Элементы расчёта сварочного трансформатора

Исходными данными при расчёте являются мощность трансформатора, продолжительность нагрузки, номинальный ток и пределы его регулирования, номинальное рабочее напряжение, напряжение холостого хода и тепловой режим, на который рассчитывается трансформатор (класс изоляции обмоток). Машинные методики расчёта оптимальной геометрии трансформатора с учётом его регулировочных свойств ещё не совершенны, т.к. не учитывают особенности теплового режима для всех просчитываемых вариантов. Поэтому до настоящего времени находит применение расчёт методом последовательных приближений. Предварительно определяются основные геометрические размеры трансформатора, а потом производится поверочный расчёт всех заданных величин, и в первую очередь индуктивного сопротивления; затем уточняются геометрические размеры и т.д.

Расчёт выполняется в следующем порядке.

1. Минимальное и максимальное индуктивные сопротивления, обеспечивающие заданные пределы регулирования:

, (4.17)

где I₂₂ и I₂₁ – максимальный и минимальный токи нагрузки, U₂₂ и U₂₁ – рабочие напряжения, В, соответствующие токам нагрузки I₂₂ и I₂₁, определяемые, например, по формуле

U­₂=20+0,04I₂. (4.18)

2. Количество витков обмоток. Для выбора числа витков сетевой и вентильной обмоток W₁ и W₂ рекомендуется пользоваться эмпирической зависимостью параметра е_W (в вольтах на виток) от расчётной мощности трансформатора (в киловольт-амперах), приведённой к длительному по нагреву току трансформатора:

e_W=0,55+0,095S_тип.дл.. (4.19)

Мощность в киловольт-амперах

, (4.20)

где ПН – продолжительность нагрузки, %. Количество витков обмоток

. (4.21)

3. Количество витков катушек. При параллельном соединении катушек W_1K=W₁; W_2K=W₂.

4. Номинальный ток сетевой обмотки в амперах

(4.22)

где к_m=1,05…1,1 – коэффициент, учитывающий намагничивающий ток трансформатора; к_ТР – коэффициент трансформации.

5. Сечение стали сердечника трансформатора в квадратных сантиметрах

(4.23)

где В_М – индукция в сердечнике, Тл. Для холоднокатаной стали индукция В_М=1,6…1,7Тл.

6. Конструктивные размеры трансформатора. Расчёт конструктивных размеров ведётся для стержневой конструкции, эскиз которой дан на рис. 4.8. Далее все линейные размеры в миллиметрах, сечения – в квадратных миллиметрах.

6.1. Ширина пластины стержня а и ширина окна С_ок магнитопровода:

(4.24)

где р₁=в/а=1,8…2,2; р₂=1,0…1,2; к_с=0,95…0,97 – коэффициент, заполнения стали; в – высота набора магнитопровода. Указанные значения коэффициентов р₁, р₂ рекомендуются для трансформаторов на токи 200…500А.

6.2. Сечения обмоточных проводов (для параллельного соединения катушек)

(4.25)

Для трансформаторов на токи до 500А класса изоляции Н для ручной дуговой сварки, изготовленных из алюминиевого провода, могут быть рекомендованы следующие значения плотностей тока: j₁=2,4…2,8А/мм², j₂=2,1…2,3А/мм². Нижние значения j₁ и j₂ соответствуют трансформаторам большей мощности. Для сетевой обмотки обычно используется провод марки АПСД, для вентильной – голая шина марки АДО.

6.3. Размеры провода, выбираемые исходя из требуемого сечения по таблицам стандартов или технических условий: а_1п, в_1п – ширина и высота провода сетевой обмотки; а_2п, в_2п – то же для вторичной обмотки; а^/_1п, в^/_1п, а^/_2п, в^/_2п – то же в изоляции.

Высоту провода следует выбирать как можно меньшей, так как добавочные потери в обмотках от токов магнитного рассеяния трансформатора пропорциональны четвёртой степени высоты провода.

6.4. Констуктивно-крепёжные размеры (рис. 4.8): изоляционные расстояния катушек в окне от магнитопровода d₁=5…10; верхнее значение соответствует подвижной обмотке; ширина вентиляционных каналов в обмотках d₂=10…13; ширина прокладки между катушками сетевой обмотки d₃=1,5…2,0; размеры крепёжных изоляционных деталей первичной обмотки d₄=d₅=10.

6.5. Размеры катушки первичной обмотки:

ширина катушки

, (4.26)

число слоёв в катушке

, (4.27)

где к­_И=0,15мм – толщина межслоевой изоляции; к_У=1,1 – коэффициент, учитывающий неплотность укладки проводов;

число витков в слое

, (4.28)

высота сетевой катушки

, (4.29)

если трансформатор изготавливается по схеме рис. 4.6б, то между основной частью первичной катушки и отключённой частью необходимо проложить усиленную изоляцию – поставить три прокладки по 0,15мм.

6.6. Размеры катушки вентильной обмотки. Вентильная обмотка наматывается «на ребро» голой алюминиевой шиной марки АДО. Выбор размера шины и внутреннего радиуса намотки «на ребро» производится из условия, что относительное удлинение волокон шины по наружному радиусу должно быть не более 30 %, в противном случае могут появиться разрывы шины при намотке.

Высота катушки

h₁=W_2кв^/_2пк_У. (4.30)

6.7. Высота окна магнитопровода

. (4.31)

Величина x_макс определяется в процессе поверочного расчёта индуктивного сопротивления трансформатора.

7. Полный тепловой расчёт трансформатора может быть выполнен по известным методикам расчёта силовых трансформаторов.