فایل ورد کامل مقاله بررسی جامع میدان‌های مغناطیسی و ترانس‌های جوش نقطه‌ای؛ تحلیل علمی اصول و کاربردهای صنعتی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله بررسی جامع میدان‌های مغناطیسی و ترانس‌های جوش نقطه‌ای؛ تحلیل علمی اصول و کاربردهای صنعتی دارای ۸۸ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله بررسی جامع میدان‌های مغناطیسی و ترانس‌های جوش نقطه‌ای؛ تحلیل علمی اصول و کاربردهای صنعتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله بررسی جامع میدان‌های مغناطیسی و ترانس‌های جوش نقطه‌ای؛ تحلیل علمی اصول و کاربردهای صنعتی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله بررسی جامع میدان‌های مغناطیسی و ترانس‌های جوش نقطه‌ای؛ تحلیل علمی اصول و کاربردهای صنعتی :

کلیاتی در مورد میدان های مغناطیسی وترانسهای جوش نقطه‌ای

۱ مقدمه
از آنجا که برای ایجاد نقطه جوش از جریانهای خیلی بالا استفاده می‌شود، طبیعتاً اثر سوء میدان مغناطیسی حاصل از جریانهای در حدود چند کیلوآمپر بر روی بدن کاربر حائز اهمیت است. در این پروژه اثر میدان حاصل شده از یک نمونه دستگاه نقطه جوش که با فرکانس ۵۰ هرتز کار می‌کند از نظر تحلیلی و عملی بررسی شده و روشهایی برای کاهش آن پیشنهاد خواهد شد. آنچه که مسلم است اینست که تحلیل میدانهای نزدیک مورد توجه خواهد بود چرا که در محدوده کار کاربران فاصله از دستگاه نسبت به طول موج بسیار ناچیز می‌باشد.

در این وسیله صنعتی با استفاده از دو فاز از برق شهر و یک ترانس کاهنده ولتاژ می‌توان جریان چند کیلوآمپری را برای عمل نقطه جوش تامین کرد. گانهای نقطه جوش از ثانویه ترانس کاهنده ولتاژ تغذیه می‌شوند. برای عمل نقطه جوش دو سر حلقه گان در دو سمت صفحات فلزیی که می‌خواهند جوش داده شوند قرار می‌گیرند و در فاصله خیلی کوتاهی در حدود چند سیکل (مثلا ۱۰ سیکل) حلقه گان بسته شده و یک نقطه جوش بر روی صفحه زده می‌شود.

در هنگام بسته شدن حلقه ثانویه ترانس اتصال کوتاه شده، جریان بالایی در حدود چند کیلوآمپر از حلقه می‌گذرد. عبور چنین جریان بالایی از لبه‌های کوچک دو طرف حلقه گان که بوسیله ورقه فلزی اتصال کوتاه شده‌اند باعث ایجاد حرارت بالایی می‌شود و این حرارت باعث جوش خوردن نقطه‌ای صفحات فلزی خواهد شد.

ولتاژ متغیر با زمان Vmax در دو سر گان قرار دارد. با کوچک شدن فاصله d، امکان یونیزه شدن هوا بالا رفته و با قرار گرفتن فلز در فاصله بین این دو پلاریته مخالف، در فاصله کوچکی از d، هوا یونیزه شده مقاومت آن به شدت کاهش یافته و جریان خیلی بالا حرارت زیادی تولید خواهد شد و همین حرارت برای ایجاد نقطه جوش کافی خواهد بود. با فرض اینکه تابش حاصل از جرقه الکتریکی کم است می‌توان فرض کرد که جریان I در کل حلقه جاری خواهد شد.

البته اثر ترانس کاهنده ولتاژ در تولید میدان مغناطیسی و الکتریکی نیز باید مورد توجه قرار گیرد. این بررسی را می‌توان از روی نتایج عملی و اندازه‌گیری مورد توجه قرار داد. از طرفی مهار میدانهای مغناطیسی از طریق حفاظ کردن کامل ترانس می‌تواند میدانها را تا حد زیادی کاهش دهد. در مورد کابل برق که حامل جریان بالا می‌باشد اثرات میدان کم است زیرا جریان رفت و برگشت در آن جریان دارد و در نتیجه میدانهای حاصل از آنها همدیگر را خنثی خواهند کرد.

بنابراین آنچه که از نظر تحلیلی می‌توان مورد بررسی قرار داد حلقه جریان مربوط به گان و امواج منتشر شده از آن است. البته با ساده‌سازی و در نظر گرفتن اجسام فلزی محیط می‌توان یک حد ماکزیمم برای میدانها بدست آورد و براساس آن راه‌حلها و یا استانداردهایی را پیشنهاد کرد.

۲ مشخصات فیزیکی و الکتریکی دستگاهها
ترکیب ترانس جدا
ترانس در ارتفاع تقریباً ۲ متری بالای سطح زمین نصب شده و از طریق کابل به گان متصل میشود. برای تغذیه جریان از دو فاز استفاده می‌شود. در یک نمونه موجود ولتاژ ۳۸۰ ولت توسط ترانس در توان کل KVA100 و توان نامی در نسبت کار ۵۰ درصد به دو ولتاژ ۱۷ ولت و ۲۱ ولت تبدیل می‌گردد. مشخصات کامل یک ترانسفورمر جوش آویز خوانده شده از روی کاتالوگ به شرح زیر است:

ولتا اولیه: ۳۸۰Volt
فرکانس ورودی: ۵۰Hz
تعداد پله ورودی: ۲
ولتاژ ثانویه: ۱۷Volt- 22Volt
توان نامی ترانس در سیکل کار ۵۰%: ۱۲۰KVA
نحوه خنک کنندگی: سیستم آبگرد
مصرف آب: ۱۸ Liter/min

اتصال کابل: کابل دوبل (Kickless) با ضخامت سر کابل mm19
برق ورودی که از قسمت یونیت کنترل جوش وارد ترانس می‌شود علاوه بر اینکه باید مطابق کلیه مشخصات برق ورودی ترانسفورمر باشد بایستی عاری از هر گونه مؤلفه DC باشد. وجود مؤلفه DC در برق ورودی (در نتیجه خرابی یونیت کنترل) می‌تواند باعث سوختن ترانسفورماتور شود.
اتصال ثانویه: کابل ثانویه انواع کابل دوبل (Kickless) بوسیله پیچ عایق‌دار که روی ترانسفورماتور موجود می‌باشد به دو سر ثانویه ترانس وصل می‌شود. کابل به کار رفته بدون حفاظ است.
ترکیب ترانس سرخود

این ترانس دقیقاً زیر دسته گان نصب می‌شود. در پشت ترانس یک کابل حامل دو فاز با ولتاژ ۳۸۰ ولت برق گان را تامین می‌کند. در یک نمونه با توان کل KVA30 (خوانده شده از روی دستگاه) ولتاژ ۳۸۰ ولت به ولتاژ ۶/۵ ولت تبدیل می‌شود. در نمونه دیگر با همان توان کل، ولتاژ ۳۸۰ ولت به ۷۵/۴ ولت تبدیل می‌گردد.

۳ حضور تقریبی کاربر در معرض میدان
در فاصله زمانی ۱۰ سیکل یعنی msec200 در ثانویه ترانس، اتصال کوتاه ایجاد می‌شود و جریان چند کیلوآمپری در حلقه گان، ایجاد می‌گردد.
بطور متوسط ۷۰ نقطه جوش برای هر دستگاه ماشین زده می‌شود و در روز ۲۰۰ دستگاه ماشین از خط می‌گذرد و این در طول مدت تقریباً ۹ ساعت کار در پای دستگاه می‌باشد.

۴ مدل الکتریکی دستگاه جوش نقطه‌ای
دستگاه نقطه‌ای شامل ترانس، کابل و گان می‌باشد در ورودی ترانس برق دو فاز ۳۸۰ ولت وارد شده و در خروجی ترانس کاهنده با تامین جریان در حدود جریان کیلوآمپر توانایی جوش نقطه‌ای توسط گان فراهم می‌شود. در ترکیب گان با ترانس جدا بعد از ترانس، کابل بلندی در حدود دو متر، برق مورد نیاز را به گان می‌رساند، در صورتی که در ترکیب گان با ترانس سرخود، کابل قبل از ترانس واقع است و گان مستقیماً بعد از ترانس کاهنده قرار می‌گیرد.

در ترانس کاهنده با کاهش ولتاژ جریان بالایی تامین خواهد شد مدل مداری صفحه بعد نحوه عملکرد دستگاه جوش نقطه‌ای را نشان می‌دهد.
جریان I داخل حلقه گان تقریباً همان جریان اتصال کوتاه ترانس می‌باشد. در داخل کابل دو سیم که جریان I به صورت رفت و برگشت از آن عبور می‌کند، وجود دارد. بنابراین اثر میدان مغناطیسی آن بسیار کم خواهد شد زیرا اثر یکدیگر را خنثی می‌کنند. بنابراین تولیدکننده‌های میدان را می‌توان به موارد زیر منحصر کرد.
۱ـ حلقه جریان I مربوط به گان ۲ـ نقطه جوش ۳ـ ترانس

در قسمت مدل‌سازی گان اثر مورد اول، بطور تحلیلی بررسی شده است. برای بررسی اثرات موارد (۲) و (۳) می‌توان از اندازه‌گیری عملی کمک گرفت. آنچه که از نظر تحلیلی و نظری بدست می‌آید در عمل دستخوش تغییرات خواهد بود چرا که اولاً موارد (۲) و (۳) نیز تا حدودی ایجاد کننده میدان خواهند بود و ثانیاً وسایل و اجسام فلزی در محدوده کار و همچنین دستگاههای نقطه جوش دیگر عواملی هستند که باعث تغییر اندازه میدان و جهت آن می‌شوند.

۵ مدل‌سازی گان
از آنجا که فرکانس کار ۵۰ هرتز می‌باشد و طول موج Km6000 و ما به دنبال امواج الکترومغناطیسی در محدوده چند متر اطراف دستگاه می‌باشیم، بنابراین تمام محاسبات برحسب میدانهای نزدیک خواهد بود و از طرفی چون ابعاد گان در حدود چند سانتی‌متر است و نسبت به طول موج خیلی خیلی کوچک می‌باشد بنابراین می‌توان دایره‌ای با سطح مقطع معادل گان را بعنوان یک مدل خوب در نظر گرفت. ده مدل گان با ابعاد زیر که در صنعت کاربرد بیشتری دارند اندازه‌گیری شد و مساحت میانگین ۰۰۹۶۲m2 بدست آمد. تمام نمودارها و اشکال براساس این مساحت میانگین و یا به عبارت دیگر براساس شعاع دایره ۱۷۵ cm

محاسبه شده‌اند. بنابراین وقتی که کاربر نقطه‌جوش می‌دهد، یک جریان چند کیلوآمپری از حلقه گان عبور می‌کند، همانطور که گفته شد این حلقه جریان به صورت دایره با سطح مقطع میانگین به عنوان یک تابش کننده میدان عمل خواهد کرد برای بدست آوردن میدان حاصل از هر یک از سطح مقطع‌های روبرو کافی است که در ضریب زیر ضرب شود.
(۱) سطح مقطع میانگین/ سطح مقطع مورد نظر =

برای سادگی کار، میدانهای ترسیم شده با فرض جریان یک کیلوآمپری محاسبه شده‌اند. برای هر ترانس دلخواه با جریان گان I، میدان بدست آمده با این ساده‌سازی را باید در ضریب زیر ضرب کرد.
(۲) IDA/ جریان مربوط به گان مورد نظر =

ـ را می‌توان ضریب نرمالیزه کردن جریان نامید.
ـ را می‌توان ضریب نرمالیزه کردن سطح حلقه نامید.
برای حلقه جریان با مدل زیر میدانهای ، ، موجود خواهد بود که با در نظر گرفتن اینکه فاصله r نسبت به (طول موج) خیلی کوچک است به صورت ساده شده زیر در خواهند آمد.

حلقه گان را در صفحه XOZ در نظر می‌گیریم مقدار میدان را در صفحه XOY محاسبه و نمایش خواهیم داد. همچین یک حد ماکزیمم برای میدان بدست خواهیم آورد.(ضمیمه A).
با توجه به اثر زمین حلقه جریان دارای تصویر مانند شکل صفحه بعد خواهد بود مقادیر a, I و d بکار برده شده در محاسبات در کنار شکل نوشته شده است البته به ازای دو مقدار معمول d=1.5m و d=0.5m متر نیز نتایج محاسبات ذکر شده است که فرق چندانی با نتایج بدست آمده در مورد d=1m نمی‌کند.

۶ محاسبه میدان مغناطیسی مربوط به گان:

: مؤلفه در راستای x

: مؤلفه در راستای y

: مؤلفه در راستای Z

۷ محاسبه میدان الکتریکی مربوط به گان

: مؤلفه در راستای x

: مؤلفه در راستای y

: مؤلفه در راستای z

مقدار عددی محاسبه شده برای و (یعنی فاصله تقریبی ۱۰cm کاربر از حلقه جریان)

: مؤلفه در راستای x
: مؤلفه در راستای y

: مؤلفه در راستای z

شدت میدان مغناطیسی
با توجه به شکلهای بدست آمده مطابقت این عدد را می‌توان چک کرد. (تصاویر ۳ و ۴)

همه میدانهای Ecx, Ecz هم فازند بنابراین ضریب j را برای محاسبه شدت میدان الکتریکی دخالت نمی‌دهیم.
توانایی میدان الکتریکی
با توجه به شکل بدست آمده مطابقت این عدد را می‌توان بررسی کرد. تصاویر (۲۰) و (۱۹)

۸ تحلیل و بررسی نتایج بدست آمده تئوری و تصاویر حاصله
با توجه به موقعیت حلقه جریان گان که در صفحه XOZ فرض شده بود میدانهای مغناطیسی و الکتریکی در روی صفحه XOY در اشکال (۱) تا (۲۰) مورد بررسی قرار گرفته‌اند. این صفحه به فاصله d= 1m بالای سطح زمین فرض شده است البته به ازای d= 1.5m و d= 0.5m نیز میدانهای مغناطیسی محاسبه شده‌اند (تصایر (۱۴) و (۱۵)) که تفاوتی با حالت d= 1m ندارد در محدوده ارتفاع معمول کاربر (سطح کار) تغییرات d روی میدانها تاثیر چندانی نخواهد داشت.

همانطور که در تصویر (۱) دیده می‌شود میدان مغناطیسی در راستای محور x و در امتداد گذرنده از مرکز دایره مقدار غیر صفر دارد در صورتی که میدان الکتریکی مقدار بسیار بسیار ناچیزی خواهد داشت. در فاصله (۰۱m) 10 cm تا (۰۲m) 20cm از حلقه شدت میدان مغناطیسی در محدوده ۱۰۵ تا ۱۰۴ میلی گوس است و این مطلب را می‌توان از روی تصاویر (۴) و (۳) و (۲) بخوبی مشاهده کرد در فاصله (۰۲۵m) 25cm تا (۰۵m) 50cm مقدار میدان مغناطیسی به ۱۰۴ تا ۱۰۳

میلی گوس کاهش می‌یابد (طبق شکلهای (۷) و (۶) و (۵)) و مطابق با شکلهای (۱۳) و (۱۲) و (۱۱) در فاصله ۱ تا دومتری به چند ده میلی گوس کاهش خواهد یافت. (توجه شود که جریان حلقه IKA فرض شده است و برای گان دلخواه با جریان I مقدار بدست آمده را باید در ضریب نرمالیزه کردن جریان، ضرب کرد معادله ـ۲)
مقدار متوسط سطح مقطع گان به منظور یک مقدار نرمالیزه شده نمونه در نظر گرفته شده است. همانطور که ملاحظه می‌شود مقدار شدت میدان مغناطیسی B تقریباً با عکس توان سه فاصله متناسب است.