Необхідність застосування в складі індукційної установки силового трансформатора визначається, в основному, технологічним призначенням установки та електричними параметрами генератора, коливального контуру, індуктора.
Як правило, установки для наскрізного нагрівання і плавки металів, що працюють з однотипними багатовитковому індукторами, не містять трансформаторів для узгодження роботи індуктора з генератором. Застосування многовіткових індукторів дає можливість, на стадії проектування, визначити необхідну кількість витків індуктора для узгодження його опору з параметрами генератора, з метою споживання від джерела номінальної потужності.
Не потрібно застосування трансформатора і в індукційних нагрівальних установках з замінними багатовитковому індукторами, близькими за своїми електричними параметрами, коли не потрібно одержання від генератора максимальної потужності.
У той же час, існує велика група технологічних процесів, при реалізації яких необхідне застосування трансформаторів.
Якщо потрібно використовувати генератор на його максимальну потужність, то характер електричного опору навантажувального контуру призводять до активного характеру, а його величину до значення близького до внутрішнього опору джерела живлення.
Приведення опору навантажувального контуру до параметрів оптимальним для роботи з конкретним джерелом харчування досягається:
- настроюванням контуру в резонанс, шляхом підбору необхідної величини компенсує ємності,
- приведенням опору, налаштованого в резонанс контуру, до величини близької до внутрішнього опору генератора шляхом підбору потрібного коефіцієнта трансформації трансформатора.
Послідовність проведення операцій з налаштування контура в резонанс і вибору оптимального коефіцієнта трансформації залежить від місця трансформатора в силовій схемі індукційної установки.
На малюнках 1,2,3,4,5 представлені принципові електричні схеми індукційних установок з застосуванням трансформаторів (автотрансформаторів).
Умовні позначення: -генератор- «Г-р», трансформатор- «Тс», «Атт», «Тз», конденсаторна батарея - «С», індуктор - «І».
Випускаються трансформатори можна розділити на погоджують, автотрансформатори та гартівні. Зрозуміло, що за своєю природою будь-який трансформатор є елементом узгодження, але в термінології індукційних електротермічних установок усталене такий розподіл.
У таблицях 1,2,3 представлені основні марки випускаються ТОВ «ВЧТ» трансформаторів.
Трансформатори погоджують
Трансформатори погоджують (таблиця 1).
Випускаються в даний час джерела живлення (генератори) для індукційних електротермічних установок можуть відрізнятися за величиною номінального вихідної напруги. Зазвичай вихідна напруга джерел живлення 400В, 800В. Для навантажувальних контурів індукційних установок, що включають індуктори, конденсатори, можливо і трансформатори, може не підходити напруга джерела живлення. Тому питання узгодження напруг генератора і навантаження саме на часі і вирішується шляхом застосування узгоджувальних трансформаторів. Також узгоджувальний трансформатор може бути використаний для скорочення втрат в лінії що з'єднує генератор з навантаженням, за рахунок зниження величини струму в лінії, шляхом підвищення напруги його передачі.
Для реалізації перерахованих цілей використовуються трансформатори ТСС1-250-2,4 і ТСС1-250-10, що працюють на частотах 2,4 і 10 кГц, що підвищують (знижують) напруга з 400В до 800В. Коефіцієнт трансформації в цих трансформаторах фіксований. При необхідності, можуть бути поставлені трансформатори з іншими співвідношеннями напруг на обмотках.
Також випускаються трансформатори, службовці для гальванічної розв'язки джерела живлення і коливального контуру. До них відносяться трансформатори типу ТСС3-250-2,4 і ТСС3-250-10, мають коефіцієнт трансформації рівний одиниці і первинна напруга 400В.
У номенклатурі узгоджувальних трансформаторів є трансформатор типу
ТРС1-1600С4 потужністю до 1600 кВА. Первинне напруга трансформатора U1 = 800В (допускається підвищення напруги до1000В за погодженням з виробником). Вторинна напруга U2 = 800 ÷ 240B (допускається розширення діапазону за погодженням з виробником). На відміну від трансформаторів типу ТСС, в трансформаторі ТРС1-1600С4 є можливість перемикання кількості витків, як на одній обмотці, так і на інший. Трансформатор має розширений діапазон зміни коефіцієнта трансформації. Вторинна напруга U2 = 800 ÷ 240B (допускається розширення діапазону за погодженням з виробником).
Нові конструктивні рішення, знайдені при розробці гартувального трансформатора ТЗ1-1600С4 були перенесені на трансформатор ТРС1-1600С4, що підвищило його енергетичні показники, знизило масу і габарити, в порівнянні з більш відомим ТРС1-800. При розробці цього трансформатора не ставилося завдання підвищення потужності до 1600кВА, оскільки область застосування трансформатора це узгодження параметрів навантажувального контуру з генератором, а потреби в узгоджувальних пристроях настільки великої потужності немає. Однак, відомо, що використання пристроїв, при зниженій щодо номінальної, потужності, підвищує ресурс їх роботи і це гідність поряд зі зниженими масогабаритними показниками має бути цікаво споживачеві. Слід звернути увагу на те, що погоджують трансформатори, навіть такі потужні, як ТРС1-1600С4 не можуть бути використані в якості контурних понижуючих (гартівних) (рис.3).
Автотрансформатори (таблиця 2).
Для узгодження роботи генератора з індукційним нагрівачем, наприклад, ковальським, оснащеним змінними індукторами може бути застосований автотрансформатор. Автотрансформатор дозволяє змінювати напругу з досить дрібним кроком. Коефіцієнт трансформації автотрансформатора, як правило, лежить в діапазоні -1 ÷ 2.
Автотрансформатор не забезпечує гальванічної розв'язки генератора з контуром. У таблиці 2 наведені два типу автотрансформаторів з потужністю 500 кВА на частоти 2,4 кГц і 8-10 кГц. На рис.4 представлений варіант схеми містить автотрансформатор.
Трансформатори гартівні (таблиця 3).
Найбільш поширеним типом трансформаторів є гартівні. Практично будь-яка среднечастотная індукційна установка для поверхневого гарту має такий трансформатор. Усі наші трансформатори мають тривалість включення рівну 100%, що забезпечується водяним охолодженням обмоток і магнітопровода. У конструкції трансформаторів передбачено перемикання коефіцієнтів трансформації. Обмотки трансформаторів розділені на секції і, при необхідності, можуть бути замінені.
Потужності трансформаторів складають ряд: 800, 1600, 3200 кВА.
Робочі частоти, на яких працюють трансформатори, лежать в діапазоні - 2,4 ¸10 кГц. Використання трансформаторів на частоті 1 кГц також можливо, але за умови обмеження діапазону зміни коефіцієнтів трансформації.
Трансформатори призначені для узгодження напруги індуктора з напругою генератора. На рис.5 представлена найбільш поширена схема включення гартувального трансформатора.
Зі схеми видно, що первинна обмотка трансформатора включена в індуктивну гілка паралельного коливального контуру. Ця обставина відрізняє гартівний трансформатор від узгоджувального. Гартівний трансформатор передає в навантаження (індуктор), як активну, так і реактивну потужності. В силу цього, номінальна потужність гартувального трансформатора повинна значно перевершувати активну потужність індуктора.
Для вибору необхідної потужності гартувального трансформатора можна виходити з електричних параметрів генератора напруги індуктор. При цьому трансформатор, обраний за параметрами генератора, чи не буде пов'язаний з параметрами конкретного індуктора, що надає системі генератор-трансформатор велику універсальність застосування. Для визначення необхідної потужності трансформатора можна користуватися виразом:
Sтр = Рг / Сosjі. де
Sтр-потужність трансформатора,
Рг - потужність генератора,
Cosjі - коефіцієнт потужності індуктора.
Як видно з формули, при відомій потужності генератора (Рг), величина Cosjі є визначальною при виборі потужності трансформатора. Для визначення величини Cosjі можна привести його оціночні значення для типових технологічних процесів:
- при загартуванню Сosjі лежить в діапазоні -0,2¸0,4,
- при пайку, зварюванні Сosjі лежить в діапазоні -0,1¸0,2,
- при кування, штампування Сosjі лежить в діапазоні -0,1¸0,2.
Слід зазначити, що значення Сosjі залежить від багатьох факторів і рекомендувати вибір значення цього параметра в більш вузькому діапазоні не представляється можливим.
У табл.3 представлені гартівні трансформатори ТЗ1-800С2, ТЗ1-1600С4, ТЗ1-3200С4.
У цій серії гартівних трансформаторів при розробці обмоток, муздрамтеатру і системи охолодження закладені нові конструктивні рішення захищені патентами:
- на винахід № 2433495,
- на корисні моделі № 122524 та № 122525.
- зниження теплових втрат в трансформаторі,
- зниження індуктивності розсіювання,
- створення умов ефективного охолодження струмоведучих частин обмоток.
- скорочення необхідної кількості комунікацій (шлангів) для під'єднання трансформатора до системи водяного харчування індукційної установки.
Застосовані рішення дозволили значно знизити масогабаритні показники і підвищити ефективність роботи трансформаторів та його експлуатаційні якості.
ТОВ "ВЧТ" - високочастотні трансформатори в Санкт-Петербурзі