РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Исходными данными для такого расчета являются: Р_ном - номиналь­ная кратковременная мощность трансформатора, ПВ_ном — номинальная продолжительность включения, U₁ — напряжение в сети, питающей ма­шину, Е₂ — э. д. с. вторичной обмотки, а также пределы и число сту­пеней регулирования. Р_ном и Е₂ обычно задаются для случая включения трансформатора на предпоследней ступени, что при включении на послед­ней, самой высокой ступени (Е₂ имеет максимальное значение) обеспе­чивает некоторый резерв мощности.

Расчет сварочного трансформатора начинается с определения разме­ров сердечника. Сечение сердечника (в см²) определяется по формуле

где E₂ — расчетная э. д. с. вторичной обмотки трансформатора в В

f—частота переменного тока (обычно 50 гц)

w₂ — число витков вторичной обмотки (один, реже два);

В — максимальная допустимая индукция в гауссах (гс)

k — коэффициент, учитывающий наличие между тонкими стальными листами, из которых собирается сердечник, изоляции и воз­душных зазоров.

Допустимая индукция В зависит от марки стали. При использова­нии легированной трансформаторной стали в трансформаторах для кон­тактной сварки максимальная индукция обычно лежит в пределах 14000 — 16000 гс.

При хорошем стягивании сердечника из листов толщиной 0,5 мм изолированных лаком, k — 1,08; при бумажной изоляции k может повы­ситься до 1,12.

В броневом трансформаторе, имеющем разветвленную магнитную цепь, расчетное сечение, полученное по формуле, относится к центральному стержню, пропускающему полный магнитный поток. Сечение остальных участков магнитопровода, пропускающих поло­винный поток, уменьшается в 2 раза.

Сечение каждого стержня трансформатора обычно представляет собой прямоугольник с отношением сторон от 1:1 до 1:3.

Число витков первичной обмотки зависит от пределов регулирования вторичного напряжения трансформатора. Это регулирование в большин­стве случаев достигается изменением коэффициента трансформации путем включения большего или меньшего числа витков первичной обмотки. Например, при первичном напряжении 220 в и максималь­ном значении Е₂ = 5 в коэффициент трансформации равен 44 и при одном витке вторичной обмотки первичная обмотка должна иметь 44 витка; при необходимости в понижении Е₂ (в процессе регулирования мощности трансформатора) до 4 в коэффициент трансформации растет до 55, для чего требуется 55 витков первичной обмотки. Обычно пределы регули­рования контактных машин (отношение E_{2 max} / E_{2 min}) изменяются от 1,5 до 2 (в отдельных случаях эти пределы еще шире). Чем шире пределы регу­лирования трансформатора (чем меньше E_{2 min} при неизменном значе­нии Е_{2 max}), тем больше витков должна иметь его первичная обмотка и тем соответственно больше расход меди для изготовления трансформа­тора. В связи с этим более широкие пределы регулирования применяются в машинах универсального типа (это расширяет возможность их исполь­зования на производстве) и более узкие — в специализированных маши­нах, предназначенных для выполнения какой-либо определенной свароч­ной операции.

Зная величину Е₂ для номинальной ступени и пределы регулирования, легко подсчитать полное число витков первичной обмотки по формуле

При двух витках вторичной обмотки полученное значение w_l удваи­вается.

Число ступеней регулирования мощности трансформатора для кон­тактной сварки обычно лежит в пределах 6—8 (иногда оно увеличи­вается до 16 и даже 64). Число витков, включаемых на каждой ступени регулирования, подбирается таким образом, чтобы отношение между э. д. с. для любых двух смежных ступеней было примерно одинаковым.

Сечение провода первичной обмотки рассчитывается по продолжи­тельному току на номинальной ступени I_lпр. Предварительно опреде­ляется кратковременный номинальный ток по формуле

Продолжительный ток вычисляют по номинальному значению ПВ%, пользуясь формулой или графиком на фиг, 128. Сечение провода вычисляется по формуле

где j_lnp — допустимая продолжительная плотность тока в первичной обмотке. Для медных проводов первичной обмотки с естественным (воз­душным) охлаждением j_lnp = 1,4 - 1,8 а/мм². При плотном прилегании первичной обмотки к элементам вторичного витка, имеющим интенсив­ное водяное охлаждение, плотность тока в первичной обмотке может быть существенно повышена (до 2,5 - 3,5 а/мм²) за счет лучшего их охлаждения. Как указывалось выше, сечение витков первичной обмотки, включаемых только на низких ступенях регулирования (при относительно малом токе), может быть уменьшено по сравнению с сечением витков, пропускающих максимальный ток, при включении на последней ступени. Необходимое сечение вторичного витка определяется продолжительным током I_2пр во вторичной цепи машины. Приближенно I_2пр = n * I_1пр,

где n — коэффициент трансформации на номинальной ступени включения трансформатора. Сечение вторичного витка равно

В зависимости от конструкции и способа охлаждения в медном вто­ричном витке могут быть допущены следующие плотности тока: в не­охлаждаемом гибком витке, набранном из медной фольги,— 2,2 а/мм²; в витке с водяным охлаждением — 3,5 а/мм²; в неохлаждаемом жестком витке— 1,4—1,8 а/мм². С увеличением плотности тока уменьшается вес меди, но растут потери в ней и понижается к. п. д. трансформатора.

Число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора и их сечения (с учетом размещения изоляции) определяют размеры и форму окна в сердечнике трансформатора, в котором должны разме­ститься элементы обмоток. Это окно обычно проектируется с отноше­нием сторон от 1 :1,5 до 1:3. Вытянутая форма окна позволяет разместить обмотки, не прибегая к большой высоте катушек, ведущей к увеличению расхода меди в связи с заметным удлинением наружных витков обмотки. Размеры окна и ранее найденные сечения стержней сердечника полностью опре­деляют форму последнего.

Следующим этапом в расчете трансформатора является определение его тока холостого хода. Для этого предварительно подсчитывается вес сердечника и определяются активные потери энергии в нем Р_ж. Далее активная составляющая тока холостого хода вычисляется по формуле

, а его реактивная составляющая (намагничивающий ток) — по фор­муле . Суммарный ток холостого хода определяется как длина гипотенузы в прямоугольном треугольнике

Активное сопротивление первичной и вторичной обмоток трансфор­матора определяется по формуле

где ρ_м — удельное сопротивление материала обмотки при эксплуатацион­ной ее температуре (порядка 80° С);

F — площадь поперечного сечения элемента обмотки;

l — длина соответствующей обмотки (первичной или вторичной);

m — коэффициент поверхностного эффекта, который может прини­маться равным 1,5 (при частоте f=50 гц).

Активные потери мощности в обмотках трансформатора опреде­ляются по формуле

Сумма активных потерь в стали сердечника (Р_ж) и в меди (Р_м,) опре­деляет нагрев сварочного трансформатора. Потери Р_ж и Р_м исполь­зуются при расчете водяного охлаждения трансформатора. Они же опре­деляют к. п. д. трансформатора

где I_2кр — номинальный кратковременный ток во вторичной цепи ма­шины ;

cos φ₂ — коэффициент мощности вторичной цепи машины

U₂ — напряжение на зажимах вторичного витка трансформатора (в связи с наличием потерь во вторичном витке U₂ < Е₂).