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 . 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 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 U 2 = 20 + 0,04I 2 , где U 2 – напряжение на вторичной обмотке, а I 2 – 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 = U 2 S , 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 |
||||||
| Диаметр провода, мм | Допустимая сила тока, А | жилы, мм 2 | Диаметр провода, мм | Допустимая сила тока, А | ||
| 0.5 | 0.78 | 11 | 35 | 6,7 | 170 | |
| 0,75 | 0.98 | 15 | 50 | 8,0 | 215 | |
| 1,0 | 1,13 | 17 | 70 | 9.5 | 270 | |
| 1,5 | 1,4 | 23 | 95. | 11.0 | 330 | |
| 2,5 | 1,8 | 30 | 120 | 12,4 | 385 | |
| 4,0 | 2,26 | 41 | 150 | 13.8 | 440 | |
| 6.0 | 2,8 | 50 | 185 | 15,4 | 510 | |
| 10 | 3,56 | 80 | 240 | 17,5 | 605 | |
| 16 | 4,5 | 100 | 300 | 19,5 | 695 | |
| 25 | 5,6 | 140 | 400 | 22,5 | 830 | |
|
Допустимые токовые нагрузки на провода с алюминиевыми жилами |
||||||
| Площадь сечения токопроводящей жилы, мм 2 | Диаметр провода, мм | Допустимая сила тока, А | Площадь сечения токопроводящей жилы, мм 2 | Диаметр провода, мм | Допустимая сила тока, А | |
| 2 | 1,6 | 21 | 35 | 6,7 | 130 | |
| 2,5 | 1,78 | 24 | 50 | 8,0 | 165 | |
| 3 | 1,95 | 27 | 70 | 9.5 | 210 | |
| 4 | 2,26 | 32 | 95. | 11.0 | 255 | |
| 5 | 2,52 | 36 | 120 | 12,4 | 295 | |
| 6 | 2,76 | 39 | 150 | 13.8 | 340 | |
| 8 | 3,19 | 46 | 185 | 15,4 | 390 | |
| 10 | 3,56 | 60 | 240 | 17,5 | 465 | |
| 16 | 4,5 | 75 | 300 | 19,5 | 535 | |
| 25 | 5,6 | 105 | 400 | 22,5 | 645 | |
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 хх I 2 cos (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 = U 2 I 2 (ПР/100) 0.5 0.001 , или, иначе P дл = U 2 I 2 (20/100) 0.5 0.001 , что соответствует P дл = U 2 I 2 0.00045 . 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 дл 0.095 + 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 N 1 = U 1 /E , где U 1 – входящее напряжение сети, а N 2 = U 2 /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.
Площадь сечения металла определяется по формуле S = U 2 10000/(4.44fN 2 B m) , где f – промышленная частота тока (принимаем за 50 Гц), B m – индукция магнитного поля (принимаем за 1.5 Тл). Теперь можно узнать ширину стальной пластины в пакете трансформатора: a = (100S /(p 1 k c)) 0.5 , где за p 1 принимаем диапазон значений 1.8-2.2 (рекомендуется среднее), k с – коэффициент заполнения стали (соответствует 0.95-0.97).
Исходя из значения ширины пластины, выясняем толщину пакета пластин плеча, для чего используем формулу b = ap 1
, а затем и ширину окна магнитопровода c
= b/p 2
, где p
2 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.
- Мощность трансформатора для сварочного аппарата
- Устройство трансформатора для сварки
- Стандартный расчет сварочного трансформатора
- Простой расчет трансформатора для сварки
- Сечение магнитопровода и подбор витков трансформатора
Расчет сварочного трансформатора выполняется по специфическим формулам. Это происходит вследствие того, что типовые схемы трансформаторов, равно как и методы расчета, нельзя использовать для сварочного инструмента. При изготовлении сварки необходимо отталкиваться от того, что имеется в наличии. Самое главное — это железо. Какое есть, такое и ставят обычно, весь расчет идет именно для конкретного магнитопровода. Конечно же, не всегда он хороший, поэтому возникают нагрев и вибрации. Хорошо, если у вас в наличии имеется железо, параметры которого очень близки к промышленному. Тогда можно смело использовать методики для расчета типовых устройств. Чтобы изготовить сварочный аппарат, потребуется знать его основные параметры и устройство.
Мощность трансформатора для сварочного аппарата
Перед тем как начинать расчет, тем более изготовление, нужно выяснить для себя то, каким должен быть сварочный ток. Так как в быту чаще всего применяют электроды, диаметр которых 3-4 мм, стоит опираться в расчетах на них. Трехмиллиметровых вполне достаточно для работы по дому и хозяйству. Даже кузовные работы в автомобиле можно проводить, не опасаясь за некачественные швы, которые может сделать сварка. Значит, если пал выбор на тройку, нужно выбирать ток около 115 А. Именно при таком токе идеально работают эти электроды. Если же вы решили использовать двойку, ток на выходе аппарата должен быть около 70 А, а для четверки — вдвое больше.
Учтите, что у сварочного трансформатора мощность не должна быть очень большой. Ток потребления — максимум 200 А. Да и то в таком случае будет чрезмерный нагрев не только проводов обмотки, но и кабелей питания. Следовательно, нагрузка на сеть возрастает, и электрические предохранители могут не выдерживать. Так что, если решили использовать электроды толщиной в 3 мм, отталкивайтесь от тока не более 130 А. Для того чтобы вычислить у сварочного трансформатора мощность, вам потребуется произведение тока во вторичной обмотке при воспламенении дуги, угла сдвига фаз, напряжения в режиме покоя разделить на коэффициент полезного действия. В данном случае его можно считать величиной постоянной, она равна 0,7.
Вернуться к оглавлению
Устройство трансформатора для сварки
Самое главное в сердечниках — это форма. Она может быть стержневого (П-образный) или броневого типа (Ш-образный). Если сравнивать их, то окажется, что КПД выше у первого типа устройств для сварки. Плотность намотки тоже может быть достаточно высокой. Конечно же, они чаще всего применяются для изготовления электрической сварки. У самодельного аппарата для сварки металла могут быть обмотки следующих типов:
- цилиндрические (вторичная обмотка наматывается поверх сетевой);
- дисковые (обе обмотки располагаются на некотором расстоянии друг от друга).
Цилиндрические обмотки: а – однослойная, б – двухслойная, в – многослойная из круглого провода, 1 – витки из прямоугольного провода, 2 – разрезные выравнивающие кольца, 3 – бумажно-бакелитовый цилиндр, 4 – конец первого слоя обмотки, 5 – вертикальные рейки, 6 – внутренние ответвления обмотки.
Стоит подробнее рассмотреть каждый тип обмоток. Что касается цилиндрической намотки, то она имеет очень жесткие вольт-амперные характеристики. Но он не будет пригоден для применения в ручных сварочных аппаратах. Можно выйти из положения, применив в конструкции аппарата дроссели и реостаты. Но они только усложняют всю схему, что нецелесообразно в большей части случаев.
При использовании дискового типа намотки сетевая отдалена на некоторое расстояние от вторичной. Большая часть возникающего в устройстве магнитного потока (а если точнее, то он возникает в сетевой обмотке) никак не может быть связана (даже индуктивно) с вторичной обмоткой. Такой тип намотки лучше всего использовать в тех случаях, когда имеется необходимость в частой регулировке тока сварки. Внешняя характеристика у таких устройств имеется в необходимом количестве. А от расположения сетевой обмотки относительно вторичной напрямую зависит индуктивность рассеяния сварочного трансформатора. Но она еще зависит и от типа магнитопровода, даже от того, есть ли рядом со сварочным аппаратом металлические предметы. Вычислить точное значение индуктивности не представляется возможным. При расчете применяются приблизительные вычисления.
Ток, необходимый для работы сварки, регулируется путем изменения зазора между первичной и вторичной обмотками. Их, конечно же, следует делать так, чтобы можно было без труда перемещать по магнитопроводу. Вот только в условиях домашнего изготовления такое сделать довольно сложно, но можно сделать определенное число фиксированных значений тока сварки. При использовании сварки в дальнейшем, если потребуется немного уменьшить ток, нужно укладывать кольцами кабель. Учтите только, что он от этого будет греться.
Обмотки трансформатора разнесенные на разные плечи: 1 — первичная, 2 — вторичная.
Очень сильное рассеивание будет у сварочных аппаратов, которые оборудованы сердечниками П-образной формы. Причем у них сетевая обмотка обязательно должна располагаться на одном плече, а вторичная — на втором. Это вследствие того, что расстояние от одной обмотки до другой достаточно большое. Основной показатель сварочного трансформатора — это коэффициент трансформации. Он может быть вычислен путем деления числа витков вторичной обмотки на число витков первичной. Такое же значение вы получите, разделив выходной ток или напряжение на соответствующую входную характеристику (ток или напряжение).
Вернуться к оглавлению
Стандартный расчет сварочного трансформатора
Следующая методика применяется исключительно при проведении расчетов преобразующих устройств с использованием магнитопроводов только лишь П-образной формы. Обе обмотки намотаны на одинаковых каркасах, располагаются на разных плечах. Следует учитывать, что необходимо половины обеих обмоток соединять последовательно между собой. Например, производится расчет преобразователя для работы с электродами 4 мм. Для этого необходим ток во вторичной обмотке примерно 160 А. Напряжение на выходе должно составить 50 В. В это же время сетевое (питающее) напряжение принимать следует 220 или 240 В. Пусть продолжительность работы будет 20%.
Для расчета необходимо вводить параметр мощности, учитывающий продолжительность работы. Эта мощность будет равна: Рдл = I2 x U2 x (ПР/100)1/2 х 0,001.
Для параметров сварочного аппарата, которые были взяты за отправную точку, значение мощности равно 3,58 кВт. Теперь необходимо вычислить число витков обмоток. Для этого: E = 0,55 + 0,095 × Pдл.
Расположение обмоток на стержнях в трансформаторах: 1 - стержень, 2 - обмотка ВН, 3 — обмотка НН, 4,5- группы катушек.
В этой формуле Е — это электродвижущая сила одного витка. Для рассчитываемого устройства это значение будет равно 0,89 Вольт/виток. То есть с каждого витка преобразователя можно снять 0,89 В. Следовательно, отношение 220/0,89 — это число витков первичной обмотки. А отношение 50/0,89 — это число витков вторичной .
В первичной обмотке будет ток, равный отношению произведения тока вторичной обмотки и коэффициента k=1,1 к коэффициенту трансформации. В примере получится ток, равный 40 А. Для определения сечения сердечника сварочного трансформатора нужно использовать формулу: S = U2 × 10000/(4.44×f×N2×Bm).
Для расчета в примере площадь будет равна 27 см². При этом f принимается равным 50 Герц, а Bm — это индукция поля (магнитного) в сердечнике устройства. Ее значение принимается равным 1,5 Тесла.
Для сварочного трансформатора, который будет работать с электродами толщиной в 4 мм, получены такие характеристики, как:
Типы магнитных сердечников: а — броневой, б — стержневой.
- ток сварки — 160 А;
- площадь сечения сердечника — 28,5 см²;
- первичная обмотка содержит 250 витков.
Но данные характеристики справедливы для сварочного трансформатора. Только при изготовлении его использовалась схема, в которой применено увеличенное значение магнитного рассеивания. Воспроизвести в домашних условиях такое устройство вряд ли получится, поэтому окажется проще изготовить трансформатор с намоткой вторичной обмотки непосредственно поверх сетевой. Даже если принять во внимание условие того, что неизбежны применение дросселей, ухудшение характеристик, то магнитный поток такого нехитрого устройства будет сконцентрирован в определенной точке и вокруг нее. А вся энергия в ней способна передаваться рационально.
Вернуться к оглавлению
Простой расчет трансформатора для сварки
Стандартные методы расчета трансформаторов неприемлемы в большинстве случаев, так как применяется и железо нестандартных форм, и провод с неизвестным сечением, вычисленным приблизительно. При расчете были получены такие характеристики сварочного трансформатора, как площадь сечения магнитопровода и количество витков. Стоит заметить, что при увеличении площади сечения вдвое характеристики самого трансформатора не ухудшатся. Придется только изменить число витков первичной обмотки, чтобы добиться требуемой мощности.
Чем больше у магнитопровода сечение, тем меньше витков придется наматывать. Используйте такое качество, если испытываете затруднения с обмоточным проводом. Для расчета числа витков первичной обмотки можно воспользоваться простыми формулами:
Зависимости тока в первичной обмотке трансформатора от питающего напряжения, в режиме холостого хода.
- N1 = 7440×U1/(Sиз×I2);
- N1 = 4960×U1/(Sиз×I2).
Первая применяется при расчете сварочных аппаратов, у которых обе обмотки располагаются на одном и том же плече. Для разнесенных обмоток применяться должна вторая формула. В этих формулах Sиз — это сечение магнитопровода, измеренное перед проведением расчетов. Учтите, что при разнесении обмоток на разные плечи вы не получите на выходе сварочного аппарата ток свыше 140 А. А для любого типа устройств принимать в расчет значение тока, которое больше 200 А, тоже нельзя. И не забывайте о том, что у вас есть множество неизвестных:
- сорт трансформаторного железа;
- напряжение в сети и его изменение;
- сопротивление в линии электропередач.
Чтобы исключить возможность влияния таких второстепенных факторов на работу сварочного трансформатора, необходимо через каждые 40 витков делать отвод. Вы сможете в любой момент изменить режим работы трансформатора, подав напряжение питания на меньшее или большее число витков.
(Документ)
n8.doc
Сварочный калькуляторПрограмма “Расчет сварочных трансформаторов” написана для облегчения расчета при создании самодельных сварочных трансформаторов. Методика расчета взята у В.Володина
Расчетные данные
По этой методике я сам намотал 2 трансформатора, правда, первый пришлось перематывать четыре раза, пока не добился его работоспособности.
В программе вы заполняете несколько полей ввода своими данными и при нажатие кнопки “Рассчитать” она рассчитает количество витков в обмотках, сечение проводов и некоторые другие данные Вот поля, которые вы должны обязательно заполнить
наборный 
ленточный
Наборный изготавливается из пластин Г-, П- или Ш-образных пластин трансформаторного железа. Ленточный соответственно из ленты трансформаторного железа. Трансформаторное железо - специальная магнитомягкая электротехническая сталь отожженная по особой технологии).
Сечение сердечника = а*b.
Сечение сердечника должно быть достаточным для работы трансформатора.
Определение сечение магнитопровода в кв.см S>0,015*P (где Р - в ваттах).
Для магнитопроводов, отличных от тороидального, следует увеличить сечение в 1,3...1,5 раза.
Расчетная мощность трансформатора в ваттах равна
Ртр=25*Iсв,
где Iсв - сварочный ток в амперах.
Габаритная мощность трансформатора в ваттах равна
Ргаб=Uхх*Iсв,
где Uxx -напряжение на II обмотке
Если вы еще не знаете, какое сечение Вам нужно, программа сама рассчитает и подставит требуемые данные в поле ввода в зависимости от тока сварки
Также, вы должны выбрать из выпадающего списка материал проводов для первичной и вторичной обмоток и тип сердечника.
Сердечники бывают
Броневые (Ш-образные рис. - а))
Стержневые (Г-образные рис. - б))
Тороидальные (О-образные рис. - в))
Броневые сердечники для трансформаторов применяются редко.
Тороидальные имеют лучшие показатели.
При построении сварочного аппарата предпочтительно применение тороидального магнитопровода, обладающего минимальными габаритами и полем рассеяния. Но их трудно наматывать.
Более просты при сборке стержневые трансформаторы. Я именно на них мотал свои трансформаторы.
СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР: РАСЧЕТ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ
В. ВОЛОДИН, (http://valvolodin.narod.ru и http://valvol.nightmail.ru ) г. Одесса, Украина
Специфика работы сварочного трансформатора состоит в том, что его нагрузка непостоянна. Обычно считают, что доля времени работы под нагрузкой в цикле, состоящем из собственно сварки и паузы, не превышает 60%. Для бытовых сварочных трансформаторов нередко принимают еще меньшую величину - 20%, что позволяет без значительного ухудшения теплового режима увеличить плотность тока в обмотках трансформатора и уменьшить площадь окна его магнитопровода, необходимую для размещения обмоток. При сварочном токе до 150 А считают допустимой плотность тока в медной обмотке 8 А/мм2, в алюминиевой - 5 А/мм2 .
При заданной мощности габариты и масса трансформатора будут минимальны, если индукция в его магнитопроводе достигает максимально-допустимого для выбранного материала значения. Но самодеятельный конструктор обычно не знает этой величины, так как имеет дело с электротехнической сталью неизвестной марки. Чтобы избежать неожиданностей, индукцию обычно занижают, что приводит к неоправданному увеличению размеров трансформатора.
Воспользовавшись приводимой ниже методикой, можно определить магнитные характеристики любой трансформаторной стали, имеющейся в распоряжении. Из этой стали собирают "экспериментальный" магнитопровод сечением 5...10 см2 (произведение размеров а и b на рис. 8) и наматывают на один из его кернов 50... 100 витков мягкого изолированного провода сечением 1,5...2,5 мм2. Для дальнейших расчетов необходимо найти по формуле l СР = 2h + 2с + 3,14*а среднюю длину магнитной силовой линии и измерить активное сопротивление обмотки r об.
Далее по схеме, показанной на рис. 9, собирают испытательную установку. Т1 - лабораторный регулируемый автотрансформатор (ЛАТР); L1 - обмотка на "экспериментальном" магнитопроводе. Габаритная мощность понижающего трансформатора Т2 - не менее 63 ВА, коэффициент трансформации - 8...10.
Постепенно увеличивая напряжение, строят зависимость индукции в магнитопроводе В, Тл, от напряженности магнитного поля Н, А/м, подобную показанной на рис. 10, вычисляя эти величины по формулам:
где U и I - показания вольтметра PV1, В, и амперметра РА1, A; F - частота, Гц; S - площадь сечения "экспериментального" магнитопровода, см 2 ; w - число витков его обмотки. Из полученного графика находят, как показано на рисунке, индукцию насыщения Bs, максимальную индукцию Вm и максимальную напряженность переменного магнитного поля Нm.
Для примера рассчитаем сварочный трансформатор, предназначенный для работы от сети переменного тока 220 В, 50 Гц, задавшись напряжением холостого хода U хх =65 В и максимальным током сварки I max =150 А.
Габаритная мощность трансформатора
P габ =U xx *I max =65*150=9750 ВА.
По известной формуле определяем произведение площади сечения магнитопровода S м на площадь его окна S o:
где J - плотность тока в обмотках, А/мм2; k с =0,95 - коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью; k 0 =0,33...0,4 - коэффициент заполнения его окна медью (алюминием).
Предположим, В m =1,42 Тл, первичная обмотка намотана медным проводом, вторичная - алюминиевым (берем среднее значение плотности тока J=6,5A/mm2):
S M S O =9750/(1,11*1,42*6,5*0,95*0,37)= 2707 см 4 .
Приняв а=40 мм, найдем остальные размеры магнитопровода: b=2*а=80мм; с=1,6*а=32 мм; h=4а=160 мм.
ЭДС одного витка обмотки трансформатора на таком магнитопроводе E B =2,22*104B m *a*b*k c =2,22*10-4*1,42*3200* *0,95 = 0,958 В. Число витков вторичной обмотки w 2 =U xx /E B =65/0,958=68. Сечение провода вторичной обмотки S 2 =l max /J=150/5=30 мм2 (J=5 А/мм2, так как провод вторичной обмотки алюминиевый). Число витков первичной обмотки w 1 =U 1 /E B =220/0,958=230. Максимальный ток первичной обмотки I 1max =l max *w 2 /w 1 =150*68/230=44,35 А. Сечение медного провода первичной обмотки S 1 =I 1max /J=44,35/8=5,54 мм 2 .
Как первичную, так и вторичную обмотки трансформатора стержневой конструкции обычно делят на две одинаковые части, размещая их на двух кернах магнитопровода. Каждая из последовательно соединенных частей первичной обмотки - 115 витков провода диаметром не менее 2,65 мм. Если же части первичной катушки предполагают соединять параллельно, каждая должна содержать по 230 витков провода вдвое меньшего сечения - диаметром не менее 1,88 мм. Аналогичным образом делят на две части и вторичную обмотку.
Если обмотки выполняют цилиндрическими, для получения падающей нагрузочной характеристики трансформатора последовательно со вторичной следует включить резистор сопротивлением 0,2...0,4 Ом из нихромового провода диаметром не менее 3 мм. Для трансформатора с дисковыми обмотками этот резистор не потребуется. К сожалению, точный расчет индуктивности рассеяния такого трансформатора практически невозможен, так как она зависит даже от расположения близлежащих металлических предметов. На практике расчет ведут методом последовательных приближений с корректировкой моточных и конструктивных данных трансформатора по результатам испытаний изготовленных образцов. Подробную методику можно найти в .
В любительских условиях трудно изготовить трансформатор с подвижными (для регулировки тока) обмотками. Чтобы получить несколько фиксированных значений тока, делают вторичную обмотку с отводами. Более точную регулировку (в сторону уменьшения тока) производят, добавляя в цепь своеобразную катушку индуктивности - укладывая сварочный кабель в бухту.
Прежде чем приступить к изготовлению рассчитанного трансформатора, целесообразно убедиться, что его обмотки разместятся в окне магнитопровода с учетом необходимых технологических зазоров, толщины материала, из которого изготовлен каркас, и других факторов. Размеры с и h (см. рис. 8) необходимо "подогнать" таким образом, чтобы в каждом слое обмотки уложилось целое число витков выбранного провода, а число слоев также было целым или немного меньшим ближайшего целого. Следует предусмотреть место для межслойной и межобмоточной изоляции.
Наиболее удачный вариант не всегда получают с первой попытки, зачастую приходится неоднократно и довольно существенно корректировать ширину и высоту окна магнитопровода. Проектируя цилиндрические обмотки, необходимо оптимальным образом выбрать размеры их секций. Обычно для вторичной обмотки, намотанной толстым проводом, отводят больше места, чем для первичной.
Эскиз конструкции трансформатора на два значения сварочного тока - 120 и 150 А - показан на рис. 11, а схема
его включения - на рис. 12. Меньшему току соответствует большее число витков вторичной обмотки. Это не ошибка. Известно, что напряжение обмотки пропорционально числу ее витков, а индуктивность рассеивания растет пропорционально квадрату их числа. В результате ток уменьшается.
Обмотки размещены на двух каркасах из листового стеклотекстолита толщиной 2 мм. Секции первичной и вторичной обмоток на каждом каркасе разделены изолирующей щечкой из того же материала. Отверстия в каркасах для магнитопровода на 1,5...2 мм шире и длиннее поперечного сечения последнего. Это избавляет от проблем при сборке. Чтобы не допустить деформации каркаса, во время намотки его плотно насаживают на деревянную оправку. Первичная обмотка состоит из двух секций (I" и I""), расположенных на разных каркасах и соединенных параллельно. Каждая из секций - 230 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,9 мм. Если в наличии имеется провод диаметром 2,7 мм, в секциях можно намотать по 115 витков, но соединить их придется последовательно. Каждый слой провода перед намоткой следующего следует уплотнить легкими ударами деревянного молотка и промазать пропиточным лаком. В качестве межслойной изоляции подойдет прессшпан (электрокартон) толщиной 0,5...1 мм.
Для вторичной обмотки автором была применена алюминиевая шина сечением 30 мм 2 (5x6 мм). Если имеется шина приблизительно такой же площади поперечного сечения, но другого размера, придется немного изменить ширину секций каркаса, чтобы разместить обмотку. Неизолированную шину перед намоткой следует плотно обмотать киперной лентой или тонкой хлопчатобумажной тканью, предварительно разрезанной на полосы шириной 20 мм. Толщина изоляции - не более 0,7 мм.
Секции II" и II" имеют по 34, секции III" и III""- по 8 витков. Шину укладывают на каркас в два слоя широкой стороной к магнитопроводу. Каждый слой уплотняют легкими ударами деревянного молотка и обильно промазывают пропиточным лаком. Изготовленные катушки следует просушить. Температура и продолжительность сушки зависят от марки пропиточного лака.
Магнитопровод трансформатора набран из пластин холоднокатаной трансформаторной стали толщиной 0,35 мм. В отличие от почти черной горячекатаной стали поверхность листа холоднокатаной - белая. Можно воспользоваться листовой сталью из магнитопроводов вышедших из строя трансформаторов, устанавливаемых на трансформаторных подстанциях. Сталь желательно испытать по методике, о которой рассказано выше. Если полученное опытным путем значение максимальной индукции В m значительно отличается от принятого при расчете (1,42 Тл), последний придется повторить и учесть результаты при изготовлении трансформатора. Стальные листы рубят в направлении проката на полосы шириной 40 мм, которые разрезают на пластины длиной 108 и 186 мм. Заусенцы удаляют надфилем или напильником с мелкой насечкой. Магнитопровод собирают "вперекрышку" с возможно меньшими зазорами на стыках пластин.
Готовый трансформатор помещают в защитный кожух из немагнитного материала, например, алюминия. В кожухе обязательно делают вентиляционные отверстия. К сети 220 В трансформатор подключают кабелем с медными силовыми жилами сечением не менее 6 мм 2 и заземляющим проводом, который соединяют с магнитопроводом трансформатора и его защитным кожухом. Сетевая розетка должна быть трехконтактной (третий - заземлен), рассчитанной на ток не менее 63 А.
Выводы вторичных обмоток надежно соединяют с резьбовыми латунными шпильками диаметром 8...10 мм, установленными на термостойкой диэлектрической панели, укрепленной на защитном кожухе трансформатора. В качестве сварочных пригодны мягкие медные провода сечением 16...25 мм 2 . Электроды для сварки (в случае отсутствия готовых) можно сделать самостоятельно, воспользовавшись, например, рекомендациями из . Проволоку диаметром 2...6 мм из мягкой малоуглеродистой стали делят на прямые отрезки длиной по 300...400 мм. Обмазку готовят из 500 г мела и 190 г жидкого стекла, разведя их стаканом воды. Этого количества хватит на 100-200 электродов.
Подготовленные отрезки проволоки погружают в обмазку почти на всю длину, оставляя непокрытыми только концы длиной приблизительно 20 мм, вынимают и сушат при температуре 20...30°С. Такие электроды пригодны для сварки как переменным, так и постоянным током. Разумеется, они могут служить лишь временной альтернативой выпущенным промышленным способом. Для выполнения ответственных работ ими пользоваться не стоит.
ЛИТЕРАТУРА
5. Закс М. И. и др. Трансформаторы для электродуговой сварки. -Л.: Энергоатомиздат, 1988.
6. Баранов В. Маломощный электросварочный аппарат .-Радио, 1996, № 7, с. 52-54.
7. Горский А. Н. и др. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания. - М.: Радио и связь, 1988.
8. Справочная книга электромонтера. - М.: Энергоиздат, 1934.
Данный расчет трансформатора для сварки подойдет и для того что бы провести расчет трансформатора для точечной сварки.
Как уже не раз было описано, трансформатор состоит из сердечника и двух обмоток. Именно эти элементы конструкции отвечают за основные для сварки. Зная заранее, какими должны быть номинальная сила тока, напряжение на первичной и вторичной обмотках, а также другие параметры (), выполняется расчет для обмоток, сердечника и сечения провода.
Проводим точный расчет трансформатора для сварки!
При выполнении расчетов трансформатора для сварки за основу берутся следующие данные:
Напряжение первичной обмотки U1 . По сути, это напряжение сети, от которой будет работать трансформатор. Может быть 220 В или 380 В; номинальное напряжение вторичной обмотки U2. Напряжение электричества, которое должно быть после понижения входящего и не превышающее 80 В. Требуется для возбуждения дуги; номинальная сила тока вторичной обмотки I. Этот параметр выбирается из расчета, какими электродами будет вестись сварка и какой максимальной толщины металл можно будет сварить; площадь сечения сердечника Sс. От площади сердечника зависит надежность работы аппарата. Оптимальной считается площадь сечения от 45 до 55 см2; площадь окна So. Площадь окна сердечника выбирается из расчета хорошего магнитного рассеяния, отвода избытка тепла и удобства намотки провода. Оптимальными считаются параметры от 80 до 110 см2;
Плотность тока в обмотке (A/мм2) . Это довольно важный параметр, отвечающий за электропотери в обмотках трансформатора. Для самодельных сварочных трансформаторов этот показатель составляет 2,5 - 3 А. сайт
В качестве примера расчетов возьмем следующие параметры для сварочного трансформатора: напряжение сети U1=220 В, напряжение вторичной обмотки U2=60 В, номинальная сила тока 180 А, площадь сечения сердечника Sс=45 см2, площадь окна So=100 см2, плотность тока в обмотке 3 А.
P = 1,5*Sс*So = 1,5*45*100 = 6750 Вт или 6,75 кВт.
Важно!
В данной формуле коэффициент 1,5 применим для трансформаторов с сердечником типа П, Ш. Для тороидальных трансформаторов этот коэффициент равен 1,9, а для 
сердечников типа ПЛ, ШЛ 1,7.
Важно! Также как и в первой формуле, коэффициент 50 использован для трансформаторов с сердечником типа П, Ш. Для тороидальных трансформаторов он будет равен 35, а для сердечников типа ПЛ, ШЛ 40.
Теперь выполняем расчет максимальной силы тока на первичной обмотке по формуле: Imax = P/U = 6750/220 = 30,7 А. Осталось на основании полученных данных выполнить расчет витков.
Для расчета витков используем формулу Wх =Uх*K. Для вторичной обмотки это будет W2 = U2*K = 60*1,11 = 67 витков. Для первичной расчет выполним чуть позже, так как там применяется другая формула. Довольно часто, особенно для тороидальных трансформаторов, выполняется расчет ступеней регулирования силы тока. Это делается для вывода провода на определенном витке. Выполняется расчет по следующей формуле: W1ст = (220*W2)/Uст.
- Uст - выходное напряжение вторичной обмотки.
- W2 - витки вторичной обмотки.
- W1ст - витки первичной обмотки определенной ступени.
Но прежде необходимо рассчитать напряжение каждой ступени Uст. Для этого воспользуемся формулой U=P/I. К примеру нам необходимо сделать четыре ступени с регулировкой на 90 А, 100 А, 130 А и 160 А для нашего трансформатора мощностью 6750 Вт. Подставив данные в формулу, получим U1ст1=75 В, U1ст2=67,5 В, U1ст3=52 В, U1ст4=42,2 В.
Полученные значения подставляем в форму расчета витков для ступеней регулировки и получаем W1ст1=197 витков, W1ст2=219 витков, W1ст3=284 витка, W1ст4=350 витков. Добавив к максимальному значению полученных витков для 4-й ступени еще 5 %, получим реальное количество витков - 385 витков.
Напоследок рассчитываем сечение провода на первичной и вторичной обмотках. Для этого делим максимальный ток для каждой обмотки на плотность тока. В результате получим Sперв = 11 мм2 и Sвтор = 60 мм2.
Важно! Расчет трансформатора контактной сварки выполняется аналогичным образом. Но есть ряд существенных отличий. Дело в том, что номинальная сила тока вторичной обмотки для таких трансформаторов порядка 2000 - 5000 А для маломощных и до 150000 А для мощных. В дополнение для таких трансформаторов регулировка делается до 8 ступеней с использованием конденсаторов и диодного моста.
Как рассчитать трансформатор видео.