TRANSFORMATOR DE SUDARE CU ARC ELECTRIC

UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMIsOARA

FACULTATEA DE ELECTROTEHNICĂ

TRANSFORMATOR DE

SUDARE CU ARC ELECTRIC

Pr 22222o149w of. coordonator : Student : DOBREAN ANAMARIA

prof.dr.ing sora Ioan An IV ET gr. 1/2

TEMA DE PROIECTARE

Sa se proiecteze un echipament monofazat de sudare cu arc electric având urmatoarele date:

Puterea aparenta : S_n =(4400+300*13)= 8300 [VA]

Tensiunea nominala:    U_1n = V]

Frecventa de alimentare : f₁ = 50 [Hz]

Tensiunea de mers în gol: U₂₀ = (60.65 [V]

Cerinte:

1). Determinarea geometriei miezului transformatorului si a parametrilor sai.

2).Caracteristici externe VA pe iesire U2=f(I2) si curba puterii active transferata

arcului electric de sudare P2=f(I2).

3). Pierderile de putere in regim nominal.

4).Dimensionarea condensatorului pentru imbunatatirea factorului de putere pana la valoarea cosφ_n=0.92.

Calculul de dimensionare al transformatorului de sudare cu arc electric

1. Miezul ferromagnetic

1.1 Sectiunea geometrica transversala a coloanei / jugului :

A_c = A_j = c= = 5.154 [mm²]

unde : c = []

A_c = A_j =mn    (se recomanda mn)

m = = 71.79 [mm] n = == 71.58 [mm]

Am ales : m=72 [mm]

m-latimea coloanei(jugului);

n-grosimea coloanei (jugului).

1.2 Sectiunea transversala a miezului feromagnetic :

A_Fe = k_Fe A_c = 0.95 5.154= 4.89 [mm²]

unde : k_Fe =0.95 - coeficientul de umplere al pachetului feromagnetic.

1.3 Alegerea inductiei magnetice in miez :

Valoarea amplitudinii inductiei magnetice se alege în intervalul : B_c=(0.6.1) [T]

-am ales B_c = 0.86 [T]

2.Înfasurari

2.1 Numarul de spire:

numarul de spire din primar :

N₁=== se rotunjeste N₁= 408 spire

numarul de spire din secundar :

N₂=== se rotunjeste N₂= 68 spire

2.2 Aproximarea curentilor nominali :

-curentul nominal din primar :

I_1n = = = A]

-curentul nominal din secundar :

I_2n = = = 131.74 [A]

2.3 Sectiunea transversala a conductoarelor infasurarilor :

Valoarea densitatii de curent în înfasurari se alege din intervalul j = (3.5) [A/mm²]

-am ales j = 3.5 [A/mm²]

Înfasurarea primara se realizeaza din conductor rotund, cu diametrul d₁ si înfasurarea secundara se realizeaza din conductor dreptunghiular, cu sectiunea a x b.

Ariile sectiunilor se calculeaza cu relatiile :

-sectiunea înfasurarii primare este :

s₁ = = = 6.24 [mm²] -se standardizeaza s₁ = 7.069 [mm²]

- sectiunea înfasurarii secundare este:

s₂ = = = 37.64 [mm²] -se standardizeaza s₂ = 38.9 [mm²]

În urma standardizarii au rezultat urmatoarele diametre :

d₁ = 3 [mm] a = 5.6 [mm] b = 7.1 [mm]

2.4 Dimensiunile conductoarelor :

Pentru primar diametrul conductorului izolat este :

d_iz = d₁ + 2*δ_izr = = 3.1 [mm]

Pentru secundar dimensiunile conductorului dreptunghiular sunt :

a_iz = a + 2*δ_izd = = 5.8 [mm]

b_iz = b + 2*δ_izd = = 7.3 [mm]

unde : δ_izr = 0.05 [mm] - grosimea izolatiei pentru primar

δ_izd = 0.1 [mm] - grosimea izolatiei pentru secundar

2.5 Aranjarea bobinajului :

Bobinajul se aranjeaza pe straturi. Calculul bobinajului este :

-pentru primar :

-nr. de spire pe strat :

n_1ν = = = 20.19 se rotunjeste n_1ν = 21 spire

- nr. de straturi :

n₁₀ == = 20.20 se rotunjeste n₁₀ = 20 straturi

În primar vom avea 20 straturi din care 19 straturi au câte 21 spire fiecare si un strat de 9 spire.

-pentru secundar :

-nr. de spire pe strat :

n_2ν == se rotunjeste n_2ν = 7 spire

- nr. de straturi :

n₂₀ == = 11.42 se rotunjeste n₂₀ = 10 straturi

În secundar vom avea 10 straturi din care 9 straturi câte 7 spire fiecare si un strat de 5 spire.

y = 0.5 [mm] - grosimea izolatiei dintre straturi(prespan)

Latimea bobinajului este :

B₁ = n₁₀ * (d_iz + y) = = mm] - pentru primar

B₂ = n₂₀ * (a_iz + y) = = mm] - pentru secundar

Înaltimea bobinajului este :

A₁ = n_1ν * d_iz = = 65.1 [mm] - pentru primar

A₂ = n_2ν * b_iz = = mm] - pentru secundar

Lungimile transformatorului sunt :

L_c = A₁ + A₂ + m + 3*Δ == mm] -lungime coloana

L_j = max(B₁,B₂) + m + 2*Δ == 152 [mm] -lungime jug

unde : Δ =(3.5) [mm] - distanta necesara de aranjare si izolare a bobinajului

-am ales : Δ = 4 [mm]

Dimensiunile bobinajului transformatorului sunt redate în fig.3.

2.6 Rezistentele înfasurarilor :

Rezistentele infasurarilor sunt date de relatiile:

R₁ = ρ_cu == 0.551 [Ω]

R₂ = ρ_cu == 0.016 [Ω]

unde : ρ_cu= [Ωm]

D_m1=B₁ + m + 2*Δ = = 152 [mm]

D_m2=B₂ + m + 2*Δ = = 143 [mm]

R₂' = R₂ = = 0.576 [Ω] - rezistenta înfasurarii secundare reduse la

primar

2.7 Parametri de scurtcircuit ai transformatorului :

-rezistenta de scurtcircuit (raportata la primar):

R_1sc = R₁ + R₂' = 0.551 + 0.576 = Ω]

-reactanta de scurtcircuit (raportata la primar):

X_1sc== == 14.08 [Ω]

l_H == = 95.07 [mm]

k_R === 0.71 - factorul lui Rogovschi

B = = = 67.5 [mm]

-impedanta de scurtcircuit :

Z_1sc = = = 14.09 [Ω]

-tensiunea procentuala de scurtcircuit :

u_sca = = = 6.47 [%]

u_scr = = = 80.92 [%]

u_sc = = = 81.17[%] (conditia este îndeplinita u_sc >70 [%] )

-curentii de scurtcircuit :

- în primar : I_1sc = == 26.96 [A]

- în secundar : I_2sc = == 161.76 [A]

3.Calcule de verificare

.1 Verificarea tensiunii secundare de gol :

U₂₀ === 63.33 [V valoarea calculata se încadreaza în marja de eroare de 2%

3.2 Determinarea caracteristicilor de iesire (V-A, W-A)

Determinarea caracteristicilor de iesire (V-A, W-A) (fig.4 si fig.5) se determina cu urmatorul program în Matlab:

u20=63;

i2sc=161.76;

i2=0:0.1:i2sc;

u2a=(-u20/i2sc)*i2+u20;

p2a=u2a.*i2;

u2b=u20*sqrt(1-(i2/i2sc).^2);

p2b=u2b.*i2;

u2=0:1:u20;

i2a=(-i2sc/u20)*u2+i2sc;

i2b=i2sc*sqrt(1-(u2/u20).^2);

i2m=(i2a+i2b)/2;

p2m=(p2a+p2b)/2;

plot(i2,u2a,i2,u2b,i2m,u2);

figure

plot(i2,p2a,i2,p2b,i2,p2m);

end

3.3 Verificarea curentilor nominali :

Curentii nominali se calculeaza din caracteristicile mediate, corespunzator unei tensiuni secundare nominale, U_2N=20 [V

I_1n^*= I_2n^* = = 22.07 [A]

I_2n^*= = = 132.43 [A]

Valorile recalculate se încadreaza în marja de eroare 10% fata de cele calculate la punctul 2.2 .

I_2a = == 111.21 [A]

I_2b = == 153.65 [A]

Se verifica raportul dintre curentul secundar nominal si curentul secundar de scurtcircuit:

I_2sc = (1.1.1.3)* I_2n^* = (1.1.1.3)*132.43 = (145.67.172.15) [A] (se încadreaza în acest interval

4.Determinarea pierderilor de putere si a randamentului

4.1 Pierderile în fier :

ΔP_Fe = M_Fe*p_Fe = = W]

M_Fe = γ_Fe * V_Fe = γ_Fe *[2*m*n*( L_j + L_c)] = = 27.90 [Kg]

M_Fe - masa miezului feromagnetic

γ_Fe - densitatea miezului feromagnetic = 7600 [Kg/m³]

p_Fe - pierderile specifice în miez (orientativ p_Fe =0.5 [W/Kg], la 1 [T] si 50 [Hz])

4.2 Pierderi în înfasurari :

Pierderile se determina pentru curentii nominali recalculati la punctual 3.3:

ΔP_Cu1N = R₁* I_1n^*2 = 0.551*22.07 = 268.38[W]

ΔP_Cu2N = R₂* I_2n^*2 = 0.016*132.43 = 280.60 [W]

4.3 Randamentul transformatorului :

η = = = 0.825

Puterile nominale se determina cu relatiile :

P_2N= = =2648.6 [W]

P_2a = U_2N * I_2a = = 2224.2 [W]

P_2a = U_2N * I_2b = = 3073 [W]

P_1N = P_2N + (ΔP_Fe + ΔP_Cu1N + ΔP_Cu2N) = = 3208.74[W]

corespunzator unei tensiuni secundare U_2N =20 [V],conform punctului 3.3

5.Factorul de putere si condensatorul de compensare

5.1 Factorul de putere :

Factorul de putere se calculeaza în 2 situatii :

-la functionarea in regim de sarcina nominala :

cosφ_1N = == 0.386

- regim de functionare în gol :

cosφ₁₀ = == 0.066

I₁₀ = = = 0.474 [A]

I_10a = = = 0.029 [A]

I_10r=== 0.474 [A]

H_δ = == 684713.37 [A/m]

- H_c = H_j -intensitatea câmpului magnetic în coloana respectiv jug. Din desen am ales H_c = H_j = 0.18 [A/m];

- H_δ - intensitatea corespunzatoare întrefierului (am ales întrefierul δ = 0.2 [mm])

5.2 Calculul bateriei de condensatoare:

Calculul se face pentru regimul nominal, în conditiile compensarii la factorul de putere neutral cosφ_n=0.92

- capacitatea condensatorului este :

C = = = 137.05 [μF]

Din catalog se alege un condensator cu urmatoarele caracteristici avand capacitatea de valoare apropiata celei calculate :

- rezistorul de descarcare al bateriei are valoarea :

R_{d ­} = = = 141.14 [KΩ]

t_d 60 [s] -timpul de descarcare (-am ales t_d = 55 [s])

U_cadm 42 [V] - tensiunea admisibila pe condensator (-am ales U_cadm = 40 [V])

- puterea disipata în rezistorul de descarcare este :

P_d = = = 1.023 [W]

ANEXE

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

Fig.2 Dimensiunile miezului feromagnetic

Fig.3 Dimensiunile bobinajului transformatorului si variatia intensitatii câmpului

magnetic.

Fig.4 Caracteristici externe ale transformatorului de sudare.

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