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.
Схема устройства сварочного трансформатора.
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.
Схема трансформатора с первичной и вторичной обмоткой.
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.
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).
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 обмотки сварочного трансформатора.
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.
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.
Сечение магнитопровода и подбор витков трансформатора
Пакет трансформаторного железа (магнитопровод).
Зная сечение магнитопровода, можно найти количество витков обмоток сварочного трансформатора. Главное, что вам придется решить, это то, каким конкретно должно быть сечение. В идеале было получено значение, равное 28 см².
Но оно не всегда может быть применено в сварочном трансформаторе, если посмотреть на конструктивные и экономические составляющие. Необходимо тщательнейшим образом обдумать, как вы будете мотать провод.
Для одной мощности можно выбрать две схемы:
- 30 см² и 250 витков;
- 60 см² и 125 витков.
Возможно также использование промежуточного варианта. Если окно маленькое, лучше просто увеличить площадь сечения. Но тогда увеличится и масса сварочного трансформатора. Поэтому свободно передвигать его можно только на специальной тележке.
Бывают случаи, когда приходится судить о полезной мощности трансформатора для сварочного аппарата лучше всего по току, который замеряется в первичной обмотке устройства в режиме холостого хода.
А если быть точнее, то приходится вести разговор скорее не о значении мощности во время образования дуги, а только лишь о регулировке сварочного трансформатора на самую большую мощность. Выжимаете из вашей конструкции максимум.
И главное в процессе расчета трансформатора – это не допустить недостаточного числа витков первичной обмотки. Необходимо наличие следующих приборов:
- ЛАТР (линейный автотрансформатор);
- амперметр;
- вольтметр.
Даже у однотипных трансформаторов различным может оказаться ток. Поэтому по нему судить о мощности электросварки нельзя. Но зависимость в первичной обмотке тока способна рассказать о многом. Можно выявить некоторые особенные свойства сварочного трансформатора.
Чтобы сделать это, необходимо с выхода ЛАТРа подавать напряжение на первичную обмотку сварки. Благодаря линейному автотрансформатору вы сможете изменять значение напряжения от 0 до 240 В.
Параллельно обмотке включается вольтметр, а в разрыв одного провода – амперметр.
Сперва происходит линейное увеличение тока, которое принимает небольшое значение.
После скорость увеличения становится больше, ток возрастает быстро и стремительно. При недостаточном числе витков в первичной кривая тока будет стремиться к бесконечному значению до достижения порога в 240 В.
Поэтому нужно добавить некоторое количество витков к обмотке сварочного аппарата. Причем не забудьте учесть тот факт, что при включении в сеть без ЛАТРа ваше устройство начнет потреблять из нее как минимум на треть большее количество тока.
Вот так не просто теоретически рассчитать сварочный трансформатор, на практике же все обстоит намного проще.
Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата, сварочного аппарата
В этой статье попытаюсь вам рассказать, как рассчитать трансформатор для сварочного аппарата.
На самом деле ни чего сложного здесь нет. Этот расчет относится как к простым (П и Ш образным) так и к тороидальным трансформаторам.
Для начала определим габаритную мощность будущего сварочного трансформатора:
Где:
Sc — площадь сечения сердечника см.кв.
So — площадь сечения окна см.кв.
f — рабочая частота трансформатора Гц. (50).
J — плотность тока в проводе обмоток A/кв.мм (1.7..5).
ɳ — КПД трансформатора (0,95).
B — магнитная индукция (1..1,7).
Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью (0,25..0,4).
Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью (0,96).
Подставляя нужные значения упрощаем формулу, она будет иметь вид:
P габаритн = 1.9*Sc*So для торов (ОЛ).
P габаритн = 1.7*Sc*So для ПЛ,ШЛ.
P габаритн = 1.5*Sc*So для П,Ш.
Например у нас ОЛ сердечник (тор).
Площадь сердечника Sс = 45 см.кв.
Площадь окна сердечника So = 80 см.кв.
Формула для тора (ОЛ):
P габаритн = 1.9*Sc*So
Где:
P габаритн — габаритная мощность трансформатора в ваттах.
Sc — площадь сердечника трансформатора в см.кв.
So — площадь окна сердечника в см.кв.
P = 1.9*45*80 = 6840 ватт.
Далее нужно рассчитать количество витков для первичной и вторичной обмотки. Для этого сначала рассчитаем необходимое количество витков на 1 вольт.
Для этого используем формулу:
K = 50/S
Где:
K — количество витков на вольт.
S — площадь сердечника в см.кв.
Вместо 50 в формулу подставляем нужный коэффициент:
для ОЛ (тор) = 35,
для ПЛ,ШЛ = 40,
для П и Ш = 50.
Так как у нас ОЛ сердечник (тор), примем коэффициент равный 35.
К = 35/45 = 0.77 витка на 1 вольт.
Далее рассчитываем сколько нужно витков для первичной и вторичной обмоток.
Здесь у нас два пути расчета:
- если нам нужен трансформатор с единой первичной обмоткой, то есть мы не собираемся регулировать ток по первичной обмотке ступенями.
- если мы собираемся регулировать ток по первичной обмотке и нам нужно рассчитать ступени регулирования.
Регулировка ступенями по вторичной обмотке трансформатора экономически не выгодна, требует дорогостоящих коммутирующих элементов, также требует увеличение длины провода вторичной обмотки, тем самым утяжеляя конструкцию и поэтому здесь не рассматривается.
1. Рассчитаем количество витков для первичной и вторичной обмотки в варианте без регулирования по первичной обмотке ступенями
Рассчитаем количество витков первичной обмотки по формуле:
W1 = U1*K
Где:
W1 — количество витков первичной обмотки.
U1 — напряжение первичной обмотки в вольтах.
K — количество витков на вольт.
W1 = 220*0.77 = 170 витков.
Далее..
- Примем максимальное напряжение вторичной обмотки равным U2 = 35 вольт
- Рассчитаем количество витков вторичной обмотки по формуле:
- W2 = U2*K
Где:
W2 — количество витков вторичной обмотки.
U2 — напряжение вторичной обмотки в вольтах.
K — количество витков на вольт.
W2=35*0.77=27 витков
Далее рассчитываем площадь сечения провода первичной и вторичной обмоток. Для этого нам нужно знать, какой максимальный ток течет в данной обмотке.
- Для этого мы воспользуемся формулой:
- Для первичной обмотки.
- I первич_max = P габаритн/U первич
Где:
I первич_max — максимальный ток первичной обмотки.
P габаритн — габаритная мощность трансформатора.
U первич — напряжение сети.
- I первич_max = 6840/220 = 31 А
- Для вторичной обмотки:
- Сразу хочу сказать, что я не теоретик, но попытаюсь объяснить формирование величины сварочного тока в трансформаторе, как понимаю это я.
- Напряжение дуги для сварки проволокой в среде углекислого газа равно:
- Uд = 14+0.05*Iсв
Где:
Uд — напряжение дуги.
Iсв — ток сварки.
- Выводим формулу тока вторички при конкретном напряжении дуги:
- Iсв = (Uд — 14)/0.05
- Далее рассчитаем для полуавтомата.
- 1. Принимаем напряжение дуги 25 вольт, получаем требуемую мощность трансформатора:
- Iвторич = (25-14)/0.05 = 220 ампер
220*25 = 5500 вт.… Но у нас габаритная мощность трансформатора больше.
Считаем дальше..
2. Принимаем напряжение дуги равным 26 вольт, получаем требуемую мощность трансформатора:
Iвторич = (26-14)/0.05 = 240 ампер
240*26 = 6240 вт… Почти рядом.
Считаем дальше..
3. Принимаем напряжение дуги равным 27 вольт, получаем требуемую мощность трансформатора:
Iвторич = (27-14)/0.05 = 260 ампер.
260*27 = 7020вт… Требуемая габаритная мощность выше чем имеющаяся, это говорит о том, что при данном напряжении дуги не будет тока 260 ампер, так как не хватает габаритной мощности трансформатора.
Из выше перечислительных расчетов, можно сделать вывод, что при напряжении дуги в 26 вольт обеспечивается максимальный ток в 240 ампер при данной габаритной мощности трансформатора и именно этот ток вторички мы примем за максимальный:
Iвторич max = 240 ампер.
Для расчета максимального сварочного тока для сварки электродом, рассчитываем так же, только по другой формуле..
Uд = 20+0.04*Iсв
Где:
Uд — напряжение дуги.
Iсв — ток сварки.
Выводим формулу тока вторички при конкретном напряжении дуги:
Iсв = (Uд — 20)/0.04 (считать не будем, я думаю понятно).
Далее…
Из справочных материалов нам известно, что плотность тока в меди равна 5 ампер на мм.кв, в алюминии 2 ампера на мм.кв.
- Исходя из этих данных можно рассчитать площадь сечения обмоток трансформатора.
- Сечения проводов для продолжительной работы трансформатора ПН = 80% и выше:
- Для меди:
S первич медь = 31/5 = 6.2 мм.кв
S вторичн медь = 250/5 = 50 мм.кв.
Для алюминия:
S первич алюмин = 31/2 = 16 мм.кв.
S вторичн алюмин = 250/2 = 125 мм.кв.
Итак мы имеем трансформатор с габаритной мощностью 6840 ватт. Сетевое напряжение 220 вольт. Напряжение вторичной обмотки 35 вольт.
Первичная обмотка содержит 170 витков провода площадью 6.2 мм.кв из меди или 16 мм.кв. из алюминия.
Вторичная обмотка содержит 27 витков провода площадью 50 мм.кв. из меди или 125 мм.кв. из алюминия.
Для ПН = 40% сечения первички и вторички можно уменьшить в 2 раза.
Для ПН = 20% сечения первички и вторички можно уменьшить в 3 раза.
Например ПН = 20% — это значит, что если взять за 100% 1 час работы трансформатора под нагрузкой, то 12 минут варим 48 минут отдыхаем, иначе трансформатор перегреется и перегорит (этот режим больше всего годится для не больших домашних дел). Я думаю тут понятно.
- ПН — продолжительность нагрузки.
- ПВ — продолжительность включения.
- ПР — продолжительность работы.
- Все эти термины одно и тоже, измеряются в процентах.
2. Рассчитаем количество витков для первичной и вторичной обмотки в варианте с регулированием ступенями по первичной обмотке
- Например, нам нужен трансформатор с регулированием сварочного тока 16 ступенями например используемого в этой схеме сварочного полуавтомата.
- Выбираем номинальное напряжение вторичной обмотки.
- Uномин = Uмакс — Uмакс*10/100
Где:
Uномин — напряжение номинальной обмотки (на это напряжение будем рассчитывать вторичку).
Uмакс — максимальное напряжение вторички для конкретного типа расчета.
- Рассчитываем, Uмакс = 35 вольт
- Uномин = 35 — 35*10/100 = 32 вольт.
- Рассчитаем количество витков для вторичной обмотки номинальным напряжением 32 вольт, тип сердечника ОЛ (тор).
- K = 35/S
К = 35/45 = 0.
77 витка на 1 вольт.
- W2 =U2*K = 32*0.77 = 25 витков
- Теперь рассчитаем ступени первичной обмотки.
- W1_ст = (220*W2)/Uст2
Где:
Uст2 — нужное выходное напряжение на вторичной обмотке.
W2 — количество витков вторички.
W1_ст — количество витков первичной обмотки.
Как мы рассчитали ранее количество витков обмотки W2 = 25 витков.
Рассчитаем количество витков первички для напряжения на вторичке равное 35 вольт.
W1_ст1 = (220*25)/35 = 157 витков.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 34 вольт (шаг 1 вольт на вторичке)
W1_ст2 = (220*25)/34 = 161 виток.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 33 вольт
W1_ст3 = (220*25)/33 = 166 витков..
Форсированный режим
Далее рассчитываем на 32 вольт
W1_ст4 = (220*25)/32 = 172 витка.. Номинальная обмотка
Далее рассчитываем на 31 вольт
W1_ст5 = (220*25)/31 = 177 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 30 вольт ..
W1_ст6 = (220*25)/30 = 183 витка.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 29 вольт
W1_ст7 = (220*25)/29 = 190 витков..
Пассивный режим
Далее рассчитываем на 28 вольт
W1_ст8 = (220*25)/28 = 196 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 27 вольт
W1_ст9 = (220*25)/27 = 204 витка.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 26 вольт
W1_ст10 = (220*25)/26 = 211 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 25 вольт
W1_ст11 = (220*25)/25 = 220 витков..
Пассивный режим
Далее рассчитываем на 24 вольт
W1_ст12 = (220*25)/24 = 229 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 23 вольт
W1_ст13 = (220*25)/23 = 239 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 22 вольт
W1_ст14 = (220*25)/22 = 250 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 21 вольт
W1_ст15 = (220*25)/21 = 261 виток..
Пассивный режим
И последняя ступень на 20 вольт
W1_ст16 = (220*25)/20 = 275 витков.. Пассивный режим
Мотаем первичную обмотку трансформатора до 157 витка, делаем отвод, он будет соответствовать 35 вольтам на вторичке.
Далее мотаем 4 витка до 161 витка и делаем отвод, он будет соответствовать напряжению на вторичке 34 вольт.
Далее мотаем 5 витков и делаем отвод на 166 витке, он будет соответствовать напряжению на вторичке 33 вольт и т.д. согласно выше приведенному расчету.
- Заканчиваем намотку первичной обмотки на 275 витке, он будет соответствовать напряжению на вторичке 20 вольт.
- В итоге у нас получился трансформатор габаритной мощностью в 6840 ватт, первичной обмоткой с 16 ступенями регулирования.
- Сечение обмоток такие же, как в первом варианте расчета.
- На данном этапе мы заканчиваем расчет трансформатора.
- Как сделать трансформатор смотрите здесь Делаем тороидальный сварочный трансформатор
- Таким образом было рассчитано много трансформаторов и они прекрасно работают в сварочных полуавтоматах и сварочных аппаратах.
Не нужно бояться форсированного режима работы трансформатора (это такой режим, когда к обмотке трансформатора рассчитанного например на 190 вольт приложено напряжение 220 вольт), трансформатор прекрасно работает в таком режиме. Имея маломощный трансформатор, можно вытянуть из него все возможности используя форсированный режим для комфортного процесса сварки с помощью сварочного полуавтомата.
- Ссылка для статьи на сайте Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата, сварочного аппарата.
- Ответ на комментарий.
- Как наматывать на П-образный сердечник:
- Первичная обмотка.
Вариант 1. Мотаем две одинаковые обмотки (клоны) в одну сторону и соединяем их начала. Концы этих обмоток используем для подключения к сети 220 вольт.
Вариант 2. Мотаем две одинаковые обмотки (клоны) в одну сторону, делаем отводы. Замыкая эти отводы, регулируем сварочный ток. Начало этих обмоток используем для подключения к сети 220 вольт.
Вторичная обмотка.
Мотаем две одинаковые обмотки в одну сторону и соединяем их концы. Начала этих обмоток используем для сварки.
Расчет площади сердечника и площади окна сердечника Sc и So.
По этим формулам, можно рассчитать требуемые величины.
Если возникнут вопросы, задавайте их в х.
Автор замысловатых расчетов: Admin Svapka.Ru
Проведение расчета сварочного трансформатора
Расчет сварочного трансформатора в быту производится в том случае, когда требуется самостоятельно его изготовить. Такая необходимость возникает обычно тогда, когда стандартный сварочный аппарат не отвечает требованиям проведения сварочных работ или же когда нужно сэкономить денежные средства при его покупке.
Для самостоятельного изготовления сварочного аппарата требуется произвести расчет его трансформатора.
Расчет самодельных сварочных трансформаторов имеет свои тонкости.
Дело в том, что подобный аппарат обычно не отвечает рекомендованным стандартизированным методам, и для него неприменимы распространенные методы, используемые для расчета трансформаторов, применяемых в промышленности.
Подобные устройства изготовляются из разного рода подручных материалов далеко не лучшего качества. В результате они могут перегреваться, вибрировать, что сопровождается выделением большого количества тепловой энергии.
Расчет сварочного трансформатора зависит от места его эксплуатации и выполняемых функций.
Кроме того, рассчитывая трансформатор самостоятельно можно применять стандартные методы, но они в обязательном порядке должны корректироваться с учетом нестандартных параметров устройства и требований по его эксплуатации.
Расчет сварочного трансформатора в быту стоит начинать с определения его функций. Так, например, сварочный аппарат, эксплуатируемый в снт, не будет испытывать серьезных нагрузок. Поэтому его можно спроектировать с трансформатором небольшой мощности. А вот если мастеру понадобиться прибор для работы в малом бизнесе, имеет смысл заложить в него дополнительную мощность и помехозащищенность.
Виды и типы трансформаторов для сварки
Трансформаторы для сварочных аппаратов бывают следующих видов:
Данное разделение устройств основывается на форме сердечника прибора. При этом стержневые трансформаторы имеют значительно более высокий коэффициент полезного действия, чем броневые. При этом они допускают повышенные уровни плотности токов в обмотках, что увеличивает КПД прибора.
Классификация сварочных трансформаторов.
Трансформаторы различаются в зависимости от вида используемой в них обмотки. На сегодня известны следующие виды таких приборов:
- с цилиндрической;
- дисковой;
- подвижной обмоткой.
В приборах с цилиндрическим видом обмотки одна обмотка наматывается на другую. В результате магнитный поток первичной обмотки зацепляется с витками вторичной обмотки.
Подобный аппарат характеризуется жестко установленной вольтамперной характеристикой и не рекомендуется для использования при производстве ручной сварки.
Кроме того, для его корректной работы необходимо наличие балластного реостата или дросселя.
Для дисковых электротрансформаторов характерно высокоразвитое рассеяние электромагнитного поля. В результате точный расчет их индуктивности рассеяния магнитного потока невозможен. Приходится в этом случае использовать метод последовательных приближений с поправкой на данные, полученные с примерного образца.
Конструкция трансформаторного прибора с подвижными обмотками более гибкая и позволяет «подстроить» прибор под определенные условия эксплуатации. Однако подобные устройства теряют много мощности, соответственно, могут дать заниженные показатели тока.
Выбор мощности сварочного трансформатора
Если первичная (1) и вторичная (2) обмотки трансформатора разнесены на разные плечи, то трансформатор теряет много мощности и может не дать ожидаемый ток.
Мощность трансформатора – один из основных его показателей. Именно от этого показателя зависят характеристики устройства, условия эксплуатации и качество проводимых сварных работ. Перед тем, как приступать к расчету данного показателя, необходимо определится, при какой величине сварочного тока планируется эксплуатировать самодельный сварной аппарат.
Данный параметр можно получить, зная вид электродов для сварки. Так обычно в быту применяют электроды стандартным диаметром 2, 3 и 4 миллиметра.
Трехмиллиметровые электроды более всего распространены в быту. Именно на них и стоит ориентироваться при изготовлении сварочного аппарата самостоятельно.
Работают электроды-«тройки» на токе мощностью 110-120А. «Двойки» используют 70 ампер, а «четверки» 140-150А.
Используя данные значения, можно рассчитать мощность трансформатора для сварочного аппарата достаточно легко. Для этого может быть использована программа для упрощенного расчета. С ее помощью можно произвести расчет, даже не имея особых познаний в электротехники.
Если человек хорошо разбирается в электротехнике, то ему будет под силу произвести расчет самостоятельно. Для этого ему потребуется формула: P = Uх.х. × Iсв. × cos(φ) / η. В ней Uх.х. – напряжение холостого хода, Iсв. – ток сварки, φ – угол сдвига фаз между током и уровнем напряжения.
Производя подобные расчеты, нужно помнить о том, что КПД сварочного преобразователя тока в норме составляет 0,7. Таким образом, не стоит проектировать большую нагрузку на него и превышать названный показатель, так как в этом случае устройство начнет интенсивно греться и быстро выйдет из строя.
Применяемые методики расчета мощности оборудования
График зависимости тока в первичной обмотке трансформатора от питающего напряжения, в режиме холостого хода.
Стандартизированная методика расчета сварного трансформатора ориентирована на приборы, созданные с применением П-образного магнитопровода. У него первичная и вторичная обмотки, смонтированные из пары равновеликих частей, размещенных на противоположных сторонах магнитного провода.
Данные половинки обмоток соединяются между собой последовательным способом.
Используя стандартную методику расчета, можно получить количество витков обмотки катушки, конструктивные габариты трансформатора, высоту магнитопровода.
Кроме того, на основании данных расчетов подбирается вид провода по диаметру сечения, а также материалу, из которого он изготовлен.
Сама методика расчета трансформатора приведена в специальной литературе, однако в том случае, когда человек не является профессиональным электротехником, то ему следует использовать упрощенную схему расчета.
Проведение упрощенного расчета
Выбирая сечение магнитопровода, необходимо учитывать размер окна, рассчитанное количество витков могут не поместиться в него.
Расчитать сварочный трансформатор по упрощенной схеме имеет смысл потому, что в подавляющем количестве случаев для определения конкретной мощности данного аппарата стандартные методики формируют единые и общие значения основных параметров, не учитывающие индивидуальные особенности того или иного аппарата. К ним относят:
- измеренную площадь сечения магнитопровода (Sиз);
- количество витков первичной обмотки (N1).
Именно эти показания являются основными при расчете.
В самодельном же трансформаторе их весьма сложно предсказать по стандартной методике, так как используемые при сборе такого устройства материалы и запасные части зачастую бывают далеко не лучшего качества.
В результате расчет нельзя сделать стандартными методами и приходится его проводить исключительно под конкретные условия эксплуатации того или иного аппарата.
Расчет сварочного трансформатора должен учитывать параметры и характеристики такой важной детали этого устройства как магнитопровод.
Дело в том, что рассчитанное сечение магнитопровода для электротока равного 160А равно 28 кв. см, в реальности этот параметр может составлять 25-60 кв.см.
Если ваш трансформатор будет работать при напряжении электросети 220-240В, стоит воспользоваться формулами расчета, дающими положительные результаты для токов 120-180А.
2 самых распространенных варианта расчета:
- Для преобразователя электротока с обмотками на одном плече: N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2).
- Для электротрансформаторов с разнесенными обмотками: N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2).
Здесь N1 – это примерная величина количества витков первичной обмотки, Sиз – определенное сечение магнитопровода (кв. см), I2 – заданный постоянный ток для вторичной обмотки (А), U1 – постоянное напряжение сети.
Подбор сечения магнитопровода
Выбор сечения магнитопровода лучше всего производить, наоборот, по общераспространенной методике на 160А, 26 кв. см. При этом стоит помнить о том, что трансформатор одинаковой мощности может иметь названный показатель, отличающийся на 2 порядка, например, он может составлять 30-60 кв. см.
Стоит при выборе сечения представлять и размеры стандартного окна магнитопровода. Так, если количество витков чрезмерно большое, они просто могут не поместиться в него, в результате придется уменьшать их количество и применять тонкий провод.
Не следует забывать и экономическую составляющую. Лишние витки утяжеляют конструкцию трансформатора и повышают его стоимость. Обмоточный провод – дефицитный материал.
Расчет трансформатора для сварки
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 рабочие характеристики трансформатора для сварки.
Зная заранее, какими должны быть номинальная сила тока, напряжение на первичной и вторичной обмотках, а также другие параметры (маркировки сварочных трансформаторов), 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. umnyestroiteli.ru
- 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.
- Первое, что необходимо рассчитать, это мощность самого трансформатора:
- 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.
Далее выполняем расчет количества витков для каждой из обмоток. Для этого вначале рассчитываем количество витков на 1 В по формуле K = 50/Sс = 50/45 = 1,11 витка на каждый потребляемый Вольт.
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.
Где:
- 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.
Загрузка...
