Расчет трансформатора для контактной сварки: Как рассчитать трансформатор для точечной сварки?

alexxlab | 07.08.1985 | 0 | Разное

Содержание

Формулы для расчета сварочного трансформатора

Сварочный трансформатор в быту – вещь распространенная, и не всегда он бывает заводского изготовления. Многие умельцы предпочитают собрать трансформатор самостоятельно – так и дешевле, и интересней. Перед началом работ необходимо провести правильный расчет сварочного трансформатора, и желательно, чтобы его параметры были близки к промышленным образцам. При таком подходе можно будет воспользоваться ст

андартными формулами.

Формулы, приведенные ниже, обеспечивают оптимальные характеристики и правильное подключение сварочного трансформатора, параметры обмоток, а также геометрические размеры аппарата. Но нужно иметь в виду, что эффективно эти формулы будут работать только при соблюдении всех стандартных параметров, требуемых от сварочного трансформатора.

Требования, которые предъявляются к электрическому аппарату, очень узкопрофильные и соблюсти их в реальном устройстве достаточно сложно. Да и не у всех радиолюбителей есть широкие возможности обеспечить хорошую материальную базу. Поэтому приходится искать такую конструкцию магнитопровода, которая легко воплощалась бы в жизнь, и все необходимые материалы для нее можно было легко купить. Но все эти требования служат только одному — технические и эксплуатационные параметры собранного устройства должны удовлетворять требованиям конструктора.

Формулы для расчета стандартного аппарата

Как рассчитать сварочный трансформатор, работающий от переменного напряжения 220 В с частотой 50 Гц с максимальным током сварочной дуги IМ = 150 А? Правильный расчет потребует следующей исходной информации:

  1. Входное Uраб на первичной обмотке трансформатора U1 (вольт).
  2. Uраб на вторичной обмотке U2 (вольт).
  3. Номинальная и максимальная сила тока на вторичной обмотке I (ампер).
  4. Площадь магнитного сердечника Sс (см2).
  5. Площадь окна трансформатора So (см2).
  6. J — плотность тока в проводе (A/мм2).

Максимальное Uраб дуги, которое соответствовало бы максимальному току дуги, рассчитывается по следующей формуле:

Udm= 20 + 0,04 x 150 = 26 В

При этом принимается, что на обмотке II сварочного трансформатора напряжение холостого хода (обозначается Uхх) должно на 200%-220% быть больше максимально допустимого напряжения рабочей дуги, и определяться по формуле:

Uxx = Udm x (1,8…2,5) = 26 x (1,8…2,5) = 47…65 В

Чем больше (в пределах допустимого) напряжения Uхх трансформатора, тем лучше устойчивость дуги и момент ее розжига. Действующим ГОСТ-ом 95-77Е максимальное напряжение на II обмотке Uхх ограничивается 80 вольтами. Оптимальное Uхх необходимо выбрать 65 вольт, которое обеспечивает качество горения электрода и соответствует ГОСТ 95-77Е.

Дальнейшие расчеты проводятся, отталкиваясь от справочного значения индукции магнитопровода. Средняя индукция — Вт = 1,42 Тл. Также необходимо рассчитать мощность сварочного трансформатора Рг (габаритная мощность):

Pr = Im x Uxx = 65 x 150 = 9750 Вт

Стандартная формула площади окна сварочного трансформатора:

SoSc = 100 x Pr/2,22 x Bm x J X Frx Ko x Kc см4, где:

  1. J — плотность сварочного тока в I и II обмотках для медных(Cu) обмоток — 8 А/мм2, для алюминиевых (Al) обмоток — 5 А/мм2 и 6,5 А/мм2 для обмоток комбинированного типа (CuAl).
  2. F – частота напряжения в электросети, Гц.
  3. Кo — коэффициент заполнения пустого окна сварочного трансформатора (расстояние между набором магнитопровода) — 0,33-0,4.
  4. Кс — коэффициент заполнения полос стали (зависит от плотности сборки железа) — 0,95.

Если первичную (I) обмотку наматывать медным проводом, а вторичную (II) — алюминиевым, то площадь будет равна:

SoSc = 100 x 9750/2,22 x 1,42 x 6,5 x 50 x 0,33 x 0,95 = 3035 см4

Самодельный сварочный трансформатор стержневого типа имеет такие соотношения в габаритах:

  1. X = 1,6
  2. Y = 2
  3. Z = 2,5…5

Где X = c/a, Y = b/a, Z = h/a

При значении Z = 4 результат SoSc = a4 x 12,8

Рассчитав все эти параметры, можно вычислить габариты «a» сердечника магнитопровода:

a = 4√ SoSc/12,8 = 4√3035/12,8 = 3,9 см

При значении а = 4 см можно рассчитать остальные значения габаритов — c, b, h:

  1. c = a x X = 4 X 1,6 = 6,4 см
  2. B = a x Y = 4 x 2 = 8 см
  3. H = a x Z = 4 x 4 = 16 см

ЭДС для одного витка любой обмотки необходимо узнать, чтобы дальше вычислить количество витков и Imax для I и II обмоток устройства:

Eb = 4,44 x 10-4 x Bm x F X Sc x Kc = 4,44 x 10-4 x Bm x F X a x b x Kc = 4,44 x 10-4 x 1/42 x 50 x 32 x 0,95 = 0,958 В/виток

Вторичная обмотка будет иметь:

W2 = Uxx/Eb = 65/0,958 = 68 витков при сечении провода II обмотки из алюминия:

S2 = Im/JAI = 150/5 = 30 мм2 (допускается вместо провода круглого сечения использование квадратной алюминиевой шины сечением 5×6 мм2).

Первичная обмотка будет иметь:

W1 = U1/Eb = 220/0,958 = 230 витков при максимальном токе: I1m = Im x W2/W1 = 150 X 68/230 = 44,35 A

При расчете медного провода для I обмотки его сечение рассчитывается по следующей формуле:

S1 = I1m/JCu = 44,35/8 = 5,54 мм2

Стержневой трансформатор имеет первичная и вторичную обмотки, которые располагаются на отдельных катушках, поэтому при параллельном их включении катушки будут иметь по 230 витков влагостойкого эмалевого провода ПЭВ-2 Ø 1,9 миллиметров (2,827 мм2), а при последовательном – по 115 витков влагостойкого провода ПЭВ-2 Ø 2,7 миллиметров (5,7 мм2). Самодельный бытовой сварочный трансформатор рассчитан на ток 160-200 ампер. Такие параметры выбираются, исходя из оптимальной массы аппарата для бытового пользования.

Диаметр электродов

Для сварочного трансформатора при работе используют так называемые наплавляемые электроды разных диаметров. Для правильного выбора электрода необходимо знать напряжение сварочного тока конкретного трансформатора и толщину детали, на которой будут проводиться работы. В таблице приведены значения диаметров электродов в зависимости от номинального тока и толщины детали.

Толщина металла, в миллиметрахДиаметр электрода, в миллиметрахСварочный ток, А

1 — 2

1,625 — 50

2 — 3

2

40 — 80

2 — 3

2,5

60 — 100

3 — 4

3

80 — 160

4 — 6

4

120 — 200

6 — 85

180 — 250

8 — 245 — 6220 — 320
30 — 606 — 8300 — 400

Для того чтобы была возможность проводить работы одним устройством на деталях разной толщины, аппарат необходимо дополнить механическим или электронным регулятором силы тока.

Бытовое назначение сварочного агрегата очевидно — работа с металлом разной толщины, при этом желательно, чтобы можно было использовать электроды разных диаметров. Но при слишком большой силе сварочного тока металл может прогореть, а при небольшом значении он просто не расплавится. Встроенный регулятор, который понижает сварочный ток до требуемого значения, помогает решить эту проблему. Регулятор обеспечивает плавную или ступенчатую регулировку силы тока в диапазоне 50-200 А.

На сегодняшний день разработано много всевозможных электрических схем агрегатов, которые работают и по классическим схемам, и с использованием выпрямителей или инверторов. Но, чтобы сделать сварочный трансформатор своими силами, специалисты рекомендуют выбрать простую и проверенную схему, которая будет работать надежнее.

К тому же в ней не будет использоваться электроника, что также повышает степень надежности аппарата. Это может быть тороидальный сварочный трансформатор или дроссельный сварочный трансформатор с мощным диодным мостом. Но для создания надежного устройства необходимы предварительные расчеты, подтверждающие заявленные рабочие характеристики аппарата. Зачастую трансформатор сварочный изготавливается по расчетам, произведенным для магнитопровода, который имеется в наличии. При таких расчетах может меняться последовательность вычислений, но сами формулы и значения характеристик меняться не могут.

Похожие статьи

Видео расчет трансформатора для точечной сварки

Главная › Новости

Опубликовано: 09.09.2017

Трансформатор для контактной сварки.

При выполнении расчетов трансформатора для сварки за основу берутся следующие данные:

– напряжение первичной обмотки U1. По сути, это напряжение сети, от которой будет работать трансформатор. Может быть 220 В или 380 В; номинальное напряжение вторичной обмотки U2. Напряжение электричества, которое должно быть после понижения входящего и не превышающее 80 В, см. расчет трансформатора для точечной сварки. Требуется для возбуждения дуги; номинальная сила тока вторичной обмотки I. Этот параметр выбирается из расчета, какими электродами будет вестись сварка и какой максимальной толщины металл можно будет сварить; площадь сечения сердечника Sс. От площади сердечника зависит надежность работы аппарата. Оптимальной считается площадь сечения от 45 до 55 см2; площадь окна So. Площадь окна сердечника выбирается из расчета хорошего магнитного рассеяния, отвода избытка тепла и удобства намотки провода. Оптимальными считаются параметры от 80 до 110 см2;

– плотность тока в обмотке (A/мм2). Это довольно важный параметр, отвечающий за электропотери в обмотках трансформатора. Для самодельных сварочных трансформаторов этот показатель составляет 2,5 – 3 А. umnyestroiteli.ru

В качестве примера расчетов возьмем следующие параметры для сварочного трансформатора: напряжение сети U1=220 В, напряжение вторичной обмотки U2=60 В, номинальная сила тока 180 А, площадь сечения сердечника Sс=45 см2, площадь окна So=100 см2, плотность тока в обмотке 3 А.

Первое, что необходимо рассчитать, это мощность самого трансформатора:

P = 1,5*Sс*So = 1,5*45*100 = 6750 Вт или 6,75 кВт.

Важно!В данной формуле коэффициент 1,5 применим для трансформаторов с сердечником типа П, Ш. Для тороидальных трансформаторов этот коэффициент равен 1,9, а для  сердечников типа ПЛ, ШЛ 1,7.

Далее выполняем расчет количества витков для каждой из обмоток. Для этого вначале рассчитываем количество витков на 1 В по формуле K = 50/Sс = 50/45 = 1,11 витка на каждый потребляемый Вольт.

Важно! Также как и в первой формуле, коэффициент 50 использован для трансформаторов с сердечником типа П, Ш. Для тороидальных трансформаторов он будет равен 35, а для сердечников типа ПЛ, ШЛ 40.

Где:


Бюджетные сварочные полуавтоматы#2- перемотка трансформатора

Трансформаторы для контактных сварочных машин

Являются понижающими, как и для дуговой сварки.

Для повышения КПД сварки контактных машин делают трансформаторы с жесткой характеристикой и высоким КПД. Коэффициент трансформации намного выше 2-4,6. Это позволяет вторичную обмотку выполнять в виде одного витка.

Учитывают, что при контактной сварке токи во вторичной цепи от 2000-5000 А (машины малой мощности) до 150000 А (большей мощности). При воздушном охлаждении допускается j = 2…3 А/мм2. Чтобы снизить сечение обмоточных проводов, охлаждение у вторичной обмотки делают водяное, j = 30 – 50 А/мм2.

Из-за того, что параметры по толщине, подготовки поверхности и т.д. не стабильны, то для контактных машин с целью получения качественного соединения нужно предусмотреть регулирование номинальной величины U, для машин средней мощности – 8 ступеней регулирование напряжение на второй обмотке.

Расчетное номинальное напряжение на 7-ой ступени, 8-ая ступень максимальная.

Для изменения вторичного напряжения используют секционирование первичной обмотки.

Такой тип соединения принимают для машин малой мощности.

Для машин с высокой мощностью секционирование не позволит получить повышение напряжения превышающего Uсети.

KT = 160; I2MAX = 16000 A

I1min = 50 A

W2max→U2min; Wmin→U2max

Для того, чтобы облегчить ремонт трансформатора, улучшить условия охлаждения первичной и вторичной обмотки и равномерно нагрузить рабочее сечение отдельных секций трансформатора, для контактных машин делают с дисковыми обмотками.

Схема секционирования первичной обмотки, обеспечивающая подключение отдельных секций как последовательно, так и параллельно. Если первичную обмотку разбить на секции, то число витков можно регулировать не только уменьшая или увеличивая их количество, но и включая их последовательно или параллельно.

Если все секции включены последовательно, будем иметь наибольшее W1, W1→I2min.

Если все секции включены параллельно, то W1(8)→I2max.

При последовательном включении замыкают клеммы выключателя 1. При параллельном замыкают 2,3. I, III, V – одна параллельная ветвь; II, IV, VI – вторая параллельная ветвь.

При замыкании 2 и 3 последовательно замыкаются витки секции I, III, V и II, IV, VI, при этом число витков минимально, максимальный ток первичной и вторичной обмотки, но по сечению ток распределяется параллельно, следовательно, уменьшается сечение шин и провода в 2 раза. Существуют комбинации подключения контактов 1,2 и 3. Часть витков секции может быть подключено параллельно, а часть последовательно, в результате мы будем иметь промежуточное значение.

N1→I – VI посл.
N2→I-II, IV-V
N8→I,II,V
II,IV,VI

Сечение первичной и вторичной обмотки определяется длительными (расчетными) токами I1длит и I2длит

I1H можно вычислить как

Сечение магнитопровода трансформатора:

Sмагн = E1(h2):(fwrB4,44)

Можно менять напряжение от максимального до минимального через 7 ступеней:

I1=

При использовании секционной обмотки, некоторые секции будут работать с отличием от того, как они работают, когда включены последовательно или параллельно.

Рассчитать число витков в секции первичной обмотки, рассчитывают количество витков в каждой длине.

Определить число витков первичной обмотки можно:

Ip(1)=

Kt=

Sw2=

Количество дисков во вторичной обмотке выражается в зависимости от мощности трансформатора.

Последний расчет трансформатора заключается в расчете сечения магнитопровода.

, см

, см

, где

B – то, что сердечник набран из пластин, а не моно материал.

Kз = 1,04 – 1,06

Также по теме:

Пневмооборудование. Пневмоаппаратура контактных машин.

Сварка под слоем флюса. Дуговая сварка с флюсовой защитой.

Расчет полного сопротивления вторичного контура и сопротивления короткого замыкания машины контактной сварки

Полное сопротивление вторичного контура машины контактной сварки при сварке на переменном токе может быть определено по формуле

 

,            (1)

 

где  — полное сопротивление вторичного контура, Ом;  — активное сопротивление вторичного контура, Ом;  — индуктивное сопротивление вторичного контура, Ом.

В свою очередь, активное сопротивление вторичного контура состоит из следующих составляющих: сопротивления токоведущих частей контура машины , сопротивления разъемных контактов контура , сопротивления свариваемых деталей :

 

.                (2)

 

Сумму сопротивления токоведущих частей контура  и сопротивления контактов  называют активным сопротивлением короткого замыкания вторичного контура машины и обозначают :

 

.              (3)

 

Индуктивное сопротивление вторичного контура состоит из составляющих — индуктивного сопротивления вторичного контура машины  и индуктивного сопротивления свариваемых деталей :

 

.              (4)

 

Индуктивное сопротивление  называют индуктивным сопротивлением короткого замыкания вторичного контура машины. Сопротивление короткого замыкания машины

 

,            (5)

 

где  и  — приведенные ко вторичной обмотке активное и индуктивное сопротивления обмоток трансформатора.

Сопротивление короткого замыкания машины является одним из параметров, определяющих наряду со вторичным напряжением сварочного трансформатора ток короткого замыкания машины.

Это интересно

В последнее время в нашей стране все более популярной становится услуга индивидуального хранения вещей. В данных складах, как правило, хранят предметы домашнего обихода, мотоциклы, старую мебель, офисную технику и пр. За рубежом данная услуга доступна уже не один десяток лет. Наибольшее количество индивидуальных складов находится в США. Как бизнес, данная услуга наиболее оптимальна для небольшой и средней компании. Привлекательность данной сферы услуг с точки зрения инвестиций находится в сравнительно низкой стоимости капитальных и эксплуатационных затрат. Одним из известных производителей оборудования для склада индивидуального хранения вещей является производственная фирма складских систем хранения грузов производство оборудования и комплектующих для self storage (индивидуальных складов).

Трансформаторы для электрической контактной сварки. Рыськова З.А., 1990

Справочник можно рекомендовать специалистам, которые занимаются работами по проектированию сварочных работ и оборудования, монтажом и обслуживанием оборудования для производства контактной сварки. Можно порекомендовать и в качестве учебника для студентов высших учебных заведений и колледжей.

Как в учебнике, здесь очень хорошо описаны теоретические вопросы по назначению и классификации сварочных трансформаторов, начиная от классификации видов контактной сварки, сварочных трансформаторов, первичный и вторичный контур сварочных контактных машин и получение исходных расчетных данных для регулировки режимов сварки. Достаточно информативно подана тема трансформаторов, физические процессы в них, типовые конструкции, новые конструкции, трансформаторы иностранного производства, первичная и вторичная обмотка.

Приведены разновидности электрических схем, как всего трансформатора, так и его отдельных узлов и даны способы выполнения расчетов однофазных трансформаторов и примеры составления технического задания для расчета трансформатора. Также есть особенности автоматизированного расчета трансформаторов, которые слегка устарели в настоящее время.

Показаны преимущества трансформаторов, которые имеют комбинированную  регулировку режимов сварки и рассмотрены разные конструкции трансформаторов, например, специального назначения, трехфазно-однофазные трансформаторы, для подвесных машин, низкочастотных, конденсаторных машин и расчеты механических усилий. Для специалистов, занятых обслуживанием, испытания и эксплуатация трансформаторов будет интересной главой.

ФайлРазмер файлаКол-во скачиваний
Трансформаторы для электрической контактной сварки. Рыськова З. А., 199019904 MB62

 Внимание покупателей подшипников

Уважаемые покупатели, отправляйте ваши вопросы и заявки по приобретению  подшипников и комплектующих на почту или звоните сейчас:

     +7(499)403 39 91  

   

  Доставка подшипников  по РФ  и зарубежью.

  Каталог подшипников на сайте themechanic.ru

 

 

Внимание покупателей подшипников

Уважаемые покупатели, отправляйте ваши вопросы и заявки по приобретению подшипников и комплектующих на почту или звоните сейчас:
+7 (499) 113 36 18
[email protected]
Доставка подшипников по РФ и зарубежью.
Каталог подшипников на сайте

Внимание покупателей подшипников

Уважаемые покупатели, отправляйте ваши вопросы и заявки по приобретению подшипников и комплектующих на почту или звоните сейчас:
+7 (499) 113 36 18
[email protected]
Доставка подшипников по РФ и зарубежью.
Каталог подшипников на сайте

Хобби-Сварка • Просмотр темы – Расчет трансформатора споттера

Игорь писал(а):

Здравствуйте Александр Иванович.У меня к вам большая просьба помоч в расчетах.Хочу сделать своими руками споттер.Вроде бы несложно но я в расчетах запутался и зашел в тупик.Есть 3 фазы,есть сердечник от 4-х киловатного двигателя ,наружный диаметр170 мм,внутренний 140мм,длинна132мм.Есть провод на первичную обмотку диаметром 1,6мм.на вторичную есть шина 13мм на 3,5 мм.Можете мне помоч,если то по простому -сколько я должен намотать на первичную обмотку и сколько на вторичную с этими размерами проволки и шины.И сколько должна быть длина сварочного кабеля.С уважением Игорь.Да забыл написать первичная обмотка должна быть на две фазы.Если есть возможность помогите в расчетах.

Число витков первичной обмотки будущего трансформатора для контактной сварки:
расчёт производим по классической формуле

W1=U1/(4,44*f*Sst*B)

где U1 – напряжение на первичной обмотке трансформатора в В;
f – частота сети в Гц;
Sst – сечение стального сердечника в м кв.2.

Исходя из приведенного расчёта, можно предположить, что из-за больших потерь в меди можно не вытянуть необходимую величину сварочного тока. Чтобы уменьшить потери в меди необходимо увеличить сечение стали в два…три раза.

P.S. Ранее приведенный расчёт содержал ошибку.


_________________
Захарченко Александр Иванович
Инженер. Технология и оборудование сварочного производства.

Последний раз редактировалось hobby-svarka 28-06, 12:13, всего редактировалось 1 раз.

Трансформатор для Контактной Сварки :: Электротехническое оборудование

Трансформатор для Контактной Сварки

Самыми простыми в изготовлении являются сварочные аппараты контактной точечной сварки переменного тока с нерегулируемой силой тока. Управление процессом сварки осуществляется изменением продолжительности электрического импульса – с использованием реле времени или вручную с помощью выключателя.

Самодельный аппарат точечной сварки

Прежде чем рассматривать конструкции самодельных аппаратов для контактной точечной сварки, следует напомнить закон Ленца-Джоуля: при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику (Q=I2•R•t). Это значит, что при токе 1000А на плохо выполненных соединениях и тонких проводах теряется примерно в 10000 раз больше энергии, чем при токе 10А. Поэтому нельзя пренебрегать качеством электрической цепи.

Трансформатор. Основная составляющая часть любого оборудования для контактной точечной сварки – силовой трансформатор с большим коэффициентом трансформации (для обеспечения большого сварочного тока). Такой трансформатор можно сделать из трансформатора от мощной микроволновой печки (мощность трансформатора должна быть около 1 кВт или выше) питающего магнетрон.

Микроволновая печь

Повышающий трансформатор микроволновки

Эти трансформаторы отличаются своей доступностью и большой мощностью. Такого трансформатора хватит для аппарата точеной сварки, способного сваривать стальные листы толщиной 1 мм. Если потребуется более мощный аппарат точечной сварки, то можно использовать два (и более) трансформатора (как это организовать описано ниже).

В микроволновке, для работы магнетрона необходимо очень высокое напряжение (около 4000В). Поэтому трансформатор питающий магнетрон, не понижающий, а повышающий. У его первичной обмотки количество витков меньше, чем у вторичной, а толщина обмоточного провода больше.

На выходе таких трансформаторов до 2000В (на магнетрон подается напряжение удвоенное удвоителем), поэтому не стоит проверять работоспособность трансформатора включая его в сеть и измеряя напряжение на выходе.

От такого трансформатора нужен магнитопровод и первичная обмотка (та, где меньше витков и провод толще). Вторичная обмотка срезается ножовкой или отрубается стамеской (если магнитопровод надежно сварен, а не склеен), выбивается стержнем или высверливается и выковыривается. Необходимость в высверливании возникает, когда обмотка набита в окно очень плотно и попытка её выбить может привести к разрушению магнитопровода.

Источник: tool-land.ru

Расчетно-габаритные размеры оборудования для контактной сварки

Часто задаваемые вопросы

Основными факторами, которые следует учитывать при оценке размера оборудования, являются механические, такие как допустимая нагрузка, и электрические, например, номинальная мощность в кВА.

Механические факторы

Что касается силы электрода, то фактическая необходимая сила зависит от материалов, их толщины и требуемого размера сварного шва. Рекомендуемые значения доступны в стандартах и ​​опубликованной информации для широкого спектра применений как точечной, так и проекционной сварки, но следует помнить о некоторых дополнительных факторах.
  • Для более прочных сталей и сталей с покрытием требуются более высокие усилия по сравнению с низкоуглеродистой сталью без покрытия для данной толщины материала.
  • Более высокие усилия требуются в тех случаях, когда сборка компонентов плохая и некоторая часть силы требуется для закрытия зазоров между прессуемыми деталями.
  • Требуемая сила должна быть достижима при давлении воздуха, которое не превышает минимального давления в воздушной линии, чтобы регулируемое давление не изменялось из-за изменений давления в линии.
  • Станок должен быть достаточно прочным и жестким, чтобы избежать чрезмерной деформации и скольжения электрода под нагрузкой.
  • Избегайте использования машин слишком большой мощности, так как давление воздуха должно быть установлено на низкое значение. В таком случае небольшое изменение давления воздуха будет иметь пропорционально большее влияние на силу электрода. Кроме того, на свариваемость могут влиять такие характеристики машины, как трение и слежение за головкой.

Электрические факторы

Оценить номинальную мощность в кВА, которая требуется для конкретного приложения, непросто.Главное требование – добиться необходимого сварочного тока. Это должно быть установлено испытаниями, руководствуясь данными руководств или опытом в аналогичных приложениях.

Номинальная мощность трансформатора в кВА – это тепловая мощность при рабочем цикле 50%. Это определяет мощность, которую можно потреблять в течение длительного периода с прерывистым течением тока в течение 50% этого времени без перегрева трансформатора.

Более высокая мощность может потребляться в течение коротких периодов времени, таких как обычное время сварки, поскольку рабочий цикл обычно относительно невелик.Однако доступный пиковый ток зависит от импеданса вторичной цепи и напряжения холостого хода на трансформаторе. Максимальный ток короткого замыкания для конкретного аппарата может быть известен, но доступный сварочный ток будет намного ниже. Это связано с дополнительным сопротивлением свариваемого компонента и соответствующего электрода или инструмента. Проще говоря, применяется закон Ома, так что доступное напряжение V = IR, ток, который может потребляться (I), умноженный на сопротивление цепи (R).

При использовании источников питания переменного тока на полное сопротивление вторичной цепи также влияет индуктивная составляющая. Это связано с зоной внутри горла машины. Ток уменьшается, если эта область увеличивается, и тем более, если в горловине есть сталь. Таким образом, расстояние между плечами и расположение перемычек или гибких соединений важно для минимизации потерь. Индуктивные потери практически исключаются при использовании постоянного тока, например, в инверторных сварочных аппаратах.

Эти коэффициенты нелегко рассчитать, но для машины с большим радиусом действия с относительно высоким сопротивлением вторичной цепи может легко потребоваться трансформатор мощностью в два раза превышающей номинальную мощность в кВА и, возможно, более высокое напряжение холостого хода вторичной цепи по сравнению с компактной небольшой машиной с горловиной, чтобы получить одинаковый сварочный ток.

При оценке необходимого тока необходимо добавить не менее 20%, чтобы учесть незначительные корректировки условий сварки и обеспечить возможность автоматической регулировки контроля нагрева в контроллерах, которые обеспечивают регулирование постоянного тока или автоматическую компенсацию сетевого напряжения. Максимальный доступный ток от трансформатора основан на нормальном сетевом напряжении. Напряжение сварочного трансформатора будет снижено, если силовой трансформатор высокого напряжения или линии питания аппарата имеют малую мощность.

Производители оборудования обычно могут предоставить рекомендации по требуемым номинальным значениям кВА на основе опыта других приложений.

Дополнительная информация

Контактная сварка листового металла – руководство по передовой практике

Урок 1 – Основы дуговой сварки

Урок 1 – Основы дуговой сварки © АВТОРСКИЕ ПРАВА 1999 УРОК ГРУППЫ ЭСАБ, ИНК. I, ЧАСТЬ B 1.8.5.7 Поскольку 80 вольт необходимо для зажигания дуги слишком высок для практического сварка, какие-то средства должны быть используется для понижения этого напряжения до подходящий уровень.Теоретически переменный резистор надлежащей стоимости может использоваться как выход контроль, так как напряжение обратно пропорционально пропорционально сопротивлению как мы видели при изучении закона Ома. Закон Ома также гласил, что сила тока прямо пропорциональна напряжение. При этом вы можете видеть, что регулировка регулятор вывода также отрегулирует сила тока или сварочный ток. 1.8.5.8 После зажигания дуги и тока начинает течь по вторичному или сварочному цепи, напряжение в этой цепи будет 32 В, потому что тогда она контролируется выходной контроль.1.8.6 Сила Требования – Мы можем произвести еще один расчет оглядываясь на рисунок 15, и это энергопотребление. Ранее мы объясняли, что ватт был блок электрического мощность и может быть рассчитана по формуле: Ватт = Вольт × Ампер 1.8.6.1 Из рисунка 15 видно, что мгновенная мощность во вторичной цепи составляет: Вт = 32 × 300 Вт = 9600 Вт 1.8.6.2 Первичная сторона нашего трансформатора также должен быть способен обеспечить 9600 Вт (без учета потерь на нагрев, коэффициента мощности и т. д.), поэтому, переставив формула, мы можем рассчитать требуемый сетевой ток или силу тока: Сила тока = Ватты ÷ Вольт A = 9600 ÷ 230 = 41,74 А 1.8.6.3 Эта информация устанавливает приблизительную требования к мощности для сварщика и помогает определить необходимый размер входного кабеля и предохранителя. РИСУНОК 15 9600 ВАТТ 9600 ВАТТ 230 ОБОРОТОВ 80 80 ОБОРОТОВ ВЫХОД OCV КОНТРОЛЬ 230 ПЕРВИЧНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ВТОРИЧНЫЙ 41,74 УСИЛИТЕЛЬ УПРОЩЕННЫЙ СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР 32 ВОЛЬТ 300 АМПЕР

Влияние постоянной пружины на результаты контактной сварки

Часто операторы контактной сварки сообщают, что их настройки точно такие же, за исключением того, что теперь сварочные швы другие.Они не понимают, что кажущаяся несущественной корректировка геометрии сварочной установки может изменить жесткость пружины рычагов, прикладывающих электродное усилие к детали. Хотя изменение жесткости пружины в установке машины не вызывает изменения статической приложенной силы электрода, оно может вызвать значительные изменения динамически изменяющихся сил, возникающих во время сварки. В WeldComputer мы всегда ищем способы измерения параметров, которые могут повлиять на качество сварки.

Кембриджский словарь определяет постоянную пружины как «усилие, необходимое для растяжения или сжатия пружины, деленное на расстояние, на которое пружина становится длиннее или короче». Конструкции машины для контактной сварки могут не включать пружины, однако этот расчет может количественно определить, как изменяется ход поршня при приложении различных электродных сил.

Например, если электроды смещают свое положение так, что шток должен выдвигаться дальше, чтобы сблизить концы, жесткость пружины изменится.Это изменяет поведение динамически изменяющихся сил, прикладываемых электродами к детали, что, в свою очередь, может вызвать непреднамеренные изменения производимых сварных швов.

Закон Гука гласит, что приложенная сила F равна константе k, умноженной на изменение длины x, или F = kx.

Используя мониторинг силы и смещения, можно включить измерение жесткости пружины сварочного аппарата как часть стандартной процедуры настройки для работы контактной сварки.

Для расчета выполните следующие действия:

  1. Опустите гидроцилиндр на деталь и измерьте его положение. Назовем силу F1 и позицию x1.
  2. Увеличьте настройку усилия и измерьте изменение положения гидроцилиндра. Назовем эту силу F2 и новую позицию x2.
  3. Теперь k = F / x = (F2-F1) / (x2-x1).

Запись этого параметра для сварочной установки – это действие, которое WeldComputer рекомендует в качестве еще одного шага, позволяющего избавиться от догадок при контактной сварке путем применения научных знаний к процессу.Эту процедуру также можно автоматизировать, что позволяет проводить измерения при всех сварочных операциях за считанные секунды.

Артикул:

https://dictionary.cambridge.org/us/dictionary/english/spring-constant

Машины для контактной сварки – обзор

11.2 Контактная сварка

Контактная сварка – один из старейших видов техники сварки. Различные методы, как правило, бывают быстрыми, эффективными и экологически безопасными.Никаких присадочных материалов не требуется. К недостаткам можно отнести высокие капитальные затраты и несколько ограниченный спектр применения. Каждый тип стойкой сварки обычно может использоваться только для одного типа сварки. Оборудование для контактной сварки также относительно дорого. В результате доля общих затрат по отношению к стоимости оборудования намного выше, чем при дуговой сварке.

В процессе работы тепло генерируется за счет прохождения электрического тока через сопротивление, образованное контактом между двумя металлическими поверхностями.Плотность тока настолько высока, что образуется локальная лужа расплавленного металла, соединяющая две части. Ток часто находится в диапазоне 1 000–100 000 A, а напряжение – в диапазоне 1–30 В.

Для соединения сварочные аппараты сопротивлением должны пройти три основных этапа:

1.

Зажим. или прижимая детали друг к другу с определенной механической силой и удерживая их в правильном положении.

2.

Пропускание необходимого тока через заготовку.

3.

Регулировка времени сварки по мере необходимости.

В зависимости от расположения электродных рычагов существует два различных типа станков: станки с качающимся рычагом , в которых верхний рычаг поддерживается подшипником в раме, и станки с направляющей рельсом , в которых верхний электрод линейно управляется пневматическим цилиндром, как показано на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1. Аппараты для контактной сварки поворотных рычагов и направляющих.

Важно, чтобы электродные рычаги могли быстро перемещаться, чтобы приспособиться к перемещению, поскольку заготовка размягчается под действием тепла и перемещается вместе: в противном случае существует риск разбрызгивания сварочного шва. Механическая или пневматическая пружина может поддерживать давление на электрод, когда материал «схлопывается», тем самым снижая риск разбрызгивания.

Размер станка и длина выступающих рычагов в первую очередь зависят от размера и формы свариваемых деталей. При сварке на переменном токе рычаги не должны быть длиннее, чем необходимо, с учетом электрического реактивного сопротивления контура, заключенного между рычагами, т.е.е. площадь, ограниченная руками и рамой. (Это, конечно, применимо только при сварке на переменном токе.) Большая площадь окна позволяет сваривать более крупные предметы, но также увеличивает реактивное сопротивление. По этой причине рычаги на большинстве аппаратов для контактной сварки регулируются, хотя это не относится к сварке выступами.

Устройство РПН на сварочном трансформаторе обеспечивает базовое (или грубое) управление напряжением и током. Тогда точное управление обеспечивается тиристорным контактором, который управляет переключением сварочного тока.

Сварка постоянным током

Сварочные аппараты постоянным током с выпрямителем на вторичной стороне трансформатора более дороги, но невосприимчивы к индуктивному падению напряжения. Они также подходят для трехфазного питания, что обеспечивает более сбалансированную нагрузку на сеть и позволяет получать более высокие мощности. В настоящее время также принято обеспечивать питание постоянного тока с помощью среднечастотного инвертора. Принцип для этого тот же, что и для инверторов, используемых для дуговой сварки: см. Стр. 56. Это уменьшает размер трансформатора и обеспечивает более быстрое регулирование тока и, следовательно, лучшее управление процессом сварки.Также несколько снижается износ электродов. Сварка сопротивлением использует среднюю / высокую частоту около 1–4 кГц. Более высокая частота (10–20 кГц) может использоваться для дальнейшего снижения веса переносных пистолетов для точечной сварки. Поскольку сварочный аппарат постоянного тока не страдает от падения реактивного напряжения, общая потребляемая мощность от сети снижается.

Использование инверторной технологии в сочетании с интеллектуальной технологией в источнике питания позволяет точно контролировать сварочный ток и время в режиме реального времени, обеспечивая лучший общий результат.

Если блок давления управляется серводвигателями, а не пневматически, время цикла может быть сокращено, например в роботизированной сварке.

Таблица 11.1. Примеры применения ряда методов контактной сварки.

лотки и т. д.
Изделие Метод сварки
Точечная Выступ Шов Вспышка
Раковины из нержавеющей стали
Детали мебели, стулья, столы
Трубы, втулки, ниппели
Подкрылки
Верхняя и нижняя части баков
Кузова автомобиля
Глушители
Трубы и секции
Несущие балки

Обычно мы различаем пять различных типов контактной сварки:

точечная сварка

шовная сварка

проекционная сварка

контактная стыковая сварка

оплавление

Точечная сварка

Точечная сварка – это наиболее известный метод контактной сварки.Применяется для соединения тонколистовых материалов (до 3 + 3 мм) внахлест и широко применяется, например, в автомобильной промышленности. Типичный автомобиль может иметь до 5 000 сварных швов.

Высокий ток в сочетании с коротким временем нагрева означает, что тепловая энергия используется эффективно: очень мало отводится к окружающему металлу. Таким образом, точечная сварка имеет несколько преимуществ по сравнению с другими методами сварки листового металла, например:

Небольшая деформация заготовки, поскольку тепловая энергия более или менее ограничена непосредственной близостью сварного шва.

Очень высокая производительность для механизированных процессов. Точечная сварка листа 1 + 1 мм, например, занимает 0,20 с.

Легко автоматизировать, с высокой стабильностью, что делает метод пригодным для массового производства.

Низкое энергопотребление и незначительное загрязнение, не требуются наполнители. Таким образом, этот метод оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем сварка дугой.

Требуется небольшая подготовка.

Два электрода сжимают два металлических листа вместе со значительной силой, пропуская через металл большой ток. Тепловая энергия вырабатывается, когда ток проходит через электрическое контактное сопротивление между двумя листами, как указано по формуле:

Q = I2⋅R⋅t

, где Q = количество тепловой энергии (Вт)

I = ток (A)

R = сопротивление сварного шва (Ом)

t = продолжительность сварки (с)

Общее сопротивление между электродами (см. рисунок 11.2) состоит из:

Рисунок 11.2. Принцип точечной сварки.

2r1 + 2r2 + r3

где r 1 = контактное сопротивление между каждым электродом и деталью

r 2 = сопротивление через металл каждой соединяемой детали

r 3 = контактное сопротивление между двумя металлическими частями.

Контактное сопротивление между электродами и заготовкой, и в частности контактное сопротивление между двумя соединяемыми металлическими частями, значительно выше, чем сопротивление проводящего пути через металл.Незначительные неровности поверхности металла означают, что ток концентрируется в нескольких точках контакта, в результате чего наибольший нагрев приходится на контактные поверхности. Изменение усилия зажима может изменить сопротивление контакта и, следовательно, нагрев металла.

В начале сварки контактное сопротивление очень высокое. Первоначальное прохождение тока прорывает поверхностные слои, так что контактные сопротивления быстро падают. Большая часть тепла, образующегося на контакте между электродами и заготовкой, отводится через электроды с водяным охлаждением.Однако это не относится к теплу, выделяемому в контактном сопротивлении между двумя листами заготовки. Температура здесь повышается до тех пор, пока не будет достигнута температура плавления металла, в то время как поверхности продолжают прижиматься друг к другу, так что в зоне контакта образуется сварочный шов.

Электроды должны быть из материала с высокой твердостью, низким электрическим сопротивлением и высокой теплопроводностью. Охлаждение имеет решающее значение для их срока службы. Износ и деформация увеличивают эффективный контактный размер электродов, что снижает плотность тока и, соответственно, прочность сварных швов.Срок службы электрода обычно составляет около 5 000–10 000 сварных швов: при сварке оцинкованной стали этот срок службы сокращается до примерно 500–2 000 сварных швов. Повязка наконечника с помощью специального инструмента восстанавливает форму наконечника электрода.

Процесс точечной сварки включает ряд параметров или переменных, которые можно регулировать для достижения оптимальных характеристик сварки. Были составлены таблицы оптимальных значений, но также необходимо оптимизировать процесс методом проб и ошибок.

Сварочный ток – это ток, протекающий через заготовку.Из всех параметров это имеет наибольшее влияние на прочность и качество сварного шва, поскольку количество выделяемого тепла пропорционально квадрату сварочного тока. Поэтому сварочный ток должен быть тщательно отрегулирован: слишком высокий ток приводит к сварке с плохой прочностью, со слишком большим углублением кратера, разбрызгиванием и некоторой деформацией. Это также означает, что электроды изношены без надобности. С другой стороны, слишком низкий ток также дает сварной шов ограниченной прочности, но на этот раз со слишком малой площадью сварного шва.

Время сжатия – это время, необходимое для создания зажимного усилия. Он варьируется в зависимости от толщины металла и точности посадки, а также зависит от конструкции губок электрода.

Сила зажима – это сила, с которой электроды прижимают листы вместе (кН). Важно, чтобы это тщательно контролировалось, так как слишком низкое усилие зажима приводит к высокому контактному сопротивлению, сопровождающемуся разбрызгиванием и приводящему к плохой прочности сварного шва, в то время как слишком большое усилие приводит к слишком маленькому сварному шву, опять же с плохой прочностью. , но сопровождается ненужным износом электродов и слишком большим углублением кратера.

Время сварки – это время, в течение которого ток проходит через заготовку, и измеряется циклами, то есть время прохождения переменного тока через один цикл. В Европе частота сети составляет 50 Гц, что означает, что один цикл занимает 1/50 = 0,02 с.

Время удержания – это время от момента прерывания тока до момента, когда может быть снято зажимное усилие. Пластины должны удерживаться вместе до тех пор, пока сварочная ванна не затвердеет, чтобы можно было переместить соединение или электроды в следующее положение сварки.

Площадь электрода определяет размер области, через которую проходит сварочный ток, то есть плотность тока. Диаметр электрода (d) определяется в зависимости от толщины металла (t) по следующей формуле:

d = 5⋅t

Параметры сварки могут потребовать корректировки при сварке высокопрочных сталей, чтобы чтобы избежать риска образования микротрещин или пор.

Область на диаграмме (см. Рисунок 11.3), в которой может быть получен приемлемый точечный шов, называется полем допуска или выступом свариваемости.Слишком высокий ток приводит к разбрызгиванию, а слишком низкий ток или слишком короткое время сварки приводит к неадекватному сварному шву или даже к его отсутствию.

Рисунок 11.3. Участок смачиваемости, где можно получить приемлемую точечную сварку.

Шовная сварка

Шовная сварка используется так же, как точечная сварка, и действует по существу по тому же принципу. Разница в том, что используются два электрода в форме колеса, которые катят (и обычно подают) заготовку (см. Рисунок 11.4).

Рисунок 11.4. Принцип шовной сварки.

Два колеса должны быть одного размера, чтобы деталь не отклонялась в сторону одного из них. Фактический контактный профиль может быть спроектирован несколькими способами, чтобы соответствовать форме свариваемой детали. Ток может течь непрерывно во время сварки или периодически, чтобы образовать серию точек, которые расположены так близко друг к другу, что дает единый непрерывный сварной шов. Неизбежной проблемой шовной сварки является то, что часть тока «утекает» через готовый шов.

Поскольку электродные ролики вращаются, их не нужно поднимать между каждой точкой, как при точечной сварке. Если сварной шов не обязательно должен быть непрерывным, можно использовать шовную сварку, чтобы расположить точки на одинаковом расстоянии друг от друга. Это означает, что шовную сварку можно выполнять быстрее, чем обычную точечную сварку.

Проекционная сварка

Как и в случае шовной и точечной сварки, выступающая сварка используется для соединения двух перекрывающихся листов относительно тонкого металла. Процесс включает в себя вдавливание ряда «ямок» на одной из пластин и одновременную сварку двух пластин (см. Рисунок 11.5).

Рисунок 11.5. Принцип выступающей сварки.

Этот метод также можно использовать для приваривания металлического листа к концам стержней, стержней или труб или для приваривания гаек к листам. Проволочные сетки (то есть точки пересечения проводов) также особенно подходят для сварки выступами.

Преимущество этого процесса по сравнению с точечной сваркой состоит в том, что электроды меньше изнашиваются за счет большей площади контакта.

Стыковая контактная сварка

Стыковая контактная сварка используется для сквозной сварки стержней или проволоки, например.г. при сварке проволочных корзин, тележек для покупок или решетчатых решеток для использования в духовках. Стыковая сварка может применяться для сварки стали, меди, алюминия и его сплавов, а также золота, серебра и цинка.

Концы материала прижимаются друг к другу, и через них пропускается ток (см. Рисунок 11.6). Температура на контактном сопротивлении становится настолько высокой, что металл размягчается до пластического состояния, и две части могут быть соединены вместе. Максимальная площадь контакта обычно составляет около 150 мм 2 .Верхний предел определяется способностью сварочного аппарата обеспечивать равномерное распределение тепла по всем частям соединения. Нижний предел определяется практичностью обращения с материалом: для стальной проволоки наименьший размер обычно считается диаметром около 0,2 мм.

Рисунок 11.6. Стыковая контактная сварка.

Сварка оплавлением

Как и стыковая сварка, сварка оплавлением представляет собой метод, при котором концы заготовки прижимаются друг к другу и свариваются.Он используется для сварки более толстых деталей, таких как тяжелые якорные цепи, рельсы и трубы. Этот процесс чаще всего используется для сварки стали, а также никелевых, алюминиевых и титановых сплавов.

Процесс начинается с предварительного нагрева компонентов. Это достигается путем перемещения частей вперед и назад, в несколько раз в контакт друг с другом и из контакта друг с другом во время прохождения тока. Когда температура достаточно высока, процесс переходит к следующему этапу, известному как мигание .Детали медленно соединяются и плотно прижимаются друг к другу, что вызывает быстрое плавление и газификацию с впечатляющим выбросом расплавленного материала в виде дождя искр. Расплавленный металл двух поверхностей соединяется, и процесс продолжается с приложением давления ковки, так что расплавленный материал и любые захваченные оксиды или загрязнения выдавливаются из соединения в окружающее кольцо или высаживаются.

Кривые гистерезиса трансформатора для точечной сварки сопротивлением

Аннотация

Назначение

Целью статьи является предоставление простой и надежной модели гистерезиса для прогнозирования кривых намагничивания сердечника трансформатора для точечной сварки сопротивлением (RSWT), работающего в широком диапазоне плотностей магнитного потока и частот возбуждения.

Дизайн / методология / подход

Модель гистерезиса, рассматриваемая в статье, является описанием T (x), предложенным Дж. Такачем. Рассмотрены три варианта распространения модели на условия динамического намагничивания. Условия возбуждения отличаются от предписанных международными стандартами.

Выводы

Квазистатическая модель Такаша в сочетании с уравнением относительной вязкости, аналогичным предложенному С.«Э. Зирка» превосходит другие рассматриваемые варианты. Влияние вихревых токов можно рассматривать как фактор нарушения частотно-независимой квазистатической петли гистерезиса.

Ограничения / последствия исследований

Комбинированный подход в большинстве случаев дает удовлетворительное согласие теории и эксперимента. Для максимальной частоты, рассмотренной в статье (1 кГц), в моделируемых петлях наблюдались чрезмерные «крены».Этот артефакт можно уменьшить путем введения более сложной зависимости для вязкого члена. Этому вопросу будет посвящена дальнейшая работа.

Практическое значение

Комбинированная модель Такач-Зирка – полезный инструмент для прогнозирования кривых намагничивания сердечника RSWT в широком диапазоне плотностей потока и частот возбуждения.

Оригинальность / ценность

Полезность описания Такач подтверждена на практике. Модель способна предсказывать кривые намагничивания при нестандартных условиях возбуждения.

Ключевые слова

Цитирование

Петрун М., Чвастек К.и Долинар, Д. (2013), «Гистерезисные кривые трансформатора для точечной сварки сопротивлением», COMPEL – Международный журнал по вычислениям и математике в электротехнике и электронной технике , Vol. 32 No. 4, pp. 1404-1416. https://doi.org/10.1108/03321641311317202

Издатель

:

Изумруд Груп Паблишинг Лимитед

Авторские права © 2013, Emerald Group Publishing Limited

Основы работы с трансформаторами и принципы работы с трансформаторами

Одна из основных причин, по которой мы используем переменные напряжения и токи переменного тока в наших домах и на рабочих местах, заключается в том, что источники переменного тока можно легко генерировать при подходящем напряжении, преобразовывать (отсюда и название трансформатор) в гораздо более высокие напряжения, а затем распространять по стране с использованием национальная сетка пилонов и кабелей на очень большие расстояния.

Причина преобразования напряжения на гораздо более высокий уровень заключается в том, что более высокие напряжения распределения подразумевают более низкие токи при той же мощности и, следовательно, более низкие потери I 2 * R в сетевой кабельной сети. Эти более высокие напряжения и токи передачи переменного тока могут быть затем снижены до гораздо более низкого, более безопасного и пригодного для использования уровня напряжения, где его можно использовать для питания электрического оборудования в наших домах и на рабочих местах, и все это возможно благодаря базовому трансформатору напряжения .

Типовой трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения можно рассматривать как электрический компонент, а не как электронный компонент. Трансформатор в основном представляет собой очень простое статическое (или стационарное) электромагнитное пассивное электрическое устройство, которое работает по принципу закона индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое.

Трансформатор делает это путем соединения двух или более электрических цепей с помощью общей колеблющейся магнитной цепи, которая создается самим трансформатором.Трансформатор работает на принципах «электромагнитной индукции» в форме взаимной индукции.

Взаимная индукция – это процесс, при котором катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости от нее. Тогда мы можем сказать, что трансформаторы работают в «магнитной области», а трансформаторы получили свое название от того факта, что они «преобразуют» один уровень напряжения или тока в другой.

Трансформаторы

способны увеличивать или уменьшать уровни напряжения и тока источника питания без изменения его частоты или количества электроэнергии, передаваемой от одной обмотки к другой через магнитную цепь.

Однофазный трансформатор напряжения в основном состоит из двух электрических катушек, одна из которых называется «Первичная обмотка», а другая – «Вторичная обмотка». В этом руководстве мы определим «первичную» сторону трансформатора как сторону, которая обычно принимает питание, а «вторичную» как сторону, которая обычно подает питание. В однофазном трансформаторе напряжения первичной обмоткой обычно является сторона с более высоким напряжением.

Эти две катушки не находятся в электрическом контакте друг с другом, а вместо этого намотаны вместе вокруг общей замкнутой магнитной железной цепи, называемой «сердечником».Этот сердечник из мягкого железа не является твердым, а состоит из отдельных пластин, соединенных вместе, чтобы помочь снизить потери сердечника.

Две обмотки катушки электрически изолированы друг от друга, но магнитно связаны через общий сердечник, что позволяет передавать электрическую мощность от одной катушки к другой. Когда электрический ток проходит через первичную обмотку, создается магнитное поле, которое индуцирует напряжение во вторичной обмотке, как показано.

Однофазный трансформатор напряжения

Другими словами, для трансформатора нет прямого электрического соединения между двумя обмотками катушки, что дало ему название также изолирующий трансформатор .Обычно первичная обмотка трансформатора подключается к источнику входного напряжения и преобразует или преобразует электрическую энергию в магнитное поле. В то время как работа вторичной обмотки заключается в преобразовании этого переменного магнитного поля в электрическую энергию, производящую требуемое выходное напряжение, как показано.

Конструкция трансформатора (однофазный)

  • Где:
  • В P – первичное напряжение
  • V S – вторичное напряжение
  • N P – количество первичных обмоток
  • N S – количество вторичных обмоток
  • Φ (phi) – флюсовая связь

Обратите внимание, что две обмотки катушки не связаны электрически, а связаны только магнитно.Однофазный трансформатор может увеличивать или уменьшать напряжение, подаваемое на первичную обмотку. Когда трансформатор используется для «увеличения» напряжения на его вторичной обмотке относительно первичной, он называется повышающим трансформатором . Когда он используется для «уменьшения» напряжения на вторичной обмотке относительно первичной, он называется понижающим трансформатором .

Однако существует третье условие, при котором трансформатор вырабатывает на своей вторичной обмотке такое же напряжение, какое прикладывается к его первичной обмотке.Другими словами, его выход идентичен по передаваемому напряжению, току и мощности. Этот тип трансформатора называется «трансформатором импеданса» и в основном используется для согласования импеданса или изоляции прилегающих электрических цепей.

Разница в напряжении между первичной и вторичной обмотками достигается за счет изменения количества витков катушки в первичной обмотке (N P ) по сравнению с количеством витков катушки на вторичной обмотке (N S ).

Поскольку трансформатор в основном является линейным устройством, теперь существует соотношение между количеством витков первичной катушки, деленным на количество витков вторичной катушки. Это соотношение, называемое коэффициентом трансформации, более широко известно как «коэффициент трансформации» трансформаторов (TR). Это значение коэффициента трансформации определяет работу трансформатора и соответствующее напряжение на вторичной обмотке.

Необходимо знать соотношение количества витков провода на первичной обмотке по сравнению с вторичной обмоткой.Передаточное число витков, которое не имеет единиц измерения, сравнивает две обмотки по порядку и записывается с двоеточием, например 3: 1 (3-к-1). В этом примере это означает, что если на первичной обмотке 3 вольта, то на вторичной обмотке будет 1 вольт, а на 1 вольт – 3 вольта. Тогда мы можем видеть, что если соотношение между числом витков изменится, результирующие напряжения также должны измениться в таком же соотношении, и это правда.

Трансформаторы – все о «соотношениях». Соотношение первичной и вторичной обмоток, отношение входа к выходу и коэффициент трансформации любого данного трансформатора будет таким же, как и его коэффициент напряжения.Другими словами, для трансформатора: «коэффициент трансформации = коэффициент напряжения». Фактическое количество витков провода на любой обмотке, как правило, не имеет значения, просто соотношение витков, и это соотношение дается как:

A Трансформаторы Коэффициент трансформации

Предполагая идеальный трансформатор и фазовые углы: Φ P ≡ Φ S

Обратите внимание, что порядок чисел при выражении значения коэффициента трансформации трансформатора очень важен, так как соотношение витков 3: 1 выражает совершенно другое соотношение трансформатора и выходное напряжение, чем то, в котором соотношение витков задано как 1: 3 .

Основы трансформатора, пример №1

Трансформатор напряжения имеет 1500 витков провода на первичной обмотке и 500 витков провода на вторичной обмотке. Каким будет коэффициент трансформации (TR) трансформатора.

Это соотношение 3: 1 (3-к-1) просто означает, что на каждую вторичную обмотку приходится три первичные обмотки. По мере того, как соотношение перемещается от большего числа слева к меньшему числу справа, значение первичного напряжения, следовательно, понижается, как показано.

Основы трансформатора, пример №2

Если к первичной обмотке того же трансформатора, указанного выше, приложено среднеквадратичное значение 240 В, каким будет результирующее вторичное напряжение холостого хода.

Снова подтверждаем, что трансформатор является «понижающим» трансформатором, поскольку первичное напряжение составляет 240 вольт, а соответствующее вторичное напряжение ниже 80 вольт.

Тогда основная цель трансформатора – преобразовывать напряжения с заданными соотношениями, и мы можем видеть, что первичная обмотка имеет установленное количество или количество обмоток (катушек провода) на ней, чтобы соответствовать входному напряжению.Если вторичное выходное напряжение должно быть таким же, как входное напряжение на первичной обмотке, то на вторичный сердечник должно быть намотано такое же количество витков катушки, как и на первичном сердечнике, что дает равное соотношение витков 1: 1. (1 к 1). Другими словами, одна катушка включает вторичную обмотку, а другая – первичную.

Если выходное вторичное напряжение должно быть больше или выше, чем входное напряжение (повышающий трансформатор), то на вторичной обмотке должно быть больше витков, обеспечивающих соотношение витков 1: N (1-к-N), где N представляет собой число передаточного числа витков.Аналогичным образом, если требуется, чтобы вторичное напряжение было ниже или ниже первичного (понижающий трансформатор), то количество вторичных обмоток должно быть меньше, обеспечивая соотношение витков N: 1 (N-к-1). .

Трансформатор Действие

Мы видели, что количество витков на вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой, соотношение витков, влияет на величину напряжения, доступного от вторичной обмотки. Но если две обмотки электрически изолированы друг от друга, как создается это вторичное напряжение?

Ранее мы говорили, что трансформатор в основном состоит из двух катушек, намотанных на общий сердечник из мягкого железа.Когда к первичной катушке прикладывается переменное напряжение (V P ), ток течет через катушку, которая, в свою очередь, создает вокруг себя магнитное поле, называемое взаимной индуктивностью , посредством этого тока, протекающего согласно закону Фарадея электромагнитная индукция. Сила магнитного поля нарастает по мере увеличения тока от нуля до максимального значения, которое задается как dΦ / dt.

По мере того как магнитные силовые линии, устанавливаемые этим электромагнитом, расширяются наружу от катушки, сердечник из мягкого железа формирует путь и концентрирует магнитный поток.Этот магнитный поток связывает витки обеих обмоток, когда он увеличивается и уменьшается в противоположных направлениях под влиянием источника переменного тока.

Однако сила магнитного поля, индуцированного в сердечнике из мягкого железа, зависит от силы тока и количества витков в обмотке. Когда ток уменьшается, напряженность магнитного поля уменьшается.

Когда магнитные линии потока проходят вокруг сердечника, они проходят через витки вторичной обмотки, вызывая индуцирование напряжения во вторичной катушке.Величина индуцированного напряжения будет определяться: N * dΦ / dt (закон Фарадея), где N – количество витков катушки. Также это индуцированное напряжение имеет ту же частоту, что и напряжение первичной обмотки.

Тогда мы можем видеть, что одинаковое напряжение индуцируется в каждом витке катушки обеих обмоток, потому что один и тот же магнитный поток связывает витки обеих обмоток вместе. В результате общее индуцированное напряжение в каждой обмотке прямо пропорционально количеству витков в этой обмотке. Однако пиковая амплитуда выходного напряжения, доступного на вторичной обмотке, будет уменьшена, если магнитные потери сердечника высоки.

Если мы хотим, чтобы первичная катушка создавала более сильное магнитное поле, чтобы преодолеть магнитные потери сердечника, мы можем либо послать через катушку больший ток, либо сохранить тот же ток, и вместо этого увеличить количество витков катушки (N P ) обмотки. Произведение ампер на витки называется «ампер-витки», которое определяет силу намагничивания катушки.

Предположим, у нас есть трансформатор с одним витком в первичной обмотке и только с одним витком во вторичной.Если один вольт приложен к одному витку первичной катушки, при условии отсутствия потерь, должно протекать достаточно тока и генерироваться достаточно магнитного потока, чтобы индуцировать один вольт в одном витке вторичной обмотки. То есть каждая обмотка поддерживает одинаковое количество вольт на виток.

Поскольку магнитный поток изменяется синусоидально, Φ = Φ max sinωt, то основное соотношение между наведенной ЭДС, (E) в обмотке катушки из N витков определяется выражением:

ЭДС = количество оборотов x скорость изменения

  • Где:
  • ƒ – частота потока в Герцах, = ω / 2π
  • Ν – количество витков катушки.
  • Φ – количество флюса в полотнах

Это известно как уравнение ЭДС трансформатора . Для ЭДС первичной обмотки N будет числом витков первичной обмотки (N P ), а для ЭДС вторичной обмотки N будет числом витков вторичной обмотки (N S ).

Также обратите внимание, что, поскольку трансформаторы требуют переменного магнитного потока для правильной работы, трансформаторы, следовательно, не могут использоваться для преобразования или подачи постоянного напряжения или тока, поскольку магнитное поле должно изменяться, чтобы индуцировать напряжение во вторичной обмотке.Другими словами, трансформаторы НЕ работают с установившимся постоянным напряжением , а только с переменным или пульсирующим напряжением.

Если первичная обмотка трансформатора была подключена к источнику постоянного тока, индуктивное реактивное сопротивление обмотки было бы равно нулю, поскольку постоянный ток не имеет частоты, поэтому эффективное сопротивление обмотки будет очень низким и равным только сопротивлению используемой меди. . Таким образом, обмотка будет потреблять очень высокий ток от источника постоянного тока, вызывая ее перегрев и, в конечном итоге, сгорание, потому что, как мы знаем, I = V / R.

Основы трансформатора, пример №3

Однофазный трансформатор имеет 480 витков на первичной обмотке и 90 витков на вторичной обмотке. Максимальное значение плотности магнитного потока составляет 1,1 Тл, когда на первичную обмотку трансформатора подается напряжение 2200 В, 50 Гц. Вычислить:

а). Максимальный поток в сердечнике.

б). Площадь поперечного сечения сердечника.

в). Вторичная наведенная ЭДС.

Поскольку номинальное вторичное напряжение равно вторичной наведенной ЭДС, другой более простой способ рассчитать вторичное напряжение из отношения витков дается как:

Электрическая мощность в трансформаторе

Еще одним из основных параметров трансформатора является его номинальная мощность. Номинальная мощность трансформатора получается простым умножением тока на напряжение, чтобы получить номинальную мощность в вольт-ампер , (ВА). Небольшие однофазные трансформаторы могут быть рассчитаны только на вольт-амперы, но более мощные силовые трансформаторы рассчитаны на единицы кило вольт-ампер , (кВА), где 1 киловольт-ампер равен 1000 вольт-ампер, а единицы Мега-вольт-ампер , (МВА), где 1 мегавольт-ампер равен 1 миллиону вольт-ампер.

В идеальном трансформаторе (игнорируя любые потери) мощность, доступная во вторичной обмотке, будет такой же, как мощность в первичной обмотке, они являются устройствами постоянной мощности и не изменяют мощность, только соотношение напряжения к току. Таким образом, в идеальном трансформаторе коэффициент мощности равен единице, поскольку напряжение V, умноженное на ток, I останется постоянным.

То есть электрическая мощность на одном уровне напряжения / тока на первичной стороне «преобразуется» в электрическую энергию на той же частоте с тем же уровнем напряжения / тока на вторичной стороне.Хотя трансформатор может повышать (или понижать) напряжение, он не может повышать мощность. Таким образом, когда трансформатор увеличивает напряжение, он понижает ток и наоборот, так что выходная мощность всегда равна входной мощности. Тогда мы можем сказать, что первичная мощность равна вторичной мощности (P P = P S ).

Мощность в трансформаторе

Где: Φ P – это первичный фазовый угол, а Φ S – вторичный фазовый угол.

Обратите внимание, поскольку потеря мощности пропорциональна квадрату передаваемого тока, то есть: I 2 R, увеличение напряжения, скажем, удвоение (× 2) напряжения уменьшит ток на ту же величину, (÷ 2) при подаче того же количества мощности на нагрузку и, следовательно, уменьшении потерь в 4 раза. Если бы напряжение было увеличено в 10 раз, ток уменьшился бы в том же раз, уменьшая общие потери в 100 раз.

Основы трансформатора – КПД

Трансформатору не требуются движущиеся части для передачи энергии.Это означает, что отсутствуют потери на трение или ветер, связанные с другими электрическими машинами. Однако трансформаторы действительно страдают от других типов потерь, называемых «потерями в меди» и «потерями в стали», но, как правило, они довольно малы.

Потери в меди, также известные как I 2 R потери – это электрическая мощность, которая теряется при нагреве в результате циркуляции токов вокруг медных обмоток трансформатора, отсюда и название. Потери в меди представляют собой самые большие потери в работе трансформатора.Фактические потери мощности в ваттах можно определить (в каждой обмотке), возведя в квадрат амперы и умножив на сопротивление обмотки в омах (I 2 R).

Потери в железе, также известные как гистерезис, представляют собой запаздывание магнитных молекул внутри сердечника в ответ на переменный магнитный поток. Это запаздывающее (или не синфазное) состояние связано с тем, что для обращения магнитных молекул требуется мощность; они не меняют направление, пока поток не достигнет достаточной силы, чтобы повернуть их вспять.

Их реверсирование приводит к трению, а трение вызывает тепло в сердечнике, что является формой потери мощности. Гистерезис внутри трансформатора можно уменьшить, сделав сердечник из специальных стальных сплавов.

Интенсивность потерь мощности в трансформаторе определяет его КПД. Эффективность трансформатора отражается в потерях мощности (мощности) между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками. Тогда результирующий КПД трансформатора будет равен отношению выходной мощности вторичной обмотки P S к входной мощности первичной обмотки P P и, следовательно, будет высоким.

Идеальный трансформатор имел бы 100% КПД, передавая всю электрическую энергию, которую он получает с первичной стороны, на вторичную. Но настоящие трансформаторы, с другой стороны, не на 100% эффективны. При работе с полной нагрузкой их максимальный КПД составляет от 94% до 96%, что все еще неплохо для электрического устройства. Для трансформатора, работающего при постоянном напряжении и частоте переменного тока, его КПД может достигать 98%. КПД трансформатора η определяется как:

.

КПД трансформатора

Где: вход, выход и потери выражены в единицах мощности.

Обычно, когда речь идет о трансформаторах, первичные ватты называются «вольт-ампер», ВА , чтобы отличить их от вторичных ватт. Тогда приведенное выше уравнение эффективности можно изменить на:

Иногда легче запомнить взаимосвязь между входом, выходом и эффективностью трансформатора с помощью изображений. Здесь три величины VA, W и η наложены в треугольник, дающий мощность в ваттах вверху, вольт-амперах и КПД внизу.Это расположение представляет собой фактическое положение каждой величины в формулах эффективности.

Треугольник КПД трансформатора

и транспонирование вышеуказанных величин треугольника дает нам следующие комбинации одного и того же уравнения:

Затем, чтобы найти Вт (выход) = VA x эфф., Или найти VA (вход) = W / eff., Или найти КПД, эфф. = Вт / ВА и т. Д.

Основные сведения о трансформаторе

Затем подведем итоги этого учебника по основам работы с трансформатором.Трансформатор изменяет уровень напряжения (или уровень тока) на своей входной обмотке на другое значение на выходной обмотке с помощью магнитного поля. Трансформатор состоит из двух электрически изолированных катушек и работает по принципу «взаимной индукции» Фарадея, согласно которому ЭДС индуцируется во вторичной катушке трансформатора магнитным потоком, создаваемым напряжениями и токами, протекающими в обмотке первичной катушки.

Как первичная, так и вторичная обмотки катушки намотаны вокруг общего сердечника из мягкого железа, сделанного из отдельных пластин для уменьшения вихревых токов и потерь мощности.Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, который должен быть синусоидальным по своей природе, в то время как вторичная обмотка подает электроэнергию на нагрузку. При этом трансформатор можно использовать в обратном направлении с источником питания, подключенным к вторичной обмотке, при условии соблюдения номинальных значений напряжения и тока.

Мы можем представить трансформатор в виде блок-схемы следующим образом:

Базовое представление трансформатора

Соотношение первичной и вторичной обмоток трансформатора относительно друг друга дает либо повышающий трансформатор напряжения, либо понижающий трансформатор напряжения с отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки, называемым «витками». коэффициент »или« коэффициент трансформации ».

Если это отношение меньше единицы, n <1, тогда N S больше, чем N P , и трансформатор классифицируется как повышающий трансформатор. Если это отношение больше единицы, n> 1, то есть N P больше, чем N S , трансформатор классифицируется как понижающий трансформатор. Обратите внимание, что однофазный понижающий трансформатор также можно использовать в качестве повышающего трансформатора, просто поменяв местами соединения и сделав обмотку низкого напряжения первичной, и наоборот, пока трансформатор работает в пределах своей первоначальной проектной мощности в ВА.

Если отношение витков равно единице, то есть n = 1, то и первичная, и вторичная обмотки имеют одинаковое количество витков катушки, поэтому напряжения и токи будут одинаковыми для первичной и вторичной обмоток.

Этот тип трансформатора 1: 1 классифицируется как изолирующий трансформатор, поскольку первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют одинаковое количество вольт на виток.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *