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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
Soldadura eléctrica. Cómo calcular un estrangulador con núcleo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / equipo de soldadura Un elemento necesario del convertidor DC-DC es acelerador. El propósito de esta sección, sin ir más allá del alcance de un curso de física escolar, es proporcionar un método para calcular el estrangulador más común: un estrangulador que funciona con magnetización. Para empezar, partimos del supuesto de que por el devanado del inductor circula una corriente continua con ligeras ondulaciones. El devanado del inductor suele ocupar por completo la ventana del núcleo. Por tanto, conociendo la magnitud de la corriente I y la densidad de corriente J (A/mm2) en el devanado, así como el área de la ventana del núcleo So (cm2) y su factor de llenado Ko, puede ser determinado número máximo de vueltas, que se puede colocar en la ventana principal:
enlace de flujo Los devanados del inductor se pueden determinar si se conocen las vueltas, la inducción máxima Bm (T), sección transversal del núcleo Sc (cm2) y su factor de llenado Km:
Sustituyendo (18.10) en (18.11), obtenemos:
Se sabe que
De (18.12) y (18.13) encontramos inductancia de estrangulamiento:
A partir de la fórmula de la inductancia es fácil obtener las dimensiones generales del núcleo, lo que le permitirá obtener el valor requerido. inductancia de estrangulamiento:
Para seleccionar B, J, Kc, Ko Puede utilizar las recomendaciones de la tabla. 18.5. Al mismo tiempo, la potencia total Pcharla se puede equiparar a 1,25 • ScSc. Para alambre de aluminio, la densidad de corriente debe reducirse por un factor de 1,6. ¡Atención! Para evitar la saturación, el núcleo del inductor debe tener un espacio no magnético. Creemos que, en comparación con el espacio no magnético, el núcleo del inductor es un conductor magnético ideal y todos los amperios del devanado se aplican al espacio no magnético. Debido a la larga brecha no magnética, la inducción en el núcleo varía de casi cero a Bm. La longitud del espacio no magnético. con amperios-vueltas conocidos se puede determinar mediante la fórmula:
o:
De (18.10), (18.13) y (18.17) derivamos una fórmula para encontrar inductancia de estrangulamiento:
A menudo vemos que se utilizan bobinas de núcleo de acero en los suministros de inversores a una frecuencia más alta de lo que les parecería aceptable. Hay una explicación razonable para esto. Pérdidas en el núcleo de acero del transformador. están determinados por la fórmula:
donde Rc - pérdidas en el núcleo; Rud - pérdidas específicas para un material determinado para valores dados de inducción máxima Bу y frecuencia fу inducción magnética sinusoidal; GRAMOс - masa central; ENm - máxima inducción en el núcleo; α y β - indicadores de frecuencia. En un transformador, la oscilación de inducción alcanza el doble del valor máximo de inducción Bm (la inducción cambia de -Bm a +Bm). Y en el estrangulador, incluso en el modo de corriente de corte, la oscilación no supera el valor Bm (la inducción cambia de 0 a Vm). Esto significa que para el acelerador la fórmula se puede reescribir de la siguiente manera:
ΔB es la oscilación de inducción en el núcleo del inductor. De la fórmula se deduce que las pérdidas en el núcleo aumentan al aumentar la amplitud de la inducción. ΔB y con una frecuencia de funcionamiento creciente f. Sin embargo, si al aumentar la frecuencia reducimos la oscilación de la inducción, entonces las pérdidas no aumentarán. A partir de aquí es posible determinar rango máximo de inducción para una frecuencia de funcionamiento más alta:
Considere ejemplos prácticos del cálculo del acelerador. Ejemplo de cálculo de estrangulamiento #1 Digamos que estamos construyendo una fuente de soldadura ajustable. La fuente se alimenta de una red monofásica de 220 V, 50 Hz. Ajuste de la corriente de soldadura desde Imin = 50 A a Imax = 150 A se realiza mediante un rectificador tiristor controlado. Frecuencia de carga PN = 40%. Para que el arco de soldadura no se apague durante las pausas de tensión, con corriente mínima y para un ángulo de control máximo, es necesario que la corriente no caiga por debajo de I.artículo = 10 A. Desde aquí puede determinar la inductancia mínima del inductor:
Enrollaremos el acelerador en un núcleo en forma de W hecho de acero 3411 (E310). Primero elijamos:
Encuentre el tamaño total del núcleo:
Para el estrangulador, puede usar dos núcleos ШЛ40х80 (Sc = 32 cm2, So = 40cm2). Determine el número de vueltas del devanado:
El bobinado se realiza con una sección de alambre:
Determinemos la longitud del espacio no magnético:
Definamos la inductancia resultante:
El resultado puede considerarse satisfactorio, a pesar de que la inductancia resultante es ligeramente inferior a la requerida. Ejemplo de cálculo de estrangulamiento #2 Como se mencionó en el primer ejemplo, el inductor se necesita principalmente para mantener la corriente durante las pausas provocadas por el funcionamiento del rectificador (controlado o no controlado). No hay necesidad de detener el acelerador. En consecuencia, es posible reducir significativamente las dimensiones del inductor haciéndolo no lineal y saturable. Es decir, cuando la corriente en el inductor está por debajo de la corriente de saturación 1nap, el inductor tiene una inductancia significativa suficiente para mantener la corriente en pausas, y cuando la corriente es mayor que Inosotros el inductor se apaga, porque su núcleo entra en saturación. Calculemos un estrangulador saturable de dos devanados no lineal para una fuente de soldadura con un regulador de tiristores. El devanado primario principal del inductor antes de la saturación debe tener una inductancia de 0,3 mH y el devanado secundario adicional debe tener una inductancia de 7,5 mH. La corriente máxima del devanado primario es I.1 = 180 A, y secundario - I2 = 13 A. El núcleo del inductor debe saturarse si la corriente del devanado primario excede Inosotros = 132 A. Suponemos provisionalmente que el devanado primario del inductor estará enrollado con aluminio y el devanado secundario con cobre. Anteriormente, determinamos que para PV = 20% para el cobre, la densidad de corriente J es aceptableCu = 8A/mm2. Dado que el aluminio tiene una resistividad mayor que el cobre, es necesario elegir una densidad de corriente 1,6 veces menor, es decir, JAl = 5A/mm2. Dado que se conocen las inductancias de los devanados del inductor, la relación de transformación del inductor se puede encontrar mediante la fórmula:
Las fórmulas derivadas anteriormente son válidas para un inductor de un solo devanado con una mínima ondulación de corriente en los devanados. Para tener en cuenta la diferencia entre la corriente efectiva y la corriente de saturación, es necesario multiplicar el valor de la densidad de corriente J por el coeficiente de saturación:
Para asignar espacio en la ventana del núcleo para un devanado adicional, debe multiplicar el tamaño del núcleo por el coeficiente:
Como núcleo para el estrangulador elegiremos un núcleo de tira en forma de W fabricado en acero 3411 (E310). Usando la fórmula modificada (18.15) encontramos:
Para el estrangulador, puede usar un núcleo ШЛ32х50 (Sc =16 cm2, So = 26 cm2, ScSo = 416cm4). Determinemos el número de vueltas del devanado primario utilizando la fórmula modificada (18.10):
Determine el número de vueltas del devanado secundario:
El devanado primario está enrollado con un cable con una sección transversal:
El devanado secundario está enrollado con un cable con una sección transversal:
Determinemos la longitud del espacio no magnético:
Determinemos la inductancia resultante del devanado primario del inductor:
La inductancia resultó ser más de lo necesario. Para obtener la inductancia requerida, reducimos el número de devanados primarios a Wt = 18. En consecuencia, W2 = 90 vueltas y 5 = 2 mm. Ejemplo de cálculo de estrangulamiento #3 Calculemos el inductor L2 ERST. La corriente máxima del inductor es 315 A, la mínima es -10 A. La frecuencia de ondulación actual en el inductor corresponde a la frecuencia PWM y es igual a FPWM = 25000 Hz. Determinemos los parámetros del inductor necesarios para asegurar la continuidad de la corriente de soldadura. En la Fig. La figura 18.25 muestra la forma actual en el inductor L2, correspondiente al límite de continuidad.
Durante el estado abierto del interruptor ERST, la corriente en el inductor aumenta de cero al valor de amplitud. Luego, durante la pausa, la corriente disminuye a cero. El peligro de sobrepasar los límites de continuidad existe con una corriente de soldadura mínima I.sv min = 10 A y tensión máxima de entrada ERST. Determinemos el voltaje del arco para la corriente mínima de soldadura:
Determinemos la relación entre la amplitud y el valor promedio de la corriente triangular. El valor promedio de una función es la integral de esta función o, simplemente, el área delimitada por esta función y la línea de nivel cero. El área de un triángulo se define como el producto de la altura del triángulo por la mitad de la longitud de la base:
A partir de aquí encontramos la relación entre los valores promedio y de amplitud de la corriente:
Si la llave está abierta, entonces se aplica voltaje al acelerador:
La corriente en el inductor aumenta de 0 a Ia. Durante una pausa, se aplica voltaje -U al aceleradord min, y la corriente en él disminuye a 0. Dado que el cambio en la corriente (
Digamos que como material del núcleo del inductor pretendemos utilizar acero eléctrico con un espesor de chapa de 0,08 mm, que a la frecuencia fy = 1000 Hz, en la inducción By = 1 T y un voltaje rectangular tiene pérdidas Py = 22 W/kg. Indicadores de frecuencia de acero α = 1,4 y β = 1,8. Encontremos la oscilación de inducción permitida para una frecuencia de 25000 Hz, que proporcionará el mismo nivel de pérdidas que a una frecuencia de 1000 Hz:
Primero determinemos que la inducción en el núcleo para corriente continua puede alcanzar un valor de B = 1,42 T, densidad de corriente J = 3,5 A/mm2, Ko = 0,35 y Kc = 0,10. Encuentre el tamaño total del núcleo:
El tamaño se ajusta al núcleo ШЛ25х50 (Sc = 12,5 cm2, So = 16cm2). Tamaño del núcleo ScSo = 12,5 x 16 = 200 cm4. Determinemos el número de vueltas:
El devanado se realiza con un bus de cobre con una sección transversal:
Definamos el espacio no magnético:
Definamos la inductancia resultante:
Ahora debe asegurarse de que la amplitud de la pulsación de inducción de alta frecuencia no exceda ΔB = 0,16 T. La oscilación máxima de inducción en el núcleo del inductor se produce con el voltaje de entrada máximo Uen max = 80 V y llenado por impulsos D = 0,5, y se puede encontrar mediante la fórmula:
que no exceda el valor permitido. Autor: Koryakin-Chernyak S.L.
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