Диссертация (1144049), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Предложенспособ разделения потерь от эффекта вытеснения и эффекта близости,исключающий вычитание близких величин, что повышает точность расчета.Методика, основанная на численном моделировании электромагнитногополя согласована с методикой стандарта МЭК 60287, что дает возможностьэффективно применять стандарт для расчета кабелей новой конструкции,благодаря заранее вычисленным поправочным коэффициентам.6. Впервые в отечественной практике проведено исследование способоввыравнивания поля в высоковольтной соединительной муфте для кабелей изсшитого полиэтилена путем одновременного использования специальноподобранной геометрической формы стресс-конуса и оптимального выборадиэлектрической проницаемости и проводимости материалов, из которыхизготовлены его элементы – основное тело и рефлектор. Использованыуравненияпеременногоэлектропроводностьюэлектрическогоматериала,чтополяпозволяетсучестьненулевойвлияниепроводимости материала на распределение электрического поля.
Порезультатам исследований разработан и изготовлен опытный образецкабельной муфты 110 кВ, который на момент написания данного текстанаходится на предквалификационных испытаниях.163ГЛАВА 3. МУЛЬТИФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТРАНСФОРМАТОРА ДЛЯКОНТАКТНОЙ СВАРКИ ТРУБМетоды расчета и проектирования трансформаторов для машин контактнойсварки магистральных газопроводов хорошо изучены, и в основном следуютклассическим методам расчета трансформаторов.
Специфика трансформаторовэтого типа учитывается путем добавления в классическую методику рядаэмпирических коэффициентов и зависимостей, которые были получены в ходенаучных исследований, обобщающих экспериментальные данные для известныхконструкций. Этот нормальный для инженерной практики путь может встречатьтрудности при необходимости выхода за пределы применимости тех или иныхэмпирических приближений. Причина в том, что рост объемов перекачиваемогогаза влечет за собой требование увеличения давления в газопроводе, чтоотражается в его конструкции в виде увеличения толщины стенки и переходу кболее прочным (и трудно свариваемым) маркам стали.
Это, в свою очередьувеличивает требования к предельной мощности сварочных трансформаторов,возможность увеличения габаритных размеров которых исчерпана, поскольку онаопределяется диаметром трубы. Проектирование трансформатора при такихисходных данных оказывается сложной задачей, поскольку эмпирическиеформулы, полученные в условиях меньших удельных нагрузок, приближаются кграницам свой применимости и выходят за эти границы.Однимизспособовразвитиярасчетнойметодикисварочныхтрансформаторов для расширения диапазона применимости является численноемоделирование электромагнитного поля, температурного поля и напряженнодеформированного состояния.
Этот метод применим для решения далеко не всехрасчетных задач, возникающих при конструировании трансформатора, и вближайшей перспективе он не заменит выверенную расчетную методику,обогащенную эмпирическим знанием в форме поправочных коэффициентов итаблиц. Целью данной работы является выяснение тех задач, для которых164моделирование поля дает надежный практический значимый результат ценойотносительно небольших усилий при использовании стандартного отечественногопрограммного обеспечения.3.1 Необходимость расчета поля при проектировании трансформаторовконтактной сваркиВ качестве объекта исследования выбран трансформатор для машиныстыковой контактной сварки магистральных трубопроводов большого диаметра.Ряд особенностей этого трансформатора делают его удобным объектом длячисленного моделирования поля.
С другой стороны, исследуемый трансформаторявляется высоконагруженным устройством в электромагнитном и тепловомотношении, что требует уточнения действующих методик расчета для обеспечениянадежности работы.3.1.1 Особенности конструкции исследуемого трансформатораКомплексоборудованиядляконтактнойстыковойсваркитрубмагистральных трубопроводов диаметром 1219 мм с толщиной стенки 27 мм КСМ01, разработанный и серийно изготавливаемый заводом ЗАО «Псковэлектросвар»,предназначен для работы на трубоукладочной барже при строительстве морскихтрубопроводов. Первый образец изготовлен, испытан и отгружен заказчику в 2011году.Сварочный процесс при стыковой сварке сопротивлением осуществляетсяпутемприложенияразностипотенциаловксвариваемымдеталям,соприкасающимся друг с другом в месте будущего сварочного шва подпостоянным регулируемым давлением.
В результате между деталями возникаетток, под действием которого в месте контакта развиваются джоулевы потери,разогревающие место сварки. В процессе разогрева до 1200…1250 градусов кромкисвариваемых деталей оплавляются. Благодаря приложенному усилию осадки внаправлении оси трубопровода, оплавленные свариваемые детали сближаются на165расчетную величину припуска сварки, после чего сварочное напряжениеснимается, и расплавленный металл остывая кристаллизуется.ВаппаратеКСМ-01используетсяпеременныйсварочныйтокпромышленной частоты. Источником сварочного тока является группа из 8-мипараллельно включенных трансформаторов, кольцеобразно расположенных вокругместа сварки (рис. 3.1).Рис.
3.1 Машина контактной сварки КСМ-01 в работе. На переднем плане показан один извосьми параллельно включенных трансформаторов.Каждыйизоднофазныхтрансформаторовимееттрехстержневуюконструкцию сердечника, показанную на рис. 3.2. Обмотки размещены вокругсреднего стержня.166Рис.
3.2 Схема соединения и сердечник трансформатораШихтованный сердечник изготовлен из электротехнической стали 3414толщиной 0.3 мм. Обмотки трансформатора выполнены с чередованием дляснижения индуктивности рассеяния. Первичная обмотка содержит 56 витков исостоит из восьми дисковых катушек, включенных последовательно. Катушкинамотаны проводом ПСДКТ-Л прямоугольного сечения 4.0*11.2 мм. Изоляцияпроводавыполненадвойнойстекловолоконнойнамоткойспропиткойтермостойким кремний-органическим лаком. Температурный индекс проводаПСДКТ-Л составляет 200 ºС.Вторичная обмотка содержит один виток, образованный 4-мя параллельносоединенными массивными витками в форме диска.
Диски размещены междусекциями первичной обмотки, как показано на рис. 3.3. Секционированиевторичной обмотки и перемежающееся расположение секций преследует две цели:167улучшение условий охлаждения, и, главное, снижение индуктивности короткогозамыкания трансформатора.Рис. 3.3 Схема размещения первичной и вторичной обмоток трансформатораТаблица 3.1 Основные данные трансформатора машины контактной сваркиКСМ-01ЧастотаМощность, кВА50 Гц142 при постоянной работеНапряжение, ВТок при ПВ=100%, АТок при ПВ=40%, АЧисло витковСечение меди виткаобмоткиСопротивлениеобмоток при 20ºСТок холостого ходане болееМатериал обмоткиПервичная обмотка: 380Первичная обмотка: 357Первичная обмотка: 564Первичная обмотка: 56Первичная обмотка:2×4.0×11.2=2×44.8=89.6 мм20.015 Ом225.6 при продолжительностивключения ПВ=40%Вторичная обмотка 7.1Вторичная обмотка 20 000Вторичная обмотка 31 646Вторичная обмотка 1Вторичная обмотка:1005 мм28 мкОм35 АПервичная обмотка:Медный провод ПСДКТ-ЛВторичная обмотка:Медный лист ДПРНМ15М1168МатериалмагнитопроводаСталь 3414 толщина листа 0.30 мм, коэффициент заполнения 0.97масса магнитопровода 86 кг.3.1.2 Физические явления, учитываемые при расчете электромагнитного итемпературного поляЦелью расчета является определение электромагнитных параметровтрансформатораиеготепловогосостоянияприработевповторно-кратковременном режиме в широком диапазоне изменения сварочного тока.
Там,где это возможно, используется методика, основанная на прямом расчетеэлектромагнитного, температурного и механического поля в трансформатореметодом конечных элементов.Главным упрощением является двумерная модель электрического итеплового поля. Выбор двумерного моделирования обоснован не тольковозможностями использованного программного обеспечения, но и тем фактом, чтополная трехмерная модель электромагнитного поля трансформатора едва лиосуществима на доступных компьютерах, и в любом случае, требует чрезвычайнодлительного времени счета. Для поперечного сечения трансформатора, в которомдлина модели существенно меньше габаритов в плоскости расчета, двумернаямодель требует внимательного обоснования применимости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
