Расчёт сварочного выпрямителя, предназначенного для однопостовой механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом деталей из низкоуглеродистых и низколегированных ст (стр. 2 из 3)

b_cт – ширина стержня

b₀=(1,1÷1,5)∙82=90,2÷123 (см)

Принимаю b₀=112 (мм).

3.2. Высота окна магнитопровода:

h₀=S_ок /b₀=26062/112=233 (мм)

3.3. Длина пластин (1^го,2^го и 3^го вида):

l₁=h₀+b_ст=233+82=315 (мм)

l₂=2b₀+b_ст=2∙112+82=306 (мм)

l₃=b₀+b_ст=112+82=194 (мм)

Количество листов каждого типа:

n₁=l_ст∙0,95∙3/0,5=86∙0,95∙3/0,5=490 (шт),

n₂= l_ст∙0,95∙/0,5=163 (шт),

n₃= l_ст∙0,95∙2/0,5=327 (шт)

l_ст – толщина набора магнитопровода

0,95 – коэффициент заполнения стали (К_с)

3.4. Масса стали магнитопровода:

G_c=[(h₀+2b_ст)∙(2b₀+3b_ст)-2h₀∙b₀]∙l_ст∙0,95∙γ∙10^-3

γ-плотность электротехнической стали 3413, γ=7,65 (г/см³)

G_c=[(23,3+2∙8,2)∙(2∙11,2+3∙8,2)-2∙23,3∙11,2]∙8,6∙0,95∙7,65∙10^-3=84 (кг)

3.5. Потери в стали магнитопровода:

P_c=К₀∙G_c∙p₀∙К_ур

К₀ – коэффициент, учитывающий добавочные потери в стали за счёт изменения структуры листов при их механической обработке, К₀=1,2.

К_ур – коэффициент увеличения потерь для анизотропных сталей, являющейся функцией геометрических размеров магнитопровода.

В зависимости от величины 3h₀+4b₀ /b_ст=3∙23,3+4∙11,2/8,2=14 -получаем К_ур=1,15.

p₀ –удельные потери в 1 кг стали марки 3413 при индукции В=1,64 (Тл) равняются p₀=2,3 (Вт/кг)

P_c=1,2∙84∙2,3∙1,15=267 (Вт)

3.6. Абсолютное значение тока холостого хода:

I_оа – активная составляющая тока холостого хода, обусловленная потерями холостого хода P_c

I_ор – реактивная составляющая тока холостого хода, необходимая для создания магнитного потока

I_оа=P_c/3U_c

P_c – потери в стали магнитопровода

U_c – номинальное напряжение питающей сети

I_оа=267/3∙380=0,2 (А)

I_ор=[H_c∙l_м+0,8∙В∙n_з∙δ_з∙10⁴/√2∙W₁∙К_r]∙К_ухх

H_c – напряжённость магнитного поля, соответствующая индукции В=1,64 (Тл). Для анизотропной стали 3413 H_c=8,2 (А/см);

l_м – средняя длина магнитной силовой линии (см);

В – магнитная индукция (Тл);

n_з – число немагнитных зазоров на пути магнитного потока ;

δ_з – условная длина воздушного зазора в стыке равная 0,005 (см) в случае штампованных листов при сборке магнитопровода внахлёстку;

К_r – коэффициент высших гармонических. Ориентировочно для стали 3413 при индукции В=1,64 (Тл) К_r=1,1;

К_ухх – коэффициент увеличения тока холостого хода. Этот коэффициент является функцией геометрических размеров магнитопровода и магнитной индукции.

При соотношении (h₀+2b₀ )/b_ст +1=((23,3+2∙11,2)/8,2)+1=6,57 - получаем К_ухх=2,5.

Поскольку трёхстержневой магнитопровод является несимметричным, т.е. имеет разные пути для магнитного потока крайних и средней фазы, то необходимо посчитать средние длины магнитной силовой линии отдельно для крайней и средней фазы.

Длина средней линии магнитного потока для крайней фазы:

l_{м к.ф.}=h₀+2b₀+b_ст+π∙ b_ст /2=23,3+2∙11,2+8,2+3,14∙8,2/2=66,8 (см)

Длина средней линии магнитного потока для средней фазы:

l_{м ср.ф.}=h₀+b_ст=23,3+8,2=31,5 (см)

Число немагнитных зазоров на пути потока для крайней фазы n_з=3, для средней фазы n_з=1.

Реактивная составляющая тока холостого хода для крайней фазы:

I_{ор к.ф.}=[(H_c∙ l_{м к.ф.}+,8∙В∙3∙0,005∙10⁴)/√2∙W₁∙К_r]∙К_ухх

I_{ор к.ф.}=[(8,2∙66,8+0,8∙1,64∙3∙0,005∙10⁴)/√2∙156∙1,1]∙2,5=7,7 (А)

Реактивная составляющая тока холостого хода для средней фазы:

I_{ор ср.ф.}=[(H_c∙ l_{м ср.ф.}+0,8∙В∙1∙0,005∙10⁴)/√2∙W₁∙К_r]∙К_ухх

I_{ор ср.ф.}=[(8,2∙31,5+0,8∙1,64∙1∙0,005∙10⁴)√2∙156∙1,1]∙2,5=3,3 (А)

Среднее значение реактивной составляющей тока холостого хода:

I_ор=(2∙I_{ор к.ф.} + I_{ор ср.ф.} ) /3=(2∙7,7+3,3)/3=6,2 (А)

Абсолютное значение тока холостого хода:

= =6,2 (А)

Ток холостого хода в процентах от номинального первичного тока:

i=(I₀ /I_1ф)∙100%=(6,2/38,7)∙100%=16%

4. Окончательный расчёт обмоток трансформатора

4.1. Выбор обмоточных проводов:

По предварительно рассчитанным значениям сечений проводов выбираем ближайшие из стандартного ряда:

q₁=21,12(мм²)

q₂=69,14 (мм²)

Провод обмоточный алюминиевый нагревостойкий прямоугольного сечения:

Номинальный размер проволоки а*b, мм	Площадь поперечного сечения q, мм2	Размеры провода с изоляцией аиз*bиз , мм	Масса 1000 м провода,кг
2,12*10,0	21,12	2,6*10,4	62,58
5,00*14,0	69,14	5,52*14,48	201,32

Уточнённые значения плотности тока:

J₁=I_{1ф расч.} /q₁=29,98/21,12=1,4 (А/мм²)

J₂=I_{2ф расч.} /q₂=111,9/69,14=1,6 (А/мм²)

4.2. Высота цилиндрической обмотки:

h_обм=h₀ - 2∙∆_я

∆_я – зазор между торцевой поверхностью обмотки и ярмом магнитопровода, равный 5 (мм);

h₀ – высота окна магнитопровод

h_обм=233-2∙5=223 (мм)

4.3. Число витков в слое:

Первичной обмотки

W_c1=(h_обм /b_из.1) – 1=(223/10,4)-1=20,4- принимаем W_c1=20

Вторичной обмотки

W_c2=(h_обм /b_из.2) – 1=(223/14,48)-1=14,4– принимаем W_c2=14

4.4 Число слоёв:

Первичной обмотки

n_c1=W₁ /W_c1=156/2=7,8 - принимаем n_c1=8

Вторичной обмотки

n_c2=W₂ /W_c2=28/14=2

4.5. Радиальные размеры (толщина) первичной и вторичной обмоток, выполненных из изолированного провода:

δ₁=n_c1∙n_пар1∙а_из1+(n_c1-1)∙∆_вит

δ₂=n_c2∙n_пар2∙а_из2+(n_c2-1)∙∆_вит

n_пар1 ,n_пар2 – число параллельных проводов первичной и вторичной обмоток;

а_из1 ,а_из2 – размер проводов по ширине с изоляцией;

n_c1 , n_c2 – число слоёв первичной и вторичной обмоток;

∆_вит – межслоевая изоляция для изолированных проводов, ∆_вит=0,15

δ₁=8∙1∙2,6+(8-1)∙0,15=22 (мм)

δ₂=2∙1∙5,52+(2-1)∙0,15=11 (мм)

4.6. Радиальный размер катушки трансформатора:

δ=δ₁+δ₂+δ₁₂+∆_т

∆_т – технологические зазоры, связанные с отступлением сторон катушки от парралельности, с неплотностью намотки, ∆_т=4 (мм);

δ₁₂ – расстояние между первичной и вторичной обмотками, δ₁₂=0,16 (мм)

δ=22+11+3∙0,16+4=37 (мм)

4.7. Внутренний размер катушки по ширине:

А=b_ст +∆_ш

∆_ш – двухсторонний зазор по ширине между катушкой и стержнем, ∆_ш=12 (мм)

А=82+12=94 (мм)

4.8. Внутренний размер катушки по длине:

Б=l_ст +∆_дл

l_ст – длина пакета магнитопровода

∆_дл – двухсторонний зазор по длине между катушкой и стержнем,

∆_дл=30 (мм)

Б=86+30=116 (мм)

4.9. Средние длины витков:

Средняя длина витка первичной обмотки

l_ср1=2(А-2R)+2(Б-2R)+2∙π∙(R+δ₁ /2)

R-радиус скругления проводов при переходе с одной стороны на другую при намотке, R=10 (мм)

l_ср1=2(94-2∙10)+2(116-2∙10)+2∙3,14∙(10+22/2)=471 (мм)

Средняя длина витка вторичной обмотки

l_ср2=2(А-2R)+2(Б-2R)+2∙π∙(R+δ₁+δ₁₂+δ₂ /2)

l_ср2=2(94-2∙10)+2(116-2∙10)+2∙3,14∙(10+22+0,16+11/2)=576 (мм)

После определения всех размеров выполним эскиз катушки:

Рисунок 2. « Катушка трансформатора с первичной и вторичной обмотками из изолированного провода»

4.10. Расстояние между катушками соседних стержней:

∆_кат =b_о-∆_ш-2δ

∆_кат =112-12-2∙37=25 (мм)

После уточнения всех размеров выполним эскиз трансформатора:

Рисунок 3. «Эскиз трансформатора»

4.11. Масса проводов катушки:

Масса провода первичной обмотки одной фазы трансформатора

G₁=K_y∙g₁∙W₁∙l_ср1

g₁ – масса одного метра провода первичной обмотки, g₁=0,06 (кг);

l_ср1 – средняя длина витка первичной обмотки (м);

К_у – коэффициент, предусматривающий увеличение массы провода за счёт технологических погрешностей,К_у=1,05.

G₁=1,05∙0,06∙156∙0,471=4,6 (кг)

Масса провода вторичной обмотки

G₂=К_y ∙g₂ ∙2W₂ ∙l_ср2

g₂ – масса одного метра провода вторичной обмотки, g₂=0,2 (кг)

l_ср2 – средняя длина витка вторичной обмотки (м)

G₂=1,05∙0,2∙2∙28∙0,576=6,8 (кг)

Общая масса провода трансформатора

G_пр=3(G₁+G₂)=3∙(4,6+6,8)=34,2 (кг)

4.12. Сопротивления обмоток трансформатора:

r₁=K_F ∙r_{0 (1)}

r₂=К_F ∙r_{0 (2)}

r_{0 (1)} , r_{0 (2)} – омическое сопротивление первичной и вторичной обмоток в холодном состоянии при 20 ^оС; К_F – коэффициент Фильда, который учитывает добавочные потери в обмотках, К_F=1,04

r_{0 (1)}=ρ∙l_ср1 ∙W₁ /q₁

r_{0 (2)}= ρ∙l_ср2 ∙W₂ /q₂

ρ- удельное электрическое сопротивление материала провода катушки, (для алюминиевого провода при 20 ^оС ρ=0,0282(Ом∙мм² /м))