Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием

В трансформаторах с нормальным магнитным рассеянием первичная W1 и вторичная W2 обмотки располагают на стержневом магнито-проводе концентрично. Благодаря такому размещению потоки рассеяния минимальны. В этом случае можно записать kм1-2≈ kм2-1≈ 1. Незначительные потоки рассеяния и обусловливают небольшое  значение  индуктивности  трансформатора  (Хт≈0).

Для получения необходимой индуктивности в цепи дуги последовательно с вторичной обмоткой трансформатора включают дополнительную реактивную катушку Wp с индуктивностью L (рис, 18.10). В зависимости от расположения реактивной катушки относительно вторичной обмотки трансформатора различают Трансформаторы с совмещенной реактивной катушкой (рис. 18.10, б) и отдельной реактивной катушкой (рис. 18.10, в, г).

Рис. 18.10. Трансформаторы с нормальным   магнитным   рассеянием: а — функциональная схема; б — электромагнитная схема трансформаторов с совмещенной реактивной катушкой; в — то же, с отдельной реактивной катушкой и воздушным зазором; г — то же, с дросселем насыщения ДН

В трансформаторах с совмещенной реактивной катушкой (рис. 18.10,6) реактивная катушка Wp расположена на общем магнитопроводе с обмотками трансформатора. В результате этого реактивная катушка имеет с трансформатором как электрическую, тнк и электромагнитную связь.

Рассмотрим режимы работы трансформатора при холостом ходе и нагрузке.

При холостом ходе (Iд = 0) магнитный поток Ф01 создается намагничивающей силой первичной обмотки.

Распределение его по стержням магнитопровода показано на рис. 18.11, а. Основная часть потока Ф01 замыкается через средний стержень Фос, и только небольшая его доля отводится в герхний Фов- Поток Ф01, взаимодействуя с витками w1 и w2, наводит в них э. д. с. Е1 и Е20. Э. д. с. Е1 выражается уравнением (18.4) и уравновешивается первичным напряжением:

Е20 = 4,44ω2ƒФ01· 10-8.

Магнитный поток Фов в витках реактивной катушки наводит э. д. с. Ер0:

Еp0 = 4,44ωpƒФ·10-8 (18.8)

или

Ер0 = 4,44ωрƒФ01kм1-р·10-8

 

где kм1-p — коэффициент магнитной связи первичной обмотки с реактивной катушкой.

Рис. 18.11. Распределение магнитных потоков в магнитопроводе трансформатора (условно): а — холостой ход; б — нагрузка, согласное включение; в — нагрузка, встречное включение

Э д. с. реактивной катушки в зависимости от способа включения либо суммируется с Е20 (согласное включение), либо вычитается (встречное включение):

Е2 = Е20 ± Ер0

или

Е2 = 4,44ƒФ012 ± ωpkм1-p) 10-8. (18.9)

С учетом уравнения (18.4) получим

U0 = U12 ± ωpkм1-p)/ω1 (18.10)

Из этого уравнения следует, что напряжение холостого хода трансформатора зависит от способа включения вторичной и реактивной обмоток, а также от коэффициента магнитной связи. Наибольшее значение напряжения может быть достигнуто при согласном включении W2 и Wp и при минимальном воздушном зазоре φ в верхнем стержне магнитопровода (рис. 18.11)

При нагрузке намагничивающие силы первичной и вторичной обмоток создают в трансформаторе суммарный магнитный поток

Фт = Ф1 + Ф2

Основная часть этого потока замыкается через средний стержень магнитопровода, и только небольшая часть отводится в верхний стержень. Намагничивающая сила реактивной катушки создает магнитный поток Фр. Большая часть этого потока также замыкается через средний стержень. Однако значительная часть его отводится и в нижний стержень. Распределение магнитных потоков при нагрузке в магнитопроводе показано на рис. 18.11, б, в.

Суммарный магнитный поток в нижнем стержне

Фн = Ф1 + Ф2рн = Фт + Фрн

или

Фн = Фт + Фрkмр-т, (18.11)

где kмp-т — коэффициент магнитной связи реактивной катушки с трансформатором.

При согласном включении W2 и Wp потоки Ф2 и Фрн находятся в фазе и направлены почти встречно потоку Ф1. В этом случае поток Фрн ослабляет поток Ф1, создаваемый намагничивающей силой первичной обмотки. При встречном включении W2 и Wp, наоборот, поток Фрн находится в фазе с потоком Ф1 и усиливает его.

При неизменном напряжении U1 имеем Фн≈Фт≈Ф01 = const. Следовательно, любое усиление или ослабление потока Фт вызовет изменение намагничивающего тока в первичной обмотке трансформатора. При согласном включении вторичной и реактивной обмоток из сети потребляется большая мощность, чем при их встречном включении, т. е. I1согл > I1встр.

Наиболее рациональный способ включения W2 и Wp в трансформаторах может быть получен исходя из условий сварки. При сварке на небольших токах наблюдается недостаточная устойчивость горения дуги. В этом случае применение источников с повышенным напряжением холостого хода (согласное включение обмоток) целесообразно. При сварке на больших токах решающим фактором становятся вопросы экономичности. И в этом случае встречное включение W2 и Wp предпочтительно.

Суммарный поток Фт наводит в витках ω1 э. д. с. Е1, которая в основном уравновешивается приложенным напряжением U1 и в витках ω2 э. д. с. Е20, равную

Е20 = 4,44ω2ƒФт·10-8.

Суммарный магнитный поток в верхнем стержне

Фв = Фр + Ф + Ф = Фр + Фтв,

или

Фв + Фр + Фтkмт-р (18.12)

Поток Фр наводит в витках ωp реактивную э. д. с. Ер, а поток Фтв — основную Ер0:

Ер = 4,44ωрƒФр·10-8,
Ер0 = 4,44ωрƒФтkмт-р·10-8. (18.13)

Суммарная э. д. с. трансформатора

Ё2 = Ё20 + Ёр0 + Ёр. (18.14)

При рабочей нагрузке э. д. с. Е2 уравновешивается падением напряжения на дуге и реактивной катушке

E2 = Uд + Eр = Uд+ IдХр.

При коротком замыкании э. д. с. уравновешивается падением напряжения на реактивной катушке

Е2 = Ер = IкХр.

Пользуясь векторной диаграммой (рис. 18.5) и уравнениями (18.1)—(18.3), выразим значение тока и напряжения дуги в аналитической форме:

      (18.5)

      (18.6)

Ток короткого замыкания (при Uд=0)

Ik.з = U0/Xр.

Из полученных уравнений следует, что трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием в сочетании с совмещенной реактивной катушкой имеют падающую внешнюю характеристику. Крутизна падения вольт-амперной характеристики определяется величиной индуктивного сопротивления катушки Хр. Граничные внешние характеристики для различных способов включения W2 и Wp приведены на рис. 18.12, а.

В трансформаторах с отдельной реактивной катушкой реактивная катушка имеет с трансформатором только электрическую связь (см. рис. 18.10, в, г). Коэффициент магнитной связи трансформатора с реактивной катушкой равен нулю. Для анализа работы трансформатора с отдельной реактивной катушкой (дросселем) могут быть использованы уравнения работы трансформатора с совмещенной реактивной катушкой. В этом случае в уравнениях, характеризующих режим работы при холостом ходе (18.8)—(18.10) и при нагрузке (18.11)—(18.13), коэффициенты магнитной связи kм1-p и kмт-р необходимо приравнять нулю.

Внешние вольт-амперные характеристики трансформаторов с отдельной катушкой приведены на рис. 18.12, б.

Рис. 18.12.  Внешние полы-амперные характеристики трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием и сочетании с реактивной катушкой: а — совмещенной; б — отдельной

Из уравнений (18.15)—(18.17) следует, что настройка трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием на заданный режим работы возможна посредством изменения индуктивного сопротивления реактивной катушки

Хр = ωw2р/Rм,

где Rм— сопротивление цепи магнитопровода на пути потока Фр.

Наиболее доступно регулирование Хр в трансформаторах для дуговой сварки путем изменения сопротивления Rм (рис. 18.13). Для этой цели в магнитопроводе реактивной катушки имеется регулируемый воздушный зазор δ (см. рис. 18.10, б, в). При минимальных зазорах обеспечивается максимальное индуктивное сопротивление катушки, и наоборот. В специализированных источниках питания дуги часто используют другой тип реактивных катушек — дроссели насыщени (см. рис. 18.10, г). Витки реактивной катушки расположены на крайних стержнях магнитопровода. На среднем стержне размещена управляемая обмотка, питаемая постоянным током. Изменяя намагничивающий ток Iн в управляемой обмотке, можно в широких пределах регулировать образующийся при этом в магнитопроводе поток Фр — Rм.

Рис. 18.13. Регулировочные зависимости трансформаторов с реактивными катушками

С величиной этого потока связана насыщенность магнитопровода, а следовательно, и его сопротивление потоку.

Выпускаемые для дуговой сварки однофазные трансформаторы должн соответствовать стандартам:  ГОСТ 7012—69 (для автоматической сварки) ГОСТ 95—77 (для ручной сварки).

Наибольшее распространение получили трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием. На небольшие токи (до 500 А) выпускают трансформаторы типа ТД и СТШ. Трансформаторы типа ТД с раздвижными катушками: ТД-300, ТД-500, ТДП-1 (для монтажных условий сварки) и др. Трансформаторы CTШ с подвижными шунтами: СТШ-300, СТШ-500, СТШ-500-80 (с повышенным напряжением холостого хода) и др. На большие токи (1000—2000 А) разработаны трансформаторы с неподвижным подмагничивающим шунтом: ТДФ-1000-1 и ТДФ-2000-2. Они предназначены для дуговой сварки под флюсом и отличаются высокой надежностью в эксплуатации.

Менее распространены в настоящее время трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием в сочетании с реактивной катушкой. В основном применяются только мощные трансформаторы с совмещенной реактивной катушко типа ТСД-1000-3, ТСД-2000-2 и др., предназначенные для сварки под флюсом.



 
 
Добавить предприятие
 


 
 
 
 
 
 
 
Тел.: (8552) 39-71-29
промышленные предприятия Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности
 
Создание сайта Вебцентр