На какую силу тока должен быть рассчитан провод первичной обмотки сварочного трансформатора 100 а

Обновлено: 24.04.2024

Изготовление малогабаритного сварочного трансформатора

Перед радиолюбителем или любым мастером самоделкиным встаёт вопрос, где взять сварочный трансформатор, для работ часто возникающих на даче и дома, которые необходимо устранить при помощи сварочных работ. Сварочный аппарат вы можете сделать сами. Изготовление сварочного трансформатора сделано по методике написанной ранее Изготовление трансформатора для РА

Предъявляемые требования к данному трансформатору должны быть следующие:
- быть малогабаритным и легко переносным
- мало потребляющим ток, когда не производится сварка или резка.
- возможность производить сварку переменным током.
- обеспечить использование для сварки часто встречающихся марок электродов
- по возможности получить, как можно больший выбор диаметров применяемых электродов, как для сварки так и резки металла.

Все эти требования продиктованы не возможностью создать что-то, а теми условиями, с которыми приходится сталкиваться большинству радиолюбителей и тем, кто занимается конструированием.

Для получения среднего по весу сердечника будущего вашего сварочного трансформатора использованы пластины шириной в 200 мм от трансформаторных подстанций с масляным охлаждением и длиной 1,60 м.

Сечение окна трансформатора 150 cм. квадратных для первичной обмотки трансформатора необходимо использовать провод диаметром от 2,0-3,0 мм более нет смысла наматывать, так как остальное увеличение диаметра не добавит вам большого тока в первичной обмотке, а вот вес у вас прибавится.

Для вторичных обмоток трансформатора необходимо использовать все, что есть у вас под рукой. Желательно использовать только то, что обладает достаточной гибкостью при намотке. Хорошо себя зарекомендовала медная шина сечением от 2х8 мм до 2х16 мм, 2х18 мм, 2х20 мм, жила от гибких кабелей сечением 18, 20 квадратных мм в резиновой изоляции. Более другие сечения достаточно жесткие и трудно наматываемые на трансформаторы такого вида.

Прежде всего каждому надо определится под какой электрод или под какие диаметры электродов вам необходимо делать ваш варочный трансформатор, от этого будет зависеть и вес и ток. Мы будем исходить из того что вы хотите охватить как можно больше часто встречающихся диаметров электродов и чтобы не быть "привязанными" к одному диаметру электрода.

Для регулировки тока вашего трансформатора произведена регулировка по предварительно подобранным виткам первичной обмотки рис1.

Для намотки для сетевой обмотки трансформатора использован провод - 2,5 мм, для вторичной обмотки была использована медная шина сечением - 2 х 12 мм. В первичной обмотки трансформатора намотано - 250 витков, при этом ток холостого хода - 1,5 А. (ток первичной обмотки вашего трансформатора). После получения тока в 1 ампер необходимо домотать сетевую обмотку для получения тока в 100 mА.

Все это нам необходимо для того, чтобы наш сварочный трансформатор при включении в сеть 220V потреблял малый ток.
Ток выбран из расчета 100 mA, это во первых небольшой ток и пока вы готовитесь к сварке ваш счетчик намотает совсем мало, вся основная нагрузка только на время сварки или резки. Это хорошая экономия ваших денег особенно в это нестабильное время.

Для вторичной обмотки надо ориентироваться на напряжение 40-50 вольт. Количество витков не приводится, так как все зависит от имеющегося у вас материала.

На этом отводе с током в 1А (резка) вы будете производить резку металла электродом в 4 мм и с несколько худшими характеристиками электродом в 5 мм. Электродом в 3 мм можно производить резку с применением добавочного сопротивления применяемого сварщиками, так как при резке из-за большого тока после сгорания электрода на 50% сам электрод краснеет, что приводит к прилипанию в случае кратковременного прекращения работы.

Для сварки под диаметры в 5, 4, 3 мм надо ориентироваться на ток под электрод диаметром в 3мм. Почему ориентироваться на электрод диаметром 3мм - это самый рапостраненный электрод для работ с более тонкими металлами и часто применяемый радиолюбителями для разного вида сварок своих конструкций.

В качестве переключателя можно использовать любой переключатель способный выдержать ток до 20А.

В следствии большого тока при применении электродов 4, 5 мм и долгой работе с электродами диаметром 3 мм необходимо не забывать давать вашему сварочному отдохнуть.

Для сварки используются стандартные или самодельные держатели электродов, которые несложно сделать каждому. Для хорошего контакта с массой при сварке применена самодельная струбцина, к которой прикреплен провод "массы".

Грибак М. Опубликована: 2005 г. 0 0

Вознаградить Я собрал 0 0

Трансформатор

Задача 1. Почему сердечники в трансформаторе делают

А)из ферромагнитной стали;

Б) не сплошными, а из тонких изолированных пластин?

1) для усиления магнитного поля и уменьшения потерь при перемагничивании;

2) для уменьшения нагрева сердечника;

3) для уменьшения силы тока во вторичной обмотке трансформатора;

4) для увеличения коэффициента передачи трансформатора.

Поскольку трансформатор работает на переменном токе, его сердечник перемагничивается 50 раз в секунду (промышленная частота тока 50 Гц). На перемагничивание (разворот доменов – таких областей, которые намагничены в одном направлении) тратится энергия. Поэтому чем легче «развернуть» домены, проще перемагнитить – тем меньше мы затратим энергии. Ферромагнитная сталь обладает как раз такими свойствами: легко перемагничивается. Кроме того, намагниченность сердечника в одном направлении означает, что он обладает собственным потоком – то есть дополнительно усиливает внешнее поле.

Как ток вызывает появление потока, так и наоборот, поток вызывает появление тока. Поэтому, когда массивный сердечник пронизывается потоком, в нем неизбежно возникнет ток. Эти токи вихревого характера, их так и называют: вихревыми. Или токами Фуко. Ток, согласно закону Джоуля-Ленца, нагревает проводник: то есть сердечник будет греться. Чтобы этого избежать, надо воспрепятствовать протеканию этого тока. Можно для этого увеличить сопротивление: добавить кремний, например (около 5 %), или разделить сердечник на пластинки, изолированные лаком.

Задача 2. Можно ли использовать трансформатор

А) для изменения постоянного напряжения,
Б) для изменения переменною напряжения?

3) можно только для повышения напряжения;
4) можно только для понижения напряжения.

ЭДС наводится только при изменении магнитного потока, поэтому трансформатор работает только на переменном токе.

А) при большой нагрузке,
В) при малой нагрузке?
1) да;

3) можно, если трансформатор небольшой мощности;

4) можно, только если трансформатор большой мощности.

Большая нагрузка – это малое сопротивление. При малом сопротивлении ток – большой. Следовательно, большой ток будет создавать большое падение напряжения на проводах обмотки. Кроме того, вырастут и потери на потоки рассеяния. Следовательно, не будет соблюдаться примерное равенство , то есть при большой нагрузке мы не можем пользоваться формулой. При малой нагрузке (большое сопротивление нагрузки, малый ток) потерями можно пренебречь и использовать формулу можно.

Задача 4. По какой из формул можно определить

Б) коэффициент трансформации?

Задача 5. Напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора 220 В, мощность 44 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если отношения числа витков обмоток . (Потери энергии не учитывать.)
Напряжение на вторичной обмотке будет равно

Если считать, что потерь нет, то мощность во вторичной обмотке такая же, как и в первичной, следовательно, ток будет равен

Задача 6. Выберите два верных утверждения.
1) У понижающего трансформатора провода первичной обмотки обычно имеют сечение больше, чем провода вторичной обмотки.

2) У повышающего трансформатора провода первичной обмотки обычно имеют сечение больше, чем провода вторичной обмотки.

3) У повышающего трансформатора ток в первичной обмотке больше, чем ток во вторичной обмотке.

4) У понижающего трансформатора ток в первичной обмотке больше, чем ток во вторичной обмотке.
Определим ток в первичной обмотке для предыдущей задачи:

Следовательно, для проводов первичной обмотки может быть выбран провод меньшего сечения.

Задача 7. В электрической цепи (см. рис.) уменьшают количество витков во вторичной обмотке. Как изменятся: показания первого вольтметра; показания первого амперметра; показания второго вольтметра?

Изменение количества витков во вторичной обмотке приведет к уменьшению напряжения , поэтому показания второго вольтметра уменьшатся. Соответственно, уменьшатся и показания амперметра во вторичной обмотке. Показания первого вольтметра никак не изменяются ни при каких изменениях во вторичной обмотке. А, так как при отсутствии потерь мощность трансформатора (первичной и вторичной обмоток) одна и та же, то при уменьшении мощности вторичной обмотки уменьшится и потребляемая, вследствие чего ток в первичной обмотке станет меньше.

Задача 8. Понижающий трансформатор включен в сеть с напряжением 1000 В и потребляет от сети мощность, равную 400 Вт. Каков КПД трансформатора, если во вторичной обмотке течет ток 3,8 А, а ?

Определим напряжение во вторичной обмотке:

Задача 9. Понижающий трансформатор ( ) включен в сеть напряжением 220 В. Каково напряжение на выходе трансформатора, если сопротивление вторичной обмотки 0,3 Ом, а сопротивление полезной нагрузки 3 Ом?

Вторичный ток равен

Напряжение на выходе равно:

Ответ: В.

Задача 10. На какую силу тока должен быть рассчитан провод первичной обмотки сварочного трансформатора, если во вторичной обмотке максимальное значение силы тока 100 А при напряжении 40 В? Напряжение на первичной обмотке трансформатора 380 В. Потерями мощности пренебречь.

Потерь нет, следовательно,

Ответ: А.

Задача 11. Вторичная обмотка трансформатора, имеющая 95 витков, пронизывается магнитным потоком, изменяющимся со временем через один виток по закону . Напишите формулу, выражающую зависимость ЭДС во вторичной обмотке от времени.

Избавимся от минуса и перейдем к синусу:

Задача 12. Трансформатор включен в сеть (см. рис.). Как изменятся показания приборов при увеличении полезной нагрузки (уменьшении сопротивления резистора )?

Изменение сопротивления во вторичной обмотке приведет к увеличению тока , поэтому показания второго амперметра увеличатся. Соответственно, увеличатся и показания вольтметра во вторичной обмотке. Показания первого вольтметра никак не изменяются ни при каких изменениях во вторичной обмотке. А, так как при отсутствии потерь мощность трансформатора (первичной и вторичной обмоток) одна и та же, то при увеличении мощности вторичной обмотки увеличится и потребляемая, вследствие чего ток в первичной обмотке станет больше.

Задача 13. Чтобы узнать, сколько витков содержится в первичной и вторичной обмотках трансформатора, на вторичную катушку намотали дополнительно 11 витков провода. При включении первичной обмотки в сеть напряжением 220 В вольтметр показал, что на обмотке с 11 витками напряжение равно 4,4 В, а на вторичной обмотке 12 В. Сколько витков в первичной и вторичной обмотках?

Теперь снова применим формулу, чтобы определить число витков во вторичной обмотке:

На какую силу тока должен быть рассчитан провод первичной обмотки сварочного трансформатора, если во вторичной обмотке максимальное

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

Расчет сварочного трансформатора

Расчет самодельных сварочных трансформаторов имеет выраженную специфику, так как в большинстве случаев они не соответствуют типовым схемам и для них, по большому счету, нельзя применить стандартные методики расчета, разработанные для промышленных трансформаторов. Специфика состоит в том, что при изготовлении самоделок параметры их компонентов подстраиваются под уже имеющиеся в наличии материалы - в основном под магнитопровод. Часто трансформаторы собираются не из самого лучшего трансформаторного железа, мотаются не самым подходящим проводом, усиленно греются и вибрируют.

При изготовлении трансформатора, близкого по конструкции промышленным образцам, можно пользоваться стандартными методиками расчета. Такие методики устанавливают наиболее оптимальные значения обмоточных и геометрических параметров трансформатора. Однако, с другой стороны, эта же оптимальность является недостатком стандартных методик. Так как они оказываются совершенно бессильными при выходе какого-либо параметра за рамки стандартных значений.

Устройство сварочного трансформатора

По форме сердечника различают трансформаторы броневого и стержневого типов.

Типы магнитных сердечников: а - броневой, б - стержневой.

Трансформаторы стержневого типа, по сравнению с трансформаторами броневого типа, имеют более высокий КПД и допускают большие плотности токов в обмотках. Поэтому сварочные трансформаторы обычно, за редким исключением, бывают стержневого тика.

По характеру устройства обмоток различают трансформаторы с цилиндрическими и дисковыми обмотками.

Типы обмоток трансформаторов: а - цилиндрическая обмотка, б - дисковая обмотка. 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка.

Самодельный сварочный аппарат

В трансформаторах с цилиндрическими обмотками одна обмотка намотана поверх другой. Так как обмотки находятся на минимальном расстоянии друг от друга, то практически весь магнитный поток первичной обмоткой сцепляется с витками вторичной обмотки. Только некоторая часть магнитного потока первичной обмотки, называемым потоком рассеяния, протекает в зазоре между обмотками и поэтому не связана со вторичной обмоткой. Такой трансформатор имеет жёсткую характеристику (про вольт-амперную характеристику сварочного аппарата читайте здесь, в конце статьи). Трансформатор с такой характеристикой не годится для ручной сварки. Для получения падающей внешней характеристики сварочного аппарата, в этом случае, используют или балластный реостат или дроссель. Наличие этих элементов усложняет устройство сварочного аппарата.

В трансформаторах с дисковыми обмотками первичная и вторичная обмотки отдалены друг от друга. Поэтому значительная часть магнитного потока первичной обмотки не связана со вторичной обмоткой. Ещё говорят, что эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние. Такой трансформатор имеет, необходимую, падающую внешнюю характеристику. Индуктивность рассеяния трансформатора зависит от взаимного расположения обмоток, от их конфигурации, от материала магнитопровода и даже от близко расположенных к трансформатору металлических предметов. Поэтому точный расчёт индуктивности рассеяния практически невозможен. Обычно, на практике, расчёт ведётся методом последовательных приближений с последующим уточнением обмоточных и конструктивных данных на практическом образце.

Регулировка сварочного тока, обычно, достигается изменением расстояния между обмотками, которые выполняются подвижными. В бытовых условиях трудно выполнить трансформатор с подвижными обмотками. Выход может быть в изготовлении трансформатора на несколько фиксированных значений сварочного тока (на несколько значений напряжения холостого хода). Более тонкая регулировка сварочного тока, в сторону уменьшения, может осуществляется укладыванием сварочного кабеля в кольца (кабель будет сильно нагреваться).

Особенно сильным рассеиванием и, следовательно, крутопадающей характеристикой отличаются трансформаторы П-образной конфигурации у которых обмотки разнесены на разные плечи, так как расстояние между обмотками у них особенно велико.

Обмотки трансформатора разнесенные на разные плечи: 1 - первичная, 2 - вторичная.

Но они теряют много мощности и могут не дать ожидаемый ток.

Отношения числа витков первичной обмотки N₁ к числу витков вторичной обмотки N₂ называется коэффициентом трансформации трансформатора n, и если не учитывать различные потери, то справедливо выражение:

где U₁, U₂ - напряжение первичной и вторичной обмоток, В; I₁, I₂ - ток первичной и вторичной обмоток, А.

Выбор мощности сварочного трансформатора

Прежде чем приступить к расчету сварочного трансформатора, необходимо четко определиться - на какой величине сварочного тока его предстоит эксплуатировать. Для электросварки в бытовых целях чаще всего используются покрытые электроды диаметром 2, 3 и 4 мм. Из них наибольшее распространение получили, наверное, трехмиллиметровые электроды, как наиболее универсальное решение, подходящие для сваривания как относительно тонкой стали, так и для металла значительной толщины. Для сварки двухмиллиметровыми электродами выбирается ток порядка 70А; "тройка" чаще всего работает на токе 110-120А; для "четверки" потребуется ток 140-150А.

Приступая к сборке трансформатора, разумным будет установить для себя предел выходного тока, и мотать обмотки под выбранную мощность. Хотя здесь можно ориентироваться и на максимально возможную мощность для конкретного образца, учитывая, что от однофазной сети любой трансформатор вряд ли способен развить ток выше 200А. При этом необходимо четко осознавать, что с увеличением мощности растет степень нагрева и износа трансформатора, необходимы более толстые и дорогие провода, увеличивается вес, да и не каждая электросеть может выдержать аппетиты мощных сварочных аппаратов. Золотой серединой здесь может быть мощность трансформатора, достаточная для работы наиболее ходовым трехмиллиметровым электродом, с выходным током 120-130А.

Потребляемая мощность сварочного трансформатора, и аппарата в целом, будет равна:

где U_х.х. - напряжение холостого хода, I_св. - ток сварки, φ - угол сдвига фаз между током и напряжением. Так как сам трансформатор является индуктивной нагрузкой, то угол сдвига фаз всегда существует. В случае расчета потребляемой мощности cos(φ) можно принять равным 0,8. η - КПД. Для сварочного трансформатора КПД можно принять равным 0,7.

Стандартная методика расчета трансформатора

Эта методика применима для расчета распространенных сварочных трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием, следующего устройства. Трансформатор изготовлен на основе П-образного магнитопровода. Его первичная и вторичная обмотки состоят из двух равных частей, которые расположены на противоположных плечах магнитопровода. Между собой половины обмоток соединены последовательно.

Устройство сварочного трансформатора

Для примера возьмемся рассчитать с помощью этой методики данные для сварочного трансформатора рассчитанного на рабочий ток вторичной катушки I₂=160А, с выходным напряжением холостого хода U₂=50В, сетевым напряжением U₁=220В, значение ПР (продолжительность работы) примем, скажем, 20% (про ПР см. ниже).

Введем параметр мощности, учитывающий продолжительность работы трансформатора:

где ПР - коэффициент продолжительности работы, %. Коэффициент продолжительности работы показывает, сколько времени (в процентах) трансформатор работает в дуговом режиме (нагревается), остальное время он находится в режиме холостого хода (остывает). Для самодельных трансформаторов ПР можно считать равным 20-30%. Сам ПР в общем-то не влияет на выходной ток трансформатора, впрочем, как и соотношения витков трансформатора не слишком-то сказываются на параметре ПР у готового изделия. ПР в большей степени зависит от других факторов: сечения провода и плотности тока, изоляции и способа укладки провода, вентиляции. Однако с точки зрения приведенной методики считается, что для различных ПР более оптимальными будут несколько отличные соотношения между количеством витков катушек и площадью сечения магнитопровода, хотя, в любом случае, выходная мощность остается неизменной, рассчитанная на заданный ток I₂. Ничто не мешает принять ПР, скажем, 60% или все 100%, а эксплуатировать трансформатор на меньшем значении, как на практике обычно и происходит. Хотя, лучшее сочетание обмоточных данных и геометрии трансформатора обеспечивает выбор значения ПР пониже.

Для выбора числа витков обмоток трансформатора рекомендуется пользоваться эмпирической зависимостью электродвижущей силы одного витка E (в вольтах на виток):

E = 0,55 + 0,095 × P_дл (P_дл в кВт)
Е = 0,55 + 0,095 × 3,58 = 0,89 В/виток

Эта зависимость справедлива для широкого диапазона мощностей, однако наибольшую сходимость результатов дает в диапазоне 5-30 кВт.

Количество витков (сумма обеих половин) первичной и вторичной обмоток определяются соответственно:

где U₁ - напряжение сети, В.

Номинальный ток первичной обмотки в амперах:

где k_m=1.05-1.1 - коэффициент, учитывающий намагничивающий ток трансформатора; n = N₁/N₂ - коэффициент трансформации.

n = 247/56 = 4,4
I₁ = 160 × 1,1/4,4 = 40 А

Сечение стали сердечника трансформатора (см 2 ) определяется по формуле:

где f=50 Гц - промышленная частота тока; B_m - индукция магнитного поля в сердечнике, Тл. Для трансформаторной стали индукция может быть принята B_m=1.5-1.7 Тл, рекомендуется принимать ближе к меньшему значению.

Конструктивные размеры трансформатора приведены применительно к стержневой конструкции магнитопровода. Геометрические параметры магнитопровода в миллиметрах:

Ширина пластины стали из пакета магнитопровода
a=(S×100/(p₁×k_c)) 1/2 =(27×100/(2×0,95)) 1/2 =37,7 мм.
Толщина пакета пластин плеча магнитопровода
b=a×p₁=37,7×2=75,4 мм.
Ширина окна магнитопровода
c=b/p₂=75,4×1,2=90 мм.

где k_c=0.95-0.97 - коэффициент заполнения стали.

Значение (a) подбирается ближайшее из сортамента трансформаторной стали, конечное значение (b) корректируется с учетом ранее выбранного (a), ориентируясь на полученные значения S и S_из.

Высота магнитопровода методикой строго не устанавливается и выбирается исходя из размеров катушек с проводом, крепежных размеров, а также учитывается расстояние между катушками, которое выставляется при подстройке тока трансформатора. Размеры катушек определяются сечением провода, количеством витков и способом намотки.

Сварочный ток можно регулировать, перемещая секции первичной и вторичной обмоток относительно друг друга. Чем больше расстояние между первичной и вторичной обмотками, тем меньшим будет выходная мощность сварочного трансформатора.

Таким образом, для сварочного трансформатора со сварочным током 160А были получены значения основных параметров: суммарное количество витков первичных катушек N₁=247 витков и измеряемая площадь сечения магнитопровода S_из=28,4 см 2 . Расчет с теми же исходными данными, кроме ПР=100% даст несколько иные соотношения S_из и N₁: 41,6 см 2 и 168 соответственно для того же тока 160А.

На что нужно обратить внимание, анализируя полученные результаты? Прежде всего, в этом случае соотношения между S и N для определенного тока действительны только для сварочного трансформатора, изготовленного по схеме с увеличенным магнитным рассеиванием. Если бы мы применили значения S и N, полученные для этого типа трансформатора, для другого трансформатора - построенного по схеме силового трансформатора (см. рисунок ниже), то выходной ток при тех же значениях S и N₁ значительно возрос бы, предположительно в 1,4-1,5 раза или пришлось бы примерно во столько же раз увеличить количество витков первичной катушки N₁ для сохранения заданной величины тока.

Схема силового трансформатора: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка.

Упрощенный расчет сварочного трансформатора

Неприемлемость во многих случаях стандартных методик расчета заключается в том, что они устанавливают для конкретной мощности трансформатора только единые значения таких основных параметров, как измеренная площадь сечения магнитопровода (S_из) и количество витков первичной обмотки (N₁), хотя последние и считаются оптимальными. Выше было получено сечение магнитопровода для тока 160А, равное 28 см 2 . На самом деле сечение магнитопровода для той же мощности может варьироваться в значительных пределах - 25-60 см 2 и даже выше, без особой потери в качестве работы сварочного трансформатора. При этом под каждое произвольно взятое сечение необходимо рассчитать количество витков, прежде всего первичной обмотки, таким образом, чтобы получить на выходе заданную мощность. Зависимость между соотношением S и N₁ близка к обратно пропорциональной: чем больше площадь сечения магнитопровода (S), тем меньше понадобиться витков обеих катушек.

Самой важной частью сварочного трансформатора является магнитопровод. Во многих случаях для самоделок используются магнитопроводы от старого электрооборудования, которое до того ничего общего со сваркой не имело: всевозможные крупные трансформаторы, автотрансформаторы (ЛАТРы), электродвигатели. Часто эти магнитопроводы обладают весьма экзотической конфигурацией, а их геометрические параметры невозможно изменить. И сварочный трансформатор приходится рассчитывать под то, что есть, - нестандартный магнитопровод, используя нестандартную методику расчета.

Наиболее важными при расчете параметрами, от которых зависит мощность, являются площадь сечения магнитопровода, количество витков первичной обмотки и расположение на магнитопроводе первичной и вторичной обмоток трансформатора. Сечение магнитопровода в данном случае измеряется по наружным размерам сжатого пакета пластин, без учета потерь на зазоры между пластинами, и выражается в см 2 . При напряжении питания сети 220-240В, с незначительным сопротивлением в линии, можно рекомендовать следующие формулы приближенного расчета витков первичной обмотки, которые дают положительные результаты для токов 120-180А для многих типов сварочных трансформаторов. Ниже приведены формулы для двух крайних вариантов расположения обмоток.

Для трансформаторов с обмотками на одном плече (рисунок ниже, а):
N₁ = 7440 × U₁/(S_из × I₂)
Для трансформаторов с разнесенными обмотками (рисунок ниже, б):
N₁ = 4960 × U₁/(S_из × I₂)

Трансформаторы с обмотками на одном плече и с разнесенными обмотками

где N₁ - примерное количество витков первичной обмотки, S_из - измеренное сечение магнитопровода (см 2 ), I₂ - заданный сварочный ток вторичной обмотки (А), U₁ - сетевое напряжение.

При этом надо учитывать, что для трансформатора с разнесенными по разным плечам первичной и вторичной обмотками вряд ли удастся получить ток более 140А - сказывается сильное рассеивание магнитного поля. Нельзя также ориентироваться на ток выше 200А для остальных типов трансформаторов. Формулы носят весьма приближенный характер. Некоторые трансформаторы с особенно несовершенными магнитопроводами дают значительно более низкие показатели выходного тока. Кроме того, существует много таких параметров, которые нельзя определить и учесть в полной мере. Обычно неизвестно, из какого сорта железа изготовлен тот или иной, снятый со старого оборудования магнитопровод. Напряжение в электросети может сильно изменяться (190-250В). Еще хуже, если линия электропередачи обладает значительным собственным сопротивлением, составляя всего единицы Ома, оно практически не влияет на показания вольтметра, обладающего большим внутренним сопротивлением, но может сильно гасить мощность сварки. Учитывая все вышеизложенное, рекомендуется первичную обмотку трансформатора выполнять с несколькими отводами через 20-40 витков.

Отводы первичной обмотки трансформатора

В этом случае всегда более точно можно будет подобрать мощность трансформатора или подрегулировать ее под напряжение конкретной сети. Количество витков вторичной обмотки определяется из соотношения (кроме "ушастика", например из двух ЛАТРов):

где U₂ - желаемое напряжение холостого хода на выходе вторичной обмотки (45-60В), U₁ - напряжение сети.

Выбор сечения магнитопровода

Теперь мы знаем, как можно рассчитать витки катушек сварочного трансформатора под определенное сечение магнитопровода. Но остается вопрос - каким именно выбрать это сечение, особенно если конструкция магнитопровода позволяет варьировать его значение?

Оптимальное значение сечения магнитопрвода для типичного сварочного трансформатора было получено в примере расчета по стандартной методике (160А, 26 см 2 ). Однако далеко не всегда оптимальные с точки зрения энергетических показателей значения являются таковыми, а то и возможными вообще, с точки зрения конструктивных и экономических соображений.

Например, трансформатор одной и той же мощности может иметь сечения магнитопровода с разницей в два раза: скажем 30-60 см 2 . При этом количество витков обмоток будет различаться тоже примерно в два раза: для 30 см 2 придется мотать в два раза больше провода, чем для 60 см 2 . Если у магнитопровода небольшое окно, то вы рискуете тем, что все витки попросту не влезут в его объем или придется использовать очень тонкий провод - в этом случае необходимо увеличить сечение магнитопровода с целью уменьшения количества витков провода (актуально для многих самодельных трансформаторов). Вторая причина - экономическая. Если обмоточный провод в дефиците, то, учитывая его немалую стоимость, этот материал придется экономить по максимуму, если есть возможность, наращиваем магнитопровод до большего сечения. Но, с другой стороны, магнитопровод - самая тяжелая часть трансформатора. Лишняя площадь сечения магнитопровода - лишний и притом, весьма ощутимый вес. Проблема прибавки веса особенно сказывается тогда, когда трансформатор намотан алюминиевым проводом, вес которого намного меньше стали, а тем более меди. При больших запасах провода и достаточных размерах окна магнитопровода этот элемент конструкции имеет смысл выбирать потоньше. В любом случае не рекомендуется опускаться ниже значения 25 см 2 , не желательны также сечения выше 60 см 2 .

Подбор витков трансформатора опытным путем

В некоторых случаях о выходной мощности трансформатора можно судить по току первичной обмотки в режиме холостого хода. Вернее, здесь можно говорить не о количественной оценке мощности в режиме сварки, а о настройке трансформатора на максимальную мощность, на которую способна конкретная конструкция. Или же речь идет о контроле количества витков первичной обмотки, чтобы не допустить их недостатка в процессе изготовления. Для этого понадобится некоторое оборудование: ЛАТР (лабораторный автотрансформатор), амперметр, вольтметр.

В общем случае по току холостого тока нельзя судить о мощности: ток может быть разным даже для одинаковых типов трансформаторов. Однако, исследовав зависимость тока в первичной обмотке в режиме холостого хода, можно более уверенно судить о свойствах трансформатора. Для этого первичную обмотку трансформатора надо подключить через ЛАТР, что позволит плавно менять напряжение на ней от 0 до 240В. В цепь также должен быть включен амперметр.

Схема для проверки сварочного трансформатора

Постепенно увеличивая напряжение на обмотке, можно получить зависимость тока от питающего напряжения. Она будет иметь следующий вид.

Зависимости тока в первичной обмотке трансформатора от питающего напряжения, в режиме холостого хода.

Сначала кривая тока полого, почти линейно возрастает до небольшого значения, далее скорость возрастания увеличивается - кривая загибается вверх, после чего следует стремительное увеличение тока. В случае, когда устремление кривой к бесконечности происходит до напряжения 240В (кривая 1), то это значит, что первичная обмотка содержит мало витков и ее необходимо домотать. Надо учитывать, что трансформатор, включенный на то же напряжение без ЛАТРа, будет брать ток примерно на 30% больше. Если же точка рабочего напряжения лежит на изгибе кривой, то при сварке трансформатор будет выдавать свою максимальную мощность (кривая 2). В случае кривых 3, 4 трансформатор будет иметь ресурс мощности, которую можно увеличить путем уменьшения витков первичной обмотки, и незначительный ток холостого хода: большинство самоделок ориентированы на это положение. Реально токи холостого хода различны для разных типов трансформаторов, в большинстве случаев находясь в интервале 100-500 мА. Не рекомендуется устанавливать ток холостого хода более 2А.

Расчет сварочного трансформатора для самостоятельной сборки

Соединение металлических деталей электрической дугой известно уже более 120 лет, но немногие знают все тонкости этого процесса, что очень важно для того, чтобы сделать расчет сварочного трансформатора для простейшего аппарата и полуавтомата.

1 На чем базируется расчет сварочного трансформатора?

Прежде, чем разбираться в формулах, давайте рассмотрим принцип действия простейшего аппарата для дуговой сварки. Основой такого агрегата является понижающий трансформатор, позволяющий изменить входящее напряжение, соответствующее в быту 220 В, на более низкое, до 60 В для так называемого холостого хода или, иначе, состояния покоя. То, какие виды электродов можно будет использовать с устройством, зависит от силы тока, которая должна быть в пределах 120-130 А для наиболее популярного трехмиллиметрового диаметра расходного материала.

И вот здесь как раз требуются расчеты, поскольку, если стержень электрода плавится при определенной силе тока, значит, она будет в той же степени нагревать и сердечник трансформатора, а также проволоку обмотки. Следовательно, для того, чтобы узнать оптимальную мощность трансформатора, нам нужно сначала вычислить рабочее напряжение, ориентируясь на рабочую силу тока. Для этого существует формула U₂ = 20 + 0,04I₂, где U₂ – напряжение на вторичной обмотке, а I₂ – выдаваемый аппаратом максимальный сварочный ток.

Теперь вернемся к сердечнику, который не зря так называется, поскольку является сердцем трансформатора, как самого простого, так и полуавтомата. Он составляется из металлических пластин, которые способны выдержать определенную нагрузку по мощности тока. Это допустимое значение зависит от размеров сердечника и называется габаритной мощностью, которую можно найти, зная значение напряжения холостого хода. Последнее высчитывается по формуле U_хх = U₂S, где S – площадь сечения провода вторичной обмотки. Зависимость этой площади от диаметра проводника определяем по формуле S = πd 2 /4, или по следующим таблицам:

Допустимые токовые нагрузки на провода с медными жилами

Допустимые токовые нагрузки на провода с алюминиевыми жилами

2 Расчет для сварочного трансформатора по формулам и онлайн

Итак, у нас есть все необходимые параметры для того, чтобы вычислить габаритную мощность сердечника. Далее работаем по формуле P_габ = U_ххI₂cos(φ)/η, где φ – угол смещения фаз между напряжением и током (можно принять величину 0.8), а η – КПД (принимаем 0.7). Остается найти допустимую мощность, которую выдержит аппарат при длительной работе. При этом учитываем, что коэффициент продолжительности работы (обозначим его ПР) составляет около 20 % от времени подключения трансформатора к сети.

Поэтому считаем следующим образом: P_дл = U₂I₂(ПР/100) 0.5 0.001, или, иначе P_дл = U₂I₂(20/100) 0.5 0.001, что соответствует P_дл = U₂I₂0.00045. В целом продолжительность работы и сила сварочного тока практически не связаны. В большей степени на время дугового режима влияет сечение проволоки обмотки и качество изоляции, а также то, насколько плотно и, главное, ровно, уложены витки. Следовательно, теперь мы можем узнать электродвижущую силу одного витка в вольтах, используя формулу E = P_дл0.095 + 0.55.

Далее, получив результат эмпирической зависимости по последней формуле, высчитываем оптимальное количество витков для обмотки, как первичной, так и вторичной. Для той и другой используем две формулы, соответственно N₁ = U₁/E, где U1 – входящее напряжение сети, а N₂ = U₂/E. Сила сварочного тока регулируется увеличением или уменьшением расстояния между первичной и вторичной обмотками: чем оно больше, тем ниже мощность на выходе. Тем, кто делает приведенный расчет с целью самостоятельной сборки трансформатора, а не для приобретения готового сварочного полуавтомата, понадобится еще и вычисление габаритов сердечника.

Исходя из значения ширины пластины, выясняем толщину пакета пластин плеча, для чего используем формулу b = ap₁, а затем и ширину окна магнитопровода c = b/p₂, где p₂ имеет диапазон значений 1–1.2 (рекомендуется максимальное). К слову, если уж мы взялись измерять габариты, вспомним про коэффициент заполнения стали, который обозначает промежутки между пластинами. С учетом этого показателя площадь сечения сердечника будет несколько иной, поэтому назовем ее измеряемой величиной и определим заново. Формула для этого потребуется следующая: S_из = S/k_c. В большинстве случаев эти расчеты не нужны при наличии онлайн-калькулятора.

3 Как сделать расчет самодельного тороидального сварочного трансформатора?

По сути, тор – это объемное геометрическое тело, хотя в математике бытует понятие "поверхность". То есть это даже не фигура, а замкнутая поверхность, имеющая одну общую для любой размещенной на ней точки сторону. Но, если не вдаваться в дебри терминологии, тор – это бублик, или окружность, вращающаяся вокруг некой не пересекающей ее оси, с которой располагается в одной плоскости. Именно в форме такого бублика может быть выполнен трансформатор-тороид.

Основная его характеристика – высокий КПД при небольших, в сравнении с другими типами сердечников, размерах. Что и является основополагающим критерием для предпочтения данной формы самодельных трансформаторов. Основное отличие тороидального трансформатора от прочих – прокладка только межобмоточной изоляции наряду с внешней. Межслоевая не делается по той простой причине, что витки провода, проходя сквозь отверстие тора, создают дополнительную толщину внутреннего диаметра, что исключает использование лишних слоев изоляции.

Именно это значительно усложняет сборку тороида, и потому он редко устанавливается в корпусе полуавтомата, где чаще можно увидеть стержневые сердечники. Чтобы не возникали пробивания, применяются провода с повышенной прочностью изоляционного покрова. В качестве прокладки можно взять лавсан или ленту ФУМ (фторопластовую).

Для определения габаритной мощности сердечника, выполненного в виде тора, нам достаточно узнать две площади: окна и сечения.

Первую вычисляем по формуле S_окна = 3.14(d 2 /4), где d – внутренний диаметр тора. Вторая формула выглядит следующим образом: S_сеч = h((D-d)/2), здесь D – внешний диаметр "бублика". Далее остается только рассчитать габаритную мощность трансформатора, для чего используем простейший способ умножения двух получившихся ранее результатов. Иными словами, P_габ[Вт] = S_окна[кв.см] * S_сеч[кв.см]. Дальнейшие вычисления ориентируем согласно таблице:

P_габ	ω₁	ω₂	∆ (А/мм 2 )	η
До 10	41/S	38/S	4.5	0.8
10-30	36/S	32/S	4	0.9
30-50	33.3/S	29/S	3.5	0.92
50-120	32/S	28/S	3	0.95

Здесь P_габ – габаритная мощность трансформатора, ω₁ – число витков на вольт (для стали Э310, Э320, Э330), ω₂ – число витков на вольт (для стали Э340, Э350, Э360), ∆–допустимая плотность тока в обмотках, ŋ – КПД трансформатора.

Определив количество витков на каждый вольт для сердечника из той или иной стали, можем узнать, сколько витков всего нужно будет выполнить при изготовлении трансформатора. Для этого используются две формулы, для первичной и вторичной обмотки соответственно: N₁ = ω₁U₁ и N₂ = ω₂U₂. Далее следует учесть некоторое падение напряжения, возникающее из-за небольшого сопротивления в обмотках, которое, впрочем, в тороиде довольно незначительное.

Для этого увеличиваем количество витков вторичной обмотки на 3 % (в других типах сердечников понадобилось бы больше): N_{2_компенс} = 1.03N₂. Для того чтобы узнать диаметр проволоки, используем формулу для первой обмотки d₁ = 1.13(I₁/∆) 0.5 и для второй: d₂ = 1.13(I₂/∆) 0.5 . При этом результаты округляем в большую сторону и выбираем ближайшие доступные провода.

Читайте также: