calculul transformatoarelor sudura
TRANSCRIPT
I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2006 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic
BREVIAR DE CALCUL DE DIMENSIONARE TRANSFORMATOR DE SUDARE CU ARC ELECTRIC 1. Miezul feromagnetic1.1. Sec iunea geometric transversal a coloanei / jugului conductor dreptunghiular, cu sec iunea ab, avnd valorile standardizate n STAS 287368. Ariile sec iunilor se calculeaz cu rela iile:
Ac = A j = c
SN = mn f1 2
(1)
s1 =
I 1N I ; s2 = 2 N j j
(5)
c = 4 10 4 [m 2 J
]
2.4. Dimensiunile conductoarelor Pentru primar, izolat rezult: diametrul conductorului
Se recomand: m n, (Fig. 2) 1.2. Sec iunea transversal a miezului feromagnetic (2) unde: kFe=0,95, este coeficientul de umplere al pachetului feromagnetic.AFe = k Fe Ac
1.3. Alegerea induc iei magnetice n miez Valoarea amplitudinii induc iei magnetice se alege n intervalul: Bc=0,7 1 [T]. 2. nfurri 2.1. Numrul de spireN1 U1 N U 20 ; N2 = 4,44 f AFe Bc 4,44 f AFe Bc
(6,a) Pentru secundar, dimensiunile conductorului dreptunghiular, rezult: aiz = a + 2 izd ; biz = b + 2 izd (6,b) Grosimea izola iei se estimeaz la: izr 0,05[mm] ; izd 0,1[mm] (6,c)d iz = d 1 + 2 izr
2.5. Aranjarea bobinajului Se aranjeaz bobinajul pe straturi, conform Fig. 1. Se calculeaz: - Numrul de spire pe strat, la nfurarea primar (1), respectiv secundar (2): N n1v N1 ; n2 v 2 (7) n20 - Numrul de straturi:
(3) Numerele de spire se rotunjesc. 2.2. Aproximarea curen ilor nominaliI1 N = SN S ; I2N N U1N U 20
n10 =
N1 B1 ; n20 = (8) n1v aiz + y
(4)
unde: y=0,5 [mm], este grosimea izola iei dintre straturi (prepan). - nl imea bobinajului: A1 = n1v d iz A2 = n 2 v biz (9,a) - L imea bobinajului:
2.3. Sec iunea transversal a conductoarelor nfurrilor Se alege valoarea densit ii de curent n nfurri: j = 34 [A/mm2]. nfurarea primar se realizeaz cu conductor rotund, cu diametrul d1, avnd valori standardizate n STAS 685-74, respectiv nfurarea secundar cu
B1 = n10 (d iz + y ) B2 = n20 (aiz + y ) B1
(9,b)
Se urmrete respectarea condi iei A1B1B2. Ordinea de efectuare a calculelor este: n1v n10 A1, B1 B2 n20 n2v A2. Ultimul strat al bobinelor primar i secundar poate fi incomplet (mai mic dect n1v, respectiv n2v).1
I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2006 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic
ncadrarea bobinajelor transformatorului, Fig. 2:
n
fereastra (9,c)
u sca =
Lc = A1 + A2 + m + 3 L j = max( B1 , B2 ) + m + 2
I1N R1sc I X 100 ; u scr = 1N 1sc 100 U1 N U1 N2 2 u sc = u sca + u scr
[%]
unde: =45 [mm], este distan a necesar de aranjare i izolare a bobinajului. 2.6. Rezisten ele nfurrilor Se consider o l ime medie a nfurrilor, B, respectiv o lungime medie egal a spirelor, Dm1Dm2: 1 B = (B1 + B2 ); Dm1, 2 = B1, 2 + m + 2 2 (10) Rezisten ele nfurrilor sunt date de rela iile: Dm1 Dm 2 R1 = Cu N1 ; R2 = Cu N 2 s1 s2 (11) -8 unde: Cu=210 [m]. Rezisten a nfurrii secundare, raportat la primar:N R = 1 R2 N 2' 2 2
(18) Se verific condi ia: usc= 7090 [%]. - Curen ii de scurtcircuit: N U I1sc = 1 N ; I 2 sc = 1 I1sc (19) N Z1sc 2
3. Calcule de verificare3.1. Verificarea tensiunii secundare de golU 20 = N2 U 1N N1
(20)
Se verific dac valoarea calculat difer cu mai pu in de 2% fa de valoarea dat n tema de proiectare.3.2. Determinarea caracteristicilor de ieire (V-A, W-A) Caracteristicile externe, U2(I2), respectiv caracteristicile puterii P2(I2) Fig. 3 i Fig. 4 se determin pentru dou cazuri, I2[0,I2sc]: - Varia ie liniar (indice a): U U 2 a = 20 I 2 + U 20 ; P2 a = U 2 a I 2 I 2 sc (21,a) - Varia ie tip elips (indice b): I U 2 b = U 20 1 2 ; P2 b = U 2 b I 2 I 2 sc (21,b) - Caracteristici mediate, Fig. 3: I +I I 2 = 2 a 2b ; P2 = U 2 I 2 (21,c) 2 U 2 =ct Domeniul de varia ie al tensiunii este: U2 [0 ... U2o].2
(12)
2.7. Parametrii de scurtcircuit ai transformatorului - Rezisten a de scurtcircuit (raportat la primar): ' R1sc = R1 + R2 (13) - Reactan a de scurtcircuit (raportat la primar):X 1sc = 2 f 0 N 12-7
Dm A + A2 + 1 lH 3
(14) unde: 0=410 [H/m], Dm=Dm1Dm2, iar:lH = B >B kR
(15)
iar kR, este factorul Rogowski, dat de rela ia:kR =1 A1 + A2 + 2 2 B
(16)
-
Impedan a de scurtcircuit: (17) Tensiunea procentual de scurtcircuit:Z 1sc = R12sc + X 12sc
3.3. Verificarea curen ilor nominali Curen ii nominali (primar/secundar) se calculeaz din caracteristicile mediate, corespunztor unei tensiuni secundare nominale, U2N 20[V], Fig. 3:I 2*N = I 2 a 20 + I 2 b 20 N ; I1*N = 2 I 2*N 2 N1
(22)
2
I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2006 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic
Valorile recalculate pentru curn ii nominali folosind caracteristicile externe nu trebuie s difere cu mai mult de 10% fa cele calculate la punctul 2.2. Se verific raportul dintre curentul secundar nominal i curentul secundar de scurtcircuit: I 2 sc (1,1...1,3) I 2*N4. Determinarea (23)
N =
P2 N > 0,8 PN 1
(28)
5. Factorul de putere i
condensatorul de compensare
pierderilor putere i a randamentului
de
4.1. Pierderile n miez
5.1. Factorul de putere Factorul de putere se calculeaz n dou situa ii: - La func ionarea n regim de sarcin nominal: PN 1 cos 1 N = (29,a) U1 N I1*N - La func ionarea n gol:cos 10 =2 PFe + R1 I 10 U 1N I 10
PFe = M Fe pFe unde masa miezului feromagnetic este:
(24)
(29,b)
M Fe = Fe VFe = Fe [2m n ( L j + Lc )] (25)
unde curentul primar de gol, I10, i componentele sale activ, I10a, respectiv reactiv, I10r, sunt date de rela iile, Fig. 2:2 2 I 10 = I 10 a + I 10 r P I 10 a = Fe (30) U 1N 2 (H c Lc + H j L j ) + 2 H
Densitatea miezului se consider 3 Fe=7600[kg/m ]. Pierderile specifice n miez, pFe [W/kg] se determin din catalogul de miezuri din tole de o el electrotehnic (orientativ, pFe=0,5 W/kg , la 1 [T] i 50 [Hz], pentru tole din tabl silicioas laminat la rece cu cristale orientate, cu grosimea de 0,35mm).4.2. Pierderile n nfurri Pierderile se determin pentru curen ii nominali recalcula i la punctul 3.3:2 PCu1 N = R1 I1*N ; PCu 2 N = R2 I 2*2 N
I 10 r =
2 N1
Valorile intensit ii cmpului magnetic n coloan, respectiv n jug, HcHj, se determin din curba de magnetizare a miezului considerat, iar intensitatea H, corespunztoare ntrefierului =0,10,3 [mm], se calculeaz cu rela ia:H = Bc 0
(26)
4.3. Randamentul transformatorului
(31)
Puterile nominale se determin cu rela iile: P2 N = U 2 N I 2*N P N = P2 N + (PFe + PCu1N + PCu 2 N ) 1(27)
5.2. Calculul bateriei de condensatoare Calculul se face pentru regimul nominal, n condi iile compensrii la factorul de putere neutral, cosn=0,92.
corespunztor unei tensiuni secundare nominale U2N =20[V], conform pct. 3.3. Randamentul nominal al transformatorului este:
-
Capacitatea condensatorului este:C= P1N (tg1N tg n ) 2 f U 12N
(32)
3
I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2006 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic
Din catalog, se alege un condensator, sau o grupare, avnd capacitatea de valoare apropiat celei calculate, Fig. 5. Rezistorul de descrcare al bateriei se calculeaz cu rela ia:Rd = td C [ln( 2U 1N ) ln(U cadm )]
Schema general de alimentare a transformatorului de sudare, cu condensatorul de compensare i rezistorul de descrcare, este prezentat n Fig.5.Bibliografie[1] I. ora, N. Golovanov (coordonatori), Electrotermie i Electrotehnologii. Vol. 2, Electrotehnologii. Editura Tehnic, Bucureti, 1999. [2] I. Novac, I. ora, Maini electrice. ndrumtor de proiectare. Lito I.P. Timioara, 1964. [3] *** STAS 685-74 Srm rotund de cupru pentru conductoare de bobinaj. [4] *** STAS 2873-68 Srme i bare dreptunghiulare din cupru i benzi din cupru pentru scopuri electrotehnice. [5] *** Normativ pentru proiectarea i executarea instala iilor electrice cu tensiuni pn la 1000 Vca i 1500 Vcc, indicativ NP-I7-02, ICECON SA.
(33)
unde se consider, [6]: t d 60[ s ] U cadm 42[V ] Puterea disipat descrcare:Pd =
(34)
nU 12N Rd
rezistorul
de(35)
ANEX FIGURI
m m B1
y=0,5mm
x
I1
A1B
1
B2B1 m
I2
A2
2
0
H
m+2 Dm1,2 = m+2+B De = m+2+2B Fig. 1. Dimensiunile bobinajului transformatorului i varia ia intensit ii cmpului magnetic.
4
I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2006 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic
Lc m
LjFig. 2. Dimensiunile miezului feromagnetic.
n
80
U2a [V]60
U2b [V] U2 [V]
Tensiune U2 [V]
40
20
CARACTERISTICI EXTERNE0 0 50 100 150 200
Curent I2 [A]
Fig. 3. Caracteristici externe ale transformatorului de sudare.
5
I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2006 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic
8
CARACT. PUTERE IESIRE P2a [kW]6
P2b [kW] P2 [kW]
Putere P2 [kW]
4
2
0 0 50 100 150 200
Curent I2 [A]
Fig. 5. Caracteristici ale puterii de ieire la transformatorul de sudare
I1n
Q
I1N IC
T
I2N
U1N
Rd
C
N1
N2
U2N
Ua
Fig. 5. Schema de conectare a transformatorului pentru sudare cu arc electric.
6