Расчет силового трансформатора

Расчет силового трансформатора является приближенным и преследует цель получить данные, необходимые для выбора стандартной сварочной машины

(сечение первичного и вторичного витков, габариты трансформатора, cos j,

к.п.д., ток холостого хода, расход охлаждающей воды).

Исходными данными для электрического расчета трансформатора являются:

1. Напряжение питающей сети, частота тока - U₁, f;

2. Продолжительность включения трансформатора-ПВ,%;

3. Расчетная величина сварочного тока - I_2р;

4. Номинальное вторичное напряжение холостого хода трансформатора - U_2н

Имея эти данные, расчет силового трансформатора производят в следующей последовательности:

1. По значению I_2р определяется номинальный сварочный ток с учетом возможности автоматического регулирования тока: I_2н=1,25 I_2р.

2. Определяется напряжение холостого хода на первой ступени трансформато-ра:.U_2min = U_2mах/2 U_2mах = 1,1U_2н

3. Рассчитывают сечение первичных и вторичных обмоток, для чего:

а) определяют полное количество витков в первичной обмотке:

å_w1=U_1i·w₂U_2min

Обычно для стационарных машин w₂=1, для подвесных w₂=2;

б) определяется общее сечение первичных витков:

, , . ,

где i_н- допустимая плотность тока.

При дисковых медных обмотках, плотно прижатых к водоохлаждаемому витку, i_н=2,8... 3,2 А/мм².

в) определяется общее сечение вторичных витков:

, .

Для водоохлаждаемого медного витка: i_н=5,5 А/мм².

4. Рассчитывается магнитопровод, т.е. сечение и размеры сердечника, высота и ширина окна. Вначале определяется фактическое сечение сердечника магнитопровода (рис.2):

, см².

где В- магнитная индукция в Гс (10 000- 20 000 Гс);

К_с- коэффициент, учитывающий неплотность сборки листов трансфор-

маторного железа и слой изоляции на листе (К_с= 0,9- 0,82).

Рис.2 К расчету магнитопровода.

В стержневом трансформаторе все его стержни имеют одинаковое сечение;

в броневом только средний стержень имеет сечение Fc, сечение остальных стержней равно Fc/2. Минимальная длина витков первичной обмотки будет при равенстве сторон стержней магнитопровода, т.е. при h=b. Однако с целью уменьшения габаритов всего трансформатора принято считать размеры, исходя из соотношения: h= 2b и c=2a (рис. 2), отсюда размеры сердечника:

, .

Площадь окна трансформатора:

где Кз.о- коэффициент заполнения окна, Кз.о= 0,7. Размеры окна:

, .

Вес трансформатора: С=С_ж+С_м

; .

V=2hb(a+b+c)

где V- объем железа;

g_ж- удельный вес железа;

g_м- удельный вес меди.

Проверочный расчет

С целью проверки правильности расчета магнитопровода проводится сравнение потерь на токи холостого хода и условий водяного охлаждения данного трансформатора с допустимыми по ГОСТу 297- 61.

Определение тока холостого хода

По ГОСТу 297- 61 ток холостого хода трансформатора не должен превышать номинального первичного тока на:

50% при I_2н£2500 А

32% при I_2н £5000 А;

20% при I_2н £10 000 А;

10% при I_2н >10 000 А.

Если ток холостого хода трансформатора больше допустимого, то делается перерасчет трансформатора в сторону уменьшения значения параметров

q_ж;G_ж;aw;l_ср;D_з;В, определяющий ток холостого хода.

Ток холостого хода:

где I_a,I_p- активная и реактивная составляющие тока холостого хода;

- допустимые потери тока холостого хода по ГОСТу.

где P_ж - потери в железе;

q_ж- удельные потери в железе (рис. 3);

G_ж- вес магнитопровода.

Реактивная составляющая:

где aw - удельные ампервитки (рис. 4) при данном В,

В - магнитная индукция, гс;

l_ср- средняя длина магнитного потока, см;

К- коэффициент, учитывающий наличие в переменном токе четвертой и пятой гармонии (К=1,25... 1,5);

- число и величина зазоров в магнитной цепи (рис. 4).

Обычно n₃= 0... 4; D₃=0,005 см.

Рис 3 Рис 4.

Рис 5. К определению средней длины

магнитного потока.

Определение нагрева трансформатора

Нагрев магнитопровода в трансформаторе

Удельная тепловая нагрузка при условии воздушного охлаждения магнито-провода не должна превышать 7,5 10^-2 вm/cм²

где Sм - поверхность магнитопровода, омываемая воздухом, т.е. не закрытая обмотками.

Если не выполняется это условие, необходимо предусмотреть водяное охлаждение магнитопровода.

Нагрев первичных и вторичных витков в трансформаторе

Удельная тепловая нагрузка на токоведущие обмотки трансформатора при условии только воздушного охлаждения не должна превышать 6·10^-2 вт/см², т. е. , где S₀- поверхность омываемых воздухом обмоток

Р_м-потери мощности на нагрев меди:

l _в=2(2a+h+b),

где -активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной цепи;

- активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора;

- активное сопротивление первичной обмотки трансформатора, приведенное ко вторичной цепи;

l_в- средняя длина витка первичной и вторичной обмоток, м;

n_к- число дисковых обмоток (4... 8).

Если q_м>6·10 , необходимо предусмотреть водяное охлаждение, рассчитать расход охлаждающей воды и диаметр водоохлаждающей трубки.

Расход воды определяется по формуле:

где ;

- объемная теплоемкость воды ;

- допустимая удельная тепловая нагрузка на медные обмотки (6×10^-² вт/см²).

Необходимо учитывать,что в расчете предусматривается расход воды только для охлаждения трансформатора (25- 200 /сек), в то время как для охлаждения всех частей машины расходуется значительно больше воды (100-

2000 /сек).

Сечение трубопровода для охлаждающей воды рассчитывается так, чтобы скорость воды в нем не превышала =2... 2,5 м/с. При этом внутренняя поверхность трубы должна обеспечивать отвод необходимого количества тепла и только в этом случае расчетный диаметр трубы равен

, см,

где Q_в - расход воды, /с;

V_в - скорость воды, м/с.

Рекомендуемая литература

1 .Банов М.Д. Технология и оборудование контактной сварки. Учебник для техникумов.-М.,Академия 2005.-.236с.

2. Рыськова З.А., Федоров П.Д. Трансформаторы для контактных электросварочных машин, Л.,Энергоатомиздат1990.- 424с.

3. Чулошников П.Л. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов, М., "Машиностроение", 1968.

4. Глебов Л.В., Пискарев Н.А., Файнгенбаум Д.С. Расчет и конструирование машин для контактной сварки, Л.,"Энергия", 1968.

5. Зайчик Л.В., Орлов Б.Д., Чулошников П.Л. Контактная электросварка легких сплавов, М., Машгиз, 1963.

6. Глебов Л.В., Филиппов Ю.И., Чулошников П.Л. Устройство и эксплуатация контактных машин, Л., Энергоатомиздат, 1987.-312с.

7. Технология и оборудование контактной сварки: Учебник для ВУЗов / Б.Д.Орлов, А.А.Чакалев, Ю.В.Дмитриев и др. / 2-е изд. М., Машиностроение,-1986. -352с.