Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе
Рассмотрена контактная сварочная машина, питаемая от электрической сети повышенной частоты. Исследовано как повышение рабочей частоты по сравнению с промышленной влияет на объем сердечника трансформатора машины. Показано, что повышение частоты не приводит к снижению габаритов и массы трансформатор...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101684 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе / Ю.Н. Ланкин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 4 (684). — С. 59-61. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-101684 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1016842016-06-07T03:02:56Z Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе Ланкин, Ю.Н. Краткие сообщения Рассмотрена контактная сварочная машина, питаемая от электрической сети повышенной частоты. Исследовано как повышение рабочей частоты по сравнению с промышленной влияет на объем сердечника трансформатора машины. Показано, что повышение частоты не приводит к снижению габаритов и массы трансформатора и питание контактных машин переменного тока средней и большой мощности от инверторов повышенной частоты нецелесообразно. A particular welding machine powered from the increased frequency electric mains was considered. It was investigated how increase in the operating frequency, compared to the commercial frequency, affected capacity of the machine transformer core. It is shown that increase in the frequency does not lead to decrease in dimensions and weight of the transformer, and that powering of medium- and high-capacity AC resistance machines from increased-frequency inverters is inexpedient. 2010 Article Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе / Ю.Н. Ланкин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 4 (684). — С. 59-61. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101684 621.791.76.03 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Краткие сообщения Краткие сообщения |
| spellingShingle |
Краткие сообщения Краткие сообщения Ланкин, Ю.Н. Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе Автоматическая сварка |
| description |
Рассмотрена контактная сварочная машина, питаемая от электрической сети повышенной частоты. Исследовано
как повышение рабочей частоты по сравнению с промышленной влияет на объем сердечника трансформатора
машины. Показано, что повышение частоты не приводит к снижению габаритов и массы трансформатора и
питание контактных машин переменного тока средней и большой мощности от инверторов повышенной частоты
нецелесообразно. |
| format |
Article |
| author |
Ланкин, Ю.Н. |
| author_facet |
Ланкин, Ю.Н. |
| author_sort |
Ланкин, Ю.Н. |
| title |
Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе |
| title_short |
Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе |
| title_full |
Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе |
| title_fullStr |
Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе |
| title_full_unstemmed |
Влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе |
| title_sort |
влияние рабочей частоты на размеры трансформаторов для контактной сварки на переменном токе |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Краткие сообщения |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101684 |
| citation_txt |
Влияние рабочей частоты на размеры
трансформаторов для контактной сварки на переменном токе / Ю.Н. Ланкин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 4 (684). — С. 59-61. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT lankinûn vliânierabočejčastotynarazmerytransformatorovdlâkontaktnojsvarkinaperemennomtoke |
| first_indexed |
2025-07-07T11:14:42Z |
| last_indexed |
2025-07-07T11:14:42Z |
| _version_ |
1836986540162547712 |
| fulltext |
УДК 621.791.76.03
ВЛИЯНИЕ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ НА РАЗМЕРЫ
ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ
НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
Ю. Н. ЛАНКИН, д-р техн наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрена контактная сварочная машина, питаемая от электрической сети повышенной частоты. Исследовано
как повышение рабочей частоты по сравнению с промышленной влияет на объем сердечника трансформатора
машины. Показано, что повышение частоты не приводит к снижению габаритов и массы трансформатора и
питание контактных машин переменного тока средней и большой мощности от инверторов повышенной частоты
нецелесообразно.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная сварка, инвертор, сва-
рочная машина, трансформатор, вторичный контур, объем
магнитопровода
Как известно, эффективным путем уменьшения
размеров и массы трансформаторов является по-
вышение рабочей частоты [1]. Уменьшение мас-
согабаритных показателей особенно целесообраз-
но для встроенных трансформаторов сварочных
клещей. В качестве основного источника питания
раньше использовали утроители частоты, мотор-
генераторы или индукторные генераторы [2], а в
настоящее время — тиристорные или транзистор-
ные инверторы [3]. К сожалению, c увеличением
частоты возрастает индуктивное сопротивление
вторичного контура машины. Для того чтобы при
этом сварочный ток не уменьшился, приходится
повышать вторичное напряжение трансформатора
и, следовательно, его мощность. Таким образом,
повышение частоты питания неоднозначно влияет
на габаритный объем трансформаторов для кон-
тактной сварки на переменном токе. Поэтому
представляет интерес исследовать, как рабочая
частота влияет на габаритный объем и связанную
с ней массу трансформатора для контактной свар-
ки на переменном токе.
Для трансформаторов с минимальными мас-
согабаритными показателями имеют место сле-
дующие соотношения [1]:
Vтр ≈ 3Vм, 0,13Vм
4 ⁄ 3 = SмSок, Sок = (2,5 – 1,3)Sм,
где Vтр — объем трансформатора; Vм — объем
магнитопровода; Sм, Sок — соответственно сече-
ние магнитопровода и площадь его окна. Откуда
Vм = (9,2 – 5,5)
3 ⁄ 4√⎯⎯⎯Sм ,
т. е. объем трансформатора напрямую связан с
сечением магнитопровода. Уменьшение активно-
го сечения материала магнитопровода Sм с уве-
личением частоты следует из известной формулы
Sм =
E1
4,44fw1B
, (1)
где E1 — ЭДС самоиндукции первичной обмотки;
w1 — количество витков первичной обмотки; B —
индукция. К сожалению, с увеличением частоты
возрастает мощность потерь в магнитопроводе и
дополнительных потерь в меди обмоток, что при-
водит к дополнительному повышению темпера-
туры трансформатора. Для диапазона частот до
единиц килогерц дополнительными потерями в
меди за счет скин-эффекта можно пренебречь. За-
висимость удельных потерь в магнитопроводе от
частоты имеет вид [1]
p = Af αB2, (2)
где A — потери в единице объема при f = 1 Гц,
B = 104 Тл, α = 1,5...2.
Чтобы мощность потерь в магнитопроводе и со-
ответственно перегрев трансформатора остались на
прежнем уровне необходимо одновременно с уве-
личением частоты снижать индукцию, как следует
из формулы (2). Однако уменьшение индукции сог-
ласно зависимости (1) приводит к увеличению Sм.
Таким образом, сечение магнитопровода трансфор-
матора, а следовательно, и его объем с повышением
частоты уменьшаются заметно медленнее, чем об-
ратно пропорционально частоте. Кроме того, с
уменьшением размеров трансформатора уменьша-
ется поверхность охлаждения и индукцию прихо-
дится еще больше снижать.
В работе [1] с помощью теории подобия для
объема магнитопровода трансформатора Vм по-
лучено следующее выражение:
Vм(f) = 1,5√⎯⎯⎯Akдоб
kм
P
4√⎯fΔT
, (3)
© Ю. Н. Ланкин, 2010
4/2010 59
где P — мощность; kдоб — коэффициент доба-
вочных потерь в меди; kм — коэффициент запол-
нения окна магнитопровода медью; ΔT — перег-
рев трансформатора. Выражение (3) получено для
активной нагрузки и без учета влияния индук-
тивности рассеяния обмоток трансформатора.
Особенностью машин для контактной сварки на
переменном токе является индуктивно-активный
характер нагрузки трансформатора
Z2(f) = √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯(Rк + rд)
2 + (2πfLк)
2, (4)
где Rк — активное сопротивление вторичного
контура машины; rд — сопротивление сваривае-
мой детали; Lк — индуктивность вторичного кон-
тура машины. В этом случае выражение (3) при-
мет вид
Vм(f) = 1,5 √⎯⎯⎯Akдоб
kм
Z2(f)I2
2
4√⎯f ΔT
, (5)
где I2 — вторичный ток контактной машины.
Для исследования влияния частоты на объем
магнитопровода удобно перейти к безразмерным
параметрам трансформатора, приняв за базовые
параметры трансформатора на промышленной
частоте 50 Гц: V = Vм(f) ⁄ Vм(50) — относительный
объем трансформатора, F = f ⁄ 50 — относительная
частота.
Условимся, что при изменении частоты Rк, rд,
Lк, kдоб, kм, A, I2 и ΔT остаются неизменными.
Учитывая, что
2π50Lк
Rк + rд
= tg (ϕ), (6)
2πfLк
Rк + rд
= tg (ϕ)F, (7)
где ϕ — угол сдвига между током и напряжением
во вторичной цепи при рабочей частоте, равной
50 Гц, из уравнений (4)–(7), опустив промежу-
точные преобразования, получим зависимость от-
носительного объема магнитопровода трансфор-
матора от рабочей частоты и cos ϕ (коэффициент
мощности) машины:
V = √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯cos2(ϕ)(1 – F) + F
4√⎯⎯F
. (8)
Подсчитанные по формуле (8) зависимости V
от F и cos ϕ приведены на рисунке. Как следует
из рисунка, для машин с cos ϕ = 0,9 вторичного
контура на промышленной частоте имеет место
снижение объема магнитопровода максимум на
11 % с повышением рабочей частоты. При cos ϕ
≥ 0,8 объем магнитопровода только возрастает с
ростом рабочей частоты. Обычно cos ϕ контакт-
ных машин промышленной частоты 50 Гц нахо-
дится в пределах 0,4…0,7, а максимально воз-
можный диапазон 0,2…0,8 [4]. Поэтому повыше-
ние рабочей частоты машин для контактной
сварки на переменном токе в целях снижения га-
баритов трансформатора нецелесообразно, так как
для реальных вторичных контуров машин габа-
риты трансформатора не снижаются, а наоборот,
возрастают. Приведенные выше выкладки выпол-
нены с использованием ряда упрощающих допу-
щений. Однако их влияние имеет второй порядок
малости и серьезно не сказывается на полученных
закономерностях.
Реальное снижение размеров и массы транс-
форматора можно достичь при использовании по-
вышенной частоты в контактных машинах с вып-
рямителем во вторичном контуре.
Увеличение рабочей частоты однозначно улуч-
шает регулировочные характеристики машин для
контактной сварки за счет увеличения динами-
ческих характеристик системы управления. Это
заметно сказывается при времени импульсов сва-
рочного тока менее 5…10 периодов сети 50 Гц.
Поэтому для микросварки, требующей время про-
текания сварочного тока менее 10…30 мс, маши-
ны переменного тока промышленной частоты не
используются. В этом случае наиболее целесооб-
разно применять машины повышенной частоты с
и без выпрямителей во вторичном контуре, кото-
рые имеют несравненно лучшие регулировочные
характеристики, чем наиболее распространенные
в настоящее время конденсаторные машины.
Выводы
1. Увеличение рабочей частоты (применение ин-
верторов) не дает уменьшения габаритов и массы
трансформатора машин для контактной сварки на
переменном токе.
2. Увеличение рабочей частоты может в не-
которых случаях уменьшить габариты и массу ма-
шины для контактной сварки с выпрямителем во
вторичном контуре, при этом улучшает динами-
Зависимость безразмерного объема магнитопровода транс-
форматора от безразмерной частоты при различных коэффи-
циентах мощности машины на промышленной частоте: 1 —
cos ϕ = 0,9; 2 — 0,8; 3 — 0,7; 4 — 0,6; 5 — 0,5
60 4/2010
ческие характеристики системы управления тока
сварки, что особенно целесообразно для микрос-
варки.
1. Расчет электромагнитных элементов источников вторич-
ного электропитания /А. Н. Горский, Ю. С. Русин, Н. Р.
Иванов и др. — М.: Радио и связь, 1988. — 176 с.
2. Рыськова З. А., Федотов П. Д., Жимерева В. И. Трансфор-
маторы для электрической контактной сварки. — Л.:
Энергоатомиздат, 1990. — 424 с.
3. Пат. 2047444 РФ, МПК7 В23К111/24. Установка для кон-
тактной сварки / Б. А. Будилов, В. В. Глазов, А. И. Комар-
чев и др. — Заявл. 07.02.1994; опубл. 10.11.1995.
4. Глебов Л. В., Пескарев Н. А., Файгенбаум Д. С. Расчет и
конструирование машин для контактной сварки. — Л.:
Энергоатомиздат, 1981. — 424 с.
A particular welding machine powered from the increased frequency electric mains was considered. It was investigated
how increase in the operating frequency, compared to the commercial frequency, affected capacity of the machine
transformer core. It is shown that increase in the frequency does not lead to decrease in dimensions and weight of the
transformer, and that powering of medium- and high-capacity AC resistance machines from increased-frequency inverters
is inexpedient.
Поступила в редакцию 24.11.2009
СВАРКА — ОСНОВА АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
S. McCracken et al. (май)
В 2016–2017 гг. в США планируется ввести в строй более
30 новых атомных реакторов. Основной причиной повышен-
ного интереса к атомной энергетике является наличие обна-
деживающих данных о безопасности и безотказности работы
существующего парка атомных электростанций (АЭС),
насчитывающего 104 единицы.
Анализ эксплуатации АЭС показывает, что гарантией
безопасности и безотказности их работы является качество
сварных швов ответственных систем, конструкций и узлов.
В большинстве случаев отказы, вызванные разрушениями
материалов, происходят по сварному шву или вблизи него.
В связи с этим одним из основных условий достижения срока
эксплуатации АЭС порядка 60 лет и более, а также
минимизации вероятности возникновения отказов и необ-
ходимости выполнения дорогостоящих ремонтно-восста-
новительных работ является разработка более совершенных
способов сварки и технологических инструкций по сварке и
монтажу сварных конструкций.
Институт исследований в области электроэнергетики
(Electric Power Research Institute — EPRI) в качестве
независимой и некоммерческой организации совместно с
изготовителями сварочного оборудования, инструмента и
сварочных приспособлений занимается разработкой руково-
дящих материалов и нормативов по передовым методам
организации сварочных работ при строительстве новых АЭС.
Ключевыми моментами разрабатываемых EPRI проектов
является оценка различных процессов сварки и технологии
изготовления сварных конструкций, использованных при
строительстве и эксплуатации АЭС, и разработка типовых
процессов, учитывающих основные факторы, которые вли-
яют на предрасположенность наиболее уязвимых сварных
швов к деградации свойств соединяемых металлов.
В задачи EPRI входит разработка руководящих мате-
риалов по сооружению новых, более совершенных конст-
рукций атомных реакторов, а также технологических инс-
трукций по вопросам сварки всех основных узлов каждой
АЭС отдельно. Без существенных изменений в основном
останутся условия эксплуатации новых реакторов и набор
материалов, но, вероятно, более или менее существенным
изменениям подвергнутся процессы подготовки материалов
под сварку и сами процессы сварки с целью повышения
надежности и увеличения срока службы систем водной
защиты реактора. В частности, будут использоваться не-
сколько недавно разработанных методов снижения остаточ-
ных напряжений, возникающих в сварных соединениях.
ПО СТРАНИЦАМ ЖУРНАЛА
«WELDING JOURNAL»
(май, июнь 2009)
4/2010 61
|