Пояснительная записка

Таблица 4.3

Исходные данные для расчёта активных сопротивлений элементов вторичного контура

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:

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.

24

5.3.Расчёт сердечника трансформатора

1)Определяем фактическое сечение сердечника магнитопровода, см2:

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.

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:

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;

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:

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:

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

7) Определяем расчетный диаметр трубы для охлаждения трансформатора, см:

где Qв - расход воды, см3/с;

vв - скорость истечения воды, см/с (задаётся равной 40…50 см/с).

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.

6. УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ КОНТАКТНОЙ СВАРОЧНОЙ МАШИНЫ

В соответствии с ГОСТ 297-80 зашифруем характеристики разработанной контактной сварочной машины:

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