1. Тема курсовой работы

Непременным условием успешного создания нового электрооборудования, модернизации, восстановления и ремонта существующих сварочных установок является знание электрических, технологических процессов протекающих при сварке, особенностей работы источников питания сварочной дуги, возможностей воздействия на процесс электрической сварки электрическими методами и умение применять эти методы в инженерной работе.

Курсовая работа выполняется на тему «Расчет сварочного трансформатора». Студент должен выполнить расчет и проектирование трансформатора для дуговой сварки током до 200А. Такие трансформаторы находят широкое применение в крестьянских, фермерских, личных подсобных хозяйствах, а также в ремонтных, строительных кооперативах и т.п.

Каждый студент выполняет курсовую работу по индивидуальному заданию, которое выдается ведущим преподавателем. В ходе выполнения курсовой работы студент должен уяснить, что для сварочного трансформатора первостепенное значение для получения необходимой нагрузочной характеристики имеет не только число витков обмоток и размер магнитопровода, но и размещение обмоток на магнитопроводе, определение которого и является одной из основных задач при проектировании сварочного трансформатора.

Студентом может быть предложена другая тема, если ее содержание соответствует изучаемой дисциплине. По согласованию с преподавателем она может быть выполнена в виде реферата или научной работы, инициатива студентов поощряется.

2. Исходные данные для проектирования

Расчет сварочного трансформатора отличается от расчета обыкновенного силового трансформатора. При расчете силового трансформатора исходят из заданной мощности, КПД и сопротивления короткого замыкания.

При расчете сварочного трансформатора к перечисленным исходным данным добавляются: получение внешней нагрузочной характеристики, согласующейся с вольтамперной характеристикой дуги; обеспечение условий устойчивого зажигания и горения дуги; возможность регулирования сварочного тока.

Практический интерес представляют сварочные трансформаторы, которые можно включать в обычную бытовую электрическую сеть. Такие трансформаторы удобны для применения в фермерских хозяйствах, малых предприятиях, в индивидуальном пользовании и в других случаях.

Бытовые электрические проводки, как правило, выполняются алюминиевыми проводами сечением 2.5 или 4 мм². При допустимой плотности тока 8…10А/мм² они допускают токовую нагрузку в 19…25А и 32…40А соответственно.

Принимая напряжение холостого хода трансформатора 60В, а напряжение сети – 220В, находим коэффициент трансформации трансформатора

,

где U₁ – напряжение питания трансформатора

U₂₀- напряжение холостого хода трансформатора

В первом приближении возможную максимальную величину сварочного тока находим из соотношения

где I₁ – ток допустимый для электропроводки.

Для алюминиевого провода сечением 4 мм² I₁=(32…40)А, тогда I₂=(32…40)·3,66=(115…144)А, следовательно, электросварка может осуществляться штучными электродами диаметром 2..3 мм.

Следует иметь в виду, что ток сварки можно увеличить, если увеличить коэффициент трансформации, но это влечет уменьшение напряжения холостого хода трансформатора, что отрицательно сказывается на зажигании и стабильности горения дуги.

Для ориентировочного определения необходимой площади сечения магнитопровода стержневого трансформатора можно воспользоваться формулой [3]

,

где S₁ – мощность потребляемая трансформатором, ВА;

f – частота тока, Гц;

С – коэффициент, зависящий от способа охлаждения трансформатора; при естественном воздушном охлаждении С=6…8.

Мощность потребления трансформатора равна

где U_q – напряжение сварочной дуги. При токе дуги более 100А напряжение дуги определяется по эмпирической формуле

U_q=20+0,04I_q, (1)

где I_q – ток сварочной дуги.

η – КПД трансформатора, для трансформатора малой мощности принимается η=0,6-0,7.

Тогда при токе сварки I_q=100А и напряжении дуги U_q=24В мощность потребления трансформатора будет равна

.

А площадь сечения магнитопровода должна составлять

Часто проектировщик ориентируется на готовые магнитопроводы. При этом следует иметь в виду, что сечение магнитопровода и число витков обмоток связано соотношением W~1/S_ст, то есть стремление использовать магнитопровод меньшего размера, приводит к необходимости увеличения числа витков обмоток.

Сварочный трансформатор для получения падающей нагрузочной характеристики изготавливается с повышенным рассечением, поэтому следует использовать П-образный магнитопровод с увеличенным окном.