foto1
foto1
foto1
foto1
foto1

Знання - це скарб, а навчання - ключ до нього.

Навчання - світло, а не навчання тьма.

Знання за гроші не купиш.

Знання - це сила, а незнання - робоча сила?

Хорошого спеціаліста робота сама шукає.

Електротехніка

Практична робота №3

Тема:  Розрахунок зварювального трансформатора.

Мета: Навчитись розраховувати  зварювальні трансформатори засобами комп'ютерної програми Microsoft Excel.

Завдання

Цей трансформатор, як і будь – який інший складається з магнітопроводу та обмоток. Магнітопровід трансформатора часто набирають із спеціальних листів електротехнічної сталі прямокутної форми. Для виготовлення магнітопроводу необхідне спеціальне обладнання та листова сталь. Інколи таких умов немає. Тоді для магнітопроводу  трансформатора доцільно використовувати статорне залізо непрацюючих двигунів. В магнітопроводі зварювального трансформатора на базі статорного заліза асинхронного двигуна немає повітряних зазорів. Це знижує струм холостого ходу та збільшує магнітну індукцію в магнітопроводі, що зменшує число витків та витрату обмоточного проводу.

trtr1

1-магнітопровід; 2-вторинна обмотка; 3-первинна обмотка; 4-обмотка для точкового зварювання.

Вихідні дані для розрахунку зварювального трансформатора:

-напруга первинної обмотки ( визначається номінальною напругою споживаючого джерела струму 127, 220 та 380В),

-напруга вторинної обмотки при холостому ході ( визначається можливістю запалювання зварювальної дуги,  складає 50...70В),

-значення зварювального струму та його густину.

Зварювальний струм рівний для:

- двох міліметрових електродів – 40...50А,

- трьох міліметрових – 70...100А,

- чотирьох міліметрових – 110...140А.

Трансформатор працює в повторно – короткочасному режимі. Загальний час зварювання в побутових умовах порівняно короткочасні, щільність струму можна взяти значно більшою (приблизно 6...8 А/мм2 ), ніж для звичайних трансформаторів.

 Граничний струм вторинної та первинної обмоток (І2 та І1 ) зварювального трансформатора при звичайній частоті в 50 Гц підраховують за формулами:

Ігран =(3,5Δkм β a b D2 )/( 105 U2);        (1)            

І1 = І2 U2/U1 ;    (A )        (2)

U1 та U2  - первинна та вторинна напруга при холостому ході трансформатора, В;

- Δ – максимальна щільність струму в обмотках, Δ = 6 (А/мм2)  ;

β – магнітна індукція, β=1,5 Т;

kм – коефіцієнт заповнення простору матеріалом обмоточного проводу  kм =0,4;

a та b – розміри поперечного перерізу, мм; а = (D1-D)/2  (мм),   

D – внутрішній діаметр пакету статорного заліза, мм.

D1- зовнішній діаметр пакету статорного заліза, мм.

Число витків первинної та вторинної обмоток трансформатора ( N1 та N2 ) із частотою в мережі живлення рівній 50 Гц підраховується за формулами:

N1 =(U1 104)/(2,22 β a b) ;    (3)                       N2 = N1U2 / U1 .   (4)

Поперечні перерізи обмоточних проводів первинної та вторинної обмоток трансформатора рівні:

S1 = I1 / Δ      мм2,   (5)                      S2 = I2 / Δ        мм2,   (6)

Поперечний переріз проводу первинної обмотки часто є невеликим, і його можна прийняти круглим, діаметром:

d1 = 1,13S1мм.  (7)                        d2 = 1,13 S1мм.       (8)

Переріз проводу вторинної обмотки значно більший перерізу первинної. Якщо діаметр проводу  3 мм та більше, то доцільно переходити на провід прямокутного або круглого перерізу в декілька паралельних проводів.

З каталогу вибираємо марки обмоточних проводів, діаметри та площі поперечних перерізів які найбільш близько підходять до отриманих.

З врахуванням товщини ізоляції  знаходимо діаметр ізольованих проводів d1із та d2із або розміри сторін ізольованого прямокутного проводу а2із та b2із .

Первинну обмотку на пакеті статорного заліза розміщують так, щоб вона займала приблизно 60% довжини кола. На іншій частині пакету розміщують вторинну обмотку (див рис.). Перш ніж розміщувати обмотки, пакет магнітопроводу потрібно повністю ізолювати, наприклад, електрокартоном  загальною товщиною 1...2 мм,  посилюючи ізоляцію в місцях перегинання обмоточного проводу.

  Число витків в шарові (n1 ) та число шарів (m1) первинної обмотки трансформатора буде рівне:

n1 =0,6 π D /1,05 d1 ;    (9)              m1 = N1 / n1.      (10)

Вторинна обмотка буде мати n2  число витків в шарові та m2 число шарів:

n20,4 π D /1,05 d2 ;    (11)                        m2 = N2 / n2             (12)

Довжину проводу на первинну ( L1 ) та вторинну обмотки ( L2 ) трансформатора підраховують за формулами:

L1 = 2[0,5 ( D1 D ) + b + σк + m1 ( d1 + σ1)] N1 10-3  м;    (13)

L2 = 2[0,5 ( D1 D ) + b + σк + m2 ( d2 + σ2)] N2 10-3  м,    (14)

де

D1 – зовнішній діаметр пакета сталі статора;

σк – товщина ізоляції обмотки від пакету сталі, мм; σk = 1,5 мм,

σ1 таσ- товщина між шарової ізоляції в первинній та вторинній обмотках, мм;  σ1 = 0,3 мм, δ2 = 0,5мм

Маса міді первинної та вторинної обмоток дорівнює:

Gм1 = 8,95 S1L1 · 10-3 кг;                 Gм2 = 8,95 S2L2 · 10-3 кг.        (15) 

Зварювальний струм в трансформаторі можна регулювати переміщенням на магнітопроводі вторинної обмотки відносно первинної, причому при зближенні їх центрів зварювальний струм збільшується.

Для  контактної зварки тонких металевих листів достатньо мати вторинну обмотку в трансформаторі з напругою при холостому ході  Uk= 6 В. Виготовляти цю обмотку потрібно із проводу великого перерізу, не менше 50 мм2, так як по ній проходить струм в сотні ампер. Намотувати обмотку для контактного зварювання потрібно зверху первинної так, щоб їхні центри співпадали.Число витків обмотки для контактного зварювання визначається рівнянням: 

N k = N1 U k / U1.   (16)

Початкові дані

Варіант

U1,В

U2,В

I2,А

D1,мм

D,мм

b,мм

1

220

50

60

160

142

138

2

380

70

70

170

136

139

3

127

60

110

180

137

141

4

220

75

50

190

138

140

5

380

55

80

170

139

138

6

220

65

120

190

140

139

7

380

53

90

166

132

140

8

220

63

100

178

134

141

9

127

73

120

194

140

140

10

220

58

130

190

138

139

11

220

55

140

196

140

140

12

110

40

130

170

130

130

13

220

42

140

176

132

131

14

380

44

140

178

134

132

15

220

46

150

186

136

133

16

110

48

160

188

138

134

17

380

50

80

168

140

135

18

110

52

90

170

139

136

19

220

54

100

172

138

137

20

380

56

105

174

137

138

21

110

54

115

176

136

139

22

220

52

130

178

135

140

23

380

50

60

156

134

139

24

127

48

70

158

133

138

25

220

46

80

160

132

137

26

110

44

90

162

131

136

27

380

42

100

164

130

135

28

110

40

110

166

129

134

29

127

38

120

168

128

133

30

380

36

130

170

127

132

 

Приклад розрахунку зварювального трансформатора

Початкові дані : U1 = 220B; I2 = 140A; U2 = 55B;

Пакет статорного заліза, що використовується в якості магнітопроводу, має геометричні розміри: D1 = 244мм, D = 140 мм, a = 25мм, b = 140 мм.

 Взявши значення kм = 0,4 та β = 1,5т.

 За формулою 1 визначаємо можливість виконання зварювального трансформатора із вказаними параметрами на даному магнітопроводі:

 Ігран =(3,5Δkм β a b D2 )/( 105 U2) = 157А.

 Отриманий струм більший за потрібний зварювальний струм ( 157 >140), що вказує на можливість виготовлення трансформатора з заданими параметрами.

 Визначаємо первинний струм, число витків первинної та вторинної обмоток трансформатора:

 І1 = 35А;   N1 = 189; N2 =  47.

Використовуючи формули 5 – 7, розрахуємо площу поперечних перерізів обмоточних проводів та діаметр для первинної обмотки:

 S1 = 35 / 6 = 5,83 мм2;                       S2 = 140 / 6 = 23,33 мм2;

 d1 =  2,73 мм.   d2 =  5,46 мм

 Число витків в шарові та число шарів трансформатора обраховується за формулами :

 n1 =  92;                      n2 =  31;

 m1 = 189 / 92 = 2,1;                           m2 = 31 / 46 = 1,5

 Для подальшого обчислення приймаємо число шарів в первинній обмотці m1 = 3, а у вторинній m2 = 2.

 Маючи товщину ізоляційних прошарків σk = 1,5 мм, σ1 = 0,3 мм, δ2 = 0,5мм, за формулами 13 – 15 знаходимо довжину та масу міді обмоточного проводу:

 L1 = 2 [ 0,5 (244 – 140) + 140 + 1,5 + 2(2,7 + 0,3)] 189 · 10-3 = 75м;

 L2 = 2 [ 0,5 (244 – 140) + 140 + 1,5 + 1(5,4 + 0,5)] 47 · 10-3 = 12м;

 Gм1 = 8,9 · 5,8 · 75 · 10-3 = 3,9 кг;

 Gм2 = 8,9 · 23,24 · 42 · 10-3 = 8,9 кг.

 Nk= 189 6/ 220 = 5.  

Звіт зробити в електронній формі  завантаживши документ Excel . Занести  результати вимірювань та створити формули для розрахунку по зразку першої таблички  Завантажити форму електронного звіту.

 Програма для електричних розрахунків Електрик 7.5 завантажити