Пояснительная записка
.pdfТаблица 4.3
Исходные данные для расчёта активных сопротивлений элементов вторичного контура
№ |
Наименование элемента |
Материал |
Fn |
Kn |
ln |
ρn |
|
|
|
cм2 |
|
|
|
|
|
|
- |
см |
Ом см |
|
|
|
|
1,3 |
|
|
|
1 |
Электроды (2 штуки) |
БрХ |
1,0 |
3 |
3 10-6 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
2 |
Электрододержатель |
БрХ |
1,1 |
6 |
3 10-6 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
3 |
Плита подвижная |
М3 |
2,0 |
4 |
3,8 10-6 |
|
|
|
|
25 |
|
|
|
4 |
Хобот |
М3 |
1,7 |
6 |
3,8 10-6 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
5 |
Колодка |
М3 |
1,6 |
8 |
3,8 10-6 |
|
|
|
|
22 |
|
|
|
6 |
Шина гибкая |
МГМ |
1 |
20 |
3,8 10-6 |
|
|
|
|
14 |
|
|
|
7 |
Вторичный виток транс- |
М3 |
1 |
60 |
3,8 10-6 |
|
|
форматора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Активное сопротивление сварочных электродов:
R1 =3 10−6 1 13,3 = 6,9 10−6 Ом.
Активное сопротивление электрододержателя:
R2 =3 10−6 1,1 64 =5 10−6 Ом.
Активное сопротивление плиты подвижной:
R3 =3,8 10−6 2 404 = 0,76 10−6 Ом.
Активное сопротивление хобота:
R4 =3,8 10−6 1,7 256 =1,6 10−6 Ом.
Активное сопротивление колодки:
R5 =3,8 10−6 1,6 208 = 2,5 10−6 Ом.
Активное сопротивление шины гибкой:
21
R6 =3,8 10−6 1 2022 =3,4 10−6 Ом.
Активное сопротивление вторичного витка трансформатора:
R7 =3,8 10−6 1 1460 =16,1 10−6 Ом.
6) Находим активные сопротивления контактных соединений:
|
Rкон = nпRп.к. + nнRн.к., |
где nп |
- число подвижных контактов (nп=0); |
nн - число неподвижных контактов (nн=7); Rп.к. - сопротивление подвижного контакта;
Rн.к. - сопротивление неподвижного контакта (Rн.к.=1 10-6 Ом).
Rкон = 0 Rп.к. + 7 1 10−6 = 7 10−6 Ом.
7) Рассчитываем активное сопротивление вторичного контура:
n
R2 = ∑Ri + Rкон = ((6,9 +5 +0,76 +1,6 +2,5 +3,4 +16,1) +7) 10−6 = 43 10−6 Ом.
i=1
8)Рассчитываем индуктивное сопротивление вторичного контура, Ом:
X 2 = S 0,73 10−6 ,
где S – площадь, охватываемая средней линией контура, см2 (определяется по чертежу).
X 2 = 4000,73 10−6 = 79 10−6 Ом
22
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВЫБОР СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
5.1.Исходные данные для проектирования
1)Принимаем номинальное первичное напряжение U1=380 В. используем тиристорный контактор, поэтому падение напряжения на контакторе приравниваем нулю.
2)Рассчитываем полное сопротивление сварочного контура, Ом:
Zсв = (R2 + Rэ−э + R1'' )2 +(X 2 + X1'' )2 ,
где R1″ - активное сопротивление первичной обмотки, приведенное ко вто-
ричной, принимаем R1″ =10 10-6 Ом;
X1″ - индуктивное сопротивление первичной обмотки, приведенное ко вторичной, принимаем X1″=10 10-6 Ом;
Rэ-э - активное сопротивление участка электрод-электрод, принимаем
Rэ-э=128 10-6 Ом.
Z = (43 +128 +10)2 +(79 +10)2 10−6 = 202 10−6 Ом
3) Рассчитываем вторичное напряжение при сварке, В:
U2 = I2 Zсв =12200 202 10−6 = 2,46 В.
4) Рассчитываем напряжение холостого хода трансформатора на номинальной ступени, В:
U20 =1,2 U2 =1,2 2,46 = 2,95 В.
5) Рассчитываем номинальную мощность трансформатора, ВА:
Nн =1,05 I2 U20 10−3 =1,05 12200 2,95 =380000ВА.
23
5.2.Расчёт числа витков и сечений обмоток трансформатора
1)Рассчитываем число витков в первичной обмотке:
w1 = U1 = 380 =128 .
U20 2,95
2) Рассчитываем первичный ток на номинальной ступени трансформатора:
I1н = I2 U20 =12200 2,95 =95 А U1 380
3) Рассчитываем первичный и вторичный длительный токи на номинальной ступени трансформатора, А:
I1дл.н = I1н 100ПВ =95 10020 = 42 А,
I2дл.н = I2н 100ПВ =12200 10020 =5500 А. 4) Рассчитываем сечение первичной обмотки, мм2:
F1 = w1 I1iдл.н ,
н
где iн – допускаемая плотность тока на первичной обмотке, для медной первичной обмотки, плотно прижатой к водоохлаждаемому витку, принимаем iн=2,8 А/мм2.
F1 =128 240,8 =1800 мм2.
5. Уточняем сечение вторичного витка, мм2:
F = w I2экв.н ,
2 2 iн
где iн – допускаемая плотность тока на вторичном витке сварочного трансформатора, А/мм2, принимаем iн=4,0 А/мм2.
F |
= w |
I2экв.н |
=1 5500 |
=1360 мм2. |
|
|
|||||
2 |
2 |
iн |
4 |
|
|
|
|
|
|
24
5.3.Расчёт сердечника трансформатора
1)Определяем фактическое сечение сердечника магнитопровода, см2:
|
|
|
|
|
Fc |
= |
|
|
U2 max 108 |
|
, |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.44 f w2 B Kc |
|
|
|||||||
где В - магнитная индукция в Гс (14000 Гс); |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Кс - коэффициент, учитывающий неплотность сборки листов транс- |
||||||||||||||||||
|
форматорного железа и слой изоляции на листе, принимаем Кс=0,95 |
||||||||||||||||||
|
при изоляции листов лаком. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
F = |
|
2,95 108 |
|
|
|
=100 |
см2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
c |
4.44 |
50 1 |
14000 0,95 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2) Определяем |
геометрические |
размеры |
|
сердечника |
броневого типа |
||||||||||||||
(рис. 5.1): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
100 |
|
|
см, |
h = |
Fc |
|
= |
100 |
=14 |
см. |
||||
|
|
|
b = |
c = |
|
|
|
|
= 7 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
b |
|
7 |
||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5.1. Магнитопровод трансформатора броневого типа
3) Определяем геометрические размеры окна трансформатора. Площадь окна трансформатора, см2:
25
F0 = F1K+зоF2 ,
где Кзо - коэффициент заполнения окна (учитывает наличие изоляции на обмотках, наличие дистанционных прокладок и каналов охлаждения), необходимо принимать в зависимости от номинального длительного вторичного тока I2дл.н, принимаем для I2дл.н=5500 А Кзо=0,35.
F |
= F1 +F2 |
=18+13,6 =90 см2. |
|
|
|
|
|
|
||||
0 |
Kзо |
0,35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Размеры окна, см: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
a = |
F0 |
= |
90 |
=7 см, |
с = |
F0 |
= |
90 |
=13 см. |
|
|
|
2 |
a |
7 |
|||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
4) Определяем массу трансформатора:
G =Gж +Gм,
где Gж, Gм - масса трансформаторного железа и меди, кг:
Gж =V γж , Gм = a c γ Kз.о. (2h + 2b +π a) ,
где V - объем железа: V=2hb(a+b+c), см3;
γж, γм - удельный вес железа и меди, г/см3.
V =2 14 7(7 +7 +13) =5300 см3;
Gж =5300 7,8 =41000 г;
Gм = 7 14 8,9 0,35(2 14 + 2 7 +3,14 7) =19500 г;
G= 41000 +19500 = 60500 г.
5.4.Проверочный расчёт по току холостого хода и нагреву трансформа-
тора
1) Рассчитываем потери холостого хода в железе трансформатора, Вт:
Pж = qж Gж,
26
где qж – удельные потери в железе, Вт/кг, выбираются в зависимости от марки трансформаторной стали, толщины, качества сборки и индукции [2], для стали Э41 и 15000 Гс принимаем qж=4,5 Вт/кг;
Gж – масса магнитопровода трансформатора, кг (Gж=41 кг).
Pж = 4,5 41 =185 Вт.
2) Рассчитываем активную составляющую тока холостого хода, А:
Ia = Pж /U1 =185 / 380 = 0,5 А.
3) Определяем реактивную составляющую тока холостого хода. А:
I р = |
aω lср |
+0,8n3 |
3 |
B |
K |
2 w1 |
|
, |
|
|
|
|
где aω - удельные ампервитки на 1 см длины участка при данном В, для ста-
ли Э41 и 15000 Гс принимаем aω=20 ав/см ; В - магнитная индукция, Гс (B=14000 Гс);
К - коэффициент, учитывающий уменьшение тока холостого хода из-за наличия в переменном токе высших гармоник, принимаем К=1,3;
nЗ, |
З - число и величина зазоров в магнитной цепи, n3=2; 3=0,005 см; |
|
|||
lср - |
средняя |
длина |
магнитного |
потока, |
см: |
lср = 2(с+a +b) = 2(13 +7 +7) =54 см. |
|
|
|
||
I р = 20 54 +0,8 2 0,005 14000 =5,1 А. |
|
|
|
||
|
1,3 2 128 |
|
|
|
|
4) Определяем полный ток холостого хода, А: |
|
|
|||
|
I0 = |
Ia2 + I 2p = |
0,52 +5,12 =5,1А. |
|
|
5) Сравниваем полученное значение тока холостого хода с допустимым. По ГОСТ 297-80 относительное значение тока холостого хода в процентах от номинального первичного тока I0 / I1н 100% не должно быть более указан-
ного:
- 20 % при I2н ≤10 000 а;
I0 / I1 100% = 5,1/ 95 100% = 5,4% , т.е. требование ГОСТ 297-80 соблюдает-
ся.
27
6) Определяем поверхность магнитопровода, омываемую воздухом, т.е. не закрытую обмотками, см2:
Sм =2b(2a +c +2b) +2h(c +2a +3b) +4ас= |
|
см2 . |
|||||
=2 7(2 7 +13 +2 7) +2 14(13 +2 7 +3 7) +4 7 13 =2300 |
|||||||
7) Определяем удельную тепловую нагрузку сердечника, Вт/см2: |
|
||||||
P |
ПВ |
185 |
|
20 |
|
|
|
100 = |
100 =3,6 10−2 |
|
|
||||
qa = ж |
|
Вт. |
|
||||
|
Sм |
2300 |
|
|
|
8) Удельная тепловая нагрузка при условии воздушного охлаждения магни-
топровода не должна превышать 7,5 10-2 Вт/cм2 [2], и это условие соблюдается.
5.5.Расчёт охлаждения обмоток трансформатора
1)Рассчитываем среднюю длину витка первичной и вторичной обмоток, см:
lв = 2(2a + h +b) = 2(2 7 +14 +7) = 70см.
2) Рассчитываем активное сопротивление первичной обмотки, Ом:
|
|
ρ l |
в |
w2 |
1,7 10−6 70 1282 |
|
|
R |
= |
|
1 |
= |
|
= 0,1Ом. |
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
F1 |
18 |
|
|||
|
|
|
3) Рассчитываем активное сопротивление вторичного витка, Ом:
R2 = ρ lв = 3,8 10−6 70 = 20 10−6 Ом. F2 13,6
4) Рассчитываем потери мощности на нагрев меди в первичной и вторичной обмотках при эквивалентных (длительных) токах, Вт:
P1 = I12дл.нR1 = 422 0,1 =180Вт,
P2 = I22дл.нR2 =55002 20 10−6 =605 Вт.
5) Рассчитываем полные потери в меди при длительном токе, Вт:
Pм.э. = P1 + P2 =180 +605 =785 Вт.
6) Определяем расход воды для охлаждения трансформатора, см3/сек:
28
|
|
|
|
|
Qв = |
0,24Pм.э. |
, |
||
|
|
|
|
|
T C |
v |
|||
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
где |
|
Тв - разогрев охлаждающей воды |
Тв=Тнагр-Токр. среды=15 0С; |
||||||
|
|
Сv - объемная теплоемкость воды (Сv=1 кал/см3 0С). |
|||||||
Q |
= |
0,24Pм.э. |
= |
0,24 785 |
=12,6 см3/сек. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
в |
|
Tв Cv |
|
15 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7) Определяем расчетный диаметр трубы для охлаждения трансформатора, см:
d = |
4Qв |
, |
π vв |
где Qв - расход воды, см3/с;
vв - скорость истечения воды, см/с (задаётся равной 40…50 см/с).
d = |
4Qв |
= |
|
4 12,6 |
=0,6 см. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
π v |
|
|
|
3,14 50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сводная таблица основных характеристик трансформатора |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Величины, задаваемые техническим заданием на расчёт трансформатора |
||||||||||||||||||||||||
Номиналь- |
|
Частота |
|
Номи- |
|
Тип |
|
|
|
Вторичное на- |
|
Номиналь- |
|
Продолжи- |
|||||||||||
ное первич- |
|
тока f, |
|
нальный |
|
транс- |
|
|
|
пряжение хо- |
|
ная мощ- |
|
тельность |
|||||||||||
ное напря- |
|
Гц |
|
|
|
вторич- |
|
формато- |
|
лостого хода |
|
|
ность |
|
включения |
||||||||||
жение U1, В |
|
|
|
|
|
|
ный ток |
|
ра |
|
|
|
на номиналь- |
|
трансформа- |
ПВ, % |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
I2н, кА |
|
(стержне- |
|
ной ступени |
|
|
тора Nн, |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вой или |
|
|
|
U20, В |
|
|
кВ А |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
броневой) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
380 |
|
|
50 |
|
|
|
12200 |
|
|
броневой |
|
2,95 |
|
|
|
380 |
|
|
20 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные сердечника |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Геометрические размеры, мм |
|
|
|
|
|
Электрические параметры |
||||||||||||||||||
Длина 2а+2b |
|
|
Глубина h |
|
Высота |
|
Ток холостого хода |
|
Потери в сердечнике Pж, |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c+2b |
|
|
I0, А |
|
|
|
Вт |
|
|
||||||
210 мм |
|
|
140 мм |
|
270 мм |
|
5,1 |
|
|
|
|
|
185 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса активных |
|
материалов, кг |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Медь |
|
|
|
|
|
Сталь |
|
|
|
|
|
Общая масса |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
41 |
|
|
|
|
|
|
|
|
60,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметры обмоток |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Активное сопротив- |
|
Активное сопротив- |
|
|
|
Потери мощности, Вт |
|||||||||||||||||||
ление первичной |
|
|
ление вторичного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
обмотки |
|
|
|
|
|
витка |
|
|
|
в I обмотке, |
|
во II витке, |
|
полная в об- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P1 |
|
|
Р2 |
|
|
|
мотках, Рм.э. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
605 |
|
|
|
|
||||||||
0,1 |
|
|
|
|
|
|
20 10-6 |
|
|
|
180 |
|
|
|
|
785 |
29
5.6. Выбор стандартного сварочного трансформатора
На основании литературных данных [2] принимаем в качестве стандартного сварочного трансформатора ТК-12.04-К-1, который в наибольшей степени отвечает предъявляемым требованиям.
ПВ, |
Мощность |
Токи, А |
|
Напряжение, В |
Сопротивление первичной |
||
% |
на номи- |
|
|
|
|
обмотки, мкОм |
|
|
нальной |
|
|
|
|
|
|
|
I1н |
I2н |
(U20)н |
(U20)min− |
R1’’ |
X1’’ |
|
|
ступени |
|
|
|
(U20)max |
|
|
|
Nн,, кВ А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
51 |
141 |
12500 |
3,8 |
2,2...4,4 |
20,8 |
17,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6. УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ КОНТАКТНОЙ СВАРОЧНОЙ МАШИНЫ
В соответствии с ГОСТ 297-80 зашифруем характеристики разработанной контактной сварочной машины:
М |
Т- |
12 |
01, |
УХЛ4 |
А, |
380 В, |
50 Гц |
ГОСТ 297-80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это означает: машина для точечной сварки с номинальным сварочным током 12 кА модификации 01 для средних широт, исполнения А, рассчитана на напряжение сети 380 В частотой 50 Гц, выполнена по условиям ГОСТ 297-80.
30