где CJ = 2я/ - угловая частота, с" *; Мо = 4я • 10" - магнитная постоянная, Гн/м; hi и hi ~ высота катушек первичной и вторичной обмоток, м. Индуктивное сопротивление

где /л - условная средняя длина витка катушек в лобовой части, м; 8\,g2>Sn - средние геометрические расстояния, м.

Величины /„ к gl, g2> Si2 определяются по следующим соотношениям:

/л= (lcp + 2cp)/2,

где /icp, гср ~ средняя длина витка катушек первичной и вторичной обмоток, м;

1 = 0,223(2с, + hi); 2=0,223(20 + h),

где Ci, С2 - размеры катушек по ширине вне окна магнитопровода с учетом вентиляционных каналов и каналов между катушками и магнитопроводом, м;

8п =2Сер[0,22 + 0,75Лср/(2Сср)] при К 2Сср/Лр < «>,

Сер = ici + С2)/2; Аер= (1 + Й2)/2. Индуктивное сопротивление = to/io н»! Х.

При расчете минимального индуктивного сопротивления трансформатора JCmin (при полностью сдвинутых обмотках) составляющая х определяется с учетом минимального расстояния между обмотками, необходимого по конструктивным соображениям. Максимальное индуктивное сопротивление :Стах рассчитывается при максимальном расстоянии между обмотками.

Приведенные соотношения соответствуют параллельному включению обмоток трансформатора. При переходе к последовательному соединению (Wj = 2u2) индуктивное сопротивление возрастает в четыре раза.

Элементы расчета трансформатора. Исходными данными при расчете являются расчетная мощность трансформатора, продолжительность нагрузки, номинальный ток и пределы его регулирования, номинальное рабочее напряжение, напряжение холостого хода и тепловой режим, иа который рассчитьшается трансформатор (класс изоляции обмоток).

В последние годы созданы методики машинного расчета оптимальной геометрии трансформатора с учетом его регулировочных свойств, однако эти методики еще несовершенны, так как не учитывают постоянство теплового режима для всех

просчитьшаемых вариантов. Поэтому до настоящего времени расчет ведетсй методом последовательных приближений. Предварительно определяются основные геометрические размеры трансформатора, а потом производится поверочный расчет всех заданных величин, и в первую очередь индуктивного сопротивления; затем уточняются геометрические размеры и т. д.

При плавно-ступенчатом регулировании поверочный расчет индуктивных сопротивлений и пределов регулирования тока производится для обеих ступеней (диапазонов).

Расчет выполняется в следующем порядке:

1. Минимальное и максимальное индуктивные сопротивления, обеспечивающие заданные пределы регулирования:

"min

где /„ и /j, - максимальный и минимальный ток нагрузки; U и С/„ - рабочие напряжения, соответствующие токам нагрузки /jj и , определяемые, например, по формуле {/j = 20 + 0,04 в вольтах.

2. Числа витков обмоток. В сварочном трансформаторе выбор числа витков обмоток имеет принципиальное значение, так как витки определяют пределы регулирования сварочного тока. Для выбора числа витков обмоток и>,, Wj рекомендуется пользоваться эмпирической зависимостью параметра (в вольтах на виток) от расчетной мощности трансформатора (в киловольт-амперах), приведенной к длительному по иагреву току трансформатора:

= 0,55 + 0,095 Рда.

Эта зависимость справедлива для широкого диапазона мощностей, однако наибольшую сходимость результатов дает в диапазоне 5-30 кВ-А. Мощность в киловольт-амперах

„л=«/2ном/-10-.

где /jHOM ~ Номинальный вторичный ток. А; ПН - продолжительность нагрузки, %. Числа витков обмоток:

3. Числа витков катушек. При параллельном соединении катушек и>,;

4. Номинальный ток-первичной обмотки в амперах

2 ном

1 ном

где Л: = 1,05 ... 1,1 - коэффициент, учитьюающий намагничивающий ток трансформатора; п - коэффициент трансформации.

5. Сечение стали сердечника трансформатора в квадратных сантиметрах

Se=U,, 10V(4,44/w,5„),

где Вщ - индукция в сердечнике, Тл. Для холоднокатаной стали индукция может быть принята равной 5щ = 1,6 ... 1,7 Тл.

2 Зак. 953

6. Конструктивные размеры трансформатора. Расчет конструктивных размеров приводится применителыю к стержневой конструкции, эскиз которой дан на рис. 2.7. JJanee все линейные размеры даны в миллиметрах, сечения - в квадратных миллиметрах.

1) Ширина пластины стержня а и ишрина окна Сд магнитопровода:

Дс- 10

где р, = Ъ1а = 1,8 . . . 2,2; р, = 1,0 ... 1,2; = 0,95 . . . 0,97 - коэффициент заполнения стали; Ъ - высота набора магнитопровода.

Указанные значения коэффициентов р,, Pj рекомендуются для трансформаторов на токи 315-500 А.

2) Сечения обмоточных проводов (для параллельного соединения катушек):

<?. =Лном/(2Л); =2ном/(2Л)-Для трансформаторов на ток до 500 А класса изоляции Н для ручной дуговой сварки, изготовленных из алюминиевого провода, могут быть рекомендованы следующие значения плотностей тока: /, = 2,4 . . . 2,8 А/мм; = 2,1...2,3 А/мм. Нижние значения /, и соответствуют трансформаторам большей мощности. Дпя первичной обмотки обычно используется провод марки АПСД, для вторич-

.ной - голая шина марки АДО.

3) Размеры провода, выбираемые исходя из требуемых сечений провода по таблицам стандартов или технических условий: ftln- ширина и высота провода первичной обмотки; a, -то же для вторичной обмотки;

-щ. *in in- *2п - то же в изоляции.

Высоту провода следует выбирать возможно меньшей, так как добавочные потери в обмотках от потоков магнитного рассеяния трансформатора пропорциональны четвертой степени высоты провода.

4) Конструктивно-крепежные размеры (рис. 2.7) :

изоляционные расстояния катушек в окне от магнитопровода «1 = 5 ... 10; верхнее зиачетое соответствует подвижной обмотке;

ширина вентиляционных каналов в обмотках Sj = 10... 13;

Риа 2.7. К расчету геометри«йских размеров трансформатора

ширина прокладки между катушками первичной обмотки 6, = 1,5 ... 2,0; размеры крепежных изоляционных деталей первичной обмотки 64=6, = 10; то же для вторичной обмотки = S, = 10...13.

5) Размеры катушки первичной обмотки: ширина катушки

"iK= («ок-2а, - «з)/2; число слоев в катушке

"1сл = П1к/[(1п + *и) *у]. где = 0,15 мм - толшииа межслоевой изоляции; *у = 1,1 - коэффициент, учи-тываюший иеплотиость укладки проводников; число витков в слое

1сл = iK/icn; высота первичной катушки

Если трансформатор изготовляется по схеме рис. 2.6, б, то между основной частью первичной катушки и отключаемой частью необходимо проложить усиленную изоляцию - поставить три прокладки по 0,15 мм.

6) Размеры катушки вторичной обмотки. Вторичная обмотка наматывается "на ребро" голой алюминиевой шиной марки АДО. Выбор размера шины и внутреннего радиуса намотки "на ребро" производится из условия, что относительное удлинение волокон шины по наружному радиусу должно быть не более 30%, в противном случае могут появиться разрывы шины при намотке.

Высота катушки

Л, = и-2Ь2п<у

7) Высота окна магнитопровода

Лок = «4 + Л, + + «7-

Величина {д, определяется в процессе поверочного расчета индуктивного сопротивления трансформатора.

Поверочный расчет трансформатора производится по приведенным ранее формулам. Пример расчета основных геометрических размеров трансформатора дан в приложении.

7. Полный тепловой расчет может быть выполнен по известным методикам расчета силовых трансформаторов.

2.4. ТРАНСФОРМАТОРЫ С ПОДВИЖНЫМИ МАГНИТНЫМИ ШУНТАМИ

Трансформаторы с развитым магнитным рассеянием и подвижными магнитными шунтами вьшолняются на магнитопроводах стержневого типа и имеют дисковые обмотки.

Обмотки трансформатора (рис. 2.8, а, б) расположены симметрично на двух стержнях магнитопровода 3. В канале между первичными 1 и вторичными 2 обмотками расположен магнитный шунт 4. Между шунтом и стержнями сердечника имеются воздушные зазоры 5.

Возможны два варианта взаимного расположения первичной и вторичной обмоток относительно шунта, а именно полное или частичное разнесение. При полном разнесении первичные и вторичные обмотки 2* 35

Рис. 2.8. Конструкции трансформаторов с магнитными шунтами и схемы соединения обмоток

расположены по разные стороны идунта (рис. 2.8,в). При частичном разнесении (рис. 2.8, б) вторичная обмотка состоит из двух секций - основной 2 с числом витков и дополнительной 5 с числом витков >V23, причем дополнительная обмотка расположена в зоне первичной обмотки / и имеет с ней хорошую электромагнитную связь. Справа на рис. 2.8, б представлена эпюра магнитодвижущих сил такого трансформатора.

Как показывает опыт, трансформатор с полностью разнесенными обмотками целесообразно выполнять только на небольшие мощности -на токи до 200-250 А. Для дальнейшего увеличения тока приходится снижать числа витков первичных и вторичных обмоток. При этом нарушается оптимальное соотношение расхода обмоточных материалов и стали, трансформатор становится "стальным", его масса растет.

Дополнительные витки вторичной обмотки незначительно увеличивают индуктивное сопротивление трансформатора и позволяют создать оптимальную по массе и пределам регулирования конструкцию [18].

В трансформаторах с частичным разнесением обмоток для получения двух диапазонов регулирования обьино изменяют степень разнесе-

ния обмоток. Полному разнесению обмоток соответствует диапазон малых токов. При переходе на диапазон больших токов включается обмотка с числом витков wjs, и отключается часть обмотки u2o

Новая, наиболее рациональная схема соединения обмоток представлена на рнс. 2.8, е. Диапазону больших токов соответствует параллельное соединение катушек вторичной обмотки. При переходе на диапазон малых токов дополнительные катушки 5 отключаются, а основные катушки 2 включаются последовательно; переход на диапазон малых токов сопровождается увеличением напряжения холостого хода. При переходе с одного диапазона токов на другой в трансформаторе с шунтом не требуется переключения витков первичной обмотки, что положительно сказьтается на надежности трансформатора.

Плавное регулирование тока в трансформаторе осуществляется перемещением магнитного шунта вручную или сервоприводом. При полностью вставленном в окно шунте магнитная проводимость для потока рассеяния и, следовательно, индуктивное сопротивление трансформатора максимальны, сварочный ток при этом минимален. При вьщвижении шунта из окна магнитопровода магнитная проводимость уменьшается и сварочный ток растет.

Зависимость индуктивного сопротивления х от положения шунта показана на рис. 2.8, г. Скорость снижения х при вьщвижении шунта вначале постоянна, а затем уменьшается, стремясь к нулю. При выходе шунта за пределы окна магнитопровода изменение х относительно невелико.

Магнитный шунт при выходе из окна магнитопровода испытывает максимальное осевое электромагнитное усилие, втягивающее шунт в окно магнитопровода и вызывающее его вибрацию. Для снижения вибрации применяются тугие направляющие, по которым перемещается шунт, или шунт снабжают пружинами, отжимающими его к одной стороне магнитопровода или устанавливающими его в окне с некоторым перекосом.

Вибрация магнитного шунта значительно уменьшается, если его разделить на две равные части и регулирование тока производить, выдвигая части шунта из окна в противоположные стороны. В этом случае осевые усилия, действующие на шунты, направлены навстречу друг Другу-

Индуктивное сопротавление трансформатора. Трансформатор с выдвинутым магнитным шунтом почти полностью аналогичен трансформатору с подвижной обмоткой.

Однако наличие выдвинутого магнитного шунта несколько влияет на характер ноля рассеяния, в результате чего индуктивное сопротивление такого трансформатора на 20-30% вьппе, чем у подобного трансформатора с разнесенными обмотками без шунта.

Мишшальное индуктивное сопротивление трансформатора

л:т1п=(1,2 • • • 1,3) (Хок+:»;л где 5i - расстояние меяоду обмотками.