proiect trafo sudare 2011

Upload: bogdan-bc

Post on 19-Jul-2015

194 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

TEMA DE PROIECTARES se proiecteze un echipament pentru sudare cu arc electric, bazat pe un transformator pentru sudare, avnd urmtoarele date nominale: - Puterea aparent: SN = . VA; - Tensiunea primar: U1N = . V; - Tensiunea secundar de gol: U20 = . V; - Frecven a tensiunii: f = . Hz; = . - Randamentul:

1

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

BREVIAR DE CALCUL DE DIMENSIONARE TRANSFORMATOR DE SUDARE CU ARC ELECTRIC1. Miezul feromagnetic1.1. Sec iunea geometric transversal a coloanei / juguluiAc = A j = c 4

SN =mn f2 1 2]

68. Ariile sec iunilor se calculeaz cu rela iile: I I s1 = 1N ; s2 = 2 N (5) j j2.4. Dimensiunile conductoarelor

(1)

c = 4 10 [m J

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

Pentru primar, izolat rezult:

diametrul

conductorului

(6,a) Pentru secundar, dimensiunile conductorului dreptunghiular, rezult: a iz = 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

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 spire

2.5. Aranjarea bobinajului

N1

U 1N 4,44 f AFe Bc

N2 =

U 20 4,44 f AFe Bc(3)

Numerele de spire se rotunjesc.2.2. Aproximarea curen ilor nominaliI 1N = SN U 1N I 2N = SN U 20

(4)

Se aranjeaz bobinajul pe straturi, conform Fig. 3. Se calculeaz: - Numrul de spire pe strat: N n1v N1 n2 v 2 (7) n20 - Numrul de straturi: N B1 n10 = 1 ; n20 = (8) n1v aiz + y 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: B1 = n10 (d iz + y ) B2 = n20 (aiz + y ) B1(9,b)

2.3. Sec iunea transversal a conductoarelor nfurrilor

Se alege valoarea densit ii de curent n nfurri: j = 35 [A/mm2]. nfurarea primar se realizeaz cu conductor rotund, cu diametrul d1, avnd valori standardizate n STAS 685-74, respectiv nfurarea secundar cu conductor dreptunghiular, cu sec iunea ab, avnd valorile standardizate n STAS 2873-

Se urmrete respectarea condi iei A1B1B2. Se verific ncadrarea bobinajelor n fereastra transformatorului: Lc A1 + A2 + m + 3 (9,c) L j max(B1 , B2 ) + m + 2 unde: =35 [mm], este distan a necesar de aranjare i izolare a bobinajului.

2

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

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:R1 = Cu N 1 Dm1 s1 R2 = Cu N 2 Dm 2 s2

I 1sc =

U 1N Z 1sc

N I 2 sc = 1 I 1sc (19) N 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. 4 i Fig. 5 se determin pentru dou cazuri, I 2 [0, I 2 sc ] : - Varia ie liniar (indice a):

(11) unde: Cu=210-8 [m]. Rezisten a nfurrii secundare, raportat la primar:' R2

N = 1 N 2

R2

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

U 2a = -

U 20 I 2 + U 20 ; I 2 sc2

P2 a = U 2 a I 2(21,a)

Varia ie eliptic (indice b):

Dm A + A2 + 1 3 lH

unde: 0=410 [H/m], respectiv:lH = B >B kR

(14) Dm=Dm1Dm2, (15)

I U 2b = U 20 1 2 ; P2b = U 2b I 2 I 2 sc (21,b) - Caracteristici mediate, Fig. 4: I + I 2b I 2 = 2a ; P2 = U 2 I 2 (21,c) 2 U 2 =ct Domeniul de varia ie este: U2 [ 0, U20].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. 4:I 2 a 20 + I 2 b 20 N ; I1*'N = 2 I 2*N (22) 2 N1 Valorile recalculate pentru curen 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*N =3

iar kR, este factorul lui Rogovschi, dat de rela ia:kR =1 A1 + A2 + 2 2 B

(16)

-

Impedan a de scurtcircuit:Z 1sc = R12sc + X 12sc

(17) - Tensiunea procentual de scurtcircuit: I R I X usca = 1N 1sc 100 ; uscr = 1N 1sc 100 U1N U1N2 2 usc = usca + u scr

[%](18)

Se verific condi ia: usc= 7090 [%]. - Curen ii de scurtcircuit:

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

I 2 sc (1,1...1,3) I4. Determinarea* 2N

(23)

pierderilor putere i a randamentului

de-

La func ionarea n regim de sarcin nominal: PN 1 cos 1 N = (29,a) U 1 N I1*N La func ionarea n gol:cos 10 =2 PFe + R1 I 10 U 1N I 10

4.1. Pierderile n miezPFe = M Fe p Fe

(29,b)

(24)

unde masa miezului feromagnetic este:M Fe = Fe V Fe = 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: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:PCu1N = R1 I*2 1N

2 N1 Valorile intensit ii cmpului magnetic n coloan, respectiv n jug, HcHj, se determin din curba de magnetizare a miezului considerat, iar intensitatea corespunztoare ntrefierului =0,10,3 [mm], se calculeaz cu rela ia:H = Bc 0

I 10 r =

(31)

PCu 2 N = R2 I

*2 2N

(26)

4.3. Randamentul transformatorului

5.2. Calculul bateriei de condensatoare Calculul se face pentru regimul nominal, n condi iile compensrii la factorul de putere neutral, cosn=0,92.

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)

-

Capacitatea condensatorului este:C= P1N (tg1N tg n ) 2 f U 12N

(32)

corespunztor unei tensiuni secundare nominale U2N =20[V], conform pct. 3.3. Randamentul transformatorului este: P = 2 N > 0,8 (28) P1N5. Factorul de putere i

Din catalog, se alege un condensator, sau o grupare, avnd capacitatea de valoare apropiat celei calculate, Fig. 1. Rezistorul de descrcare al bateriei se calculeaz cu rela ia:Rd = td C [ln( 2U 1N ) ln(U cadm )]

(33)

condensatorul de compensare

unde se consider, [6]: t d 60[ s ] U cadm 42[V ] (34) Puterea disipat n rezistorul de descrcare:

5.1. Factorul de putere Factorul de putere se calculeaz n dou situa ii:

-

4

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

Pd =

U 12N Rd

(35)

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] A. Hede, I. ora, Echipamente cu nalt frecven pentru sudarea cu arc electric. Editura Orizonturi Universitare, Timioara, 2001. [4] *** STAS 685-74 Srm rotund de cupru pentru conductoare de bobinaj. [5] *** STAS 2873-68 Srme i bare dreptunghiulare din cupru i benzi din cupru pentru scopuri electrotehnice. [6] *** Normativ pentru proiectarea i executarea instala iilor electrice cu tensiuni pn la 1000 Vca i 1500 Vcc, indicativ NP-I7-02, ICECON SA.

5

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

ANEXE FIGURI

I1n

Q

I1N

T

I2N

U1N

Rd

C

N1

N2

U2N

Ua

Fig. 1. Schema de conectare a transformatorului pentru sudare cu arc electric.

Lc m

LjFig. 2. Dimensiunile miezului feromagnetic.

n

6

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

m m B1

xI1 A1B1

1

B2B1

I2 m

A2

2

0

H

m+2 Dm1,2 = m+2+B De = m+2+2B Fig. 3. Dimensiunile bobinajului transformatorului i varia ia intensit ii cmpului magnetic.

7

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

80

U2a [V]60

U2b [V] U2 [V]

Tensiune [V]

40

20

CARACTERISTICI EXTERNE0 0 50 100 150 200

Curent [A]

Fig. 4. Caracteristici externe ale transformatorului de sudare.8

CARACT. PUTERE IESIRE P2a [kW]6

P2b [kW] P2 [kW]

Putere [kW]

4

2

0 0 50 100 150 200

Curent [A]

Fig. 5. Caracteristici ale puterii de ieire la transformatorul de sudare

8

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

Fig. 6. Curba de magnetizare pentru tabl silicioas laminat la rece (ARMCO M6, grosimea = 0,35mm; pierderi specifice pFe=0,5W/kg; NOT: Valorile intensit ii cmpului magnetic H, se nmul esc cu 102 ).

9

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

ANEXA 1 Dimensiunile i sec iunile conductoarelor rotunde din cupru (extras din STAS 685-74)Diametrul nominal [mm] 0,020 0,025 0,032 0,040 0,050 0,063 0,071 0,080 0,090 0,100 0,112 0,125 0,140 0,160 0,180 0,200 0,224 0,250 0,280 0,315 0,355 Sec iunea nominal [mm2] 0,000314 0,000491 0,000804 0,00126 0,00196 0,00312 0,00396 0,00503 0,00636 0,00785 0,00985 0,01227 0,01539 0,02011 0,02545 0,03142 0,03941 0,04909 0,06156 0,07793 0,09898 Diametrul nominal [mm] 0,400 0,450 0,500 0,560 0,630 0,710 0,750 0,800 0,850 0,900 0,950 1,000 1,060 1,120 1,180 1,250 1,320 1,400 1,500 1,600 1,700 Sec iunea nominal [mm2] 0,1257 0,1590 0,1964 0,2463 0,3117 0,3959 0,4418 0,5027 0,5675 0,6362 0,7088 0,7854 0,8825 0,9852 1,094 1,227 1,368 1,539 1,767 2,011 2,270 Diametrul nominal [mm] 1,800 1,900 2,000 2,120 2,240 2,360 2,500 2,650 2,800 3,000 3,150 3,350 3,550 3,750 4,000 4,250 4,500 4,750 5,000 Sec iunea nominal [mm2] 2,545 2,835 3,142 3,530 3,941 4,374 4,909 5,515 6,158 7,069 7,793 8,814 9,898 11,04 12,57 14,19 15,90 17,72 19,64

10

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

ANEXA 2 Dimensiunile i sec iunile conductoarelor dreptunghiulare din cupru (extras din STAS 685-74)a0,9 16,48 5,89 7,29 7,79 8,29 8,79

1,067,31 7,73 8,27 8,80 9,33

1,127,29 7,74 8,19 8,75 9,31 9,87 11,0

1,188,10 9,22 10,4

1,258,16 8,66 9,16 9,79 10,4 11,0 11,7 12,3 13,8

1,329,16 9,68 10,4 11,0 11,7 13,0 13,8 14,6

1,49,16 9,73 10,3 11,0 11,7 12,4 13,1 13,8 14,6 15,5 17,3

1,510,4 11,8 13,3 14,8 16,6 18,5

1,610,5 11,2 11,8 12,6 13,4 14,2 15,0 15,8 16,8 17,7 18,7 19,8 20,9 22,2

1,711,7 12,3 13,2 14 14,9 16,6 17,6 18,7 20,9 22,0 23,4

1,811,7 12,4 13,1 14,0 15,0 15,8 16,7 17,6 18,7 19,8 20,9 22,1 23,4 24,8 26,6 28,4

1,913,1 13,8 14,8 15,7 16,7 18,6 19,7 20,9 23,4 24,7 26,2 28,1 31,9

213,0 13,8 14,7 15,6 16,6 17,6 18,6 19,6 20,8 22 23,2 24,6 26,0 27,6 29,6 31,6 35,6

2,1214,7 15,5 16,6 17,6 18,7 20,3 22,1 23,4 26,1 27,6 29,3 31,4 33,6 35,6 37,7

2,2414,7 15,5 16,4 17,6 18,7 19,8 20,9 22,0 23,4 24,7 26,1 27,6 29,2 31,0 33,2 35,5 37,7 40,0 42,2 44,4

2,3616,2 17,1 18,3 19,5 20,7 23,0 24,4 25,9 29,0 30,7 32,5 34,8 37,3 39,5 41,9 44,2

2,516,2 17,2 18,2 19,5 20,7 22,0 23,2 24,5 26,0 27,5 29,0 30,7 32,4 34,5 37,0 39,5 44,5 49,5

2,6518,3 19,4 20,7 22,0 23,3 26,0 27,6 29,1 32,5 34,6 36,6 39,2 41,8 44,5 47,2 49,3 52,5

b6,7 7,1 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,6 11,2 11,8 12,5 13,2 14 15 16 17 18 19 20 22 25 26,5 28 30 32 365,86 6,22

11

I. ora, A. Hede Proiectare Transformator de Sudare cu Arc Electric 2009 Universitatea POLITEHNICA Timioara, Facultatea de Electrotehnic i Electroenergetic

ANEXA 2 Dimensiunile i sec iunile conductoarelor dreptunghiulare din cupru (extras din STAS 685-74)- continuare a2,8 320,7 23,4 26,4 29,5 33,0 37,0 41,4 47,5 59,5 74,5

3,1520,6 21,8 23,1 24,6 26,2 27,8 29,4 30,9 32,8 34,7 36,6 38,8 41,0 43,6 46,7 49,9 53,0 56,2 59,3 62,5 68,8 78,2 83,0 87,7

3,3523,2 24,6 26,3 28,0 29,6 33,3 35,0 37,0 41,3 43,7 46,4 49,7 53,0 56,4 59,8 63,1 73,1 83,2 88,2 93,2

3,5523,2 24,7 26,1 27,9 29,6 31,4 33,2 35,0 37,1 39,2 41,3 43,8 46,3 49,2 52,7 56,3 59,9 63,4 66,9 70,5 77,5 88,2 93,5 98,9 106

3,7525,8 27,3 29,1 31,0 32,9 36,6 38,9 41,1 46,0 48,7 52,0 55,3 59,1 62,9 66,6 70,4 81,6 92,9 98,5 104 112 119

425,9 27,5 29,1 31,1 33,1 35,1 37,1 39,1 41,5 43,9 46,3 49,1 51,9 55,1 59,1 63,1 71,1 79,1 99,1 111 119 127 143

4,2529,3 31,0 33,1 35,2 37,4 41,6 44,2 46,7 52,3 55,2 58,6 62,9 67,1 71,4 75,6 79,8 92,6 105 111 118 127 135 152

4,529,3 31,1 32,9 35,1 37,4 39,6 41,9 44,1 46,8 49,5 52,2 55,4 58,5 62,1 66,6 71,1 75,6 80,1 84,6 89,1 98,1 112 118 125 134 143 161

4,7532,9 34,8 37,1 39,5 41,9 46,6 49,5 52,3 58,5 61,8 65,6 70,3 75,1 79,8 84,6 89,3 101 118 125 132 142 151 170

534,6 36,6 39,1 44,1 46,6 49,1 52,1 55,1 58,1 61,6 65,1 69,1 74,1 79,1 89,1 99,1 109 124 139 149

5,336,8 38,9 41,5 44,2 46,8 52,1 55,3 58,5 65,4 69,1 73,3 78,6 83,9 89,2 94,6 100 116 132 140 148 158

5,638,9 41,1 43,9 46,7 49,5 52,3 55,1 58,5 61,9 65,2 69,1 73,1 77,5 83,1 88,7 94,3 100 106 111 122 139 147 156 167

641,7 44,1 47,1 50,1 53,1 59,1 62,1 66,3 74,1 78,3 83,1 89,1 95,1 101 107 113 119 131 149 158 167

6,343,8 46,3 49,5 52,7 55,8 62,1 65,9 69,7 77,8 82,3 87,3 93,7 100 106 112 119 125 138 157

7,1

8

9

10

b6,7 7,1 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,6 11,2 11,8 12,5 13,2 14 15 16 17 18 19 20 22 25 26,5 28 30 32 3618,2 19,3 20,5 21,9 23,3 24,7 26,0 27,5 29,1 30,8 32,5 34,5 36,4 38,7 41,5 44,3 47,1 49,9 52,7 61,1 69,5 49,3 52,4 55,9 59,3 63,0 70,1 74,3 78,7 87,9 92,8 98,5 106 113 120 127 134 141 155 63,1 67,1 71,1 79,1 83,9 88,7 99,1 105 111 119 127 135 143 151 159 80,1 89,1 94,6 100 112 118 125 134 99,1 111 124 139 149

12