6.3 Расчет магнитопровода

Расчет магнитопровода включает определение сечения и размеров стержня: толщины набора, высоты и ширины окна и т.д.

Сечение сердечника определяется по формуле:

, м², (6.5)

где U_M –напряжение на последней ступени, 2,13 В;

f₁ – частота, f₁ = 50Гц;

W₂– число витков вторичной обмотки, W₂=1;

В – индукция в сердечнике, В= 0,81,8 Т.

Исходя из формы пластин, стали из которых сделан сердечник, ПВ машины и мощности трансформатора принимаем В = 1,5 Т.

Сечение сердечника:

м².

Из-за неплотной сборки стальных листов и наличия изоляции действительное сечение сердечника увеличивается:

м², (6.6)

где К_С – коэффициент, К_С = 0,92 – 0,95.

Действительное сечение магнитопровода:

м².

В трансформаторах броневого типа это сечение относится к среднему стержню, на котором расположены обмотки, а сечение остальных стержней равно половине S’_C , то есть 35∙10^-4 м².

Форму сечения сердечника обычно выбирают прямоугольную с соответствием сторон h/b= 13.

Принимаем h = 10 ∙10^-2 м , b =7∙ 10^-2 м.

Размер окна выбираем в зависимости от полного сечения обмоток, которые должны быть уложены в окне трансформатора, изоляции, прокладок и каналов охлаждения:

м², (6.7)

где К_{ЗО –} коэффициент заполнения окна = 0,40,6;

c,d – размеры окна;

W_i – максимальное количество витков обмотки, W₁ = 353;

S₁ – сечение витков первичной обмотки, S₁ =6,39 мм²;

S₂ – сечение вторичного витка обмотки, S₂ =1945 мм²

Сечение окна:

м².

Из условий экономического раскроя стандартного листа железа соотношение сторон с/d выбирают в пределах 23 Принимаем с = 0,14 м, d = 0,05 м. Между средними катушками оставляют зазор 1014мм для размещения отводов и клиньев. Внутренний размер изолированной катушки по ширине выбирают на 815 мм больше ширины сердечника b_ik = b_i+ (815), а по длине на 2040 мм, h_ik = h +(2040) мм для установки клиньев и свободного надевания катушки.

b_ik =7 + 13 =20мм, h_ik = 10 + 20 = 30мм.

Внутренний размер диска вторичного витка выбирают меньше по ширине на 23 мм, а по длине на 12мм, внутренних размеров катушек.

140 100

50 70

Рисунок 6.2 – Сердечник броневого типа

6.4 Расчет трансформатора

Далее выполняется поверочный расчет трансформатора для определения потерь, КПД и условий охлаждения. Ток холостого хода трансформатора определяется по формуле:

, А (6.8)

где I_A– активная составляющая тока холостого тока, А;

I_P – реактивная составляющая тока холостого тока, А.

Активная составляющая тока определяется по формуле:

,А, (6.9)

где Р_СТ – потери холостого хода, Р_СТ = Рσ, Вт;

К_П – коэффициент добавочных потерь, К_П =1,2.

Р = 3,5 Вт/кг,  = 1,8 кг, Р_СТ = 3,5 .1,8 = 6,3 Вт.

Активная составляющая холостого хода:

A.

Реактивная составляющая холостого хода определяется по формуле:

(6.10)

где АW– ампер-витки на 1 м длины участка. Согласно графику

АW=2100 ампер-витка/м;

L_СР – средняя длина силовой линии, L_СР =2(с+d)+4b_Ш= 0,5 м;

В_П – число зазоров в магнитной цепи, В_П=1,5;

δ – величина зазора в магнитной цепи, δ = 5 ∙10^-5м;

К₁ – коэффициент, учитывающий уменьшение тока холостого хода из-за наличия гармоник, К₁=1,5.

;

W_П – число витков первичной обмотки на последней ступени, W_П = 178.

Реактивная составляющая холостого хода:

.

Ток холостого хода трансформатора:

Относительное значение тока холостого хода не должно превышать значений, указанных в ГОСТ 297-73. В нашем случае i_o не должно превышать 20%:

.

Значит ток холостого хода удовлетворяет ГОСТу 297-73.

КПД контактной машины определяется по формуле:

, (6.11)

, (6.12)

где R₂ = – активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора;

₂ – удельное электросопротивление материала вторичной обмотки трансформатора при 75 ⁰С, ₂ =1,75 мкОм∙см;

К_П2 – коэффициент поверхностного эффекта, К_П2 = 0,5;

R”₁ = – сопротивление первичной обмотки трансформатора, приведенное по вторичной цепи (при W₂ = 1) ;

R₁ = – активное сопротивление первичной обмотки трансформатора;

₁– удельное электросопротивление первичной обмотки трансформатора;

L_1СР – средняя длина одного витка I-обмотки трансформатора, L_1СР=2(b+h)=34 см.

Активное сопротивление первичной обмотки трансформатора:

.

Активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора:

Сопротивление первичной обмотки трансформатора, приведенное по вторичной цепи (при W₂ = 1) :

С целью упрощения расчета индуктивные сопротивления не учитываем:

Р_СТ – потери холостого хода (Р_СТ = 6,3 Вт);

Р_М = Р_М1 + Р_М2 + Р_К – потери мощности в обмотках трансформатора и элементов сварочного контура; (6.15)

Р_М1 = I₁²_Д ^.R₁ – потери мощности в первичной обмотке трансформатора;

Р_М2 = I₂²_Д ^.R₂ – потери мощности во вторичной обмотке трансформатора;

Р_К = I₂²_Д ^.R_К – потери мощности в элементах сварочного контура.

Р_М1 = 19,17² ∙^.95861∙ ^.10^-6 = 35,2 Вт

Р_М2 = 8500² ∙1,53^∙.10^-6 = 110,5 Вт ;

Р_К = 8500² ∙^.124,78∙ ^.10^-6 = 9015 Вт ;

Р_М = 35,2 + 110,5 + 9015 = 9160,7 Вт .

Количество воды, необходимое для охлаждения трансформатора:

, (6.13)

где – потери мощности в обмотке трансформатора;

- период входящей и выходящей воды;

Вт

Скорость течения воды:

где dB – диаметр трубки охлаждения, см;