Пример расчета сварочного трансформатора

Исходные данные: номинальная мощность при включении на предпоследней ступени Р_ном = 200 ква. ПВ_НОМ=25%; U₁=220 В; напряжение холостого хода во вторичной цепи (э. д. с.) равно 6,0—10,0 В; число ступеней регулирования равно 8.

Принимаем напряжение холостого хода на предпоследней (номинальной) ступени 9,4 В.

Сечение сердечника при Bm = 14000 гс, частоте 50 гц, k = 1,08 и одном витке вторичной обмотки по формуле

=326 см²

Принимаем броневой тип трансформатора. Его наружные стержни будут иметь сечение 326/2 = 163 см². Полное число витков первичной обмотки по формуле

=36

Число витков при включении трансформатора на номинальной ступени

=24

Определяем число витков по отдельным ступеням.

Кратковременный ток в первичной обмотке по формуле

=910 А

Продолжительный ток в первичной обмотке по формуле

=455 А

Принимаем дисковую первичную обмотку с ее размещением между интен­сивно охлаждаемыми элементами вторичного витка. При этом допустимая плот­ность тока равна 3,0 а/мм². Тогда сечение провода первичной обмотки по фор­муле

=152 мм²

Приближенно

I_2пр = n * I_1пр = 220/9,4 * 455 = 10700 А

Сечение медного вторичного витка при его интенсивном водном охлажде­нии определится по формуле (66)

=3060 мм²

Вторичный виток образован тремя параллельно соединенными элементами, вырезанными из медного листа толщиной 12 мм, сечением 12 x 85 мм каждый (площадь сечения витка 12 * 85 * З = 3060 мм²).

На схеме катушки первичной обмотки 2 и 3 и соответственно 1 и 4 соеди­няются между собой параллельно. Необходимое при этом сечение провода в каждой катушке первичной обмотки составляет 152 / 2 =76 мм². Делаем первичную обмотку из медной шины сечением 3 x 25 = 75 мм². При межвитковой изоляции прессшпаном толщиной 1 мм общая высота каждой катушки, состоя­щей из 18 витков, составит 18*(3 + 1) = 72 мм.

Ширина окна сердечника при среднем зазоре между катушками и элемен­тами вторичного витка, равном 5 мм, составит

b = 3 * 12 + 4 * 25 + 8 * 5 = 176 мм.

Принимаем окно сердечника размером 100 x 180 мм. Размеры сердечника приведены на фиг. 129, б.

Вес стали в сердечнике равен

G_ж = (0.52 * 0,34 - 2 * 0,1 * 0,18) * 0,2 * 7850 = 220 кг.

Потери в стали составляют

P_ж = 220 * 5= 1100 вт.

Активная составляющая тока холостого хода по формуле

I_c = 1100 / 220 = 5 А

Намагничивающий ток определяется по формуле

Величина намагничивающего тока может быть найдена по формуле

где l — средняя длина магнитной цепи трансформатора в см

aw - ампервитки/см, необходимые для получения в сердечнике магнитного потока, достаточного для наведения в первичной обмотке э. д. с., равной приложенному напряжению (напря­жению сети U₁);

w₁ — число витков первичной обмотки;

n₂ — число зазоров в магнитной цепи;

B_т —максимальная индукция в гс;

Δ — величина зазора в см.

Средняя длина магнитной цепи трансформатора

l = 2 * (18 + 8) + 2 * (10 + 8) = 88 см.

При П-образной штамповке листов число зазоров в магнитной цепи =2. Величину зазора принимаем равной 0,02 см. Для трансформаторной стали при индукции Вт = 14000 гс необходимое число ампервитков на 1 см длины магнитопровода составляет 21 (см. фиг. 126). Подставляя полученные значения в фор­мулу, определяем намагничивающий ток

=68А

Ток холостого хода по формуле

А

Ток холостого хода составляет по отношению к номинальному первичному току 68 / 910 *100% =7,5% < 10%

Активное сопротивление первичной обмотки при средней длине каждого витка, равной 112 см (1,12 м), и коэффициенте поверхностного эффекта 1,5 состав­ляет при включении трансформатора на номинальной ступени (для T=80°С удельное сопротивление материала обмотки 0,02 ом*мм²/ м)

R₁ = 1,5 * 0,02 *24 * 1,12 / 152 = 0,0053 Ом

Активное сопротивление вторичного витка при средней его длине 112 см

R₂ = 1,5 * 0,02 * 1,12 / 3060 = 0,000011 Ом

Потери в меди трансформатора будут равны

Рм = 0,0053 * 910² + 0,000011 * 21400² = 9400 Вт, где 21 400 а — номинальный кратковременный ток в сварочной цепи.

Общие потери в стали и меди составляют 1100 + 9400= 10500 Вт.

В течение 1 часа работы трансформатора в нем выделяется (в стали и меди) количество тепла, равное (с учетом ПВ=25%)

Q = 0,24 * 10500 * 0,25 * 3600 - 2 270 000 кал/час.

Это количество тепла может быть положено в основу расчета системы водяного охлаждения (оно достаточно для нагрева 100 л воды до Т = 22,7°). При этом необходимо иметь в виду, что часть тепла отводится за счет есте­ственного охлаждения окружающим воздухом.