迟迎春

(黑龙江省煤田地质物测队，哈尔滨150008)

    摘  要：通过对焊弧稳定燃烧的分析，说明交流焊机必须有陡降的外特性，即焊机的漏抗必须较大且可调。BX1—315焊机调整漏电抗的方法是在初、次级绕组间增加一个动铁芯分磁回路，以改变焊机的漏抗，进而改变焊接电流。简要地论述了BXl-315焊机的设计方法。

    关键词：弧焊变压器；漏电抗；焊接电流；负载持续率

    中图分类号：TG433文献标志码：A  文章编号：1003—0794(2009)12—0022—03

CHI Ying - chun

(Heilongjiang Province Coalfield Geology Exploration Team, Harbin 150008,China)

Abstract: By the analysis of the stable combustion of welding arc, clarifies that the AC welding machine has to have a fast-drop external characteristic, that is, the leakage reactance of the welding machine has to be larger and adjustable. The way of adjusting leakage reactance for BX1 - 315 is to add a mobile iron rod branch magnetic loop between the primary winding and the secondary winding to change the leakage reactance of the welding machine and thus change the welding current. The design method of BX1 - 315 welding machine was discussed.

Key words: arc welding transformer; leakage reactance; welding current; load sustaining rate

    BX1—315弧焊机是一款中等规格的交流弧焊机，它结构紧凑，焊弧稳定，焊流调节细腻，经久耐用，能够适合很多工作环境，在实际焊接工作中得到广泛应用。由于焊机是通过电磁传递能量的设备。它的电路和磁路交互影响严重，焊机的材料和结构对焊机的性能影响也较大，所以焊机的设计要做到非常准确是较难的，各单位的设计思路和方法也不尽相同。下面简要介绍新研制的BX1—315弧焊机的工作原理和设计方法。

    BX1—315焊机属增强漏磁式弧焊变压器，它的功能是将网侧电压变成适宜手工交流电弧焊的阀侧电压和焊接电流，它的负载就是焊接电弧。要使焊弧稳定连续燃烧，需满足

≥

式中 U₀一一空载电压；

     U_yh一一引燃电压；

     U_f一一电弧电压及其他损耗压降。

    当U_yh／U_f=1.3～1.5，U₀／U_f=1.5～2.4时，焊弧才能稳定燃烧，焊机的外特性是指为得到不同的焊接电流和焊接电压，每调整一次焊接回路的电抗就得到一条焊接电流与焊接电压的关系曲线，它们与电弧特定的负载线U₂=20+0.04I₂一起构成了焊机的外特性曲线如图1所示。

    焊机的电压、电流输出曲线与电弧负载线的交点就是焊机的工作点，当次级回路中电抗值最大、最小时，输出线与负载线的交点就是焊机的焊接电流的最小点和最大点，它们之间的区域就是焊接电流的调整范围。BX1—315焊机调整回路中电抗的方法：在初，次绕组之间增加一个用螺纹无级调节进退到弧焊变压器铁芯内外的一个活动铁芯(简称动铁)作为磁分路，以增强漏磁，调整回路中漏电抗(简称漏抗)。如图2所示。

    焊机的焊接电流

    I₂=

    式中X_L一一折合到次级回路中的漏抗。

    螺杆可调节动铁进入、远离铁芯(静铁)窗口。当动铁完全进入静铁内，主磁路磁通的一部分磁通经动铁分流．使主磁路中传给次级绕组的磁通发生变化，漏磁最大，焊机输出电流，2最小；当动铁远离静铁时，使主磁路磁通大部分传到次级绕组，漏磁最小，焊接电流，2最大。动铁在2个位置之间移动就能调节焊接电流的大小。

    由于BX1—315弧焊机是高漏抗的特殊变压器。它的计算方法与一般的电力变压器有所不同。一般的电力变压器由给定的输入功率、效率和短路阻抗进行电磁计算．而BX1—315弧焊机除了一些基本的数据外，还必须有下降的外特性和电流调节要求，所以针对这些特点．正确地选择变压器的变漏抗参数，满足焊接电流调节和焊弧特性的要求。

    网侧电压U₁=380 V／220 V；空载电压U₀=62 V；额定工作电流I_2e=315 A；额定工作电压U_2e=32.6 V；额定负载持续率F_e=35％；电流调节范围60～315A；额定效率η_e =84.3％；散热方式：强迫风冷。

    (1)额定输出功率

         P_2e=U_2eI_2e×l0^-3=10.269 kW

    (2)功率因数

         cosφ=U_2e／(η_eU₂₀)=0.624

    (3)初级输入容量

         S₁= P_2e／(η_e cosφ)=19.522 kVA

    (4)绕组匝数

    每匝电压数

         e_n =K₁ =2.262 V／匝

    式中K₁——系数，选择范围：0.4—0.55，取K₁=0.512。

    初级绕组匝数N₁=U₁／e _n =380／2.262=168匝

    次级绕组匝数N₂=1.03(U₂₀／e _n)=28匝

    (5)铁芯柱计算

    铁芯柱截面积

    A_J=[e _n／4.44fB]×l0⁸=71.754 cm²

    取铁芯柱宽b_j=5.5 cm²

    铁芯叠厚

    C_J= A_j／(K_cb_j)=14 cm

    式中 K_c——叠装系数，K_c =0.93；

     B——磁感应强度。

    硅钢片选DR265—50，因硅钢片的漆膜和间隙的存在，使实际叠厚比理论叠厚大，所以用叠装系数K_c来修正。

    (6)动铁芯截面积计算

    动铁芯截面积

    S_d= =63.1cm²

    式中δ₀——动、静铁芯空气间隙，δ₀=1.78 I_min N₂／B=0.210 cm²；

    X _max——焊机最大漏抗估算值， X _max= = 0.865Ω；

    U’’₂₀——动铁全进入的空载电压，U’’₂₀=U₁·N₂K₂／N₁=57 V；

    取K₂=0.9，是因为铁磁性壳体使空载电压损失10％左右。

    U₂=20+0.04 I_2min =22.4 V

    U’_R——焊机的估算损耗电压，U_R =( 一1) P_2e =1.156 V

    动铁叠厚b_d=S_d／C_j=4.5 cm

    绕组采用筒式结构，将初、次级绕组分别绕成完全相同的2个线圈，分装在上、下2个铁芯柱上(见图2)。初、次级绕组的2个线圈分别并联连接，为加大初、次级绕组耦合，使次级有较大焊接电流输出，同时考虑初、次级绕组在几何尺寸上不应相差太大，所以将初级绕组的一部分绕在次级绕组的内侧，这一部分绕组称为初级绕组在次级绕组的分置绕组，这种结构形式称为半开式，电气原理如图3所示。

    (1)初级绕组

    选初级绕组线a₁₀×b₁₀=1.12×3.15(线规)双玻璃丝包扁铜线SBEB／130，11层，每层12匝，线圈厚b₁=4.213m，为便于绕组散热通风在其中垫入12mm×10mm电木垫块，铁芯柱与初级绕组间用厚4mm的角条绝缘。

    (2)次级绕组

    选次级绕组线a₂₀×b₂₀=2×5.6(线规)双玻璃丝包扁铜线SBEB／130，双股并绕，4层，每层7匝，内侧绕初级分置绕组3层，每层12匝，线圈厚b₂=4.2 cm，为便于通风散热，在其中垫入12mm×10mm电木块．铁芯柱与初级分置绕组间用厚4mm的角条绝缘。

    (3)其他结构尺寸

    初、次级绕组间距s=11.6cm，铁芯窗口高b=8cm，中间最小处c=7.2cm，将铁芯柱与动铁芯接合处设计成倾斜式，以保证焊接电流与动铁位移之间的线性关系。

    为了动铁受力均衡，降低噪声，将动铁制成梯形并分成2块。2块动铁同时接近、同时远离静铁芯。

    动铁完全退出静铁，得最小漏抗(详细计算过程略)

    X_min=0.141Ω

    最大焊接电流

    I_2max= = 315.16 A

    取I’_2max =315 A。

    I_2max验算结果为60 A< I₂<315 A时，焊机结构将重新设计，直到达到60 A≥I₂≥315A为止。

    最大位置空载电压

        U’₂₀= U₁U₂K₃／N₁=61.433 V

式中 K₃——修正系数，取K₃=0.97；

     U _R——铜耗及附加损耗压降，

         U _R= I’_2max =7.875 V；

     P_Fe——由铁磁性外壳漏磁造成的损耗，

          P_Fe= 0.1×P_2e×10³=1026 W；

     P_Cu——绕组铜耗，P_Cu =1415.052 W。

    最小电流

  I_2min= =49.38 A

式中U’’₂₀——最小位置时空载电压，

       U’’₂₀= N₂×0.9=57 V

       X _max = X’ _max + X_min=1.048Ω

    X’ _max——动铁形成最大漏抗，

       X’ _max =2πfμ₀ S_d N₂² K_c×10^-8=0.907Ω

    μ₀——磁导率，μ₀=0.4π。

    焊机型式试验数据：电流调节范围59.9～325A：效率84.3％；噪声75.7 dB，电流稳定性0.6％；初级温升56.5℃，次级温升51.5℃；最大空载电压62 V，依据ZBJ64006—88弧焊变压器专业标准，检测焊机各项指标均满足标准要求。

[1]胡绳荪．现代弧焊电源及其控制[M]．北京：机械工业出版社，2006．

[2]周欣荣．电路理论[K]．北京：机械工业出版社，1988．

作者简介：迟迎春(1965一)，吉林伊通人，工程师，1993年毕业于原哈尔滨电工学院工业电气自动化专业，长期从事技术工作。