焊变压器为口字形静铁芯,上下铁芯形成梯形窗口,初次级线圈分左右套装在上下铁芯柱上。采用盘式绕组,由于其特殊结构及套装形式从而获得了比其他焊机更为陡降的外特性。初次级线圈间安放一个由上到下滑道夹持并可前后移动的铁芯,称为动铁芯(图1-3),逆时针摇动前面板的手轮盘,动铁芯向静铁芯里移动,动铁芯的相含截面增大,气隙减少,漏抗增大,因而焊接电流减少,顺时针方向转动手轮时, 动铁芯向静铁芯外移动,动铁芯的相含截面减少,气隙增大,漏抗减少,因而焊接电流增大,手轮盘上的箭头指明了调节电流时摇动的方向,前面板上方的指

10、针指示了电流值的大小,使用观察极为方便,摇动手轮即可调节焊接电流。前面板下部伸出两接线片为输出端,接焊接电缆的搭铁及焊钳线。 为方便地移动焊机，其底架上安装有四个滚轮，并在箱盖上装有两个吊环，便于推动及吊装。 静铁芯 次级线圈 初级线圈 动铁芯图1-3 焊机结构图1.4 变压器的故障处理 为了正确地处理故障，首先应掌握下列情况：(1)系统运行方式，负荷状态，负荷种类；(2)变压器上层油温，温升与电压情况；(3)事故发生时天气情况；(4)变压器周围有无检修及其他工作；(5)系统有无操作；(6)运行人员有无操作；(7)何种保护动作，事故现象情况等。 1.4.1存放 （1）存放处应保持通风、干燥,不

11、得有雨水浸入的机会,周围介质温度不高于+40, 相对湿度不大于85%(+25时)。 （2）无有害工业气体,无腐蚀性气体。1.4.2安全保护 （1）电焊机的电源一般是由电力网供给,在焊机电源未切断前,不准碰及焊机的带电部分。 （1）工作完毕或暂时离开现场时,必须切断电源。 （2）焊接时必须戴绝缘手套,穿绝缘鞋,并使用防护面罩等。 （3）工作地点附近不准放易燃、易爆物品,如汽油、煤油等。在周围有其他人工作的场所,焊工应用屏障把焊接现场与周围隔开,以免电弧光影响他人正常工作。1.5 本章小结本章从最基本入手，讲述了BX1-350的结构特点和工作原理，可以让在业人员清楚的了解动铁心分磁式弧焊变压器。B

12、X1-350在提高其弧焊电源的性能和焊接质量都具有明显的价值，为此还应该开展以下研究工作如何减振，是附加损耗减小；如何控制好电源的外特性，提高产品的焊接质量；理论上讲BX1-350的电流变化与活动铁心移动距离呈线性关系，但是在实际操作中则带有一定的外界因素和人为因素，所以BX1-350的设计和应用有待提高。第二章 动铁分磁式弧焊变压器设计2.1 原始数据初级额定电压U1N380（）电源频率 f=50 （HZ） 次级额定空载电压 U0=78（）额定焊接电流 I2N=350（）次级额定工作电压 U2N=32（）相数 m=1焊接电流调节范围 Ih=50400 （）绝缘等级 B级冷却方式，使用地区自然

13、冷却，平原温带地区 2.2 参数计算1.次级额定输出功率 PN=U2NI2N =32300=9.6（KW） 2.功率因数 =（0.900.95） (2-1) 系数取0.90 =0.493.初级输入容量P1 4.变压器计算容量PBC5.初级额定工作电流I1N 6.初级长时工作电流I1C 7.次级长时工作电流I1C 2.3 初步决定变压器铁心主要尺寸1.结构形式.铁心材料 单项式，活动铁心为梯形，上下底边差16mm，采用D420.5mm热轧硅钢片。2.计算铁心净截面积SFe (2-2) 系数取27.5Bm取1.4（T） 3.铁心柱宽度a及叠片度b (2-3) 一般b=(12)a 取a=7（） 则

14、铁心毛厚度为: KC叠片系数，0.5mm硅钢片，取KC=0.93， 4.动铁心有效截面积S0 从获得最小电流Ihmin来设计计算动铁心的尺寸，可应用下面的公式 (2-4) 式中 最小焊接电流所对应的工作电压，本设计要求=50（A）， 则； N1 、 N2初级和次级绕组匝数，参看后面计算。 则动铁心的叠宽净尺寸ab为， 毛尺寸ab为， 用厚为1.5mm的铁板四块来紧动铁心，则其尺寸为， 动铁心形状如图2-1所示，每边尺寸为 28mm. 动铁心尺寸如图2-1所示，每边尺寸28mm5.动铁心与静铁心间的最小气隙 选=1.8（mm），即上、下气隙各0.9（mm）。 梯形动铁心上下底边相差16（mm）。

15、2.4 确定初、次级绕组尺寸 图1-1动铁心尺寸 1.每伏电压所需匝数N0 2.初、次绕组匝数N1 N2 取N1=144匝 取N2= 28砸3.初、次级绕组导线截面积S1、S2 选用 2.269.3 mm2双玻璃丝包线， 实现电流密度 图2-2 初级绕组尺寸 选用3.0510mm2双玻璃丝包线三根并联， 实际电流密度 4.确定初、次级绕组尺寸 初次绕组144砸，分8盘，上下铁心各4盘，每盘18砸，同柱各盘相互串联后，上下铁心柱上的绕组再串联。所用导线带绝缘的尺寸为2.76mm,两盘之间用3mm的绝缘隔板隔开，初级绕组尺寸如所 图2-2所示 初级绕组 图2-3各盘之间接线次级绕组28砸分8盘，上

16、下铁心各3盘，每盘14砸，用单最双玻璃丝包线单股绕制。为了避免环流，各盘之间的接线如图2-4所示。 图2-4 次级绕组尺寸 2.5 进一步确定变压器尺寸 1.根据绕组尺寸、静铁心截面、动铁心尺寸，确定变压器总尺寸。变压器的总体尺如图2-5所示 图2-5 变压器总体尺寸2.铁心下料尺寸及片数 每柱叠片数 取n=240片，外面用1.5mm钢板二块夹紧。 心柱 冲片尺寸 冲片数量 轭铁 以8种尺寸进行过渡，其尺寸及数如下： 20870 230片 20670 230片 20470 230片 20270 230片 20070 230片 19870 230片19670 230片19470 230片 动铁动

17、铁心为梯形，尺寸见图2-6. 图2-6动铁心尺寸 冲片数量 2.6 核算焊接电流1.计算焊机最小漏抗Xmin 先计算半个变压器的最小漏抗 (2-5) 式中 =14匝 b2=5.4(cm) =10（cm） H1=4.9 (cm) H2=4.4（cm） 因为上、下绕组为串联接法，所以 2.计算最大焊接电流=400 （A）3.计算焊机最大漏抗Xmax =1.O3 () 4.焊机最小电流I2min5.铁心在中间位置时的焊机漏抗XZ 其中， 6.计算活动铁心 在中间位置时的焊接电流 7.核算计算结果 (1) (2) (3)动铁心移动距离与焊接电流的线性关系2.7 验算变压器技术经济指标1.变压器静铁心重

18、量 经计算 2.动铁心重量经计算 3.总铁量4.验算空载电流 IC (为硅钢片比损耗,D42-0.5mm,当Bm=1.4 (T)时，查表 5-3； (W/kg) G1=36 (kg) G2=26 (kg) (2-6) =6.4 (A) 略大于10%5.绕组铜导线重量经计算 6.计算变压器铜损 (2-7) 式中 m-趋表效应系数，当f=50HZ时，m=1.5;-铜的电阻率， -初，次级绕组长度，经计算； -处，次级绕组面积， 7.变压器效 8.变压器额定功率因数9.铁铜比结 论本文设计了BX1-350动铁心分磁式弧焊变压器，通过对变压器的各个参数的计算BX1-350的初级额定电压为380V;次级

19、额定空载电压为78V;次级额定工作电压为32V;额定焊接电流为350V;焊接电流调节范围为46400A；是一种单相变压器；电源频率为50HZ；功率因数为0.47；变压器效率88%；次级额定输出功率为9.6KW;初级额定工作电流61.8A；空载电流为0.45A；BX1-350弧焊变压器外特性曲线如下图所示此次设计的弧焊变压器具有结构简单、易造易修、成本低、效率高、应用范围广等优点。本文对动铁芯式弧焊变压器做了相应分析和设计，但由于查找资料不足和知识水平有限，加上实验设备不完善，在设计过程中还有不足，希望老师指出错误，我将虚心接受并加以改正。参 考 文 献1 黄石生.弧焊电源及其数字化控制.北京.

20、机械工业出版社，20022 黄石生.现代焊接电源及设备.广州.华南理工大学出版社.19903 资料.动铁心弧焊变压器设计举例2011:6-174 陈建忠.梯形动铁分磁式弧焊变压器优化设计研究.西安交通大学论文.19975 王明亮.弧焊变压器运行中的检查维护 .昆明理工大学.2002:4-5伊克宁.变压器设计原理.北京.中国电力出版社.2003:3-6 潘际銮.现代弧焊控制.北京.机械工业出版社，2000谢 辞本论文是在杜老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，杜老师渊博的学识、严谨求实的治学态度、勤奋认真的工作作风和诲人不倦的敬业精神，都使学生受益匪浅、终身难忘。老师淡薄名利、宽厚幽默的人格魅力更是

21、潜移默化的影响着我的人生观。在此，我谨向尊敬杜老师致以崇高的敬意和深深的谢意！“桃李不言，下自成溪”，学生唯有以不断的努力来回报恩师的厚爱。在大学就学期间，还得到了各科任课老师、班主任、等老师的指导和帮助，在此深表谢意！我还要感谢班级里一起学习游戏的兄弟们。谢谢你们大学期间给我带来的欢乐，我会永远记得大家一起疯一起玩的日子。最后要特别感谢我的父母和亲人，感谢父母多年的养育和教诲，在学习上给予我一如既往的支持和鼓励，在生活上给予我无微不至的关怀和照顾，在精神上给予我努力前进的动力，我取得的每一点进步都离不开他们的支持。tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi