Максимальное вторичное напряжение холостого хода
U20max = 1,0/5ZвкI2кmax = 1,05 I2кmax,
где I2кmax – максимальное значение тока короткого замыкания машины; зависит от максимального вторичного напряжения сварочного трансформатора (в режиме холостого хода) U20max и полного сопротивления короткого замыкания Z2k машины.
Далее разбивают напряжения по ступеням; желательно, чтобы отношение напряжений на смежных ступенях U20n/U20(n-1) = const. При этом коэффициент трансформации на всех ступенях должен равняться целому числу.
Число витков первичной обмотки при W2 = 1 на номинальной ступени
W1H = U1T/U20H,
где U1Т – напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора.
При использовании электромагнитного контактора падением напряжения DUп в контакторе пренебрегают, и U1H = U1T, (где U1Н – напряжение сети). При использовании вентильного контактора имеет место падение напряжения на открытом вентиле. Принимают DUп = 2...5 В для тиристорного и DUп = 20...35 В для игнитронного контактора.
Полученное число витков первичной обмотки округляют до ближайшего целого числа и корректируют расчетное значение напряжения U20Н.
Минимальное число витков (на максимальной ступени)
W1min = U1T/U20max.
Выбирают различные законы изменения напряжения U20 по ступеням. Например, изменение числа витков первичной обмотки по ступеням по арифметической прогрессии для схемы (рис. 10) можно определить по уравнению
Dс = W1Н(Кр – 1)/
или
Dс = W1min(Кр – 1)/(Nс – 1),
где Nc – число ступеней регулирования вторичного напряжения (обычно принимают равным 4…16);
Кр – коэффициент глубины регулирования Кр = U2max/U2min.
При наличии только одних параллельно-последовательных групп (без катушки d) Кр = 2.
Изменение Dс округляют до целого числа и разбивают числа витков по секциям. Для широко распространенной схемы регулирования (рис. 10) при Кр = 2 каждая из секций состоит из двух одинаковых частей (катушек) с числами витков Dс, 2Dс, 4Dс, 8Dс и т. д.
Рисунок 10 – Схема регулирования вторичного напряжения
трансформатора
Полученные значения чисел витков по ступеням и рассчитанные
U20K = U1T/W1K
сводят в таблицу (W1К – число витков к-й ступени).
Сечение витков первичной обмотки рассчитывают по длительному току
I1дл = К1I2дл/W1,
где К1 = 1,03...1,17 – коэффициент, учитывающий ток холостого хода;
I2дл – номинальный делительный вторичный ток, устанавливается по ГОСТ 297 – 80.
Сечение первичной обмотки
q1 = I1дл/j1,
где j1 – допустимая плотность тока в первичной обмотке (j1 = 3,2…3,6 А/мм2 для дисковой катушки, плотно прижатой к дискам вторичного витка, охлаждаемого водой, и j1 = 1,5…2,1 А/мм2 при охлаждении водой только колодок вторичной обмотки).
По сечениям q всех дисковых катушек (секций) выбирают один или два типа прямоугольного провода (по ГОСТ 434 – 78).
При расчете вторичного витка определяют его сечение и разбивают на число параллельных элементов (дисков). При этом толщина дисков должна быть не менее 6 мм из-за удобства припайки охлаждаемой трубки и не более 20…25 мм во избежание повышенных дополнительных потерь. Сечение вторичного витка
q2 = I2дл/j2,
где j2 – допустимая плотность тока в витке (для водоохлаждаемого диска из меди марки М1 с припаянными по периметру трубками j2 = 4,5…5,5 А/мм2; литого алюминиевого диска с залитыми внутри трубками охлаждения j2 = 1,5…2 А/мм2).
Число дисков определяется числом катушек первичной обмотки и для схемы на рис. 10 в 2 раза меньше числа катушек первичной обмотки.
Расчет магнитопроводов включает определение сечения и размеров стержня: толщины набора, высоты и ширины окна и т. д.
Сечение стержня
Fс = U1Т / (4,44f1W1н Вн),
где Вн = 1,3…1,8 Тл, выбираемая в зависимости от ПВ, мощности трансформатора и формы пластин, из которых собран стержень, и марки стали.
Найденное сечение стержня в дальнейшем корректируется при проверке максимального значения тока холостого хода. Из-за неплотной сборки стальных листов и наличия изоляции фактическое сечение стержня несколько больше.
Форму сечения стержня (с учетом уменьшения размеров трансформаторов) принимают прямоугольной с отношением сторон h/b = 1…3 (рис. 11). Размеры окна (d и c) выбирают в зависимости от полного сечения обмоток, которые должны быть уложены в окне, с учетом изоляции, прокладок и каналов охлаждения:
Sо = с d = ( ) / Кз.о,
где Кз.о – коэффициент заполнения окна (обычно Кз.о = 0,27…0,5).
Рисунок 11 – Размеры магнитопроводов
Из условий экономичного раскроя стандартного листа стали соотношение сторон окна с/d принимают в пределах 1…2,5. Далее проверяют укладку меди в окне с одновременным установлением размеров катушек первичной обмотки и дисков вторичного витка (рис. 12, а и б).
а и б – размещение обмоток в окне
Рисунок 12 – К расчету трансформатора
Между катушками первичной обмотки трансформатора оставляют зазор D11 = 10…14 мм для размещения отводов и клиньев. Внутренний размер изолированной катушки по ширине выбирают на 8…15 мм больше ширины стержня: b1К = b + (8…15) мм, а по длине на 20…40 мм; h1К = h + (20…40) мм для установки клиньев и свободного надевания катушек. Радиальный размер катушки h1
h1 = Wк (аи + б) + D,
где Wк – число витков в катушке;
аи – толщина обмоточного провода с изоляцией, мм;
б – толщина межвитковой изоляции, мм;
Δ = 7…12 мм – суммарная толщина наружной изоляции катушки.
Толщина катушки
D1 = bи + hи,
где bи – высота провода с изоляцией;
hи – суммарная толщина наружной изоляции.
Высота катушки в месте вывода
D1К = D1 + DВ,
где DВ – суммарная толщина вывода с изоляцией.
Внутренний размер дисков вторичного витка выбирают меньше по ширине на 2…3 мм, а по длине – на 1…2 мм внутренних размеров катушек. Радиальный размер диска принимают больше радиального размера катушки с учетом припаянных трубок охлаждения.
При проверке укладки катушек должно быть соблюдено условие
С ³ НО + (6…12) мм, (1)
где НО = åD1 + КДD2 + 2КдD12 + (КД – 1)D11 – полная высота обмоток в окне;
D2 – толщина диска вторичной обмотки;
D12 – толщина изоляционных прокладок между первичной и вторичной обмотками;
КД – число дисков вторичной обмотки.
Если условие (1) не выполняется, уточняют размер окна.
Далее выполняют проверочный расчет трансформатора для определения его потерь, КПД и условий охлаждения.
Ток холостого хода
Активную составляющую тока Ioa определяют по формуле
Ioa = Ко Ро/U1Т,
где Ро = rоG – потери холостого хода, Вт;
ро – удельные потери в стали, Вт/кг (рис. 13);
G – масса стали магнитопровода, кг;
Ко » 1,2 – коэффициент добавочных потерь.
1 – сталь 1211; 2 – сталь 1511; 3 – сталь3413;
толщина листов 0,5 мм
Рисунок 13 – Зависимость удельных потерь мощности pо в
магнитопроводе от индукции В
Составляющую тока Iор (намагничивающий ток) определяют по формуле
Iор = (Нср 1ср.м + Но ns105)|(Кг W1н Ö2),
где Нср 1ср.м – магнитодвижущая сила, необходимая для создания магнитного потока в магнитопроводе, А;
Нср – напряженность магнитного поля на 1 см длины стали, А/см; определяется по графику на рис. 14;
1ср.м – средняя длина магнитной силовой линии, см (см. рис. 12, а);
Но » Во /mо – напряженность магнитного поля в стыке, А/см;
n и s – число и размер (s = 0,005 см) зазоров в магнитной цепи;
Кг – коэффициент, учитывающий уменьшение тока холостого хода из-за наличия высших гармоник.
Для индукций 1,2…1,8 Тл коэффициент Кг может быть определен по соотношению
Кг = 1 / (1,9 – 0,8Вн) = 1,06…2,17.
1 – сталь 1211; 2 – сталь 1511; 3 – сталь 3413;
толщина листов 0,5 мм
Рисунок 14 – Зависимость индукции от напряженности магнитного
поля
Относительное значение тока холостого хода (io = Io·100 %/I1дл.н) не должно быть больше значений (ГОСТ 297– 80): 50 % при токе I2дл.н до 2500 А; 32 % при токе I2дл.н до 5000 А; 20 % при токе I2дл.н свыше 5000 А. В случае получения тока io более допустимого сечение стержня магнитопровода пересчитывают с уменьшением значений расчетной индукции.
Активные сопротивления обмоток^
r1Т = r1Kn1l1срW1н/q1 и r2Т = r2Кn2l2срW2/q2,
где r1 – удельное электросопротивление материала первичной обмотки при 75 °С для изоляции класса А; при 90 °С – для класса Е; при 100 °С – для класса В и т. д.
r2 – удельное электросопротивление для материала вторичной обмотки при 40 °С (при водяном охлаждении независимо от класса изоляции);
l1ср и l2ср – средняя длина одного витка обмоток;
Kn1 и Кn2 – коэффициенты поверхностного натяжения.
Потери мощности в обмотках при номинальном режиме работы^
Р1Т = r1Т I21н; Р2Т = r2Т I2св.н и Рк = Р1Т + Р2Т.
Приведенное к первичной обмотке индуктивное сопротивление обмоток трансформатора с дисковыми обмотками при симметричном их расположении
Х/Т + 25¦1DW21н sS 10-8/ (p lS),
где D = h1 + b1K – расстояние между серединами обмоток в окне, см;
р – число групп катушек;
sS – эквивалентное расстояние между первичной и вторичной обмотками, см
sS = D12 + (D1 + D2/2)/3;
lS – расчетная длина средней силовой линии магнитного потока рассеяния.
Полученное значение Х/Т увеличивает в 1,2…1,4 раза для учета влияния выводов вторичной обмотки. Полное индуктивное сопротивление обмоток, приведенное к вторичной обмотке,
Х//Т = (1,2…1,4) Х/Т / W21Н.
Коэффициент мощности машины при нормальной нагрузке
сos j = (RЭ.Э + R2)/Ö(RЭ.Э + R2)2 + Х22.
КПД трансформатора
h = 1 – [åP/ U2T I СВ.Н cosj + åP],
где åP = Ро + Рк – суммарные потери в меди и стали;
U2T » U20Н – напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора при номинальной нагрузке.
Количество воды, необходимое для охлаждения трансформатора,
QЖ = 0,24 РК.ДЛ /DТ,
где QЖ – расход воды, см3/с;
DТ = (5…10 °С) – перепад температур входящей и выходящей воды.
Диаметр трубки охлаждения dТ, см, обычно равен толщине диска. Скорость воды в трубке
V = 0,04 QЖ / (pd2Т) £ 3 м/с.
Дата добавления: 2016-10-18; просмотров: 1662;