【摘 要】
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随着国民经济的全面发展,国内金属制造加工业在规模和技术上得到了长足的进步。国家大力推行贯彻“以焊代铸”方针,使得金属管板切割材料的总量逐年增加,对切割质量和切割效率的要求也越来越高。等离子切割机从2014年1.2万台飙升到2015年1.6万台。由此可见,我国数控等离子切割市场十分巨大,国际市场更加庞大。切割是焊接的首道工序,用于后续加工和焊接,切割断面质量、切割效率、一次成型率及材料利用率的高低都
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随着国民经济的全面发展,国内金属制造加工业在规模和技术上得到了长足的进步。国家大力推行贯彻“以焊代铸”方针,使得金属管板切割材料的总量逐年增加,对切割质量和切割效率的要求也越来越高。等离子切割机从2014年1.2万台飙升到2015年1.6万台。由此可见,我国数控等离子切割市场十分巨大,国际市场更加庞大。切割是焊接的首道工序,用于后续加工和焊接,切割断面质量、切割效率、一次成型率及材料利用率的高低都直接影响着焊接产品的质量和生产成本,因此现代工业的发展离不开切割装置。等离子切割机中BUCK型DC-DC变换器需要采用大功率和高发热量的磁性元件,包括一台移相变压器和两台直流电抗器。一般地,当输出电流260A,全部磁性元件损耗会达到几k W以上,严重地限制了转换效率的提升,为此需要采用高效的磁性材料和设计方案,研究和制作低损耗移相变压器和直流电抗器。本论文的主要研究工作和创新点如下:1.分析了磁性元件的作用和工作原理,以此确定优选的磁性材料,分析了不同磁性材料的磁性特点和注意事项,以此确定磁性元件结构和磁结构,目的在于来减少铜损和铁损。通过确定绕线规格,计算磁件的发热量,在此基础上制定优化设计方案。2.分析了BUCK DC-DC变换器在等离子切割机中的电气设计原理,掌握等离子切割电源对移相变压器和直流电抗器的设计需求,包括电压变比、感值、开关频率、额定电流、纹波电流以及散热方式等相互制约的复杂关系。3.采用Maxwell有限元电磁仿真软件辅助计算了磁路参数,确定了多种设计方案,给出了不同电气参数,如开关频率、电感量和移相脉波数下的设计方案,有效地指导了实际磁性元件的具体设计,目标在于将磁性元件尺寸和损耗降低15%左右。4.优化设计了等离子切割电源中降压移相变压器和平波直流电抗器,给出了优选材料—硅钢,提供了多种选择,减小这两种磁性元件的体积和降低发热,以此提高等离子切割电源的转换效率,并确保具有较高的性价比指标。
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