(Документ)
n8.doc
Зварювальний калькуляторПрограма "Розрахунок зварювальних трансформаторів" написана для полегшення розрахунку під час створення саморобних зварювальних трансформаторів. Методику розрахунку взято у В.Володіна
Розрахункові дані
За цією методикою я сам намотав 2 трансформатори, правда, перший довелося перемотувати чотири рази, поки не досяг його працездатності.
У програмі ви заповнюєте кілька полів введення своїми даними і при натисканні кнопки "Розрахувати" вона розрахує кількість витків в обмотках, переріз проводів та деякі інші дані. Ось поля, які ви повинні обов'язково заповнити
набірний 
стрічковий
Набірний виготовляється із пластин Г-, П- або Ш-подібних пластин трансформаторного заліза. Стрічковий відповідно зі стрічки трансформаторного заліза. Трансформаторне залізо - спеціальна магнітом'яка електротехнічна сталь відпалена за особливою технологією).
Перетин осердя = а * b.
Перетин сердечника має бути достатнім для роботи трансформатора.
Визначення перетину магнітопроводу в кв.см S>0,015*P (де Р - у ватах).
Для магнітопроводів, відмінних від тороїдального, слід збільшити перетин у 1,3...1,5 рази.
Розрахункова потужність трансформаторау ватах дорівнює
Ртр = 25 * Iсв,
де Iсв – зварювальний струм в амперах.
Габаритна потужність трансформатора у ватах дорівнює
Ргаб = Uхх * Iсв,
де Uxx -напруга на II обмотці
Якщо ви ще не знаєте, який перетин Вам потрібний, програма сама розрахує і підставить необхідні дані в полі введення залежно від струму зварювання
Також, ви повинні вибрати з випадаючого списку матеріал проводів для первинної та вторинної обмоток та тип сердечника.
Сердечники бувають
Броневі (Ш-подібні рис. - а))
Стрижневі (Г-подібні рис. - б))
Тороїдальні (О-подібні рис. - в))
Броневі осердя для трансформаторів застосовуються рідко.
Тороїдальні мають найкращі показники.
При побудові зварювального апарату переважно застосування тороїдального магнітопроводу, що має мінімальні габарити і поле розсіювання. Але їх важко намотувати.
Простіші при складанні стрижневі трансформатори. Я саме на них мотав свої трансформатори.
ЗВАРЮВАЛЬНИЙ ТРАНСФОРМАТОР: РОЗРАХУНОК І ВИГОТОВЛЕННЯ
В. ВОЛОДІН, ( http://valvolodin.narod.ruі http://valvol.nightmail.ru) м. Одеса, Україна
Специфіка роботи зварювального трансформатораполягає в тому, що його навантаження непостійне. Зазвичай вважають, частка часу роботи під навантаженням у циклі, що складається з власне зварювання і паузи, вбирається у 60%. Для побутових зварювальних трансформаторів нерідко приймають ще меншу величину – 20%, що дозволяє без значного погіршення теплового режиму збільшити щільність струму в обмотках трансформатора та зменшити площу вікна його магнітопроводу, необхідну для розміщення обмоток. При зварювальному струмі до 150 А вважають допустимою щільність струму в мідній обмотці 8 А/мм2, алюмінієвої - 5 А/мм2.
При заданій потужності габарити і маса трансформатора будуть мінімальними, якщо індукція в його магнітопроводі досягає максимально-допустимого для обраного матеріалу значення. Але самодіяльний конструктор зазвичай не знає цієї величини, оскільки має справу з електротехнічною сталлю невідомої марки. Щоб уникнути несподіванок, індукцію зазвичай занижують, що призводить до невиправданого збільшення розмірів трансформатора.
Скориставшись наведеною нижче методикою, можна визначити магнітні характеристики будь-якої трансформаторної сталі, що є у розпорядженні. З цієї сталі збирають "експериментальний" магнітопровід перетином 5...10 см2 (твір розмірів а і b на рис. 8) і намотують на один з його кернів 50... 100 витків м'якого ізольованого дроту 1,5...2 5 мм2. Для подальших розрахунків необхідно знайти за формулою l СР = 2h + 2с + 3,14 * а середню магнітну довжину силової лініїта виміряти активний опіробмотки r про.
Далі за схемою, показаною на рис. 9, збирають випробувальну установку. Т1 – лабораторний регульований автотрансформатор (ЛАТР); L1 - обмотка на "експериментальному" магнітопроводі. Габаритна потужність понижуючого трансформатора Т2 – не менше 63 ВА, коефіцієнт трансформації – 8...10.
Поступово збільшуючи напругу, будують залежність індукції в магнітопроводі, Тл, від напруженості магнітного поляН, А/м, подібну до показаної на рис. 10, обчислюючи ці величини за формулами:
де U і I - показання вольтметра PV1, В і амперметра РА1, A; F – частота, Гц; S - площа перерізу "експериментального" магнітопроводу, см 2; w - кількість витків його обмотки. З отриманого графіка знаходять, як показано малюнку, індукцію насичення Bs, максимальну індукцію Вm і максимальну напруженість змінного магнітного поля Нm.
Наприклад розрахуємо зварювальний трансформатор, призначений для роботи від мережі змінного струму 220 В, 50 Гц, задавшись напругою холостого ходу U хх =65 В та максимальним струмом зварювання I max =150 А.
Габаритна потужність трансформатора
P габ = U xx * I max = 65 * 150 = 9750 ВА.
За відомою формулою визначаємо добуток площі перерізу магнітопроводу S м на площу його вікна S o:
де J - густина струму в обмотках, А/мм2; k с =0,95 - коефіцієнт заповнення перерізу магнітопроводу сталлю; k 0 =0,33...0,4 - коефіцієнт заповнення вікна міддю (алюмінієм).
Припустимо, У m =1,42 Тл, первинна обмотка намотана мідним проводом, вторинна - алюмінієвим (беремо середнє значення щільності струму J=6,5A/mm2):
S M S O = 9750 / (1,11 * 1,42 * 6,5 * 0,95 * 0,37) = 2707 см 4 .
Прийнявши а=40 мм, знайдемо інші розміри магнитопровода: b=2*а=80мм; з = 1,6 * а = 32 мм; h = 4а = 160 мм.
ЕРС одного витка обмотки трансформатора на такому магнітопроводі E B =2,22*104B m *a*b*k c =2,22*10-4*1,42*3200* *0,95 = 0,958 В. Число витків вторинної обмотки w 2 = U xx / E B = 65/0,958 = 68. Перетин дроту вторинної обмотки S 2 =l max /J=150/5=30 мм2 (J=5 А/мм2, так як алюмінієвий провід вторинної обмотки). Число витків первинної обмотки w 1 =U 1 /E B =220/0,958=230. Максимальний струм первинної обмотки I 1max =l max *w 2 /w 1 =150*68/230=44,35 А. Перетин мідного дроту первинної обмотки S 1 =I 1max /J=44,35/8=5,54 мм 2 .
Як первинну, і вторинну обмотки трансформатора стрижневої конструкції зазвичай ділять на дві однакові частини, розміщуючи їх у двох кернах магнитопровода. Кожна з послідовно з'єднаних частин первинної обмотки – 115 витків дроту діаметром не менше 2,65 мм. Якщо частини первинної котушки припускають з'єднувати паралельно, кожна повинна містити по 230 витків дроту вдвічі меншого перерізу - діаметром не менше 1,88 мм. Аналогічним чином ділять на дві частини та вторинну обмотку.
Якщо обмотки виконують циліндричними, для отримання падаючої навантажувальної характеристики трансформатора послідовно з вторинною слід включити резистор опором 0,2...0,4 Ом з ніхромового дроту діаметром не менше 3 мм. Для трансформатора з дисковими обмотками цей резистор не знадобиться. На жаль, точний розрахунок індуктивності розсіювання такого трансформатора практично неможливий, оскільки вона залежить навіть від розташування довколишніх металевих предметів. На практиці розрахунок ведуть методом послідовних наближень із коригуванням моточних та конструктивних даних трансформатора за результатами випробувань виготовлених зразків. Детальну методику можна знайти у .
У аматорських умовах важко виготовити трансформатор із рухомими (для регулювання струму) обмотками. Щоб отримати кілька фіксованих значень струму, роблять вторинну обмотку з відведеннями. Точніше регулювання (у бік зменшення струму) виробляють, додаючи в ланцюг своєрідну котушку індуктивності - укладаючи зварювальний кабель у бухту.
Перш ніж приступити до виготовлення розрахованого трансформатора, доцільно переконатися, що його обмотки розмістяться у вікні магнітопроводу з урахуванням необхідних технологічних проміжків, товщини матеріалу, з якого виготовлений каркас, та інших факторів. Розміри з і h (див. рис. 8) необхідно "підігнати" таким чином, щоб у кожному шарі обмотки вклалося ціле число витків обраного дроту, а число шарів також було цілим або трохи меншим найближчого цілого. Слід передбачити місце для міжшарової та міжобмотувальної ізоляції.
Найбільш вдалий варіант не завжди отримують з першої спроби, найчастіше доводиться неодноразово і досить суттєво коригувати ширину та висоту вікна магнітопроводу. Проектуючи циліндричні обмотки, необхідно оптимально вибрати розміри їх секцій. Зазвичай для вторинної обмотки, намотаної товстим дротом, відводять більше місця, ніж первинної.
Ескіз конструкції трансформатора на два значення зварювального струму – 120 і 150 А – показаний на рис. 11, а схема
його включення – на рис. 12. Найменшому струму відповідає більша кількість витків вторинної обмотки. Це не помилка. Відомо, що напруга обмотки пропорційна кількості її витків, а індуктивність розсіювання зростає пропорційно квадрату їх числа. В результаті струм зменшується.
Обмотки розміщені на двох каркасах із листового склотекстоліту завтовшки 2 мм. Секції первинної та вторинної обмоток на кожному каркасі розділені ізолюючою щічкою з того самого матеріалу. Отвори в каркасах для магнітопроводу на 1,5...2 мм ширші і довші за поперечний переріз останнього. Це позбавляє проблем при складанні. Щоб запобігти деформації каркаса, під час намотування його щільно насаджують на дерев'яну оправку. Первинна обмотка складається з двох секцій (I" і I""), розташованих на різних каркасах і з'єднаних паралельно. Кожна з секцій - 230 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 1,9 мм. у секціях можна намотати по 115 витків, але з'єднати їх доведеться послідовно.Кожний шар дроту перед намотуванням наступного слід ущільнити легкими ударами дерев'яного молотка і промазати просочувальним лаком.
Для вторинної обмотки автором було застосовано алюмінієву шину перетином 30 мм 2 (5x6 мм). Якщо є шина приблизно такої площі поперечного перерізу, але іншого розміру, доведеться трохи змінити ширину секцій каркаса, щоб розмістити обмотку. Неізольовану шину перед намотуванням слід щільно обмотати кіперною стрічкою або тонкою бавовняною тканиною, попередньо розрізаною на смуги шириною 20 мм. Товщина ізоляції – не більше 0,7 мм.
Секції II" і II" мають по 34, секції III" і III"" - по 8 витків. Шину укладають на каркас у два шари широкою стороною до магнітопроводу. Кожен шар ущільнюють легкими ударами дерев'яного молотка і рясно промазують просочувальним лаком. Виготовлені котушки слід просушити Температура і тривалість сушіння залежать від марки просочувального лаку.
Магнітопровід трансформатора набраний із пластин холоднокатаної трансформаторної сталі товщиною 0,35 мм. На відміну від майже чорної гарячекатаної сталі, поверхня листа холоднокатаної - біла. Можна скористатися листовою сталлю з магнітопроводів трансформаторів, що вийшли з ладу, встановлюються на трансформаторних підстанціях. Сталь бажано випробувати за методикою, про яку викладено вище. Якщо отримане дослідним шляхом значення максимальної індукції m значно відрізняється від прийнятого при розрахунку (1,42 Тл), останній доведеться повторити і врахувати результати при виготовленні трансформатора. Сталеві листи рубають у напрямку прокату на смуги шириною 40 мм, які розрізають на пластини завдовжки 108 та 186 мм. Задирок видаляють надфілем або напилком з дрібною насічкою. Магнітопровід збирають "вперекришку" з можливо меншими зазорами на стиках пластин.
Готовий трансформатор поміщають у захисний кожух із немагнітного матеріалу, наприклад, алюмінію. У кожусі обов'язково роблять вентиляційні отвори. До мережі 220 трансформатор підключають кабелем з мідними силовими жилами перерізом не менше 6 мм 2 і заземлюючим проводом, який з'єднують з магнітопроводом трансформатора і його захисним кожухом. Мережева розетка має бути триконтактною (третій - заземлений), розрахованою на струм не менше 63 А.
Висновки вторинних обмоток надійно з'єднують з різьбовими шпильками латунними діаметром 8...10 мм, встановленими на термостійкій діелектричній панелі, укріпленої на захисному кожусі трансформатора. Як зварювальні придатні м'які мідні дротиперетином 16...25 мм 2 . Електроди для зварювання (у разі відсутності готових) можна зробити самостійно, скориставшись, наприклад, рекомендаціями. Дріт діаметром 2...6 мм з м'якої маловуглецевої сталі ділять на прямі відрізки завдовжки 300...400 мм. Обмазку готують з 500 г крейди та 190 г рідкого скла, розвівши їх склянкою води. Цієї кількості вистачить на 100-200 електродів.
Підготовлені відрізки дроту занурюють в обмазку майже всю довжину, залишаючи непокритими тільки кінці довжиною приблизно 20 мм, виймають і сушать при температурі 20...30°С. Такі електроди придатні для зварювання як змінним, так і постійним струмом. Зрозуміло, вони можуть лише тимчасової альтернативою випущеним промисловим способом. На виконання відповідальних робіт ними користуватися не варто.
ЛІТЕРАТУРА
5. Закс М. І. та ін. Трансформатори для електродугового зварювання. -Л.: Вища школа, 1988.
6. Баранов В. Маломощний електрозварювальний апарат.-Радіо, 1996 № 7, с. 52-54.
7. Горський А. Н. та ін. Розрахунок електромагнітних елементів джерел вторинного електроживлення. - М: Радіо і зв'язок, 1988.
8. Довідкова книга електромонтера. - М: Енерговидав, 1934.
- Потужність трансформатора для зварювального апарату
- Пристрій трансформатора для зварювання
- Стандартний розрахунок зварювального трансформатора
- Простий розрахунок трансформатора для зварювання
- Перетин магнітопроводу та підбір витків трансформатора
Розрахунок зварювального трансформатора виконується за специфічними формулами. Це відбувається внаслідок того, що типові схеми трансформаторів, як і методи розрахунку, не можна використовувати для зварювального інструменту. При виготовленні зварювання необхідно відштовхуватися від того, що є. Найголовніше – це залізо. Яке є, таке і ставлять зазвичай весь розрахунок йде саме для конкретного магнітопроводу. Звичайно ж, не завжди він добрий, тому виникають нагрівання та вібрації. Добре, якщо у вас є залізо, параметри якого дуже близькі до промислового. Тоді можна сміливо використати методики для розрахунку типових пристроїв. Щоб виготовити зварювальний апарат, потрібно знати його основні параметри та пристрій.
Потужність трансформатора для зварювального апарату
Перед тим як розпочинати розрахунок, тим більше виготовлення, потрібно з'ясувати для себе те, яким має бути зварювальний струм. Так як у побуті найчастіше застосовують електроди, діаметр яких 3-4 мм, варто спиратися у розрахунках на них. Трьохміліметрових цілком достатньо для роботи по дому та господарству. Навіть кузовні роботи в автомобілі можна проводити не побоюючись за неякісні шви, які може зробити зварювання. Значить, якщо упав вибір на трійку, потрібно вибирати струм близько 115 А. Саме за такого струму ідеально працюють ці електроди. Якщо ж ви вирішили використати двійку, струм на виході апарату має бути близько 70 А, а для четвірки — удвічі більшим.
Врахуйте, що у зварювального трансформатора потужність не повинна бути дуже великою. Струм споживання - максимум 200 А. Та й то в такому разі буде надмірне нагрівання не тільки проводів обмотки, а й кабелів живлення. Отже, навантаження на мережу зростає і електричні запобіжники можуть не витримувати. Так що, якщо вирішили використовувати електроди товщиною в 3 мм, відштовхуйтеся від струму не більше 130 А. Для того щоб обчислити у зварювального трансформатора потужність, вам знадобиться твір струму у вторинній обмотці при запаленні дуги, кута зсуву фаз, напруги в режимі спокою розділити на коефіцієнт корисної дії. У разі його вважатимуться величиною постійної, вона дорівнює 0,7.
Повернутись до змісту
Пристрій трансформатора для зварювання
Найголовніше у сердечниках – це форма. Вона може бути стрижневого (П-подібний) або броньового типу (Ш-подібний). Якщо порівнювати їх, виявиться, що ККД вище у першого типу пристроїв для зварювання. Щільність намотування також може бути досить високою. Звичайно ж, вони найчастіше застосовуються для виготовлення електричного зварювання. У саморобного апарату для зварювання металу можуть бути обмотки наступних типів:
- циліндричні (вторинна обмотка намотується поверх мережевий);
- дискові (обидві обмотки розташовуються на певній відстані один від одного).
Циліндричні обмотки: а - одношарова, б - двошарова, в - багатошарова з круглого дроту, 1 - витки з прямокутного дроту, 2 - розрізні кільця, що вирівнюють, 3 - паперово-бакелітовий циліндр, 4 - кінець першого шару обмотки, 5 - вертикальні рей 6 – внутрішні відгалуження обмотки.
Варто докладніше розглянути кожен тип обмоток. Що стосується циліндричного намотування, то вона має дуже жорсткі вольт-амперні характеристики. Але він не буде придатним для застосування в ручних зварювальних апаратах. Можна вийти зі становища, застосувавши в конструкції апарату дроселі та реостати. Але вони лише ускладнюють всю схему, що недоцільно переважно випадків.
При використанні дискового типу намотування мережна віддалена на деяку відстань від вторинної. Більша частинащо виникає в пристрої магнітного потоку (а якщо точніше, то він виникає в мережевій обмотці) ніяк не може бути пов'язана (навіть індуктивно) з вторинною обмоткою. Такий тип намотування найкраще використовувати в тих випадках, коли є необхідність частого регулювання струму зварювання. Зовнішня характеристика таких пристроїв є в необхідній кількості. А від розташування мережної обмотки щодо вторинної залежить індуктивність розсіювання зварювального трансформатора. Але вона ще залежить і від типу магнітопроводу, навіть від того, чи поруч зі зварювальним апаратом є металеві предмети. Обчислити точне значення індуктивності неможливо. Під час розрахунку застосовуються приблизні обчислення.
Струм, необхідний для роботи зварювання, регулюється шляхом зміни зазору між первинною та вторинною обмотками. Їх, звичайно ж, слід робити так, щоб можна було легко переміщати по магнітопроводу. Ось тільки в умовах домашнього виготовлення таке зробити досить складно, але можна зробити певну кількість фіксованих значень струму зварювання. При використанні зварювання надалі, якщо потрібно трохи зменшити струм, потрібно укладати кабель кільцями. Врахуйте тільки, що він від цього грітиметься.
Обмотки трансформатора рознесені різні плечі: 1 — первинна, 2 — вторинна.
Дуже сильне розсіювання буде у зварювальних апаратів, які обладнані сердечниками П-подібної форми. Причому у них мережева обмотка обов'язково має розташовуватися на одному плечі, а вторинна – на другому. Це внаслідок того, що відстань від однієї обмотки до іншої досить велика. Основний показник зварювального трансформатора – це коефіцієнт трансформації. Він може бути обчислений шляхом розподілу числа витків вторинної обмотки на число первинних витків. Таке ж значення ви отримаєте, розділивши вихідний струм чи напругу на відповідну вхідну характеристику (струм чи напруга).
Повернутись до змісту
Стандартний розрахунок зварювального трансформатора
Наступна методика застосовується виключно при проведенні розрахунків перетворюючих пристроїв з використанням магнітопроводів тільки П-подібної форми. Обидві обмотки намотані на однакових каркасах, що розташовуються на різних плечах. Слід враховувати, що половини обох обмоток необхідно з'єднувати послідовно між собою. Наприклад, проводиться розрахунок перетворювача до роботи з електродами 4 мм. Для цього необхідний струм у вторинній обмотці приблизно 160 А. Напруга на виході повинна становити 50 В. У цей же час напруга приймати слід 220 або 240 В. Нехай тривалість роботи буде 20%.
Для розрахунку необхідно вводити параметр потужності, що враховує тривалість роботи. Ця потужність дорівнюватиме: Рдл = I2 x U2 x (ПР/100) 1/2 х 0,001.
Для параметрів зварювального апарату, взятих за відправну точку, значення потужності дорівнює 3,58 кВт. Тепер необхідно обчислити кількість витків обмоток. Для цього: E = 0,55 + 0,095 × Pдл.
Розташування обмоток на стрижнях в трансформаторах: 1 - стрижень, 2 - обмотка ВН, 3 - обмотка ПН, 4,5 групи котушок.
У цій формулі Е це електрорушійна сила одного витка. Для пристрою це значення буде дорівнює 0,89 Вольт/виток. Тобто з кожного витка перетворювача можна зняти 0,89 В. Отже, відношення 220/0,89 це число витків первинної обмотки. А відношення 50/0,89 – це число витків вторинної.
У первинній обмотці буде струм, що дорівнює відношенню добутку струму вторинної обмотки та коефіцієнта k=1,1 до коефіцієнта трансформації. У прикладі вийде струм, що дорівнює 40 А. Для визначення перерізу сердечника зварювального трансформатора потрібно використовувати формулу: S = U2 × 10000/(4.44×f×N2×Bm).
Для розрахунку у прикладі площа дорівнюватиме 27 см². При цьому f приймається рівним 50 Герц, а Bm - це індукція поля (магнітного) в осерді пристрою. Її значення приймається рівним 1,5 Тесла.
Для зварювального трансформатора, який працюватиме з електродами завтовшки 4 мм, отримані такі характеристики, як:
Типи магнітних сердечників: а - броньовий, б - стрижневий.
- струм зварювання - 160 А;
- площа перерізу сердечника - 28,5 см ²;
- первинна обмотка містить 250 витків.
Але ці характеристики справедливі для зварювального трансформатора. Тільки під час виготовлення його використовувалася схема, у якій застосовано збільшене значення магнітного розсіювання. Відтворити в домашніх умовах такий пристрій навряд чи вийде, тому виявиться простіше виготовити трансформатор з намотуванням вторинної обмотки безпосередньо поверх мережевий. Навіть якщо взяти до уваги умову того, що неминуче застосування дроселів, погіршення характеристик, то магнітний потік такого нехитрого пристрою сконцентрується в певній точці і навколо неї. А вся енергія у ній здатна передаватися раціонально.
Повернутись до змісту
Простий розрахунок трансформатора для зварювання
Стандартні методи розрахунку трансформаторів неприйнятні здебільшого, оскільки застосовується і залізо нестандартних форм, і провід з невідомим перетином, обчисленим приблизно. При розрахунку були отримані такі характеристики зварювального трансформатора, як площа перерізу магнітопроводу та кількість витків. Варто зауважити, що при збільшенні площі перерізу вдвічі характеристики трансформатора не погіршаться. Доведеться лише змінити число витків первинної обмотки, щоб досягти необхідної потужності.
Чим більше у магнітопроводу перетин, тим менше витків доведеться намотувати. Використовуйте таку якість, якщо відчуваєте труднощі з обмотувальним дротом. Для розрахунку числа витків первинної обмотки можна скористатися простими формулами:
Залежність струму в первинній обмотці трансформатора від напруги живлення, в режимі холостого ходу.
- N1 = 7440×U1/(Sіз×I2);
- N1 = 4960×U1/(Sіз×I2).
Перша застосовується при розрахунку зварювальних апаратів, у яких обидві обмотки розташовуються на тому самому плечі. Для рознесених обмоток застосовувати повинна друга формула. У цих формулах Sіз - це переріз магнітопроводу, виміряний перед проведенням розрахунків. Врахуйте, що при рознесенні обмоток на різні плечі ви не отримаєте на виході зварювального апарату струм понад 140 А. А для будь-якого типу пристроїв враховувати значення струму, яке більше 200 А, теж не можна. І не забувайте про те, що у вас є безліч невідомих:
- сорт трансформаторного заліза;
- напруга в мережі та її зміна;
- опір у лінії електропередач.
Щоб унеможливити вплив таких другорядних факторів на роботу зварювального трансформатора, необхідно через кожні 40 витків робити відведення. Ви зможете в будь-який момент змінити режим роботи трансформатора, подавши напругу живлення на меншу чи більшу кількість витків.
Розрахунок саморобних зварювальних трансформаторів має виражену специфіку, тому що в більшості випадків вони не відповідають типовим схемам і для них, за великим рахунком, не можна застосувати стандартні методики розрахунку, розроблені для промислових трансформаторів. Специфіка полягає в тому, що при виготовленні саморобок параметри їх компонентів підлаштовуються під матеріали, що вже є в наявності - в основному під магнітопровід. Часто трансформатори збираються не з найкращого трансформаторного заліза, мотаються не найкращим проводом, посилено гріються і вібрують.
При виготовленні трансформатора, близького за конструкцією промисловим зразкам, можна скористатися стандартними методиками розрахунку. Такі методики встановлюють найбільш оптимальні значення обмотувальних та геометричних параметрів трансформатора. Однак, з іншого боку, ця оптимальність є недоліком стандартних методик. Так як вони виявляються абсолютно безсилими при виході будь-якого параметра за межі стандартних значень.
За формою сердечника розрізняють трансформатори броньового та стрижневого типів.Трансформатори стрижневого типу, в порівнянні з трансформаторами броньового типу, мають вищий ККД і допускають більші щільності струмів в обмотках. Тому зварювальні трансформатори зазвичай, за рідкісним винятком, бувають стрижневого тику.
За характером обмоток пристрою розрізняють трансформатори з циліндричними і дисковими обмотками.
Типи обмоток трансформаторів: а - циліндрична обмотка; б - дискова обмотка. 1 - первинна обмотка; 2 - вторинна обмотка.
У трансформаторах з циліндровими обмотками одна обмотка намотана поверх іншої. Так як обмотки знаходяться на мінімальній відстані один від одного, то практично весь магнітний потік первинною обмоткою зчіплюється з витками вторинної обмотки. Тільки деяка частина магнітного потоку первинної обмотки, що називається потоком розсіювання, протікає в зазорі між обмотками і тому не пов'язана з вторинною обмоткою. Такий трансформатор має жорстку характеристику (про вольт-амперну характеристику зварювального апарату читайте). Трансформатор з такою характеристикою не підходить для ручного зварювання. Для отримання падаючої зовнішньої характеристики зварювального апарату, у цьому випадку, використовують баластний реостат або дросель. Наявність цих елементів ускладнює пристрій зварювального апарату.
У трансформаторах з дисковими обмотками первинна та вторинна обмотки віддалені один від одного. Тому значна частина магнітного потоку первинної обмотки не пов'язана з вторинною обмоткою. Ще кажуть, що ці трансформатори мають розвинене електромагнітне розсіювання. Такий трансформатор має необхідну, падаючу зовнішню характеристику. Індуктивність розсіювання трансформатора залежить від взаємного розташуванняобмоток, від їхньої конфігурації, від матеріалу магнітопроводу і навіть від близько розташованих до трансформатора металевих предметів. Тому точний розрахунок індуктивності розсіювання практично неможливий. Зазвичай, практично, розрахунок ведеться шляхом послідовних наближень із наступним уточненням обмотувальних і конструктивних даних на практичному зразку.
Регулювання зварювального струму зазвичай досягається зміною відстані між обмотками, які виконуються рухомими. У побутових умовах важко виконати трансформатор із рухомими обмотками. Вихід може бути у виготовленні трансформатора на кілька фіксованих значень зварювального струму (на кілька значень напруги холостого ходу). Більш тонке регулювання зварювального струму, у бік зменшення, може здійснюватися укладанням зварювального кабелю в кільця (кабель сильно нагріватиметься).
Особливо сильним розсіюванням і, отже, крутопадаючою характеристикою відрізняються трансформатори П-подібної конфігурації у яких обмотки рознесені різні плечі, оскільки відстань між обмотками вони особливо велика.
Але вони втрачають багато потужності і можуть не дати очікуваного струму.
Відносини числа витків первинної обмотки N 1 до витків вторинної обмотки N 2 називається коефіцієнтом трансформації трансформатора n, і якщо не враховувати різні втрати, то справедливий вираз:
n = N 1 /N 2 = U 1 /U 2 = I 2 /I 1
де U 1 , U 2 - напруга первинної та вторинної обмоток,; I 1 , I 2 - струм первинної та вторинної обмоток, А.
Вибір потужності зварювального трансформатора
Перш ніж приступити до розрахунку зварювального трансформатора, необхідно чітко визначитися - на якій величині зварювального струму його необхідно експлуатувати. Для електрозварювання в побутових цілях найчастіше використовуються покриті електроди діаметром 2, 3 та 4 мм. З них найбільшого поширення набули, напевно, триміліметрові електроди, як найбільш універсальне рішення, що підходять для зварювання як відносно тонкої сталі, так і для металу значної товщини. Для зварювання двоміліметровими електродами вибирається струм 70А; "трійка" найчастіше працює на струмі 110-120А; для "четвірки" буде потрібно струм 140-150А.Приступаючи до складання трансформатора, розумним буде встановити межу вихідного струму, і мотати обмотки під обрану потужність. Хоча тут можна орієнтуватися і на максимально можливу потужність для конкретного зразка, враховуючи, що від однофазної мережібудь-який трансформатор навряд чи здатний розвинути струм вище 200А. При цьому необхідно чітко усвідомлювати, що зі збільшенням потужності зростає ступінь нагріву та зносу трансформатора, необхідні товстіші та дорогі дроти, збільшується вага, та й не кожна електромережа може витримати апетити потужних зварювальних апаратів. Золотою серединою може бути потужність трансформатора, достатня для роботи найбільш ходовим триміліметровим електродом, з вихідним струмом 120-130А.
Потужність потужності зварювального трансформатора, і апарату в цілому, буде дорівнює:
P = U х. × І св. × cos(φ) / η
де U х.г. - Напруга холостого ходу, I св. - Струм зварювання, φ - кут зсуву фаз між струмом і напругою. Оскільки сам трансформатор є індуктивним навантаженням, то кут зсуву фаз завжди існує. У разі розрахунку споживаної потужності cos(φ) можна прийняти рівним 0,8. η – ККД. Для зварювального трансформатора ККД можна прийняти рівним 0,7.
Стандартна методика розрахунку трансформатора
Ця методика застосовна для розрахунку поширених зварювальних трансформаторів зі збільшеним магнітним розсіюванням наступного пристрою. Трансформатор виготовлений на основі П-подібного магнітопроводу. Його первинна та вторинна обмотки складаються з двох рівних частин, які розташовані на протилежних плечах магнітопроводу. Між собою половини обмоток з'єднані послідовно.
Для прикладу візьмемося розрахувати за допомогою цієї методики дані для зварювального трансформатора, розрахованого на робочий струм вторинної котушки I 2 =160А, з вихідною напругою холостого ходу U 2 =50В, мережевою напругою U 1 =220В, значення ПР (тривалість роботи) приймемо, скажімо, 20% (про ПР див. нижче).
Введемо параметр потужності, що враховує тривалість роботи трансформатора:
P дл = U 2 × I 2 × (ПР/100) 1/2 × 0.001
P дл = 50 × 160 (20/100) 1/2 × 0.001 = 3,58 кВт
де ПР – коефіцієнт тривалості роботи, %. p align="justify"> Коефіцієнт тривалості роботи показує, скільки часу (у відсотках) трансформатор працює в дуговому режимі (нагрівається), решта часу він знаходиться в режимі холостого ходу (остигає). Для саморобних трансформаторівПР вважатимуться рівним 20-30%. Сам ПР взагалі не впливає на вихідний струм трансформатора, втім, як і співвідношення витків трансформатора не позначаються на параметрі ПР у готового виробу. ПР більшою мірою залежить від інших факторів: перерізу дроту та щільності струму, ізоляції та способу укладання дроту, вентиляції. Однак з точки зору наведеної методики вважається, що для різних ПР більш оптимальними будуть кілька відмінні співвідношення між кількістю витків котушок і площею перерізу магнітопроводу, хоча, у будь-якому випадку, вихідна потужність залишається незмінною, розрахована на заданий струм I 2 . Ніщо не заважає прийняти ПР, скажімо, 60% або всі 100%, а експлуатувати трансформатор на меншому значенні, як на практиці, зазвичай і відбувається. Хоча, найкраще поєднання обмотувальних даних та геометрії трансформатора забезпечує вибір значення ПР нижче.
Для вибору числа витків обмоток трансформатора рекомендується користуватися емпіричною залежністю електрорушійної сили одного витка E (у вольтах на виток):
E = 0,55 + 0,095 × P дл (P дл у кВт)
Е = 0,55 + 0,095 × 3,58 = 0,89 В/виток
Ця залежність справедлива широкого діапазону потужностей, проте найбільшу збіжність результатів дає діапазоні 5-30 кВт.
Кількість витків (сума обох половин) первинної та вторинної обмоток визначаються відповідно:
N 1 = U 1 / E; N 2 = U 2 /E
N 1 = 220/0,89 = 247; N 2 = 50/0,89 = 56
Номінальний струм первинної обмотки в амперах:
I 1 = I 2 × k m /n
де k m =1.05-1.1 - коефіцієнт, що враховує намагнічуючий струм трансформатора; n = N 1 / N 2 – коефіцієнт трансформації.
n = 247/56 = 4,4
I 1 = 160 × 1,1/4,4 = 40 А
Перетин сталі осердя трансформатора (см 2) визначається за формулою:
S = U 2 × 10000/(4.44 × f × N 2 × B m)
S = 50 × 10000/(4.44 × 50 × 56 × 1,5) = 27 см 2
де f = 50 Гц – промислова частота струму; B m - Індукція магнітного поля в сердечнику, Тл. Для трансформаторної сталі індукція може бути прийнята B m =1.5-1.7 Тл, що рекомендується приймати ближче до меншого значення.
Конструктивні розміри трансформатора наведено стосовно стрижневої конструкції магнітопроводу. Геометричні параметри магнітопроводу в міліметрах:
- Ширина пластини стали з пакета магнітопроводу
a=(S×100/(p 1 ×k c)) 1/2 =(27×100/(2×0,95)) 1/2 =37,7 мм. - Товщина пакета пластин плеча магнітопроводу
b=a×p 1 =37,7×2=75,4 мм. - Ширина вікна магнітопроводу
c=b/p 2 =75,4×1,2=90 мм.
де p1 = 1.8-2.2; p 2 = 1.0-1.2. Вимірювана за лінійними розмірами сторін зібраного трансформатора площа перерізу магнітопроводу буде дещо більшою за розраховане значення, треба враховувати неминучі зазори між пластинами в наборі заліза, і дорівнює:
S із = S/k c
S із = 27/0,95 = 28,4 см 2
де k c =0.95-0.97 – коефіцієнт заповнення сталі.
Значення (a) підбирається найближче із сортаменту трансформаторної сталі, кінцеве значення (b) коригується з урахуванням раніше обраного (a), орієнтуючись на отримані значення S і S.
Висота магнітопроводу методикою строго не встановлюється і вибирається виходячи з розмірів котушок з проводом, кріпильних розмірів, а також враховується відстань між котушками, яка виставляється при підстроюванні струму трансформатора. Розміри котушок визначаються перетином дроту, кількістю витків та способом намотування.
Зварювальний струм можна регулювати, переміщуючи секції первинної та вторинної обмоток щодо один одного. Чим більша відстаньміж первинною та вторинною обмотками, тим меншим буде вихідна потужність зварювального трансформатора.
Таким чином, для зварювального трансформатора зі зварювальним струмом 160А були отримані значення основних параметрів: сумарна кількість витків первинних котушок N 1 =247 витків і вимірювана площа перерізу магнітопроводу S =28,4 см 2 . Розрахунок з тими ж вихідними даними, крім ПР=100% дасть дещо інші співвідношення S і N 1: 41,6 см 2 і 168 відповідно для того ж струму 160А.
На що слід звернути увагу, аналізуючи отримані результати? Насамперед, у цьому випадку співвідношення між S і N для певного струму дійсні тільки для зварювального трансформатора, виготовленого за схемою зі збільшеним магнітним розсіюванням. Якби ми застосували значення S і N, отримані для цього трансформатора, для іншого трансформатора - побудованого за схемою силового трансформатора(див. малюнок нижче), то вихідний струм при тих же значеннях S і N 1 значно зріс би, приблизно в 1,4-1,5 рази або довелося б приблизно в стільки ж разів збільшити кількість витків первинної котушки N 1 для збереження заданої величини струму.
Зварювальні трансформатори, у яких секції вторинної котушки намотані поверх первинної, набули значного поширення при самостійному виготовленні зварювальних апаратів. Магнітний потік у них більш сконцентрований і енергія передається раціональніше, хоча це призводить до погіршення зварювальних характеристик, які, однак, можна виправити дроселем або баластним опором.
Спрощений розрахунок зварювального трансформатора
Неприйнятність у багатьох випадках стандартних методик розрахунку полягає в тому, що вони встановлюють для конкретної потужності трансформатора тільки єдині значення таких основних параметрів, як виміряна площа перерізу магнітопроводу (S) і кількість витків первинної обмотки (N 1), хоча останні і вважаються оптимальними. Вище було отримано переріз магнітопроводу для струму 160А, що дорівнює 28 см 2 . Насправді перетин магнітопроводу для тієї ж потужності може змінюватись у значних межах - 25-60 см 2 і навіть вище, без особливої втрати як робота зварювального трансформатора. При цьому під кожен довільно взятий переріз необхідно розрахувати кількість витків, перш за все первинної обмотки, таким чином, щоб отримати на виході задану потужність. Залежність між співвідношенням S і N 1 близька до обернено пропорційною: чим більша площа перерізу магнітопроводу (S), тим менше знадобиться витків обох котушок.Найважливішою частиною зварювального трансформатора є магнітопровід. У багатьох випадках для саморобок використовуються магнітопроводи від старого електроустаткування, яке до того нічого спільного зі зварюванням не мало: всілякі великі трансформатори, автотрансформатори (ЛАТРи), електродвигуни. Часто ці магнитопроводы мають дуже екзотичної конфігурацією, які геометричні параметри неможливо змінити. І зварювальний трансформатор доводиться розраховувати під те, що є - нестандартний магнітопровід, використовуючи нестандартну методику розрахунку.
Найбільш важливими при розрахунку параметрами, від яких залежить потужність, є площа перерізу магнітопроводу, кількість витків первинної обмотки та розташування на магнітопроводі первинної та вторинної обмоток трансформатора. Перетин магнітопроводу в даному випадку вимірюється за зовнішніми розмірами стиснутого пакета пластин, не враховуючи втрат на зазори між пластинами, і виражається в см 2 . При напрузі живлення мережі 220-240В, з незначним опором в лінії, можна рекомендувати наступні формули наближеного розрахунку витків первинної обмотки, які дають позитивні результати струмів 120-180А для багатьох типів зварювальних трансформаторів. Нижче наведені формули двох крайніх варіантів розташування обмоток.
Для трансформаторів з обмотками на одному плечі (малюнок нижче, а):
N 1 = 7440 × U 1 /(S із × I 2)
Для трансформаторів з рознесеними обмотками (рисунок нижче, б):
N 1 = 4960 × U 1 /(S із × I 2)
де N 1 - приблизна кількість витків первинної обмотки, S з - виміряний переріз магнітопроводу (см 2), I 2 - заданий зварювальний струм вторинної обмотки (А), U 1 - мережна напруга.
При цьому треба враховувати, що для трансформатора з рознесеними по різних плечах первинною та вторинною обмотками навряд чи вдасться отримати струм більше 140А – позначається сильне розсіювання магнітного поля. Не можна також орієнтуватися на струм вище 200А інших типів трансформаторів. Формули мають дуже наближений характер. Деякі трансформатори з особливо недосконалими магнітопроводами дають значно нижчі показники вихідного струму. Крім того, існує багато таких параметрів, які не можна визначити та врахувати повною мірою. Зазвичай невідомо, з якого сорту заліза виготовлений той чи інший, знятий зі старого обладнання магнітопровід. Напруга в електромережі може сильно змінюватись (190-250В). Ще гірше, якщо лінія електропередачі має значний власний опір, становлячи всього одиниці Ома, воно практично не впливає на показання вольтметра, що володіє великим внутрішнім опором, але може сильно гасити потужність зварювання. Враховуючи все вищевикладене, рекомендується первинну обмотку трансформатора виконувати з кількома відводами через 20-40 витків.
У цьому випадку завжди точніше можна буде підібрати потужність трансформатора або підрегулювати її під напругу конкретної мережі. Кількість витків вторинної обмотки визначається із співвідношення (крім "вушастика", наприклад з двох ЛАТРів):
N 2 = 0,95 × N 1 × U 2 /U 1
де U 2 - бажана напруга холостого ходу на виході вторинної обмотки (45-60В), U 1 - напруга мережі.
Вибір перерізу магнітопроводу
Тепер ми знаємо, як можна розрахувати витки котушок зварювального трансформатора під певний перетин магнітопроводу. Але залишається питання – яким саме вибрати цей перетин, особливо якщо конструкція магнітопроводу дозволяє варіювати його значення?Оптимальне значення перерізу магнітопроводу для типового зварювального трансформатора було отримано в прикладі розрахунку за стандартною методикою (160А, 26 см 2). Проте які завжди оптимальні з погляду енергетичних показників значення є такими, або навіть можливими взагалі, з погляду конструктивних і економічних міркувань.
Наприклад, трансформатор однієї і тієї ж потужності може мати перерізу магнітопроводу з різницею вдвічі: скажімо 30-60 см 2 . При цьому кількість витків обмоток буде відрізнятися теж приблизно вдвічі: для 30 см 2 доведеться мотати вдвічі більше дроту, ніж для 60 см 2 . Якщо у магнітопроводу невелике вікно, то ви ризикуєте тим, що всі витки просто не влізуть в його об'єм або доведеться використовувати дуже тонкий провід - у цьому випадку необхідно збільшити перетин магнітопроводу з метою зменшення кількості витків дроту (актуально для багатьох саморобних трансформаторів). Друга причина – економічна. Якщо обмотувальний дріт у дефіциті, то, враховуючи його чималу вартість, цей матеріал доведеться заощаджувати по максимуму, якщо є можливість, нарощуємо магнітопровід до більшого перетину. Але, з іншого боку, магнітопровід - найважча частина трансформатора. Зайва площа перерізу магнітопроводу - зайва і до того ж, дуже відчутна вага. Проблема збільшення ваги особливо позначається тоді, коли трансформатор намотаний алюмінієвим дротом, Вага якого набагато менше стали, а тим більше міді. При великих запасах дроту та достатніх розмірах вікна магнітопроводу цей елемент конструкції має сенс вибирати тонше. У жодному разі не рекомендується опускатися нижче значення 25 см 2 , не бажані також перерізи вище 60 см 2 .
Підбір витків трансформатора дослідним шляхом
У деяких випадках про вихідну потужність трансформатора можна судити по струму первинної обмотки в режимі холостого ходу. Вірніше, тут можна говорити не про кількісну оцінку потужності в режимі зварювання, а про налаштування трансформатора на максимальну потужність, на яку здатна конкретна конструкція. Або йдеться про контроль кількості витків первинної обмотки, щоб не допустити їх недоліку в процесі виготовлення. Для цього знадобиться деяке обладнання: латр (лабораторний автотрансформатор), амперметр, вольтметр.У загальному випадку за струмом холостого струмуне можна будувати висновки про потужності: струм може бути різним навіть однакових типів трансформаторів. Однак, дослідивши залежність струму в первинній обмотці в режимі холостого ходу, можна більш впевнено судити про властивості трансформатора. Для цього первинну обмотку трансформатора треба підключити через ЛАТР, що дозволить плавно змінювати напругу на ній від 0 до 240В. У ланцюг також має бути включений амперметр.
Поступово збільшуючи напругу на обмотці, можна отримати залежність струму від напруги живлення. Вона матиме такий вигляд.
Спочатку крива струму порожнього, майже лінійно зростає до невеликого значення, далі швидкість зростання збільшується - крива загинається вгору, після чого слідує стрімке збільшення струму. У випадку, коли устремління кривої до нескінченності відбувається до напруги 240В (крива 1), це означає, що первинна обмотка містить мало витків і її необхідно домотати. Треба враховувати, що трансформатор, включений на ту саму напругу без ЛАТРу, братиме струм приблизно на 30% більше. Якщо точка робочої напруги лежить на вигині кривої, то при зварюванні трансформатор видаватиме свою максимальну потужність (крива 2). У разі кривих 3, 4 трансформатор матиме ресурс потужності, яку можна збільшити шляхом зменшення витків первинної обмотки, та незначний струм холостого ходу: більшість саморобок орієнтовані на це положення. Реально струми холостого ходу різні для різних типів трансформаторів, здебільшого перебуваючи в інтервалі 100-500 мА. Не рекомендується встановлювати струм холостого ходу понад 2А.
При використанні змісту даного сайту потрібно ставити активні посилання на цей сайт, видимі користувачами та пошуковими роботами.
Даний розрахунок трансформатора для зварювання підійде і для того, щоб провести розрахунок трансформатора для точкового зварювання.
Як уже не раз було описано, трансформатор складається з осердя і двох обмоток. Саме ці елементи конструкції відповідають за основні зварювання. Знаючи заздалегідь, якими мають бути номінальна сила струму, напруга на первинній та вторинній обмотках, а також інші параметри (), виконується розрахунок для обмоток, сердечника та перерізу дроту.
Проводимо точний розрахунок трансформатора для зварювання!
Під час виконання розрахунків трансформатора для зварювання за основу беруться такі дані:
Напруга первинної обмотки U1. По суті, це напруга мережі, від якої працюватиме трансформатор. Може бути 220 або 380 В; Номінальну напругувторинної обмотки U2. Напруга електрики, яка має бути після зниження вхідного і не перевищує 80 В. Потрібна для збудження дуги; номінальна сила струму вторинної обмотки I. Цей параметр вибирається з розрахунку, якими електродами вестиметься зварювання та якої максимальної товщини метал можна буде зварити; площа перерізу сердечника Sс. Від площі осердя залежить надійність роботи апарату. Оптимальною вважається площа перерізу від 45 до 55 см2; площа вікна So. Площа вікна сердечника вибирається з розрахунку хорошого магнітного розсіювання, відведення надлишку тепла та зручності намотування дроту. Оптимальними є параметри від 80 до 110 см2;
Щільність струму в обмотці (A/мм2). Це досить важливий параметр, який відповідає за електровтрати в обмотках трансформатора. Для саморобних зварювальних трансформаторів цей показник становить 2,5 – 3 А. сайт
Як приклад розрахунків візьмемо такі параметри для зварювального трансформатора: напруга мережі U1=220 В, напруга вторинної обмотки U2=60 В, номінальна сила струму 180 А, площа перерізу сердечника Sс=45 см2, площа вікна So=100 см2, щільність струму обмотці 3 А.
P = 1,5 * Sс * So = 1,5 * 45 * 100 = 6750 Вт або 6,75 кВт.
Важливо! У цій формулі коефіцієнт 1,5 застосовний для трансформаторів із сердечником типу П, Ш. Для тороїдальних трансформаторів цей коефіцієнт дорівнює 1,9, а для 
сердечників типу ПЛ, ШЛ 1,7.
Важливо! Також як і в першій формулі, коефіцієнт 50 використаний для трансформаторів з сердечником типу П, Ш. Для тороїдальних трансформаторів він дорівнюватиме 35, а для сердечників типу ПЛ, ШЛ 40.
Тепер виконуємо розрахунок максимальної сили струму на первинній обмотці за формулою: Imax = P/U = 6750/220 = 30,7 А. Залишилося виходячи з отриманих даних виконати розрахунок витків.
Для розрахунку витків використовуємо формулу Wх = Uх * K. Для вторинної обмотки це буде W2 = U2 * K = 60 * 1,11 = 67 витків. Для первинної розрахунок виконаємо трохи згодом, оскільки там застосовується інша формула. Досить часто, особливо для тороїдальних трансформаторів, виконується розрахунок щаблів регулювання сили струму. Це робиться для виведення дроту на певному витку. Виконується розрахунок за такою формулою: W1ст = (220 * W2) / Uст.
- Uст – вихідна напруга вторинної обмотки.
- W2 – витки вторинної обмотки.
- W1ст - витки первинної обмотки певного ступеня.
Але спочатку необхідно розрахувати напругу кожного ступеня Uст. Для цього скористаємося формулою U=P/I. Наприклад, нам необхідно зробити чотири ступені з регулюванням на 90 А, 100 А, 130 А і 160 А для нашого трансформатора потужністю 6750 Вт. Підставивши дані у формулу, отримаємо U1ст1=75, U1ст2=67,5, U1ст3=52, U1ст4=42,2 В.
Отримані значення підставляємо у форму розрахунку витків для ступенів регулювання та отримуємо W1ст1=197 витків, W1ст2=219 витків, W1ст3=284 витка, W1ст4=350 витків. Додавши до максимального значення отриманих витків для 4-го ступеня ще 5%, отримаємо реальну кількість витків – 385 витків.
Насамкінець розраховуємо перетин дроту на первинній та вторинній обмотках. Для цього ділимо максимальний струмдля кожної обмотки на густину струму. В результаті отримаємо Sперв = 11 мм2 і Sвтор = 60 мм2.
Важливо! Розрахунок трансформатора контактного зварювання виконується аналогічним чином. Але є низка суттєвих відмінностей. Справа в тому, що номінальна сила струму вторинної обмотки для таких трансформаторів близько 2000 – 5000 А для малопотужних та до 150 000 А для потужних. Крім таких трансформаторів регулювання робиться до 8 ступенів з використанням конденсаторів і діодного мосту.
Як розрахувати трансформатор відео
З'єднання металевих деталей електричною дугою відоме вже більше 120 років, але мало хто знає всі тонкощі цього процесу, що дуже важливо для того, щоб зробити розрахунок зварювального трансформатора для найпростішого апарату та напівавтомата.
1 На чому базується розрахунок зварювального трансформатора?
Перш ніж розбиратися у формулах, давайте розглянемо принцип дії найпростішого апарату для . Основою такого агрегату є понижувальний трансформатор, що дозволяє змінити вхідну напругу, що відповідає в побуті 220 В, на нижчу, до 60 для так званого холостого ходу або, інакше, стану спокою. Те, які можна буде використовувати з пристроєм, залежить від сили струму, яка повинна бути в межах 120-130 А для найбільш популярного діаметра триміліметрового витратного матеріалу..
І ось тут якраз потрібні розрахунки, оскільки, якщо стрижень електрода плавиться при певній силі струму, значить, вона в тій же мірі нагріватиме і сердечник трансформатора, а також дріт обмотки. Отже, для того, щоб дізнатися про оптимальну потужність трансформатора, нам потрібно спочатку обчислити робочу напругу, орієнтуючись на робочу силу струму. Для цього існує формула U 2 = 20 + 0,04I 2, де U 2 – напруга на вторинній обмотці, а I 2 – максимальний зварювальний струм, що видається апаратом.
Тепер повернемося до сердечника, який недаремно так називається, оскільки є серцем трансформатора як найпростішого, так і напівавтомата. Він складається із металевих пластин, які здатні витримати певне навантаження за потужністю струму. Це допустиме значення залежить від розмірів сердечника і називається габаритною потужністю, яку можна знайти, знаючи значення напруги холостого ходу. Останнє вираховується за формулою Uхх = U 2 S, де S- Площа перерізу дроту вторинної обмотки. Залежність цієї площі від діаметра провідника визначаємо за формулою S = πd 2 /4, або за такими таблицями:
|
Допустимі струмові навантаження на проводи з мідними жилами |
||||||
| Діаметр дроту,мм | Допустима сила струму, А | жили, мм 2 | Діаметр дроту,мм | Допустима сила струму, 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 | |
|
Допустимі струмові навантаження на дроти з алюмінієвими жилами |
||||||
| Площа перерізу струмопровідної жили, мм 2 | Діаметр дроту,мм | Допустима сила струму, А | Площа перерізу струмопровідноїжили, мм 2 | Діаметр дроту,мм | Допустима сила струму, 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 Розрахунок для зварювального трансформатора за формулами та онлайн
Отже, у нас є всі необхідні параметри для того, щоб обчислити габаритну потужність осердя. Далі працюємо за формулою Pгаб = UххI 2 cos(φ)/η , де φ - Кут зміщення фаз між напругою і струмом (можна прийняти величину 0.8), а η - ККД (приймаємо 0.7). Залишається знайти допустиму потужність, яку витримає при тривалій роботі апарат. При цьому враховуємо, що коефіцієнт тривалості роботи (позначимо його ПР) становить близько 20% часу підключення трансформатора до мережі.
Тому вважаємо так: P дл = U 2 I 2 (ПР/100) 0.5 0.001, або інакше P дл = U 2 I 2 (20/100) 0.5 0.001, що відповідає P дл = U 2 I 2 0.00045. Загалом тривалість роботи та сила зварювального струму практично не пов'язані. Більшою мірою на час дугового режиму впливає переріз дроту обмотки та якість ізоляції, а також те, наскільки щільно і, головне, рівно, укладені витки. Отже, тепер ми можемо дізнатися електрорушійну силу одного витка у вольтах, використовуючи формулу E = P дл 0.095 + 0.55.
Далі, отримавши результат емпіричної залежності за останньою формулою, вираховуємо оптимальну кількість витків для обмотки як первинної, так і вторинної. Для тієї та іншої використовуємо дві формули, відповідно N 1 = U 1 /E, де U1 – вхідна напруга мережі, а N 2 = U 2 /E. Сила зварювального струму регулюється збільшенням або зменшенням відстані між первинною та вторинною обмотками: чим вона більша, тим нижча потужність на виході. Тим, хто робить наведений розрахунок із метою самостійного складаннятрансформатора, а не для придбання готового зварювального напівавтомата, знадобиться ще й обчислення габаритів осердя.
Площа перерізу металу визначається за формулою S = U 2 10000/(4.44fN 2 B m), де f- Промислова частота струму (приймаємо за 50 Гц), B m – індукція магнітного поля (приймаємо за 1.5 Тл). Тепер можна дізнатися ширину сталевої пластини в пакеті трансформатора: a = (100S/(p 1 k c)) 0.5, де за p 1 приймаємо діапазон значень 1.8-2.2 (рекомендується середнє), kс – коефіцієнт заповнення сталі (відповідає 0.95-0.97).
Виходячи із значення ширини пластини, з'ясовуємо товщину пакета пластин плеча, для чого використовуємо формулу b = ap 1, а потім і ширину вікна магнітопроводу c= b/p 2, де p 2 має діапазон значень 1-1.2 (рекомендується максимальне). До речі, якщо ми взялися вимірювати габарити, згадаємо про коефіцієнт заповнення сталі, що означає проміжки між пластинами. З урахуванням цього показника площа перерізу сердечника буде дещо іншою, тому назвемо її вимірюваною величиною і визначимо заново. Формула для цього буде потрібна така: S із = S/k c. Найчастіше ці розрахунки не потрібні за наявності онлайн-калькулятора.