Анализ режимов работы трансформатора

Сварочный трансформатор в процессе работы может находиться в одном из трех режимов: холостой ход, нагрузка и короткое замыкание. Используя (2.4) и схему замещения (см. рис.2.4) рассмотрим режимы работы сварочного трансформатора.

Режим холостого хода. В этом случае ток дуги отсутствует I _д= I₂ = 0. В первичной обмотки трансформатора протекает ток намагничивания I_o , которым для упрощения пренебрегаем. Поэтому на дуговом промежутке при холостом ходе U_o равно подводимому напряжению U₁¢. Векторы этих напряжений равны по величине и противоположны по фазе.

Режим нагрузки. В этом случае в электрической цепи протекает ток

I₂ = I₁¢ = I_д. Векторная диаграмма трансформатора при нагрузке приведена на рис.2.4,б. Из векторной диаграммы можно выразить в аналитической форме уравнение (2.18).

U₂ = U_д= (U_o² − I_д²Хт'²)^0,5 −I_дR_т (2.6)

Для приближенных расчетов ввиду малых величин активных сопротивлений R_т падением напряжения на них можно пренебречь. Тогда (2.6) перепишется как:

U₂ = U_д= (U_o² − I_д²Х_т ^{' 2})^0,5 (2.7)

Из (2.5) видно, что падающая внешняя характеристика трансформатора может быть получена при значительном увеличении его индуктивного сопротивления. Параметры упрощенной схемы замещения (см. рис.2.4) являются исходными для обоснования принципа действия и методов настройки режима сварочных трансформаторов.

Основными показателями, характеризующими экономические свойства трансформаторов, являются коэффициент мощности cosj и КПД. Коэффициент мощности с учетом искажения кривых тока и напряжения определяется из отношения активной мощности Р_а, потребляемой трансформатором и кажущейся (установленной мощности Р_к ).

cosj = (U_д I_д + I_д²R_т)/ (U_oI_д) = U_д + I_дR_т)/ U_o (2.8)

КПД трансформатора определяется отношением:

h = Р_д / Р_а , (2.9)

где Р_д и Р_а - мощность дуги и активная мощность, потребляемая из сети соответственно.

h = U_дI_д / (U_дI_д + I²R_т +Р_о). (2.10)

Пренебрегая потерями холостого хода, (2.10) перепишется:

h = UдIд / (U_дI_д + I²R_т) (2.11)

Из (2.8) и (2.10) определяется так называемый коэффициент использования кажущейся мощности трансформатора:

с = h cosj = U_д/U_o . (2.12)

Из анализа уравнений (2.11) и (2.12) следует, что:

- коэффициент мощности и коэффициент использования кажущейся мощности увеличивается с уменьшением напряжения холостого хода трансформатора и увеличением напряжения дуги. Поэтому для повышения экономических показателей трансформатора необходимо по возможности снижать напряжение холостого хода. Однако при значительном снижении напряжения холостого хода возбуждение дуги затрудняется, а процесс ее горения становиться прерывистым. Поэтому при выборе напряжения холостого хода трансформатора необходимо в первую очередь исходить из условия стабильности горения дуги. В свою очередь увеличение напряжения на дуге ограничивается технологическими требованиями процесса сварки. С увеличением напряжения дуги увеличивается возможность нарушения газовой защиты, появления дефектов формы шва и др.

Принимая во внимание, что отношение U_д/U_o для обычных условий дуговой сварки изменяется в пределах 0,4...0,62, а коэффициент использования кажущейся мощности сварочных трансформаторов с = 0.34...0,6. Поэтому сварочные трансформаторы имеют сравнительно низкий коэффициент использования кажущейся мощности, что отличает их от сетевых силовых трансформаторов. Изыскания способов повышения устойчивости горения дуги и надежности ее возбуждения без чрезмерного увеличения напряжения холостого хода позволят значительно повысить экономичность сварочных трансформаторов.

Режим короткого замыкания.. U_д = 0, а ток в сварочной цепи равен току короткого замыкания, I₂ = I_2к. Все подводимое напряжение падает внутри трансформатора. В этом случае (2.6) и (2.7) примут вид:

U_о= I_2к (Х_т²+R_т²)^0,5 (2.13)

и U_о= I_2к Х_т. (2.14)

Ток короткого замыкания из (2.14)

I_2к » U_о/ Х_т (2.15)

зависит от величины напряжения холостого хода и ограничивается главным образом величиной индуктивного сопротивления. В трансформаторах с нормальным (малым) магнитным рассеянием для ограничения тока короткого замыкания включают в сварочную цепь отдельную реактивную катушку - реактор, в трансформаторах с увеличенным рассеянием ток ограничивают повышением индуктивного сопротивления его обмоток.

КПД трансформатора при коротком замыкании, так же как и при холостом ходе будет стремиться к нулю. Коэффициент мощности определяется из (2.11), приняв U_д.» 0, а I_д = I_2к

cosj = (I_2к R_т )/ U_о (2.16)

Ввиду незначительной величины активного сопротивления, коэффициент мощности трансформатора при коротком замыкании не велик.

Дата добавления: 2015-07-20