Как рассчитать тороидальный трансформатор в домашних условиях. Расчет сварочного трансформатора
Расчет сварочного трансформатора для любого сердечника
Всевозможных схем сварочных агрегатов от простейших и до инверторов существует превеликое множество. Для создания самодельного сварочного аппарата лучше выбрать простую и высоконадежную схему, которая не содержит сложной и дорогой электроники. Но в любом случае, кроме схемы, потребуется предварительный расчет сварочного трансформатора. Только после этого можно приступать к его практическому изготовлению.
Схема сварочного трансформатора.
Специфика расчета таких трансформаторов заключается в том, что параметры их компонентов в большинстве случаев подбираются в соответствии с уже имеющимися деталями — чаще всего с данными магнитопровода. Поэтому стандартные методы расчета, которые разработаны для промышленного трансформатора, для самодельного сварочника не всегда применимы. Особенно ярко это проявляется при выходе того или иного параметра за стандартные границы.
Основные характеристики и структура сварочного трансформатора
Выбор максимального значения сварочного тока
Таблица 1. Характеристики сварочных трансформаторов.
Прежде всего, следует определиться, на какое максимальное значение сварочного тока будет рассчитываться трансформатор. Взаимосвязь между толщиной свариваемых металлов, диаметром электродов и сварочным током показана в таблице 1. Учитывая, что используя однофазный трансформатор, получить ток более 200 А практически нереально, домашнему мастеру приходится ограничиваться электродами диаметром не более 4 мм. Чаще всего 3 мм.
Следует установить наиболее подходящий верхний предел сварочного тока и наматывать обмотки под соответствующую ему мощность. При этом следует ясно понимать, что с ее ростом возрастают вес сердечника, сечение и стоимость провода. Кроме того, более мощный трансформатор сильнее греется и быстрее изнашивается. Да и не каждая сеть выдержит такую нагрузку. Золотая середина — аппарат с выходным током 110-120 А.
Прочие рабочие характеристики
Трёхфазный стержневой трансформатор.
- Диапазон регулирования величины выходного тока. В самодельных аппаратах обычно создается ряд ступеней — от 50 А до верхнего предела.
- Напряжение холостого хода. Чем оно выше, тем легче зажечь дугу. Из соображений безопасности не должно превышать 80 В.
- Номинальное выходное напряжение, которое необходимо для устойчивого горения дуги. Для сварки тонких металлов это напряжение должно быть более низким и наоборот.
- Мощность — потребляемая и выходная. Чем меньше их разность, тем выше КПД изготовленного трансформатора, тем он лучше.
- Номинальный рабочий режим характеризует продолжительность непрерывной работы. Для сварочного трансформатора собственного изготовления он не превышает 20-30%. Номинальный режим 20% означает, что из 10 минут рабочего времени можно варить 2 минуты, а остальные 8 трансформатор должен охлаждаться на холостом ходу.
Устройство сердечника трансформатора
В зависимости от формы магнитопровода различают следующие разновидности трансформаторов:
- броневые;
- тороидальные.
Основные понятия и классификация трансформаторов.
На стержневом трансформаторе обмотки окружают стержни сердечника. На броневом, напротив, магнитопровод частично обхватывает обмотки. В тороидальном обмотки распределяются по магнитопроводу равномерно.
Броневые и стержневые сердечники изготовляются из отдельных тонких, изолированных друг от друга пластин. Материал — трансформаторная сталь. Тороидальные наматываются в виде рулона из ленты, изготовленной из той же трансформаторной стали.
Важнейшей характеристикой любого сердечника является площадь его поперечного сечения. Именно от нее в очень большой степени зависит мощность трансформатора. У стержневого магнитопровода под площадью его поперечного сечения понимают площадь любого из стержней, а у тороидального — тора. У броневого — это площадь сечения его среднего стержня.
КПД трансформаторов стержневого типа выше, чем броневых. Кроме того, у них лучше условия охлаждения обмоток и, следовательно, допустимые плотности тока в обмотках. Поэтому сварочные трансформаторы, как правило, бывают стержневыми. Но все чаще для его изготовления стараются применить тороидальный сердечник. Дело в том, что масса и габариты такого сварочника почти в полтора раза меньше, чем стержневого при прочих равных параметрах. Но здесь возникают трудности с его намоткой.
Расчет сварочного трансформатора
Схема намотки сварочного трансформатора.
Поскольку при самостоятельном изготовлении сварочника приходится довольствоваться имеющимися в распоряжении магнитопроводами, производить строгий расчет не имеет смысла. Чаще всего достоверно неизвестны магнитные свойства и другие характеристики трансформаторной стали. Одной магнитной проницаемости, которую нетрудно определить экспериментально, для точного расчета недостаточно. Поэтому рациональнее ограничиться приблизительным расчетом.
Сначала производится оценка потребной электрической мощности. Основное мерило здесь — максимальная величина сварочного тока, которая, в свою очередь, определяется наибольшим диаметром электрода (см. таблицу 1). Электрическая мощность сварочника:
Р = Uд * Iм,
где Uд — напряжение горения дуги (обычно берется значение 25 В), Iм — максимальный сварочный ток. Например, для трансформатора, рассчитанного на ток до 150 А, электрическая мощность должна составлять:
Р = 25 В * 150 А = 3750 Вт.
Габаритная мощность трансформатора, зависящая от параметров магнитопровода, должна быть обязательно больше электрической. Именно габаритную мощность способен «потянуть» сердечник. При расчетах в качестве исходной чаще всего используется следующая формула, связывающая габаритную мощность с размерами сердечника:
Sо* Sс = 100 * Рг /(2,22 * Вс * j * f * kо* kc) (см4),
Схема трансформатора с первичной и вторичной обмоткой.
где Sо — площадь окна сердечника, Sс — площадь его поперечного сечения, Рг — габаритная мощность, Вс — магнитная индукция поля в сердечнике, j — плотность тока в проводах обмоток, f — частота переменного тока, kо— коэффициент заполнения окна, kc— коэффициент заполнения сердечника.
Sо и Sс находят прямыми измерениями габаритов сердечника. Например, для стержневого магнитопровода (см. рис. 2) Sо= h * l, Sс= а * b. С достаточной для практического расчета точностью можно считать, что:
- Вс = 1,42 Тл;
- kо= 0,33 для провода круглого и 0,4 — прямоугольного сечения;
- kc = 0,95;
- частота переменного тока в сети — 50 Гц;
- для самодельного трансформатора с номинальным рабочим режимом 20%, допустимая плотность тока в медных обмотках — 8 А/мм2,в алюминиевых — 5 А/мм2,в комбинированных медно-алюминиевых — 6,5 А/мм2.
Если подставить в формулу все эти значения, получается формула, связывающая между собой Sо, Sс и Рг:
Рг = k * Sо* Sс,
где k — коэффициент, значение которого зависит от формы сердечника и материала обмоток. Выглядит она следующим образом:
- если обе обмотки медные — для тороидального трансформатора k = 2,76, для стержневого — 2,47;
- если медно-алюминиевые — для тороидального k = 2,24, для стержневого — 2;
- если обе алюминиевые — для тороидального k = 1,72, для стержневого — 1,54.
Пользуясь последней формулой, можно легко оценить «потянет» ли имеющийся сердечник заданные параметры. Если да, остается рассчитать число витков в каждой из обмоток. Для первичной адаптированная формула выглядит следующим образом:
N1 = 40 * U1 / Sс,
где U1 — напряжение на ней (В).
Тороидальный трансформатор.
Для вторичной катушки с учетом КПД трансформатора формула приобретет следующий вид:
N2 = 42 * U2 / Sс,
где U2 — напряжение вторичной обмотки (В). Число витков во вторичной обмотке можно найти и экспериментально — намотать поверх первичной обмотки несколько (лучше 10) витков, измерить на них напряжение, а затем пересчитать — сколько витков нужно для обеспечения необходимого выходного напряжения.
Площадь поперечного сечения провода в обмотках можно рассчитать по формуле:
S = I / j,
где I — значение силы тока в обмотке, j — допустимая плотность тока в ней.
Пример расчета сварочного трансформатора
В качестве примера рассмотрим расчет и изготовление сварочника, изготовленного из статора асинхронного трехфазного электродвигателя. Удалив провода обмоток из пазов статора и вынув его из корпуса электродвигателя, получаем неплохой тороидальный сердечник — основу будущего сварочного трансформатора.
Выступы пазов иногда срубают острым зубилом, что позволяет уменьшить вес сердечника. Но на электрические параметры трансформатора они практически не влияют, поэтому в большинстве случаев их не трогают. Вид на сердечник с торца показан на рис. 3а, сбоку — на 3б, намотанный трансформатор — на 3в.
Схема расчета сварочного трансформатора.
Зададимся целью изготовить трансформатор, рассчитанный на максимальный сварочный ток 150 А и напряжение 60 В. Его электрическая мощность равна:
Р = 150 А * 60 В = 9000 Вт.
Произведем оценку габаритной мощности магнитопровода. Диаметр окна равен 12 см (см. рис. 3а), а его площадь:
Sо= π * d2/ 4 = 3,14 * 144 / 4 (см2) ≈ 113 см2.
Площадь поперечного сечения сердечника:
Sс=h * Н = 1,74 см * 20 см ≈ 35 см2
Габаритная мощность сердечника:
Рг = 2,76 * 113 * 35 (Вт) ≈ 10916 Вт.
Поскольку Рг > Р — магнитопровод подходит для изготовления трансформатора с требуемыми параметрами.
Переходим к расчету обмоток. Начинаем с числа витков. Для первичной обмотки оно равно:
N1 = 40 * 220 / 35 = 251 виток.
Количество витков для вторичной обмотки:
N2 = 42 * 60 / 35 = 72 витка.
Максимальный ток во вторичной обмотке 150 А. Тогда площадь поперечного сечения проводника, которым она наматывается, должна быть равна:
S2 = 150 А /(8 А/мм2) ≈ 19 мм2.
Из определения коэффициента трансформации ток в первичной обмотке:
I1= I2 * N2 / N1 = 150 А * 72 / 251 (А) ≈ 43 А.
Площадь поперечного сечения провода, которым она намотана:
S1 = 43 А /(8 А/мм2) ≈ 5,4 мм2.
Таким образом, можно утверждать, что предлагаемая методика расчета сварочного трансформатора, позволяет осуществить его практически для любого сердечника, оказавшегося в распоряжении домашнего мастера.
moyasvarka.ru
Формулы для расчета сварочного трансформатора
Сварочный трансформатор в быту – вещь распространенная, и не всегда он бывает заводского изготовления. Многие умельцы предпочитают собрать трансформатор самостоятельно – так и дешевле, и интересней. Перед началом работ необходимо провести правильный расчет сварочного трансформатора, и желательно, чтобы его параметры были близки к промышленным образцам. При таком подходе можно будет воспользоваться ст
андартными формулами.
Формулы, приведенные ниже, обеспечивают оптимальные характеристики и правильное подключение сварочного трансформатора, параметры обмоток, а также геометрические размеры аппарата. Но нужно иметь в виду, что эффективно эти формулы будут работать только при соблюдении всех стандартных параметров, требуемых от сварочного трансформатора.
Требования, которые предъявляются к электрическому аппарату, очень узкопрофильные и соблюсти их в реальном устройстве достаточно сложно. Да и не у всех радиолюбителей есть широкие возможности обеспечить хорошую материальную базу. Поэтому приходится искать такую конструкцию магнитопровода, которая легко воплощалась бы в жизнь, и все необходимые материалы для нее можно было легко купить. Но все эти требования служат только одному — технические и эксплуатационные параметры собранного устройства должны удовлетворять требованиям конструктора.
Формулы для расчета стандартного аппарата
Как рассчитать сварочный трансформатор, работающий от переменного напряжения 220 В с частотой 50 Гц с максимальным током сварочной дуги IМ = 150 А? Правильный расчет потребует следующей исходной информации:
- Входное Uраб на первичной обмотке трансформатора U1 (вольт).
- Uраб на вторичной обмотке U2 (вольт).
- Номинальная и максимальная сила тока на вторичной обмотке I (ампер).
- Площадь магнитного сердечника Sс (см2).
- Площадь окна трансформатора So (см2).
- J — плотность тока в проводе (A/мм2).
Максимальное Uраб дуги, которое соответствовало бы максимальному току дуги, рассчитывается по следующей формуле:
Udm= 20 + 0,04 x 150 = 26 В
При этом принимается, что на обмотке II сварочного трансформатора напряжение холостого хода (обозначается Uхх) должно на 200%-220% быть больше максимально допустимого напряжения рабочей дуги, и определяться по формуле:
Uxx = Udm x (1,8…2,5) = 26 x (1,8…2,5) = 47…65 В
Чем больше (в пределах допустимого) напряжения Uхх трансформатора, тем лучше устойчивость дуги и момент ее розжига. Действующим ГОСТ-ом 95-77Е максимальное напряжение на II обмотке Uхх ограничивается 80 вольтами. Оптимальное Uхх необходимо выбрать 65 вольт, которое обеспечивает качество горения электрода и соответствует ГОСТ 95-77Е.
Дальнейшие расчеты проводятся, отталкиваясь от справочного значения индукции магнитопровода. Средняя индукция — Вт = 1,42 Тл. Также необходимо рассчитать мощность сварочного трансформатора Рг (габаритная мощность):
Pr = Im x Uxx = 65 x 150 = 9750 Вт
Стандартная формула площади окна сварочного трансформатора:
SoSc = 100 x Pr/2,22 x Bm x J X Frx Ko x Kc см4, где:
- J — плотность сварочного тока в I и II обмотках для медных(Cu) обмоток — 8 А/мм2, для алюминиевых (Al) обмоток — 5 А/мм2 и 6,5 А/мм2 для обмоток комбинированного типа (CuAl).
- F – частота напряжения в электросети, Гц.
- Кo — коэффициент заполнения пустого окна сварочного трансформатора (расстояние между набором магнитопровода) — 0,33-0,4.
- Кс — коэффициент заполнения полос стали (зависит от плотности сборки железа) — 0,95.
Если первичную (I) обмотку наматывать медным проводом, а вторичную (II) — алюминиевым, то площадь будет равна:
SoSc = 100 x 9750/2,22 x 1,42 x 6,5 x 50 x 0,33 x 0,95 = 3035 см4
Самодельный сварочный трансформатор стержневого типа имеет такие соотношения в габаритах:
- X = 1,6
- Y = 2
- Z = 2,5…5
Где X = c/a, Y = b/a, Z = h/a
При значении Z = 4 результат SoSc = a4 x 12,8
Рассчитав все эти параметры, можно вычислить габариты «a» сердечника магнитопровода:
a = 4√ SoSc/12,8 = 4√3035/12,8 = 3,9 см
При значении а = 4 см можно рассчитать остальные значения габаритов — c, b, h:
- c = a x X = 4 X 1,6 = 6,4 см
- B = a x Y = 4 x 2 = 8 см
- H = a x Z = 4 x 4 = 16 см
ЭДС для одного витка любой обмотки необходимо узнать, чтобы дальше вычислить количество витков и Imax для I и II обмоток устройства:
Eb = 4,44 x 10-4 x Bm x F X Sc x Kc = 4,44 x 10-4 x Bm x F X a x b x Kc = 4,44 x 10-4 x 1/42 x 50 x 32 x 0,95 = 0,958 В/виток
Вторичная обмотка будет иметь:
W2 = Uxx/Eb = 65/0,958 = 68 витков при сечении провода II обмотки из алюминия:
S2 = Im/JAI = 150/5 = 30 мм2 (допускается вместо провода круглого сечения использование квадратной алюминиевой шины сечением 5×6 мм2).
Первичная обмотка будет иметь:
W1 = U1/Eb = 220/0,958 = 230 витков при максимальном токе: I1m = Im x W2/W1 = 150 X 68/230 = 44,35 A
При расчете медного провода для I обмотки его сечение рассчитывается по следующей формуле:
S1 = I1m/JCu = 44,35/8 = 5,54 мм2
Стержневой трансформатор имеет первичная и вторичную обмотки, которые располагаются на отдельных катушках, поэтому при параллельном их включении катушки будут иметь по 230 витков влагостойкого эмалевого провода ПЭВ-2 Ø 1,9 миллиметров (2,827 мм2), а при последовательном – по 115 витков влагостойкого провода ПЭВ-2 Ø 2,7 миллиметров (5,7 мм2). Самодельный бытовой сварочный трансформатор рассчитан на ток 160-200 ампер. Такие параметры выбираются, исходя из оптимальной массы аппарата для бытового пользования.
Диаметр электродов
Для сварочного трансформатора при работе используют так называемые наплавляемые электроды разных диаметров. Для правильного выбора электрода необходимо знать напряжение сварочного тока конкретного трансформатора и толщину детали, на которой будут проводиться работы. В таблице приведены значения диаметров электродов в зависимости от номинального тока и толщины детали.
| Толщина металла, в миллиметрах | Диаметр электрода, в миллиметрах | Сварочный ток, А |
| 1 — 2 | 1,6 | 25 — 50 |
| 2 — 3 | 2 | 40 — 80 |
| 2 — 3 | 2,5 | 60 — 100 |
| 3 — 4 | 3 | 80 — 160 |
| 4 — 6 | 4 | 120 — 200 |
| 6 — 8 | 5 | 180 — 250 |
| 8 — 24 | 5 — 6 | 220 — 320 |
| 30 — 60 | 6 — 8 | 300 — 400 |
Для того чтобы была возможность проводить работы одним устройством на деталях разной толщины, аппарат необходимо дополнить механическим или электронным регулятором силы тока.
Бытовое назначение сварочного агрегата очевидно — работа с металлом разной толщины, при этом желательно, чтобы можно было использовать электроды разных диаметров. Но при слишком большой силе сварочного тока металл может прогореть, а при небольшом значении он просто не расплавится. Встроенный регулятор, который понижает сварочный ток до требуемого значения, помогает решить эту проблему. Регулятор обеспечивает плавную или ступенчатую регулировку силы тока в диапазоне 50-200 А.
На сегодняшний день разработано много всевозможных электрических схем агрегатов, которые работают и по классическим схемам, и с использованием выпрямителей или инверторов. Но, чтобы сделать сварочный трансформатор своими силами, специалисты рекомендуют выбрать простую и проверенную схему, которая будет работать надежнее.
К тому же в ней не будет использоваться электроника, что также повышает степень надежности аппарата. Это может быть тороидальный сварочный трансформатор или дроссельный сварочный трансформатор с мощным диодным мостом. Но для создания надежного устройства необходимы предварительные расчеты, подтверждающие заявленные рабочие характеристики аппарата. Зачастую трансформатор сварочный изготавливается по расчетам, произведенным для магнитопровода, который имеется в наличии. При таких расчетах может меняться последовательность вычислений, но сами формулы и значения характеристик меняться не могут.
Похожие статьиgoodsvarka.ru
Расчет сварочного трансформатора для самостоятельной сборки
Соединение металлических деталей электрической дугой известно уже более 120 лет, но немногие знают все тонкости этого процесса, что очень важно для того, чтобы сделать расчет сварочного трансформатора для простейшего аппарата и полуавтомата.
1 На чем базируется расчет сварочного трансформатора?
Прежде, чем разбираться в формулах, давайте рассмотрим принцип действия простейшего аппарата для дуговой сварки. Основой такого агрегата является понижающий трансформатор, позволяющий изменить входящее напряжение, соответствующее в быту 220 В, на более низкое, до 60 В для так называемого холостого хода или, иначе, состояния покоя. То, какие виды электродов можно будет использовать с устройством, зависит от силы тока, которая должна быть в пределах 120-130 А для наиболее популярного трехмиллиметрового диаметра расходного материала.
И вот здесь как раз требуются расчеты, поскольку, если стержень электрода плавится при определенной силе тока, значит, она будет в той же степени нагревать и сердечник трансформатора, а также проволоку обмотки. Следовательно, для того, чтобы узнать оптимальную мощность трансформатора, нам нужно сначала вычислить рабочее напряжение, ориентируясь на рабочую силу тока. Для этого существует формула U2 = 20 + 0,04I2, где U2 – напряжение на вторичной обмотке, а I2 – выдаваемый аппаратом максимальный сварочный ток.
Рекомендуем ознакомиться
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 Uхх = U2S, где S – площадь сечения провода вторичной обмотки. Зависимость этой площади от диаметра проводника определяем по формуле S = πd2/4, или по следующим таблицам:
1.
Допустимые токовые нагрузки на провода с медными жилами | ||||||
| Площадь сечения токопроводящей жилы, мм2 | Диаметр провода,мм | Допустимая сила тока, А | Площадь сечения токопроводящейжилы, мм2 | 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 | |
2.
Допустимые токовые нагрузки на провода с алюминиевыми жилами | ||||||
| Площадь сечения токопроводящей жилы, мм2 | Диаметр провода,мм | Допустимая сила тока, А | Площадь сечения токопроводящейжилы, мм2 | 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 Pгаб = UххI2cos(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: Pдл = U2I2(ПР/100)0.50.001, или, иначе Pдл = U2I2(20/100)0.50.001, что соответствует Pдл = U2I20.00045. В целом продолжительность работы и сила сварочного тока практически не связаны. В большей степени на время дугового режима влияет сечение проволоки обмотки и качество изоляции, а также то, насколько плотно и, главное, ровно, уложены витки. Следовательно, теперь мы можем узнать электродвижущую силу одного витка в вольтах, используя формулу E = Pдл0.095 + 0.55.
Далее, получив результат эмпирической зависимости по последней формуле, высчитываем оптимальное количество витков для обмотки, как первичной, так и вторичной. Для той и другой используем две формулы, соответственно N1 = U1/E, где U1 – входящее напряжение сети, а N2 = U2/E. Сила сварочного тока регулируется увеличением или уменьшением расстояния между первичной и вторичной обмотками: чем оно больше, тем ниже мощность на выходе. Тем, кто делает приведенный расчет с целью самостоятельной сборки трансформатора, а не для приобретения готового сварочного полуавтомата, понадобится еще и вычисление габаритов сердечника.
Площадь сечения металла определяется по формуле S = U210000/(4.44fN2Bm), где f – промышленная частота тока (принимаем за 50 Гц), Bm – индукция магнитного поля (принимаем за 1.5 Тл). Теперь можно узнать ширину стальной пластины в пакете трансформатора: a = (100S /(p1kc))0.5, где за p1 принимаем диапазон значений 1.8-2.2 (рекомендуется среднее), kс – коэффициент заполнения стали (соответствует 0.95-0.97).
Исходя из значения ширины пластины, выясняем толщину пакета пластин плеча, для чего используем формулу b = ap1, а затем и ширину окна магнитопровода c = b/p2, где p2 имеет диапазон значений 1–1.2 (рекомендуется максимальное). К слову, если уж мы взялись измерять габариты, вспомним про коэффициент заполнения стали, который обозначает промежутки между пластинами. С учетом этого показателя площадь сечения сердечника будет несколько иной, поэтому назовем ее измеряемой величиной и определим заново. Формула для этого потребуется следующая: Sиз = S/kc. В большинстве случаев эти расчеты не нужны при наличии онлайн-калькулятора.
3 Как сделать расчет самодельного тороидального сварочного трансформатора?
По сути, тор – это объемное геометрическое тело, хотя в математике бытует понятие "поверхность". То есть это даже не фигура, а замкнутая поверхность, имеющая одну общую для любой размещенной на ней точки сторону. Но, если не вдаваться в дебри терминологии, тор – это бублик, или окружность, вращающаяся вокруг некой не пересекающей ее оси, с которой располагается в одной плоскости. Именно в форме такого бублика может быть выполнен трансформатор-тороид.
Основная его характеристика – высокий КПД при небольших, в сравнении с другими типами сердечников, размерах. Что и является основополагающим критерием для предпочтения данной формы самодельных трансформаторов. Основное отличие тороидального трансформатора от прочих – прокладка только межобмоточной изоляции наряду с внешней. Межслоевая не делается по той простой причине, что витки провода, проходя сквозь отверстие тора, создают дополнительную толщину внутреннего диаметра, что исключает использование лишних слоев изоляции.
Именно это значительно усложняет сборку тороида, и потому он редко устанавливается в корпусе полуавтомата, где чаще можно увидеть стержневые сердечники. Чтобы не возникали пробивания, применяются провода с повышенной прочностью изоляционного покрова. В качестве прокладки можно взять лавсан или ленту ФУМ (фторопластовую).
Для определения габаритной мощности сердечника, выполненного в виде тора, нам достаточно узнать две площади: окна и сечения.
Первую вычисляем по формуле Sокна = 3.14(d2/4), где d – внутренний диаметр тора. Вторая формула выглядит следующим образом: Sсеч = h((D-d)/2), здесь D – внешний диаметр "бублика". Далее остается только рассчитать габаритную мощность трансформатора, для чего используем простейший способ умножения двух получившихся ранее результатов. Иными словами, Pгаб[Вт] = Sокна[кв.см] * Sсеч[кв.см]. Дальнейшие вычисления ориентируем согласно таблице:
| Pгаб | ω1 | ω2 | ∆ (А/мм2) | η |
| До 10 | 41/S | 38/S | 4.5 | 0.8 |
| 10-30 | 36/S | 32/S | 4 | 0.9 |
| 30-50 | 33.3/S | 29/S | 3.5 | 0.92 |
| 50-120 | 32/S | 28/S | 3 | 0.95 |
Здесь Pгаб – габаритная мощность трансформатора, ω1 – число витков на вольт (для стали Э310, Э320, Э330), ω2 – число витков на вольт (для стали Э340, Э350, Э360), ∆–допустимая плотность тока в обмотках, ŋ – КПД трансформатора.
Определив количество витков на каждый вольт для сердечника из той или иной стали, можем узнать, сколько витков всего нужно будет выполнить при изготовлении трансформатора. Для этого используются две формулы, для первичной и вторичной обмотки соответственно: N1 = ω1U1 и N2 = ω2U2. Далее следует учесть некоторое падение напряжения, возникающее из-за небольшого сопротивления в обмотках, которое, впрочем, в тороиде довольно незначительное.
Для этого увеличиваем количество витков вторичной обмотки на 3 % (в других типах сердечников понадобилось бы больше): N2_компенс = 1.03N2. Для того чтобы узнать диаметр проволоки, используем формулу для первой обмотки d1 = 1.13(I1/∆)0.5 и для второй: d2 = 1.13(I2/∆)0.5. При этом результаты округляем в большую сторону и выбираем ближайшие доступные провода.
tutmet.ru
Характеристика сварочного трансформатора | Строительный портал
Занимаясь поисками подходящего сварочного трансформатора, многие отказываются от заводских моделей в пользу самодельных. Причины такого решения могут быть самые разнообразные, начиная от неприемлемых цен и заканчивая желанием сделать сварочный трансформатор самостоятельно. По сути особых сложностей в том, как сделать сварочный трансформатор, нет, к тому же, самодельный сварочный трансформатор может по праву считаться предметом гордости любого хозяина. Но при его создании невозможно обойтись без знаний об устройстве и схеме трансформатора, его характеристиках и расчетах по ним.
- Рабочие характеристики сварочного трансформатора
- Схема сварочного трансформатора
- Расчет сварочного трансформатора
Рабочие характеристики сварочного трансформатора
Любой электроинструмент обладает определенными рабочими характеристиками и сварочный трансформатор не исключение. Но кроме привычных, таких как мощность, количество фаз и требуемое для работы напряжение в сети, сварочный трансформатор имеет целый набор уникальных характеристик, каждая из которых позволит безошибочно подобрать в магазине аппарат под определенный вид работ. Для тех же, кто собирается изготовить сварочный трансформатор своими руками, знание этих характеристик потребуется для выполнения расчетов.
Но прежде чем перейти к детальному описанию каждой характеристики, необходимо разобраться, что собой представляет базовый принцип работы сварочного трансформатора. Он довольно прост и заключается в преобразовании входящего напряжения, а именно его понижении. Понижающая вольтамперная характеристика сварочного трансформатора имеет следующую зависимость – при понижении напряжения (Вольт) возрастает сила тока сварки (Ампер), что и позволяет плавить и сваривать металл. На основе этого принципа и построена вся работа сварочного трансформатора, а также связанные с ней другие рабочие характеристики.
Напряжение сети и количество фаз
С этой характеристикой все довольно просто. Она указывает на требуемое для работы сварочного трансформатора напряжение. Это может быть 220 В или 380 В. На практике напряжение в сети может немного колебаться в пределах +/- 10 В, что может сказаться на стабильной работе трансформатора. При расчетах для сварочного трансформатора напряжение в сети является основополагающей характеристикой для расчетов. К тому же, от напряжения в сети зависит количество фаз. Для 220 В – это две фазы, для 380 В – три. В расчетах это не учитывается, но для подключения сварочного аппарата и его работы это важный момент. Также есть отдельная категория трансформаторов, которые могут работать как от 220 В, так и от 380 В.
Номинальный сварочный ток трансформатора
Это основная рабочая характеристика любого сварочного трансформатора. От величины силы сварочного тока зависит возможность резки и сварки металла. Во всех сварочных трансформаторах это значение указывается максимальным, так как именно столько способен выдать трансформатор на пределе возможностей. Конечно, номинальный сварочный ток можно регулировать для возможности работы электродами различного диаметра, и для этого в трансформаторах предусмотрен специальный регулятор. Необходимо отметить, что для бытовых сварочных трансформаторов, созданных своими руками, сварочный ток не превышает 160 – 200 А. Это связано в первую очередь с весом самого трансформатора. Ведь чем больше сила сварочного тока, тем больше требуется витков медного провода, а это лишние неподъемные килограммы. В дополнение на сварочный трансформатор цена зависит от металла для проводов обмоток, и чем больше провода было потрачено, тем дороже обойдется сам аппарат.
Диаметр электрода
В работе со сварочным трансформатором для сварки металла используются наплавляемые электроды различного диаметра. При этом возможность использовать электрод определенного диаметра зависит от двух факторов. Первый – номинальный сварочный ток трансформатора. Второй – толщина металла. В приведенной ниже таблице указаны диаметры электродов в зависимости от толщины металла и сварочного тока самого трансформатора.
Как видно из этой таблицы, использование 2 мм электрода будет просто бессмысленным при силе тока в 200 А. Или наоборот, 4 мм электрод бесполезен при силе тока в 100 А. Но довольно часто приходится выполнять сварку металла различной толщины одним и тем же аппаратом и для этого сварочные трансформаторы оборудуются регуляторами силы тока.
Пределы регулирования сварочного тока
Для сварки металла различной толщины используются электроды различного диаметра. Но если сила сварочного тока будет слишком большой, то металл при сварке прогорит, а если слишком маленькой, то не удастся его расплавить. Потому в сварочных трансформаторах для этих целей встраивается специальный регулятор, позволяющий понижать номинальный сварочный ток до определенного значения. Обычно в самодельных сварочных трансформаторах создается несколько ступеней регулировки, начиная от 50 А и заканчивая 200 А.
Номинальное рабочее напряжение
Как уже отмечалось, сварочный трансформатор преобразует входящее напряжение до более низкого значения, составляющего 30 – 60 В. Это и есть номинальное рабочее напряжение, которое необходимо для поддержания стабильного горения дуги. Также от этого параметра зависит возможность сварки металла определенной толщины. Так для сварки тонколистового металла требуется низкое напряжение, а для более толстого – высокое. При расчетах этот показатель весьма важен.
Номинальный режим работы
Одной из ключевых рабочих характеристик сварочного трансформатора является его номинальный режим работы. Он указывает на период беспрерывной работы. Этот показатель для заводских сварочных трансформаторов обычно составляет около 40%, а вот для самодельных он может быть не выше 20 – 30%. Это значит, что из 10 минут работы можно беспрерывно варить 3 минуты, а 7 давать отдохнуть.
Мощность потребления и выходная
Как и любой другой электроинструмент, сварочный трансформатор потребляет электроэнергию. При расчетах и создании трансформатора показатель потребляемой мощности играет важную роль. Что касается выходной мощности, то её также следует учитывать, так как коэффициент полезного действия сварочного трансформатора напрямую зависит от разницы между этими двумя показателями. И чем меньше эта разница, тем лучше.
Напряжение холостого хода
Одной из важных рабочих характеристик является напряжение холостого хода сварочного трансформатора. Эта характеристика отвечает за легкость появления сварочной дуги, и чем выше будет напряжение, тем легче появится дуга. Но есть один важный момент. Для обеспечения безопасности человека, работающего с аппаратом, напряжение ограничивается 80 В.
Схема сварочного трансформатора
Как уже отмечалось, принцип работы сварочного трансформатора заключается в понижении напряжения и повышении силы тока. В большинстве случаев устройство сварочного трансформатора довольно простое. Он состоит из металлического сердечника, двух обмоток – первичной и вторичной. На представленном ниже фото изображено устройство сварочного трансформатора.
С развитием электротехники принципиальная схема сварочного трансформатора совершенствовалась, и сегодня производятся сварочные аппараты, в схеме которых используются дроссели, диодный мост и регуляторы силы тока. На представленной схеме видно, как диодный мост интегрирован в сварочный трансформатор (фото ниже).
Одним из самых популярных самодельных сварочных трансформаторов является трансформатор с тороидальным сердечником, в силу его малого веса и прекрасных рабочих характеристик. Схема такого трансформатора представлена ниже.
Сегодня существует множество различных схем сварочных трансформаторов, начиная от классических и заканчивая схемами инверторов и выпрямителей. Но для создания сварочного трансформатора своими руками лучше выбирать более простую и надежную схему, не требующую использования дорогой электроники. Как, например, сварочный тороидальный трансформатор или трансформатор с дросселем и диодным мостом. В любом случае для создания сварочного трансформатора, кроме схемы, придется выполнить определенные расчеты, чтобы получить требуемые рабочие характеристики.
Расчет сварочного трансформатора
При создании сварочного трансформатора под конкретные цели приходится определять его рабочие характеристики заранее. Кроме этого, расчет сварочного трансформатора выполняется для определения количества витков первичной и вторичной обмоток, площади сечения сердечника и его окна, мощности трансформатора, напряжения дуги и прочего.
Для выполнения расчетов потребуются следующие исходные данные:
- входящее напряжение первичной обмотки (В) U1;
- номинальное напряжение вторичной обмотки (В) U2;
- номинальная сила тока вторичной обмотки (А) I;
- площадь сердечника (см2) Sс;
- площадь окна (см2)So;
- плотность тока в обмотке (A/мм2).
Рассмотрим на примере расчета для тороидального трансформатора со следующими параметрами: входящее напряжение U1=220 В, номинальное напряжение вторичной обмотки U2=70 В, номинальная сила тока вторичной обмотки 200 А, площадь сердечника Sс=45 см2, площадь окна So=80 см2, плотность тока в обмотке составляет 3 A/мм2.
Вначале рассчитываем мощность тороидального трансформатора по формуле:
P габаритн = 1,9*Sc*So. В результате получим 6840 Вт или упрощенно 6,8 кВт.
Важно! Данная формула применима только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 1,7. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш – 1,5.
Следующим шагом будет расчет количества витков для первичной и вторичной обмоток. Чтобы это сделать, вначале придется вычислить необходимое количество витков на 1 В. Для этого используем следующую формулу: K = 35/S. В результате получим 0,77 витка на 1 В потребляемого напряжения.
Важно! Как и в первой формуле, коэффициент 35 применим только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 40. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш – 50.
Далее рассчитываем максимальный ток первичной обмотки по формуле: Imax = P/U. В результате получим ток для первичной обмотки 6480/220=31 А. Для вторичной обмотки силу тока берем за константу в 200 А, так как возможно придется варить электродами с диаметром от 2 до 3 мм металл различной толщины. Конечно, на практике 200 А – это предельная сила тока, но запас в пару десятков ампер позволит аппарату работать более надежно.
Теперь на основании полученных данных рассчитываем количество витков для первичной и вторичной обмоток в трансформаторе со ступенчатым регулированием в первичной обмотке. Расчет для вторичной обмотки выполняем по следующей формуле W2 =U2*K, в результате получим 54 витка. Далее переходим к расчету ступеней первичной обмотки. Для этого используем формулу W1ст = (220*W2)/Uст.
Где:
Uст – необходимое выходное напряжение вторичной обмотки.
W2 – количество витков вторичной обмотки.
W1ст – количество витков первичной обмотки определенной ступени.
Но прежде чем приступить к расчету витков ступеней первичной обмотки, необходимо определить напряжение для каждого. Сделать это можно по формуле U=P/I, где:
P – мощность (Вт).
U – напряжение (В).
I – ток (А).
Например, нам требуется сделать четыре ступени со следующими показателями номинальной силы тока на вторичной обмотке: 160 А, 130 А, 100 А и 90 А. Такой разброс понадобится для использования электродов различного диаметра и сварки металла различной толщины. В результате получим Uст = 40,5 В для первой ступени, 50 В для второй ступени, 65 В для третьей ступени и 72 В для четвертой. Подставив полученные данные в формулу W1ст = (220*W2)/Uст, рассчитываем количество витков для каждой ступени. W1ст1 = 293 витка, W1ст2 = 238 витков, W1ст3 = 182 витка, W1ст4 = 165 витков. В процессе намотки провода на каждом из этих витков делается отвод для регулятора.
Осталось рассчитать сечение провода для первичной и вторичной обмоток. Для этого используем показатель плотности тока в проводе, который равен 3 A/мм2. Формула довольно проста – необходимо максимальный ток каждой из обмоток разделить на плотность тока в проводке. В результате получим для первичной обмотки сечение провода Sперв = 10 мм2. Для вторичной обмотки сечение провода Sвтор = 66 мм2.
Создавая сварочный трансформатор своими руками, необходимо выполнить все вышеперечисленные расчеты. Это поможет правильно подобрать все необходимые детали и затем собрать из них аппарат. Для новичка выполнение расчетов может показаться весьма запутанным занятием, но если вникнуть в суть выполняемых действий, все окажется не таким уж и сложным.
strport.ru
| При выборе сварочного агрегата расчет сварочного трансформатора не требуется. Достаточно определиться с диаметром электродов планируемых для
Приведем расчет сварочного трансформатора для дуговой сварки.Исходными параметрами для расчета являются: входное напряжение 220в, частота 50Гц, максимальный ток сварки 100А.
| Самое интересное Инверторный дизельный генераторДля чего используется дизельные генераторы, ...  Трехфазные дизельные генераторыНаиболее мощные дизельные генераторы всегда ... |
industrika.ru
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 ампер220*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 ампер240*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.квS 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 вольтW1_ст3 = (220*25)/33 = 166 витков.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 32 вольтW1_ст4 = (220*25)/32 = 172 витка.. Номинальная обмотка
Далее рассчитываем на 31 вольтW1_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 вольтW1_ст7 = (220*25)/29 = 190 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 28 вольтW1_ст8 = (220*25)/28 = 196 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 27 вольтW1_ст9 = (220*25)/27 = 204 витка.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 26 вольтW1_ст10 = (220*25)/26 = 211 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 25 вольтW1_ст11 = (220*25)/25 = 220 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 24 вольтW1_ст12 = (220*25)/24 = 229 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 23 вольтW1_ст13 = (220*25)/23 = 239 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 22 вольтW1_ст14 = (220*25)/22 = 250 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 21 вольтW1_ст15 = (220*25)/21 = 261 виток.. Пассивный режим
И последняя ступень на 20 вольтW1_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 боятся 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 Рассчет трансформатора для сварочного полуавтомата, сварочного аппарата.
Автор замысловатых расчетов: Svapka.Ru
Ответ на комментарий.
Как наматывать на П-образный сердечник:
Первичная обмотка.
Мотаем две одинаковые обмотки в одну сторону и соединяем их начала. Концы 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.
svapka.ru
Расчет сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике
Трансформатор является главным узлом сварочного аппарата независимо от его конструкции. При самостоятельном изготовлении этого элемента возникает много вопросов: Как выбрать форму магнитопровода? Какой требуется намоточный провод? Как сделать расчет необходимого количества витков?
Тороидальный трансформатор имеет ряд преимуществ перед трансформаторами другого типа:
- Равномерное распределение обмоток;
- Снижение массы на 20…30 % при сохранении мощности;
- Сниженные токи Х.Х. в 10…20 раз;
- Высокий К.П.Д;
- Уменьшение полей рассеяния;
- Низкий уровень шума.
Если приложить определенные усилия для создания тороидального трансформатора своими руками, то можно получить свой уникальный набор характеристик устройства, которое удовлетворит все потребности при работе со сваркой. И даже более того – можно учесть текущие реалии нашей действительности такие как, например пониженное напряжение в сети вашего дома.
Используя формулы и методы, приведенные в нашей статье, вы получите практическое пособие по расчету сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике.
Методика расчета — пошаговая инструкция
Сам же расчет тороидального трансформатора разделяется на две части:
- Непосредственно рассчитать мощность тороидального сердечника, чтобы ее определить вы можете получить, при наличии у вас конкретного сердечника, или заданной мощности, то определить размеры будущего трансформатора.
- Расчет собственно электрической части, которая включает в себя количество витков в обмотках, а также какое сечение будет применяться в обмотках и материал провода.
Расчет сердечника
Его мы произведем по формуле, которая уже включает в себя константы, для упрощения понимания его результатов. Дальше останется подставить в ниже приведенную формулу только переменные значения, а именно:
«P=1,9*Sc*So», где:
- P — это мощность, которую возможно получить, применяя сердечник с таким габаритными размерами
- 1,9 — результат математических действий над всеми константами для данного вида трансформаторов
- Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные
- So – площадь отверстия в теле сердечника, в «кв. см.»
Формулы расчета площади сечения тороидального сердечника
Если сделанный трансформатор будет иметь основное назначение – сварка, то размеры его сердечника должны быть адекватными, иначе полученной мощности устройства будет не достаточно для выполнения своих функций. Для примера возьмем следующие значения и применив калькулятор вычислим.«P=1,9*70*70=9310 Ватт»
Определим количество витков первичной обмотки
В первую очередь рассмотрим расчет с единой первичной обмоткой, без регулировки. Для этого сначала выясним, сколько витков обмотки должен иметь тороидальный трансформатор для получения 1 вольта напряжения. Применим следующую формулу.К=35/ Sc, где:
- K — количество витков на 1 вольт напряжения.
- 35 – это константа, которая одинакова для всех типов тороидальных сердечников.
- Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные.
Таким образом, если у нас имеется сердечник площадью 70 «кв. см.», то подставив значения в формулу, получим следующую ситуацию.«K=35/70=0,5» витка на каждый вольт, и соответственно объём первичной обмотки узнаем, применив соответствующую формулу.«W1=U1*K», где:
- W1- количество витков в первой обмотке.
- U1 – необходимое напряжение в этой точке.
- K — количество витков на 1 вольт напряжения.
«W1=220*0,5=110» – витков.С учетом того, что мы проводим вычисления для сварочного трансформатора, то примем за рабочее напряжение вторичной равное 35 вольт, тогда исходя из аналогичной формулы, получим.«W2=35*0,5=17,5» – витков.
Расчет сечения применяемых проводов
Чтобы рассчитать необходимые сечения нужно понять какой ток будет через них протекать, это единственный параметр который влияет на толщину используемого материала, итак, вычисление величины тока в обмотках трансформатора:«I пер.=9310 Ватт/220 Вольт=42.3 Ампера»С вторичной обмоткой несколько сложнее, все должно опираться на напряжение дуги и ток сварки.«I свар.=(29 Вольт-14)/0.05=300 Ампер», где 29 вольт среднее значение дуги сварки. Теперь проверяем, возможна ли такая мощность у нашего устройства 300 Ампер*29 Вольт=8700 Ватт.
Это значение вполне укладывается в мощность, которой обладает тороидальный трансформатор, рассчитываемый нами, поэтому 300 Ампер, считаем током вторичной обмотки. Проведя эти нехитрые вычисления, для которых даже не всегда нужен калькулятор, можно перейти к определению сечения проводов и их материала.
Из руководящих документов таких как, например «ПУЭ», известно, что для продолжительной работы требуется 1 квадратный миллиметр сечения меди на каждые 5 ампер тока, а при использовании алюминия 2 ампера.Исходя из этих данных, вычисляем сечение проводов в устройстве для меди:
- Первичная обмотка=42,3/5=8,46 кв. мм, ближайший стандарт сечения это 10.
- Вторичная обмотка=300/5=60 кв. мм, выбираем следующее по стандарту сечение в сторону увеличения это 70.
Применяем условие продолжительности нагрузки 40 процентов, так как никто не работает все время под нагрузкой. В этом случае сечение можно уменьшить в два раза, тогда получаем:
- 8,46/2=4,23 ближайший стандарт сечения -6 кв. мм.
- 60/2=30 следующий стандарт 35 кв. мм.
Как упростить задачу по намотке витков на сердечник
Зная как создать трансформатор во всех подробностях и всеми данными, остается перейти к практической работе, но намотка витков представляет собой достаточно трудоемкий процесс, требующий особой концентрации внимания. Правильность намотки также имеет значение и напрямую влияет на характеристики устройства, которое в итоге получится.
Но для таких случаев в помощь людям существует специальное устройство, станок для намотки тороидальных трансформаторов, цена такого приспособления не высока, но купить его не просто, поэтому на рынке часто встречаются самодельные устройства, и если почитать соответствующую литературу, то можно попробовать сделать этот станок самому.
svarkagid.ru
