книги из ГПНТБ / Фридман, Л. Н. Источники питания сварочной дуги учеб. пособие
.pdf68
На фиг. 16. представлена схема простейшего
сварочного трансформатора, состоящего из сердечни
ка I, первичной обмотки 2 и вторичной обмотки 3. Первичная и вторичная обмотки могут располагаться
отдельно или для уменьшения потоков рассеяния кон
центрически на одном сердечнике.
Первичная обмотка подсоединяется к питающей
сети с напряжением Ц , . Индуктивная составляющая
первичного тока создает магнитный поток, наыагничи-
іг.дщнй сердечник. При |
холостом ходе намагничивающая |
|||||||
сила первичной обмотки |
5 У Ч |
, создает |
магнитный |
|||||
поток |
Фап |
, который |
разветвляется на |
две части: |
||||
основной |
потох в |
сердечнике |
Ф0 , пронизывающий обе |
|||||
сбпоткн. |
,и поток |
рассеяния |
Ф0р , который замыкает |
|||||
ся помимо сердечника и сцеплен только с витками |
||||||||
первичной |
обмотки. |
|
|
|
|
|||
|
Отношение потока |
Ф0 , пронизывающего |
вторич |
|||||
ную |
обмотку |
при холостом ходе, к суммарному |
пото- |
|||||
^Фоп называется коэффициентом магнитной свя-
зк к » '• |
g |
Ф , |
|
Все |
сварочные трансформаторы делятся на две |
||
большие |
группы: с |
нормальным (малым) магнитным |
|
рассеянием,у которых коэффициент магнитной связи .
!i |
' l |
и с увеличенным магнитным рассеянием, |
V которы х |
< I . |
|
|
69 |
|
|
Поток |
Фоп , сцепленный |
с первичной |
обыотксй, |
индуктирует |
в ней з.д.с. £f |
/ а поток |
$ е , сцеп |
ленный со вторичной обмоткой, индуктирует в послед
ний э.д.с. Е 2
Из курса электротехники известна зависимость
действующего значения э.д.с. от амплитудного значе
ния |
потока: |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
£ . *4,44/а5 Ф„-ю- f |
; |
|
(69) |
|||
|
|
|
|
|
( т о ) |
||||
или |
с |
учетом |
(68) |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
■ 2=*4 |
Фм Іи |
|
|
( 7 1 ) |
||
где |
|
и |
Й |
-амплитудное значение |
магнитных |
||||
|
|
|
|
|
потоков,'мкс; |
|
|
|
|
|
|
и |
І Ц |
—соответственно |
числа |
витков |
пер |
||
|
|
|
|
|
вичной |
и вторичной обмоток^ |
|
||
„ |
|
|
|
- f |
-частота переменного тока, гц. |
||||
|
Если пренебречь активным падением напряжения в |
||||||||
первичной |
обмотке J C R4 , при холостом ходе, |
то пер. |
|||||||
вичное |
напряжение |
трансформатора |
U f |
, уравновесит |
|||||
ся в |
основном |
э.д.с. ^ |
: |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
'bl'tkW* |
(72) |
||
|
Вторичное |
напряжение |
холостого хода U.Q |
равно |
|||||
э.д.с. |
f 2 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
Таким |
образом коэффициент трансформации |
/7. с |
||||||
учетом |
(72) |
равен: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
п _ и ,^ Ѵ У < |
|
|
|
||
(75)
н - Т Г о ' Щ ^ ' ■
|
|
|
70 |
♦ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При нагрузке, когда во вторичной обмотке бу |
|||||
дет течь ток |
У2 , а в |
первичной |
- |
, намагничи |
||
вающие гиды |
первичной |
и вторичной |
|
обмо |
||
ток создадут соответственно потоки Cfyn |
|
и фа п . |
||||
Большие. _части_этнх потоков,. |
и ф а |
замкнутся |
||||
через |
сердечник трансформатора й создадутобщий |
|||||
лоток |
трансформатора |
равный |
векторной |
сумме |
||
потоков _ Ф/ |
к (£U . |
и ^ ^ " Ѵ с ц в пленные |
только со |
|||
Части потоков ф ^ |
||||||
своими обмотками создают потоки рассеяния соответ ственно фщ и фра . Аналогично выражению (68) мож
но записать:
4 Ф/~ЯмФп!
"Фг Фгп;
Фр/~Фп(і~Хм)> Фр2~'Фипli~ftp])‘
( 74) ( 75)
( 76)
( 77)
Допустим |
далее, что коэффициенты взаимной маг |
|
нитной связи |
обмоток & г ~ |
тогда: |
где фп ~ ( ФІГ} + Фгп) - полный результирующий маг
нитный поток трансформатора при нагрузке.
Откуда Э.Д.С., создаваемые в обмотках трансфор матора пра нагрузке равны:
. |
( 7 9 ) |
|
( а » |
О.дѵс. рассеяния а обмотках при на-руаке бу-
71
5 p |
= 4 M / и ? Ф ^ Ь г $ * ) № * (ei) |
(®2)
где X/ м Хц “ индуктивные сопротивления соответст
венно первичной и вторичной обмотки.
•*
§2. Векторная диаграмма сварочного тран-
. |
сфору.атора |
Холостой ход. Принципиальная электрическая схе-
иа траноформатора при холостом ходе приведена на фи гуре 17,а. Индуктивное X/ и активное сопро тивления первичной обмотки условно вынесены; Соглас но этой схеме по второму закону Кирхгофа можно за писать :
й, = -Е ,^ о У ч * ^ Я 4. |
(вз) |
X.я
: |
" |
'‘ "" ’ "ѵ ” |
“Фиг. 17. — ...... ... |
— ■ |
||
Принципиальная |
электрическая |
схема трансформатора: |
||||
|
а-при |
холостом |
ходе; |
б-при |
нагрузке. |
|
72
Фиг.I8.
Векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе (а) и при нагрузке (б).
Этому уравнению соответствует векторная ди
аграмма, представленная на фигуре 18,а. По |
приня |
|||||||
тому |
нами допущению ток |
7о |
имеет |
только индуктив |
||||
ную |
составляющую, |
поэтому поток |
0 О будет |
в фазе |
||||
с намагничивающими |
током |
% |
. Создаваемые |
потоком |
||||
Ф ,- э.д,с. |
Іт |
и |
Е, |
отстают от него на |
90° . |
|||
|
U , |
|
|
* |
|
|
|
|
Векторѵбтроится |
по уравнению (83). |
|
||||||
|
Нагрузка. |
Принципиальная электрическая |
схема |
|||||
трансформатора при нагрузке приведена на фиг. 17,б.
Здесь как и в предыдущем случае активные и индуктив ные сопротивления обмоток вынесены. Кроме этого
73
показаны |
активное Rp и инлуктивное Хр |
сопро |
тивления |
регулирующего устройства (дросселя). Ду |
|
га, которая является нелинейный активный сопротивле
нием, |
обозначена на схеме |
Ry |
|
|
|||
По |
закону |
полного |
тока |
векторная сумма намаг |
|||
ничивающих |
сил |
первичной |
|
и вторичной |
Щ об |
||
моток |
трансформатора при нагрузке |
должна |
быть рав |
||||
на намагничивающей силе |
первичной |
обмотки при |
|||||
холостом ходе, |
т.е.: |
|
|
|
(84) |
||
|
|
|
= |
|
|
|
|
Разделив обе части равенства на |
получим |
||||||
внрахоние |
для 7Л < |
. |
. |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
(Ѳ5) |
|
|
|
- вторичный ток,приведенный к |
||||
числу витков первичной |
обмотки. |
|
|
||||
Таким образом,первичный ток при нагрузке боль |
|||||||
ше тока |
холостого хода на величину |
( - 0% |
) , ко |
||||
торая компенсирует размагничивающее' действие вторич ного тока.
Далее по второму закону Киркгофа' соответствен
но для контуров первичной и вторичной обмоток можно
записать :
|
|
|
|
(8 6 ) |
Сіу |
2 |
$2 |
~2ЛЯр |
(67) 4 |
или
È 2 |
(Хя + Хр) |
(#2+ R p + R $ ) . |
(88) |
74
Векторная диаграмма трансформатора при нагруз
ке, построенная по уравнениям (85), (86), (88) .
изображена на фиг. 18,б. Строится диаграмма следую
щим образом. |
|
|
|
|
|
# |
|
В произвольном |
направлении откладываем вектор J g |
||||||
и находящийся с ним в одной фазе согласно закону |
|
||||||
полного |
тока, вектор |
^4- |
• Создаваемые |
потокам |
Фт |
||
э.д.с. |
Ej и Ej. отстают от |
потока |
Фт |
на угол |
90® |
||
Направив таким образом вегіторы Ej |
и Eg» |
определим |
|||||
направление вектора |
^ |
. Для этого |
строим треуголь |
||||
ник векторов согласно уравнению (88). Угол между векторами в правой части уравнения (88) равен 90°,а
сумма |
их равна вектору E g . Поэтому вектор [Ц R2 + Rp |
|||||||||
+ R f ) |
можно построить |
следующим |
образом. Радиусом |
|||||||
равным — ^— |
Eg из середины |
Eg |
описываем |
полуокруж |
||||||
ность. Затем из начала вектора Eg радиусом равным |
||||||||||
?2 ( |
+ Rp + Rf ) =• 72 ( Rz + Rp ) |
+. i if |
проводим |
лу |
||||||
гу, точка |
пересечения |
которой |
с |
полуокружностью и |
||||||
будет |
концом Еектора |
R%+ |
Rp + Ry |
) |
, совпада |
|||||
ющего по направлению с вектором. |
|
|
|
|
||||||
Зная |
направление |
вектора |
(Застроим |
согласно |
||||||
уравнению |
(85) вектор |
^}. . |
Для |
этого |
из |
конца |
век- |
|||
тора |
% строим параллельно |
вектору |
|
вектор |
|
|||||
Соединив начало и конец векторов |
Уо и |
|
- 0^ |
по- |
||||||
луч.ш вектор Д * |
. » |
|
|
по уравнению (86) |
как |
|||||
|
Напряжение |
ІЦ строится |
||||||||
и для |
случая холостого |
хода. |
|
|
|
|
|
|||
75
§ 5. Схема замещения трансформаторов и упрощенная векторная диаграмма
Анализ работы трансформаторов производят при
помощи схем замещения, в которых магнитная связь
между цепями первичной и вторичной оЗмоток - заме
нена электрической. При этом схема замещения долж на быть эквивалентной трансформатору ,т.е. потреб ляемая и полезная мощность, потери мощности,к.п.д.
и коэффициент мощности должны быть такими же, как
и у реального трансформатора. Для этого осуществля ется приведение всех параметров одной из обмоток к другой.
Для анализа сварочных трансформаторов удобно
осуществлять приведение первичной обмотки ко вторич
ной. В этом случае необходимо первичный |
ток умно |
||
жить |
на |
коэффициент трансформации |
, напряже |
ния |
и |
э.д.с. поделить на него. |
|
|
В результате получим: |
(89) |
|
|
|
Ul-Ufr |
|
|
|
(90) |
|
|
|
|
|
|
|
|
(91) |
|
Все сопротивления разделим на /7' |
и получим : |
|
|
|
fr |
(92) |
(95)
А
' /1
У
А . ,
г)
~ .-
Фиг.19.
IСхема замещения трансформаторе
а) |
с учетом |
тока 30 } б) |
и в) |
|
при Д> |
0, |
и упрощенная |
век |
|
торная |
диаграмма \ г ) . |
|
||
. |
На фиг.І9*а представле |
|||
на схема замещения трансфер - матора, которая представая-
ет собой параллельно после
довательное соединение ак-
I •
!тивных и индуктивных сопро тивлений. В таком виде удоб-
н0 анадЯзировать работу траг-
сФорматора на всех рекимах. Намагничивающий ток
согласно ГОСТам на сварочные трансформаторы не дол-
77
жен превышать 6-10$ от номинального первичного то
ка при нагрузке. Велм им пренебречь,то схема заме
щения еще более упростится (см. фиг. І9»б).
В этом случае существенно упростятся уравнения
напряжений и э.д.с. и векторные диаграммы.
Так выражение для |
напряжения на дуге для упро |
|||
щенной схемы |
замещения |
примет вид |
: |
|
Uf=4 . -%[/(х!*хг +хР) |
(9 4 ) |
|||
Величины |
X't t Хк2 |
» |
и |
** характеризуют |
свойства трансформатора, поэтому их попарно сумми
руют:
(95)
|
|
ßr ~f\i * fh , |
(96) |
где |
суммарное |
индуктивное сопротивление |
схе |
мы замещения трансформатора ; |
|
||
Лт- суммарное активное сопротивление схемы |
|||
замещения |
трансформатора. |
|
|
Применяя эти Обозначения и полагая |
, |
||
уравнение |
(94) преобразуем к виду : |
|
|
|
U f " t t o |
+ Ъ ) * ( й т + Ь ) ] • |
(97) |
Схема замещения примет вид, представленный на
фиг. 19,в. Упрощенная векторная диаграмма ,соответ
ствующая схеме на фиг. 19,в и уравнению (97) пред-
к
ставлена на фиг. 19,г.