6.1 Проектирование трансформатора

Исходные данные для расчета трансформатора:

номинальный ток сварки: I_2Н = 25 кА;

режим работы: ПВ – 50%;

вторичное напряжение: U_2Н = 2,725 В;

частота тока: f = 50 Гц;

коэффициент регулирования: КС = = 2;

число ступеней регулирования вторичного напряжения: N_С = 8.

Сварочный трансформатор броневого типа предназначен на однофазное включение в сеть переменного тока с частотой 50 Гц, U = 380 В. Используются дисковые обмотки, так как это уменьшает потоки трансформатора, улучшается охлаждение первичной обмотки за счет теплоотвода в элементы обычно водоохлаждаемого вторичного витка. Первичная обмотка делится на секции. Отпайки от секции подключают к специальному переключателю ступеней, где с помощью ножей осуществляются различные комбинации соединения секций для получения требуемого U₂ и коэффициент трансформации. Охлаждение вторичной обмотки – водяное. Первичная обмотка охлаждается за счет отвода тепла в элементы вторичного витка и за счет воздуха окружающей среды.

Марка металла магнитопровода – Э41,  = 0,5мм. Э41- листовая горячекатанная электрохимическая сталь. Материал первичной обмотки – медный провод, вторичной – медь М1. Витки первичной обмотки изолированы друг от друга и от остальных элементов машины. Число витков первичной обмотки при W₂ = 1 на номинальной ступени определяем по формуле:

W(n-1)= , (6.1)

Где U₁- первичное напряжение (380 В);

U_2Н- вторичное напряжения на номинальной ступени.

W(n-1)= = 139 витков.

Выбираем закон изменения U2Н по ступеням с помощью уравнения:

С = =17,375

Выбираем схему регулирования:

Рисунок 6.1 - Схема регулирования.

Зная количество витков и U₂₀ сводим в таблицу 6.1. Сечение витков первичной обмотки по длительному первичному току:

^{Si =} , мм² (6.2)

где - допустимая плотность тока для дисковой катушки, плотно прижатой к дискам вторичной обмотки, охлаждаемых водой (= 3А/мм2).

Si = ,мм2

Сечение витков вторичной обмотки определяем:

S₂ =, мм2 (6.3)

где - допустимая плотность тока в витке (= 2А/мм2).

S₂ == 13500 мм2

Таблица 6.1 – Значение количества витков и напряжения по ступеням.

№ ступеней	Число витков	Напряжение U2, В	Способы соединения
1 2 3 4 5 6 7 8	241 224 207 190 173 156 139 122	1,576 1,696 1,836 2 2,196 2,436 2,725 3,115	2а + 2b + 2c a + 2b + 2c 2a + b + 2c a + b + 2c 2a + 2b + c a + 2b + c 2a + b + c a + b + c

Число элементов определяется числом катушек первичной обмотки и для схемы в 2 раза меньше числа катушек первичной обмотки.

Определяем сечение сердечника. Сечение можно определить по формуле:

S_C = , м² (6.4)

где UM –напряжение на последней ступени, В;

В – индукция в сердечнике (В= 0,81,5 Тл).

Исходя из формы пластин, стали из которых сделан сердечник, ПВ машины и мощности трансформатора применяем:

В = 1,5 Тл,

S_C = =3,115/(4,4*50*139*1,5) = 0,67* 10^-4 м²

Из-за неплотной сборки стальных листов и наличие изоляции, сечение сердечника несколько больше.

S’_C = (6.5)

где S’_C – действительное сечение магнитопровода, м²;

КС – коэффициент = 0,880,92.

S’_C = 0,75*10^-4 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 0,37 10^-4 м².

Форму сечения сердечника обычно выбирают прямоугольную с соответствием сторон h/b= 12,5.

Принимаем h = 3,6 .10^-2 , b =1,6 .10^-2 м.

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

S_O =cd= (6.6)

где - коэффициент заполнения окна = 0,40,6;

c,d – размеры окна.

S_O = =47244= 47,244 .10^-2 м².

Из условий экономического раскроя стандартного листа железа соотношение сторон с/d выбирают в пределах 23 Принимаем с = 0,374 м, d = 0,126 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_t(815), а по длине на 2040 мм, h_ik = h (2040) мм для установки клиньев и свободного надевания катушки.

b_ik =16 + 14 =20мм, h_ik = 36+24 = 60мм.

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

Рисунок 6.2 -Эскиз сердечника броневого типа

Ток холостого хода определяем по формуле:

I₀ =, А (6.7)

где -активная составляющая тока холостого тока, А;

- реактивная составляющая тока холостого тока, А.

Ia = , А

где = Р - потери холостого хода, 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

Ia = = 1,99 .10^-2 А.

Реактивная составляющая тока холостого хода определяется:

I_Р = , А (6.8)

где - ампер-витки на 1 м длины участка.

По графику определяем : = 2100 ампер-витка/м;

L_СР – средняя длина силовой линии, м;

n – число зазоров в магнитной цепи;

 - величина зазора в магнитной цепи,  = 5 .10-5м;

К₁ – коэффициент, учитывающий уменьшение тока холостого хода из-за наличия гармошек.

К₁ = = 0,49

- число витков первичной обмотки на последней ступени. L_СР = 0,45м

I_Р =11.58 А.

Затем определяем I0:

I₀ =11.59 А.

Выбираем машину шовной сварки МШПР-300-1200