Моделирование нормальных и аварийных режимов работы автономного инвертора напряжения резонансного типа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Целью настоящей работы являются теоретические исследования и имитационное моделирование нормальных и аварийных режимов работы автономного инвертора напряжения резонансного типа.

Произведен анализ литературных источников, связанных с вопросом развития и становления сварочных аппаратов. Сравнение и выбор типа, описываемого оборудование, для сварочного аппарата. Приведено технико-экономическое обоснование, принципиальная схема и принцип действия автономного инвертора напряжения резонансного типа, расчет силовых элементов, расчет транзисторов, выбор дросселя и емкости, а также расчет понижающего трансформатора напряжения. Выбраны схема управления и схема защиты. Проведен анализ выбранных схемных решений по защите и управлению.

Рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности, экологичности, а так же рассчитана экономическая часть выпускной квалификационной работы. Обозначения и сокращения:

? АИН - Автономный инвертор напряжения.

? IGBT - Insulated-gate bipolar transistor (биполярный транзистор с изолированным затвором).

? ШИМ - Широтно-импульсная модуляция.

? КПД - Коэффициент полезного действия.

Содержание

Реферат

Введение

1. Объект исследования

1.1 Основоположники сварки

1.2 Классификация сварочных аппаратов

1.3 Области применения

1.4 Требования, предъявляемые к автономным инверторам

Вывод

2. Проектно-расчетная часть

2.1 Выбор и обоснование схемы

2.2 Расчет силовых элементов

2.3 Выбор транзисторов

2.4. Выбор резистора

2.5 Выбор конденсатора

2.6 Расчет дросселя

2.7 Расчет трансформатора

Вывод

3. Выбор системы защиты и управления

3.1 Обоснование системы управления

3.1.1.ШИМ-контроллер

3.1.2 Задающий генератор

3.1.3 Диаграммы работы АИН резонансного типа с ШИМ

3.2 Система защиты

3.2.1 Выбор элементов системы защиты

3.3 Электрическая схема АИН с системами управления и защиты

Вывод

Заключение

Список литературы

Введение

Современные тенденции развития источников питания сварочной дуги дали толчок в развитии давно известных сварочных инверторных аппаратов для различных видов сварки и многофункциональных аппаратов, совмещающих в себе возможность различных комбинаций сварки. Сварочные инверторы являются самыми современными и распространенными, которые в настоящие время охватывают большую часть потребителей, тем самым вытесняя на второй план классические сварочные трансформаторы.

В отличие от статических источников питания у инверторов отсутствует силовой трансформатор. Работа сварочного инверторного аппарата построена на принципе фазового сдвига напряжения, осуществляемого с помощью современных IGBT-транзисторов. Отклонения тока в таких схемах минимизированы, это позволяет добиваться высокого качества сварки, без разбрызгивания. Свою популярность он завоевал благодаря небольшим размерам и весу, а также стабилизированному постоянному сварочному току, не зависящему от колебаний входного напряжения. В зависимости от сварочного тока инвертора их можно разделить на: инверторы бытового, профессионального и промышленного классов.

Данный аппарат, благодаря своим достоинствам, может быть применен в различных производственных сферах: промышленность, электроэнергетика, легкая промышленность, машиностроение, топливная промышленность и строительство.

В настоящее время основные изменения в сварочных инверторах затронут их качественное усовершенствование. Наиболее важными остаются вопросы улучшения возбуждения дуги, формирования более ровного шва, без разбрызгивания металла во время сварки. Ввиду развития и совершенствования сварочных инверторных аппаратов, производство сварочных преобразователей будет не целесообразно, а доля трансформаторов снизится еще существеннее.

Целью данной работы является теоретически изучить и экспериментально исследовать сварочный инверторный аппарат со стороны его надежности и эффективности, а также провести полный расчет инвертора напряжения и сравнение его с имеющимся инвертором на предприятии. Для оценки работы сварочного инвертора необходимо провести расчет основных силовых элементов. Разработать схемные решения по созданию сварочного инверторного аппарата.

1. Объект исследования

1.1 Основоположники сварки

автономный инвертор напряжение резонансный

Электрическая дуга была открыта в 1802 г. русским академиком В. В. Петровым, который заметил горящую дугу с высокой температурой, возникающую между концами двух стержней из металла при пропускании по ним электрического тока. Изучив это явление, он предложил использовать тепло электрической дуги для расплавления металлов. В 1882 г. Н. Н. Бенардос изобрел другой способ дуговой сварки, основанный на использовании дуги, горящей между угольным электродом и металлом. Н. Г. Славянов изобрел в 1888 г. дуговую сварку, с помощью плавящегося металлического электрода, которая наиболее распространена в настоящее время. Также он широко внедрял свой способ сварки в практику, обучив коллектив рабочих машиностроительного завода. Н. Г. Славянов создал первый сварочный генератор, флюс для повышения качества сварного соединения и автоматический регулятор, для поддержания длины сварочной дуги.

Наибольший вклад в развитие сварочной науки и сварочных аппаратов внесли советские ученые, инженеры и новаторы сварочного производства. Они создали обширное количество видов сварочных аппаратов, электродов, а также разработали автоматизированные сварочные процессы и освоили технику сварки различных металлов.

В настоящее время сварка вытесняет способы неразъемного соединения с помощью заклепок, ввиду ряда своих преимуществ. В последние годы сварочные соединения вытеснили способы неразъемного соединения элементов с помощью заклепок и пайки. Сварочное производство является самостоятельной, развивающейся отраслью промышленности и для ее дальнейшего развития требуется усовершенствование аппаратов и их доработка, а также разработка новых типов сварочных аппаратов.

1.2 Классификация сварочных аппаратов

Сварочные аппараты можно разделить на две группы - бытовые и профессиональные. К бытовым аппаратам относят маломощные, рассчитанные на кратковременные режимы работы. Чаще всего они имеют возможность подключения от стандартной электросети и имеют максимальное значение сварочного тока, не превышающее 180 А. В результате чего с такими устройствами в основном используют электроды диаметром до 4 мм.

К профессиональным сварочным аппаратам относятся устройства, способные работать как от сети 220 В, так и от 380 В. Значения сварочного тока могут превышать значение 200 А, что позволяет использовать электроды диаметром более 4 мм. Они используются на малых и средних предприятиях. Ввиду этого требования к качеству работы довольно высоки. Основными производителями на рынке сварочного оборудования являются: Kemppi, GYSmi, EWM, CON-TACT и т.д.

Согласно литературному обзору, автором была разработана классификация сварочных аппаратов, представленная на рисунке 1.1. Её особенностью является отражение современного состояния на рынке сварочного оборудования.

Сварочные трансформаторы - это аппараты, преобразующие переменное напряжение сети в другое переменное напряжение для сварки, с помощью понижающего трансформатора. Применяется для ручной дуговой сварки штучными электродами, а также при аргонодуговой сварке.

Сварочные выпрямители - это аппараты, которые преобразуют переменный ток сети в постоянный для электросварки. Состоят из силового трансформатора и выпрямителя. Предназначены для дуговой сварки различных металлов и нержавеющей стали. Отличаются своей стабильностью горения дуги и меньшим разбрызгиванием металла, благодаря постоянному току при сварке.

Рисунок 1.1 - Классификация сварочных аппаратов

Сварочные инверторы - это аппарат, включающий в себя инверторный источник питания, который преобразует переменное напряжение в сети в необходимое напряжение и тока для электросварки. Предназначены для применения во всех видах электродуговой и плазменной сварки. В настоящее время сварочные инверторы, благодаря своим преимуществам занимают большую часть рынка и им уделяют огромное количество времени на их совершенствование и развитие.

1.3 Области применения

Сварочные аппараты охватывают все сферы отрасли от машиностроения до газовой промышленности. Сварочные трансформаторы применяют на предприятиях, в цехах, где не требуется мобильность и сварка цветных металлов.

Сварочные выпрямители используют при всех видах сварки, как ручной дуговой, так и полуавтоматической, также их применяют в автоматической сварке, с использованием флюса.

Рисунок 1.2 - Диаграмма соотношений типов аппаратов

Сварочные инверторы применяются во всех видах ручной и полуавтоматической электродуговой сварки, плазменной резки. Инверторы очень популярны при ручной дуговой сварке штучными электродами. Это связано с малыми габаритами и весом, а также с низким электропотреблением по сравнению с трансформаторами и выпрямителями. Малые габариты позволяют рабочему быть более мобильным и работать в местах куда сложно подлезть с другими аппаратами. При ремонтных бытовых работах инвертор имеет широкое распространение, благодаря возможности подключения к стандартной электросети. При аргонно-дуговой сварке инверторы имеют преимущество со стороны точной регулировки параметров режима, что является необходимым при таком типе сварки, которую применяют в случаях, когда необходимо высокое качество сварного соединения. При плазменно-дуговой резке основным преимуществом инвертора является стабильная дуга.

Согласно литературному обзору, была построена круговая диаграмма, описывающая соотношения различных типов сварочных аппаратов, приведена на рисунке 1.2.

1.4 Требования, предъявляемые к автономным инверторам

Сварочные аппараты охватывают все сферы отрасли от машиностроения до газовой промышленности. Ввиду этого предприятиям необходимо иметь оборудование, способное выполнить любую работу по сварке на высшем уровне.

Основными требованиями, предъявляемыми к таким аппаратам, являются:

? стабильность сварочной дуги - режим, при котором сварочная дуга горит длительное время при установленных параметрах, без прерываний и переходов в другие виды разрядов;

? легкий поджиг дуги - возбуждение с помощью кратковременного контакта электрода с металлом, а также последующее их разъединение;

? низкое энергопотребление - обуславливается отсутствием внутренних индуктивных потерь, в отличии от сварочных выпрямителей и трансформаторов;

? обеспечение высокого КПД - КПД сварочного инвертора, с учетом потерь в выходном дросселе, доходит до 90 %;

? стабильный, высокий коэффициент мощности - характеризует эффективность использования потребленной энергии из сети, в случае с инвертором имеет значение близкое к 1;

? небольшой расход электродов - экономия электродов при ручной сварке, в виду того, что у сварочного инвертора разбрызгивание электродов практические отсутствует;

? обеспечение необходимого диапазона регулирования сварочного тока.

Вывод

На основании проведенного обзора типов сварочных аппаратов, их применения, преимуществ и требований к сварочным инверторам для нашей работы выбран автономный инвертор напряжения резонансного типа на IGBT-транзисторах.

2. Проектно-расчетная часть

2.1 Выбор и обоснование схемы

Для расчетов сварочного инвертора была выбрана мостовая схема автономного инвертора резонансного типа на IGBT-транзисторах. Полумостовая и мостовая схемы являются более эффективными для снижения пульсаций входного тока. Мостовая схема выбрана ввиду увеличения мощности инвертора, за счет удвоения транзисторов, относительно полумостовой схемы. Также она имеет расширенные возможности, связанные с управлением выходным напряжением посредством ШИМ.

Выбор АИН резонансного типа обусловлен наличием в схеме колебательного контура, благодаря наличию последовательно соединенных емкости и индуктивности.

В качестве силовых ключей используются IGBT-транзисторы, которые лучше выдерживают перегрузки, имеют меньшие потери, относительно полевых транзисторов. В настоящее время модернизацией и совершенствованием IGBT-транзисторов занимается множество компаний.

Рисунок 2.1 - Схема АИН резонансного типа

2.2 Расчет силовых элементов

Данный раздел включает в себя расчет ключей и элементной базы, входящих в мостовой автономный инвертор резонансного типа на IGBT-транзисторах. Выбор элементов напрямую связан с энергоэффективностью аппарата, что является важным при его расчетах.

При учете диапазона изменений питающей сети (отклонение вниз от номинала на 15%) значение напряжения на выходе входного фильтра не превышает:

_{U dmin} =--2 Ч U_пит = 1, 41 Ч 220 Ч 0,85 = 260 В.

В рабочем режиме U_dmin будет еще ниже на величину падения напряжения на диодах выпрямителя и фильтре. Примем значение напряжения с учетом потерь: U_dmin = 240 В.

Наибольшее значение напряжения на входе фильтра, определяем из выражения:

U _dmax = 1,1 Ч--2 Ч U_пит = 1,1 Ч 1, 41 Ч 220 = 341 В.

Значение тока, протекающего через диоды входного выпрямителя, определяется из выражения:

I_VD = ^I₂^н = ^28,₂ ⁷ =14,35 А.

Максимальное обратное напряжения, прикладываемое к диоду выпрямителя, определяется по выражению:

U _обр = 1,1 Ч--2 Ч U_пит = 1,1 Ч 1, 41 Ч 220 = 341 В.

Выбираем диодный мост 36MB60A с техническими параметрами, представленными в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Технические характеристики диодного моста 36MB60A

В связи с тем, что жестких требований к качеству напряжения на выходе входного фильтра нет, и величина пульсации в нем определяется допустимой амплитудой переменной составляющей конденсатора, зададимся значением: K_п^' = 0,05 о.е.

Коэффициент пульсаций на входе однофазного мостового выпрямителя имеет следующее значение: K_п = 0,67 о.е.

Определим коэффициент сглаживания фильтра как:

Выбираем входной конденсатор с учетом перегрузочного напряжения. В нашем случае выбираем конденсатор с емкостью 6,6 ф. на напряжение 450 В. Также выбираем токоограничивающий резистор с сопротивлением 5 Ом. После диодного моста необходимо поставить сглаживающие конденсаторы емкостью 0,1 ф. на 630 В.

Исходя из имеющихся параметром, мощность нагрузки должна составлять 6,2 кВА. В связи с тем, что трансформатор при осуществлении преобразований имеет потери энергии на гистерезис и вихревые токи, необходимо принять КПД трансформатора з = 90%.

Мощность трансформатора:

Действующее значение тока нагрузки:

Полное сопротивление:

Активное сопротивление:

R_н = Z_н Ч cos j--= 8,36 Ч 0,98 = 8,19 Ом

Реактивное сопротивление:

Согласно рекомендациям [14] соотношение между ёмкостью и индуктивностью в цепи нагрузки, составляет 10:1, тогда значения для:

Индуктивное сопротивление: X _L = 0,151 Ом.

Ёмкостное сопротивление: X_C =1,513 Ом.

Индуктивность находим из следующего выражения: X _L =--wЧ L,

Емкость определяем из выражения:

Проведем расчет сопротивлений нагрузки и коэффициента мощности, при различных режимах работы: холодном, нормальном и горячим.

Таблица 2.2 - Значения параметров в различных режимах работы

2.3 Выбор транзисторов Условие для выбора транзисторов:

Исходя из значения максимального тока выбираем сверхскоростной IGBT транзистор IRG4PC50UD с рабочей частотой от 8 до 40 кГц. В его конструкцию входит обратный диод. Технические характеристики транзистора представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Технические характеристики транзистора IRG4PC50UD

Коэффициент усиления по току:

Ток эмиттера

Ток базы

Входное сопротивление:

Производим расчет токоограничивающего сопротивления по выражению:

Мощность на базе транзистора:

Выбираем резистор серии АН-25, с техническими параметрами, представленными в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Технические параметры резистора АН-25

Потери в транзисторах:

Транзисторы в полуоткрытом состоянии имеют максимальные потери, поэтому они используются в двух положениях: полностью открытом и закрытом.

В этих положениях потери являются минимальными, ввиду большой частоты срабатывания транзисторов.

Таблица 2.5 - Технические параметры стабилитрона КС213Б

2.4 Выбор резистора

Выбираем резистор CF-100, исходя из активного сопротивления нагрузки и мощности. Технические характеристики представлены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Технические параметры резисторы АН-100

2.5 Выбор конденсатора

Выбираем конденсатор К50-35, исходя из значения емкости в цепи нагрузки и рабочего напряжения. Технические характеристики представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Технические параметры конденсатора К50-35

2.6 Расчет дросселя

Дроссель представляет собой катушку индуктивности, с низким сопротивлением постоянному току. Он необходим для регулировки силы тока, благодаря которой ограничивают электрические сигналы разной частоты.

Основным допущением, при расчете является то, что плотность тока, протекающего через дроссель, составляет: j=1,4 А/мм2. Это связано со способом охлаждения дросселя, который в нашем случае осуществляется с помощью воздуха.

Находим необходимое сечение провода дросселя:

Исходя из необходимого сечения провода дросселя, выбираем провод марки ПЭТВ-2 диаметром 2,24 мм. Намотка провода осуществляется таким способом, чтобы между витками оставался воздушный зазор.

Обмотка дросселя занимает все окно сердечника, исходя из этого зная плотность тока и его величину, и другие параметры можно определить максимальное количество витков:

Выбираем стандартный Ш-образный ферритовый сердечник Ш20х28 марки 2000НМ.

2.7 Расчет трансформатора

В автономных резонансных инверторах трансформаторы необходимы для согласования параметров и нагрузки, а также с их помощью обеспечивается гальваническая развязка нагрузки. Задаем частоту в контуре АИН 4000 Гц.

Расчет трансформатора производим исходя из имеющихся параметров:

U₂ = 26 В, U_пит = 220 В,

S₂ = 6200 ВА, cos j--= 0,96 о.е.

Для расчета трансформатора необходимо определить напряжения и токи обмоток, выбрав при этом коэффициент трансформации из условия минимального напряжения на первичной обмотке, для обеспечения необходимого напряжения на нагрузке.

Амплитудное значение напряжения первичной обмотки силового трансформатора определится как:

U_1max = 0,95 Ч U_dmin = 0,95 Ч 240 = 228 В.

Ток в первичной обмотке:

Находим сопротивления нагрузки, приведенное к напряжению первичной обмотки трансформатора:

Ток во вторичной обмотке:

Габаритная мощность трансформатора:

Исходя из известных значений токов, напряжений и габаритной мощности трансформатора выбираем сердечник и определяем параметры обмоток. Для исключения режима насыщения сердечника трансформатора необходимо, чтобы число витков в первичной обмотке рассчитываем исходя из значения наибольшего напряжения, прикладываемого к данной обмотке.

где S₀ - площадь окна сердечника магнитопровода, см²; S_с - поперечное сечение сердечника, см²;

k_ф - коэффициент, характеризующий форму напряжения (для синусоидального сигнала принимают 1,11);

k_с - коэффициент заполнения сердечника (для трансформаторов из материала толщиной не менее 0,08 мм, принимают 0,9);

? - плотность тока в обмотках трансформатора (для высокочастотных трансформаторов принимают 5);

? - коэффициент заполнения окна сердечника (для проводов круглого сечения принимают 0,25);

B_м - индукция в магнитопроводе (для ферритовых сердечников, принимают 1,4);

f_вых - частота в контуре АИН (выбираем частоту 4000 Гц).

Выбираем ферритовый сердечник B66387-G-X187, с техническими характеристики, представленными в таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Технические характеристики сердечника B66387-G-X187

Определяем число витков на один вольт ЭДС в обмотках трансформатора по выражению:

Определим число витков, входящих в первичную обмотку:

W₁ = U_1max Ч W₀ = 228 Ч 0,08 =18 витков.

Число витков во вторично обмотке трансформатора:

W₁ = U ₂ Ч W₀ = 26 Ч 0,08 = 3 витка.

Определим диаметры проводов для обмоток:



Для первичной обмотки выбираем провод марки ПЭТВ-2, диаметром 1,12 мм. В один слой на стандартном каркасе.

Для вторичной обмотки выбираем провод марки ПЭТВ-2, диаметром 2 мм. Укладываем в четыре провода, два слоя в два провода.

Вывод

На основании проведенных расчетов, были выбраны основные силовые элементы, транзисторы, дроссель и трансформатор. На основании выбранных IGBT-транзисторов и их рабочей частоты, выявлено условие для выбора ШИМ и генератора импульсов.

3. Выбор системы защиты и управления

3.1 Обоснование системы управления

В качестве системы управления IGBT-транзисторами, входящими в автономный инвертор напряжения резонансного типа, используем широтно-импульсную модуляцию. В течении длительного применения в различных АИН показал себя эффективным, ввиду улучшения качества выходного напряжения АИН.

Задачи системы управления: регулировка сварочного тока.

Формирование нагрузочной характеристики сварочного инвертора с помощью контроля напряжения и тока на нагрузке, а также посредством формирования ШИМ управляющего сигнала.

Осуществлять защитные функции, которые не допускают повреждения элементов от перегрева и перегрузки, в моменты резкого изменения нагрузки.

Широтно-импульсная модуляция осуществляется с помощью ШИМ-контроллера и задающего генератора.

3.1.1 ШИМ-контроллер

В качестве системы управления используем ШИМ-контроллер. Ввиду его преимуществ, таких как: высокий КПД, стабильная работа на высоких частотах и отсутствие перегрева. ШИМ-контроллер отвечает за скоординированную работу сварочного аппарата, а именно:

? Контролирует текущее состояние сварочной дуги во время работы сварочного аппарата и во время розжига дуги.

? Предотвращает разбрызгивание материала электрода во время--сварки.

? Отвечает за правильную работу силовых диодов.

? Имеет возможность плавной регулировки сварочного тока.

Выбираем высокоскоростной ШИМ-контроллер UC3825N, с техническими характеристиками, представленными в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Технические характеристики ШИМ-контроллера UC3825N

Достоинства ШИМ-контроллера UC3825N:

? Способность работать на частотах до 1 МГц.

? Задержка выходных импульсов 50 нс.

? Усилитель ошибок способен работать в широком диапазоне.

? Ограничение пульсирующих токов.

? Мягкий старт.

Схема подключения ШИМ-контроллера UC3825N изображена на рисунке 3.1.

Назначение выходов микроконтроллера UC3825N представлены в таблице 3.2.



Рисунок 3.1 - Схема подключения ШИМ-контроллера UC3825N

Таблица 3.2 - Значение выходов ШИМ-контроллера UC3825N

Для согласования ШИМ-контроллера и IGBT-транзисторов выбираем полевые транзисторы MOSFET IRF530, с техническими параметрами, представленными в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Технические параметры MOSFET IRF530

3.1.2 Задающий генератор

Задающий генератор необходим для подачи импульсов определенной частоты на ШИМ-контроллер. Выбираем в качестве задающего генератора IR53HD420, с техническими параметрами, представленными в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Технические параметры задающего генератора IR53HD420

3.1.3 Диаграммы работы АИН резонансного типа с ШИМ

Принцип работы ШИМ заключается в том, что характеристика выходного напряжения формируется в качестве партий импульсов высокой частоты, чаще всего в виде синусоиды. Частота распространения импульсов, т.е. несущая, а частота изменения длительности импульсов называется частотой модуляции. В связи с тем, что несущая частоты намного выше частоты модуляции, гармоники кратные несущей частоте, находящиеся в спектре выходного напряжения. Другими словами, принцип работы ШИМ заключается в сравнении пилообразного сигнала с синусоидальным на основе чего строятся прямоугольные сигналы напряжения транзисторов на плечах АИН, представленные на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Принцип формирования управляющих импульсов при модуляции

3.2 Система защиты

В качестве системы защиты в нашей схеме предусмотрены:

? Защита от перенапряжения, с помощью стабилитронов. При превышении напряжения стабилизации стабилитрона происходит его пробой. В момент пробоя стабилитрон прекращает наращивать напряжение, но зато в этот период начинает возрастать сила тока в нем.

? Тепловая защита, с помощью теплового реле. В зависимости от тока уставки, установленного на реле, и превышения допустимой температуры выше--90 єС, происходит его срабатывание, после чего цепь, которая идет к электроду обесточивается, с помощью теплового реле и термовыключателей.

3.2.1 Выбор элементов системы защиты

В качестве элементов защиты в нашей схеме присутствует демпфирующая RC цепочка, осуществляющая защиту элементов от бросков напряжения. Согласно методикам расчета, представленным в разделе 2, производим выбор емкостных элементов, резисторов, диодов, стабилитрона и дросселя. Выбираем конденсатор для демпфирующей цепочки с емкостью 0,01 ф., рассчитанный на напряжение 630 В., с учетом перегрузок. Резистор для этой цепочки имеет сопротивление 28 Ом., а мощность 5 Вт. Таких цепочек у нас две, поэтому выбор для обеих будет одинаковый.

Выбираем в качестве силовых диодов Д1-Д2 выбираем 150EBU04 с техническими параметрами, представленными в таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Технические параметры силового диода 150EBU04

В качестве силовых диодов Д3-Д6 выбираем VS-10ETF06PBF с техническими параметрами, представленными в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Технические параметры силового диода VS-10ETF06PBF

В качестве силовых диодов Д7-Д8 выбираем HER208 с техническими параметрами, представленными в таблице 3.7.

Таблица 3.7 - Технические параметры силового диода HER208

В качестве дросселя используем дроссель с ферритным сердечником марки 2000НМ К28х16х9, с намотанным проводом в ПВХ с сечением 1 мм².

3.3 Электрическая схема АИН с системами управления и защиты

Определившись с системами управления и защиты, выбрав элементы, входящие в них, была разработана электрическая схема автономного инвертора напряжения резонансного типа с учетом данных систем. Схема изображена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Электрическая схема автономного сварочного инверторного аппарата

Вывод

В данном разделе осуществили выбор системы управления. Произвели расчет ШИМ-контроллера и генератора импульсов для него. В результате чего была выбрана и построена электрическая схема автономного инвертора напряжения резонансного типа.

Заключение

В данной работе был рассчитан и спроектирован автономный инвертор напряжения резонансного типа.

Был произведен выбор схемного решения для реализации заданной работы. Проанализировав заданные параметры, были рассчитаны основные силовые элементы, выбраны IGBT-транзисторы, дроссель и трансформатор. Выбранные элементы соответствуют необходимым условиям и требованиям. В качестве системы управления был выбран метод управления, посредством широтно-импульсной модуляции. Для ее реализации были выбраны основные элементы, а именно ШИМ-контроллер и генератор импульсов. Благодаря использованию ШИМ, достигается стабильная дуга и снижается разбрызгивание металла электрода во время сварки. В качестве системы защиты были выбраны демпфирующие цепочки, защищающие от перенапряжения, а также тепловое реле с термическими выключателями, которые разъединяют цепь, идущую к электроду сварочного аппарата.

В совокупности выбранные силовые элементы, системы управления и защиты, составляют автономный инвертор, имеющий высокие энергоэффективные показатели.

Были рассмотрены вопросы, связанные с охраной труда и безопасностью жизнедеятельности. Произведен расчет искусственного освещения в производственном помещении, для соблюдения норм на рабочем месте сотрудника. Описаны мероприятия по предотвращению чрезвычайных ситуаций.

Проведя оценку конкурентоспособности данной разработки, были выявлены его сильные стороны. Так как АИН занимают обширную долю рынка сварочной аппаратуры, данное исследование является перспективным для дальнейших модернизаций и усовершенствований.

Список литературы

1. Глизманенко Д.Л. Сварка и резка металлов: учебно-методическое пособие. - Москва: Изд-во Высшая школа, 1968. - 448 с.

2. Шеховцов В.П. Расчет и проектирование ОУ и электроустановок промышленных механизмов: учебно-методическое пособие. - Москва: Изд-во ФОРУМ, 2010. - 352 с.

3. Кортес А.Р. Сварка и резка металлов - Москва: Изд-во: Арфа СВ, 2000. - 190 c.

4. Типы сварочных трансформаторов. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://podvi.ru/elektrotexnika/svarochnyj-transformator.html - 9.04.2016 г.

5. Описание сварочных выпрямителей. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.osvarke.com/vypryamitel.html - 9.04.2016 г.

6. Типы сварочных инверторов. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://tool-land.ru/tipy-svarochnykh-apparatov.php - 9.04.2016 г.

7. Лихачев В. Л. Электросварка: справочник. - Москва: СОЛОН-Пресс, 2004. - 672 с.

8. Рейтинг сварочных аппаратов. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.e-katalog.ru/z227.htm - 9.04.2016 г.

9. Васильев В.И., Ильященко Д. П., Павлов Н. В. Введение в основы сварки: учебное пособие. - Томск: Изд-во: Томского политехнического университета, 2011. - 317 с.

10. Коваль С. А. Применение современных инверторных сварочных аппаратов в производстве / С. А. Коваль; науч. рук. С. Н. Кладиев //Интеллектуальные энергосистемы: труды III Международного молодёжного форума, 28 сентября - 2 октября 2015 г., г. Томск: в 3 т. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - 2015. - Т. 2. - [С. 158-162].

11. Розанов Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов. - Москва: Издательский дом МЭИ, 2007. - 632 с.

12. Мишуров В.С. Устройства преобразовательной техники: методические указания по выполнению курсового проекта. - Томск: Томский межвузов-ский центр дистанционного образования, 2002. - 127 с.

13. Описание диодного моста 36MB60А.

14. Соотношения между емкостью и индуктивностью.

15. Описание IGBT-транзистора IRG4PC50UD.

16. Описание резистора АН-25.

17. Описание стабилитрона КС213Б.

18. Описание резистора CF-100.

19. Описание конденсатора K50-35.

20. Володин В.Я. Современные сварочные аппараты своими руками. - СПБ.: Наука и техника, 2008. - 304 с.

21. Белопольский И.И. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. - М.: Энергия., 1973 - 399 с.

22. Параметры сердечника B66387-G-X187. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.chipdip.ru/product/b66387-g-x187/ - 19.04.2016 г.

23. Характеристики ШИМ-контроллера UC3825. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc3825.pdf - 19.04.2016 г.

24. Описание MOSFET IRF530.

26. Технические характеристики задающего генератора IR53HD420.

27. Параметры диода 150EBU04.

Размещено на Allbest.ru