Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Ставропольский государственный аграрный университет
кафедра «Электроснабжение
и эксплуатация
электрооборудования»
Методические указания к контрольной работе по дисциплине «электромеханика»
для студентов УМНЦ и заочного факультета
Ставрополь
1 Расчет сварочного трансформатора
Учитывая относительно небольшие пределы регулирования тока и малую мощность, выбираем в качестве базовой конструкции трансформатор со ступенчатым изменением магнитной связи обмоток .
1.1. Напряжения сварочной дуги для двух режимов
(1.1)
(1.2)
где 
– минимальный и максимальный ток дуги,
А.
1.2. Для ручной дуговой сварки напряжение холостого хода трансформатора должно удовлетворять условию
(1.3)
где 
– меньшее значение напряжения сварочной
дуги из (1), (2), В.
1.3. Расчётная мощность сварочного трансформатора
(1.4)
(1.5)
где 
– продолжительность включения нагрузки,
(см. задание), %.
1.4. Определяем
значение э.д.с. витка для большей мощности,
(6)
где 
– большее значение мощности из выражений
(1.4), (1.5), кВА.
1.5. Число витков в основных первичной и вторичной обмотках
(1.7)
где 
– напряжение питающей сети, (см. задание),
В.
1.6. Коэффициент трансформации
(1.8)
1.7. Расчетные
сечения проводов обмоток без изоляции,
(1.9)
где 
– коэффициент, учитывающий ток холостого
хода,
;
– предварительное
значение плотности тока,
для меди
,
для алюминия
;
– длительно
допустимый ток вторичной обмотки, А;
при 
(1.10)
при 
(1.11)
1.8. По таблицам (1), (2) выбираем провода обмоток исходя из рассчитанных сечений (9). Для первичной обмотки с ее большим количеством витков и меньшим сечением желательно применять круглый провод (табл. 1.1), а для вторичной обмотки рекомендуется провод прямоугольного сечения (табл. 1.2).
Таблица 1.1 – Параметры круглых обмоточных проводов
|
Сечение голого провода |
Диаметр голого провода |
Диаметр
провода в изоляции,
|
|||
|
|
|
ПЭЛ, ПЭТ |
ПЭВ-2, ПЭТВ |
ПБД |
ПБ |
|
0,785 |
1,00 |
1,070 |
1,11 |
1,27 |
1.30 |
|
0,850 |
1,04 |
1,115 |
1,15 |
1,31 |
1,34 |
|
0,916 |
1,08 |
1,155 |
1,19 |
1,35 |
1,38 |
|
0,985 |
1,12 |
1,195 |
1,23 |
1,39 |
1,42 |
|
1,057 |
1,16 |
1,235 |
1,27 |
1,43 |
1,46 |
|
1,130 |
1,20 |
1,280 |
1,31 |
1,47 |
1.50 |
|
1,210 |
1,25 |
1,330 |
1,36 |
1,52 |
1,55 |
|
1,330 |
1,30 |
1,380 |
1,41 |
1,57 |
1,60 |
|
1,430 |
1,35 |
1,430 |
1,46 |
1,62 |
1,65 |
|
1,540 |
1,40 |
1,480 |
1,51 |
1,67 |
1,70 |
|
1,650 |
1,45 |
1,530 |
1,56 |
1,72 |
1,75 |
|
1,770 |
1,50 |
1,580 |
1,61 |
1,77 |
1,80 |
|
1,910 |
1,56 |
1,640 |
1,67 |
1,83 |
1,86 |
|
2,060 |
1,62 |
1,700 |
1,73 |
1,89 |
1.92 |
|
2,210 |
1,68 |
1,760 |
1,79 |
1,95 |
1,98 |
|
2,370 |
1,74 |
1,820 |
1,85 |
2,01 |
2,04 |
|
2,570 |
1,81 |
1,890 |
1,93 |
2,08 |
2,11 |
|
2,770 |
1,88 |
1,960 |
2,00 |
2,15 |
2,18 |
|
2,990 |
1,95 |
2,030 |
2,07 |
2,22 |
2,25 |
|
3,200 |
2,02 |
2,100 |
2,14 |
2,29 |
2,32 |
|
3,460 |
2,10 |
2,180 |
2,23 |
2,37 |
2,40 |
|
4,020 |
2,26 |
2,340 |
2,39 |
2,53 |
2,56 |
|
4,650 |
2,44 |
2,520 |
2,57 |
2,71 |
2,74 |
|
5,480 |
2,63 |
– |
– |
– |
2,93 |
|
6,290 |
2,83 |
– |
– |
– |
3,13 |
|
7,310 |
3,05 |
– |
– |
– |
3,35 |
|
8,410 |
3,28 |
– |
– |
– |
3,58 |
|
9,690 |
3,58 |
– |
– |
– |
3,88 |
|
11,34 |
3,80 |
– |
– |
– |
4,10 |
|
13,20 |
4,10 |
– |
– |
– |
4,40 |
|
15,90 |
4,50 |
– |
– |
– |
4,80 |
|
18,09 |
4,80 |
– |
– |
– |
5,10 |
|
19,63 |
5,00 |
– |
– |
– |
5,30 |
|
21,22 |
5,20 |
– |
– |
– |
5,50 |
Таблица 1.2 – Параметры прямоугольных обмоточных проводов
|
a b |
1,35 |
1,45 |
1,56 |
1,68 |
1,81 |
1,95 |
2,1 |
2,26 |
2,44 |
2,63 |
2,83 |
|
3,8 |
4,92 |
5,30 |
5,72 |
6,17 |
6,67 |
7,20 |
7,50 |
8,11 |
8,79 |
9,51 |
10,3 |
|
4.1 |
5,33 |
5,74 |
6,19 |
6,68 |
7,21 |
7,79 |
8,13 |
8,79 |
9,52 |
10,3 |
11,1 |
|
4,4 |
5,73 |
6,17 |
6,65 |
7,18 |
7,75 |
8,37 |
8,76 |
9,46 |
10,2 |
11,1 |
12,0 |
|
47 |
6,14 |
6,61 |
7,12 |
7,79 |
8,30 |
8,96 |
9,39 |
10,1 |
11,0 |
11,9 |
12,8 |
|
5,1 |
6,68 |
7,19 |
7,75 |
8,30 |
9,02 |
9,74 |
10,2 |
11,0 |
11,9 |
12,9 |
13,9 |
|
5,5 |
7,22 |
7,77 |
8,37 |
9,03 |
9,75 |
10,5 |
11,1 |
11,9 |
12,9 |
14,0 |
15,1 |
|
5,9 |
7,76 |
8,35 |
8,99 |
9,70 |
10,5 |
11,3 |
11,9 |
12,8 |
13,9 |
15,0 |
16,2 |
|
6,4 |
8,43 |
9,07 |
9,77 |
10,6 |
11,4 |
12,3 |
12,9 |
14,0 |
15,1 |
16,3 |
17,6 |
|
6,9 |
9,11 |
9,79 |
10,6 |
11,4 |
12,3 |
13,3 |
14,0 |
15,1 |
16,3 |
17,7 |
19,0 |
|
7,4 |
9,78 |
10,5 |
11,3 |
12,6 |
13,3 |
14,2 |
15,0 |
16,2 |
17,6 |
19,0 |
20,4 |
|
8,0 |
10,6 |
11,4 |
12,3 |
13,2 |
14,4 |
15,4 |
16,3 |
17,6 |
18,9 |
20,5 |
22,1 |
|
8,6 |
11,4 |
12,3 |
13,2 |
14,2 |
15,5 |
16,6 |
17,6 |
18,9 |
20,5 |
22,1 |
23,8 |
|
9,3 |
12,4 |
13,3 |
14,3 |
15,4 |
16,6 |
17,9 |
19,0 |
20,5 |
22,2 |
24,0 |
25,8 |
|
10,0 |
– |
– |
15,4 |
16,6 |
17,9 |
19,3 |
20,5 |
22,1 |
23,9 |
25,8 |
27,8 |
|
10,8 |
– |
– |
– |
– |
19,3 |
20,9 |
22,2 |
23,9 |
25,9 |
27,9 |
30,1 |
|
11,6 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
23,9 |
25,7 |
27,8 |
30,0 |
32,3 |
|
12,5 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
25,8 |
27,8 |
30,0 |
32,4 |
34,9 |
|
13,5 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
32,4 |
35,0 |
37,7 |
|
14,5 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
34,9 |
37,6 |
40,5 |
|
15,6 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
43,7 |
|
16,8 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
47,0 |
Примечания.
1. Провода с эмалевой изоляцией
ПЭВП – от
до
при толщине изоляции
;
ПЭТВП – от
до
при толщине изоляции
;
ПЭТП–155 – от
до
при толщине изоляции
.
2. Провода со стекловолокнистой изоляцией
ПСД – от
до
при толщине изоляции
;
ПСД-Л – от
до
при толщине изоляции
;
ПСДКТ – от
до
при толщине изоляции
.
1.9. Параметры выбранных проводов заносим в таблицу 1.3
Таблица 1.3
|
Первичная обмотка |
Вторичная обмотка |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.10. Уточнённые
значения плотности тока в обмотках,
(1.12)
1.11. Сечение стержня
магнитопровода,
(1.13)
где 
– коэффициент заполнения магнитопровода
сталью
;
– частота тока
питающей сети,
;
– максимальное
значение магнитной индукции, Тл, (табл.
1.4 и 1.5). С целью уменьшения массы и
габаритов трансформатора предпочтительно
использовать витые сердечники из
анизотропной стали толщиной 0,3..0,35 мм.
Таблица 1.4 – Характеристики изотропных электротехнических сталей
|
Марка стали |
Толщина листа, мм |
Удельные потери, Вт/кг |
Магнитная индукция, Тл при напряжённости поля, кА/м |
|||||
|
|
|
1,0 |
2,5 |
5,0 |
10,0 |
30,0 |
||
|
1212 |
1,0 |
5,4 |
12,5 |
– |
1,53 |
1,62 |
1,76 |
2,0 |
|
0,65 |
3,4 |
8,0 |
– |
1,5 |
1,62 |
1,75 |
1,98 |
|
|
0,5 |
3,1 |
7,2 |
– |
1,5 |
1,62 |
1,75 |
1,98 |
|
|
1213 |
0,5 |
2,8 |
6,5 |
– |
1,5 |
1,62 |
1,75 |
1,98 |
|
1313 |
0,5 |
2,1 |
4,6 |
– |
1,48 |
1,59 |
1,73 |
1,95 |
|
1413 |
0,5 |
1,55 |
3,5 |
– |
1,48 |
1,59 |
1,73 |
1,94 |
|
0,35 |
1,35 |
3,0 |
– |
1,48 |
1,59 |
1,73 |
1,94 |
|
|
1513 |
0,5 |
1,25 |
2,9 |
1,29 |
1,44 |
1,55 |
1,69 |
1,89 |
|
0,35 |
1,05 |
2,05 |
1,29 |
1,44 |
1,55 |
1,69 |
1,89 |
|
|
2112 |
0,5 |
2,6 |
6,0 |
1,46 |
1,6 |
1,68 |
1,77 |
2,02 |
|
2212 |
0,5 |
2,2 |
5,0 |
1,42 |
1,6 |
1,68 |
1,77 |
2,0 |
|
2312 |
0,5 |
1,75 |
4,0 |
1,4 |
1,56 |
1,66 |
1,74 |
1,96 |
|
2412 |
0,5 |
1,3 |
3,1 |
1,35 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,95 |
|
0,35 |
1,15 |
2,5 |
1,35 |
1.5 |
1,6 |
1,7 |
1,95 |
|
Таблица 1.5 – Характеристики анизотропных электротехнических сталей
|
Марка стали |
Толщина листа, мм |
Удельные потери, вт/кг |
Магнитная индукция, Тл при напряжённости поля, кА/м |
||||
|
|
|
|
0,1 |
0,25 |
2,5 |
||
|
3411 |
0,5 |
1,1 |
2,45 |
3,2 |
– |
– |
1,75 |
|
0,35 |
0,8 |
1,75 |
2,5 |
– |
– |
1,75 |
|
|
3412 |
0,5 |
0,95 |
2,1 |
2,8 |
– |
– |
1,85 |
|
0,35 |
0,7 |
1,5 |
2,2 |
– |
– |
1,85 |
|
|
3413 |
0,5 |
0,8 |
1,75 |
2,5 |
– |
– |
1,85 |
|
0,35 |
0,6 |
1,3 |
1,9 |
– |
– |
,85 |
|
|
0,3 |
– |
1,19 |
1,75 |
– |
– |
1,85 |
|
|
3414 |
0,5 |
0,7 |
1,5 |
2,2 |
1,6 |
U |
1,85 |
|
0,35 |
0,5 |
1,1 |
1,6 |
1,6 |
1,7 |
1,85 |
|
|
0,3 |
– |
1,03 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1.85 |
|
|
3415 |
0,35 |
0,46 |
1,03 |
1,5 |
1,61 |
1,71 |
1,85 |
|
0,3 |
– |
0,97 |
1,4 |
1,61 |
1,71 |
1,85 |
|
1.12. Высота окна
магнитопровода трансформатора,
(1.14)
где 
– оптимальное отношение высоты и ширины
окна,
;
– коэффициент
увеличения числа витков за счет
дополнительных обмоток для регулирования
сварочного тока,
;
– коэффициент
заполнения сечения окна проводниками
обмотки,
.
13. Предварительно принимаем следующие основные геометрические размеры магнитопровода и изоляционные расстояния (табл. 1.6)
Таблица 1.6
|
Параметр |
Обозна чение |
Значение |
|
|
1 |
Толщина стержня, мм |
|
|
|
2 |
Ширина стержня, мм |
|
|
|
3 |
Высота окна, мм |
|
|
|
4 |
Толщина каркаса катушки, мм |
|
|
|
4 |
Высота магнитопровода, мм |
|
|
|
5 |
Ширина обмотки |
|
|
|
5 |
Изоляционные расстояния по воздуху |
|
|
|
6 |
Толщина изоляции обмоток в окне |
|
|
|
7 |
Вентиляционные каналы в наружных частях обмоток |
|
|
1.14. Число витков в слое обмоток
(1.15)
где 
− коэффициент, учитывающий неровность
проводов вдоль направления намотки,
.
Количество витков округляют до целого меньшего числа
1.15. Число слоев в обмотках, шт
(1.16)
Количество слоев округляем до целого большего числа. Дополнительные обмотки наматываются поверх основных, в один слой.
1.16. Ширина окна магнитопровода
(1.17)
где 
− толщина частей катушек находящиеся
внутри магнитопровода, мм.
(1.18)
(1.19)
где 
− число вентиляционных каналов в
катушках, шт;
− коэффициент,
учитывающий неровность проводов поперек
направления намотки,
.
На основании полученных размеров необходимо изобразить эскиз трансформатора с конструкцией катушек в разрезе, рисунок 1.1.
Рисунок 1.1 – Эскиз трансформатора с конструкцией катушек в разрезе