Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата

Содержание

Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата, сварочного аппарата

Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата

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:

  1. если нам нужен трансформатор с единой первичной обмоткой, то есть мы не собираемся регулировать ток по первичной обмотке ступенями.
  2. 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 режимДалее рассчитываем на 34 вольт (шаг 1 вольт на вторичке)W1_ст2 = (220*25)/34 = 161 виток.. Форсированный режимДалее рассчитываем на 33 вольтW1_ст3 = (220*25)/33 = 166 витков.. Форсированный режимДалее рассчитываем на 32 вольтW1_ст4 = (220*25)/32 = 172 витка.. Номинальная обмоткаДалее рассчитываем на 31 вольтW1_ст5 = (220*25)/31 = 177 витков..

Пассивный режимДалее рассчитываем на 30 вольт ..W1_ст6 = (220*25)/30 = 183 витка.. Пассивный режимДалее рассчитываем на 29 вольтW1_ст7 = (220*25)/29 = 190 витков.. Пассивный режимДалее рассчитываем на 28 вольтW1_ст8 = (220*25)/28 = 196 витков.. Пассивный режимДалее рассчитываем на 27 вольтW1_ст9 = (220*25)/27 = 204 витка.. Пассивный режимДалее рассчитываем на 26 вольтW1_ст10 = (220*25)/26 = 211 витков.. Пассивный режимДалее рассчитываем на 25 вольтW1_ст11 = (220*25)/25 = 220 витков..

Пассивный режимДалее рассчитываем на 24 вольтW1_ст12 = (220*25)/24 = 229 витков.. Пассивный режимДалее рассчитываем на 23 вольтW1_ст13 = (220*25)/23 = 239 витков.. Пассивный режимДалее рассчитываем на 22 вольтW1_ст14 = (220*25)/22 = 250 витков.. Пассивный режимДалее рассчитываем на 21 вольтW1_ст15 = (220*25)/21 = 261 виток.. Пассивный режимИ последняя ступень на 20 вольтW1_ст16 = (220*25)/20 = 275 витков..

Читайте также  Какой удлинитель нужен для сварочного инвертора

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.

Источник: http://svapka.ru/page/rasschet-transformatora-dlya-svarochnogo-poluavtomata-svarochnogo-apparata

Трансформатор для сварочного полуавтомата

» Статьи » Трансформатор для сварочного полуавтомата

Подбор правильных параметров техники при сварке является очень важным делом. Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата имеет ярко выраженную специфику. Здесь могут использоваться как типовые схемы, так и другие варианты, которые подходят по параметрам.

Для промышленных трансформаторов можно применять стандартные методики расчета, так как серийно выпускающиеся модели имеют одинаковые параметры, такие как напряжение сварочного трансформатора, тогда как для самодельных изделий такие методы не будут являться действительными. Это касается не только параметров изделия, но и материалов, которые применяются при создании трансформатора.

Во втором случае получается намного больше погрешностей, что также следует учитывать. Стандартные методы расчета основаны на методике, которая может определить самое оптимальное значение геометрических и обмоточных параметров трансформатора.

Но у данных методик имеются свои недостатки, так как если имеется какой-либо выход за стандартные параметры, то все расчеты могут оказаться недействительными из-за особенностей конструкции и используемых материалов. С учетом современного разнообразия техники, которую можно встретить на рынке для промышленного и частного использования, расчет сварочного трансформатора может оказаться весьма затруднительным.

Трансформатор для сварочного полуавтомата

Ведь не зря, одним из первых дел при расчете является определение количества и вид используемого железа. Таким образом, нужно определить значение наружного и внутреннего диаметра сердечника. Как правило, минимальное значение внутреннего диаметра составляет от 12 см.

В некоторых случаях это значение может быть меньше, если обмотка выйдет очень плотной. Проблема здесь может возникнуть при размещении вторичной обмотки, так как в ином случае она может и не поместиться, если диаметр будет меньше предложенного значения.

Минимальные рекомендуемые значения имеются и при выборе площади сердечника.

Сварочный трансформатор для сварки полуавтоматом

Стоит отметить, что подавляющее большинство бытовых сварочных аппаратов, куда можно отнести и некоторые модели полуавтоматов, имеют достаточно простую структуру. Они состоят в большинстве случаев из источников переменного тока, что делает их боле дешевыми.

Также становится легче ремонт и обслуживание сварочных трансформаторов, если с ними что-то случится. Сама система полуавтомата практически не влияет на принцип действия трансформатора, так как относится к удобству подачи электрода или проволоки.

В самых простых моделях используется однофазный трансформатор, который разработан специально для сварки.

На чем базируется расчет сварочного трансформатора

Основными положениями, на которых состоит расчет трансформатора для сварочного полуавтомата сварочного аппарата, являются те, на которых основан принцип его действия. Главным элементом системы является понижающий трансформатор. Этот элемент позволяет изменить стандартное сетевое напряжение 220 В, на пониженное, которое требует холостой ход сварочного трансформатора – 60 В. Ток может регулироваться исходя из вольтамперных характеристик самой системы.

Средние характеристики тока для электрода в 3 мм составляет 120 А. Именно в этом случае и оказывается важным расчет сварочного аппарата, ведь когда стержень начинает плавиться при определенном значении силы тока, то он еще и нагревает проволоку обмотки и сердечник трансформатора при определенных значениях. Таким образом, для вычисления оптимальной мощности трансформатора следует узнать рабочее значение, которое можно определить по рабочей силе тока.

Для этого применяют формулу U2 = 20+0,04*I2. Здесь:

  • U2 – напряжение, которое имеется на вторичной обмотке;
  • I2 – максимальный сварочный ток, который может выдать аппарат.

После этого можно перейти к сердечнику. Это центральная часть как простого сварочного аппарата, так и полуавтоматического. Состоит он из металлических пластин. Эти пластины в совокупности могут выдержать определенную нагрузку параметров тока. Данный параметр называется «габаритная мощность».

Здесь имеется прямая зависимость от того, какие размеры занимает сердечник. Вычислить габаритную мощность можно зная такие параметры как напряжение холостого хода сварочного трансформатора. Рассчитать все это можно при помощи формулы Uхх = U2S. В данном случае S является площадью сечения вторичной обмотки.

Чтобы узнать зависимость площади от диаметра используемого проводника, то следует использовать формулу S = πd2/4.

Также можно просто воспользоваться уже имеющимися готовыми таблицами:

Допустимые нагрузки по току для медных проводов
Площадь сечения медной жилы, мм2 Общий диаметр провода с обмоткой, мм Максимальный ток, А Площадь сечения медной жилы, мм2 Общий диаметр провода с обмоткой,мм Максимальный ток, А
0.5 0.78 11 35 6,7 170
1,0 1,13 17 70 9.5 270
2,5 1,8 30 120 12,4 385
6.0 2,8 50 185 15,4 510
16 4,5 100 300 19,5 695
Допустимые нагрузки по току для алюминиевых проводов
Площадь сечения алюминиевой жилы, мм2 Общий диаметр провода с обмоткой, мм Максимальный ток, А Площадь сечения алюминиевой жилы, мм2 Общий диаметр провода с обмоткой, мм Максимальный ток, А
2 1,6 21 35 6,7 130
3 1,95 27 70 9.5 210
5 2,52 36 120 12,4 295
8 3,19 46 185 15,4 390

Далее следует определение такого параметра ка габаритная мощность сердечника. Pгаб = UххI2cos*(φ)/η.Чтобы знать, как рассчитать сварочный трансформатор, требуется использовать ряд формул.Методика расчета с использованием формул

  • Здесь φ– является углом смещения фаз между током и напряжением;
  • η – коэффициентом полезного действия системы.

При этом следует найти допустимую мощность, с которой бы смог справиться аппарат во время длительной эксплуатации (значение ПР). Данный расчет происходит по следующей формуле Pдл = U2I2 (ПР/100)0.5 * 0.001. В общем, продолжительность беспрерывной эксплуатации и сила тока не связаны между собой. Большее значение на данный параметр оказывает продолжительность дугового режима. Силу одного витка, которая исчисляется в вольтах, можно определить по формуле E=Pдл0.095+0.55.

После этого можно рассчитать наиболее подходящее количество витков для одной обмотки, отдельно для обмоток. Для обоих случаев используются две формулы:

  • Для первой обмотки N1= U1/E, здесь U1 – входящее напряжение сети;
  • Для второй обмотки N2= U2/E. здесь U2 – входящее напряжение сети.

Исходя из этого, сила тока регулируется изменением расстояния между обмотками, так как с его увеличением теряется и мощность на выходе.

Расчет тороидального трансформатора

Тор является замкнутой поверхностью, в виде которой и выполнен трансформатор тороид. Преимуществом такой формы является высокий коэффициент полезного действия в нем имеется прокладка меж обмоточной изоляции, а меж слоевая отсутствует, так как это невозможно сделать из-за особенностей конструкции. Это делает сборку сердечника более сложной. Чтобы определить габаритную мощность, следует узнать площадь сечения и площадь окна.

Самодельный тороидальный сварочный трансформатор

Площадь окна определяется по формуле Sокна = 3.14*(d2/4). Здесь d является внутренним диаметром тора.

Площадь сечения определяется по формуле Sсеч=h*((D-d)/2). Здесь D является внешним диаметром тора.

Для расчета габаритной мощности применяется самый простой способ умножения полученных результатов, используя формулу Pгаб[Вт] = Sокна[кв.см] * Sсеч[кв.см]. Это предоставляет самые основные параметры расчета, на которых будут основывать все дальнейшие действия. Таким образом, это лишь начало, так как дальше придется использовать дополнительные значения. В дальнейшем, при вычислениях можно ориентироваться на таблицу.

Pгаб ω1 ω2 ∆ (А/мм2) Η-10
менее 10 41 38 4.5 8
10…30 36 32 4 9
30…50 33.3 29 3.5 9,2
50…120 32 28 3 9,5

svarkaipayka.ru

Как осуществить расчет сварочного трансформатора по параметрам сердечника

  • Дата: 18-05-2015
  • 486
  • : 47

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.

Читайте также  Кто имеет право проводить электросварочные работы

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.

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.

Максимальная величина выходного тока — главная характеристика любого сварочника, но наряду с нею следует определиться и с другими важными параметрами:

  1. Диапазон регулирования величины выходного тока. В самодельных аппаратах обычно создается ряд ступеней — от 50 А до верхнего предела.
  2. Напряжение холостого хода. Чем оно выше, тем легче зажечь дугу. Из соображений безопасности не должно превышать 80 В.
  3. Номинальное выходное напряжение, которое необходимо для устойчивого горения дуги. Для сварки тонких металлов это напряжение должно быть более низким и наоборот.
  4. Мощность — потребляемая и выходная. Чем меньше их разность, тем выше КПД изготовленного трансформатора, тем он лучше.
  5. 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:

  • стержневые;
  • 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:

Читайте также  Можно ли подключить сварочный аппарат к бензогенератору

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.

Источник: https://moyasvarka.ru/instrumenty/raschet-svarochnogo-transformatora.html

Способы расчёта различных конфигураций трансформаторов

Как бы ни развивалась электроника, но всё же отказаться от такого устройства, как трансформатор пока не удаётся. Каждый надёжный блок питания и преобразователь напряжения содержит этот электромагнитный аппарат с гальванической развязкой обмоток. Они применяются широко и на производстве, и в быту, и представляют собой статическое электромагнитное устройство, работающее по принципу взаимоиндукции. Состоят такие устройства из двух основных элементов:

  1. замкнутого магнитопровода;
  2. двух и более обмоток.

Обмотки трансформаторов не имеют между собой никакой связи, кроме индуктивной. Предназначен он для преобразования только переменного напряжения, частота которого, после передачи по магнитопроводу, будет неизменна.

Расчет параметров трансформатора необходим для того, чтобы на вход этого устройства было подано одно напряжение, а на выходе генерировалось пониженное или повышенное напряжение другой заданной величины. При этом нужно учесть токи, протекающие во всех обмотках, а также мощность устройства, которая зависит от подключаемой нагрузки и от назначения.

Любой даже простейший расчет трансформатора состоит из электрической и конструктивной составляющей. Электрическая часть включает в себя:

  • Определение напряжений и токов, протекающих по обмоткам;
  • Определение коэффициента трансформации.

К конструктивным относятся:

  • Размеры сердечника и тип устройства;
  • Выбор материала сердечника трансформатора;
  • Возможные варианты закрывающего корпуса и вентиляции.

Через один квадратный сантиметр сечения магнитопровода протекает магнитная индукция, единица измерения её — Тесла. Тесла, в свою очередь, выдающийся физик, в честь которого и она и названа. Это значение напрямую зависит от частоты тока. И так при частоте 50 Гц и, допустим, 400 Гц величины индукция (тесла) будет разной, а значит и габариты устройства с увеличением частоты снижаются.

После этого определяют падение напряжения и потери в магнитопроводе, на этапе электрического расчёта все эти величины определяются лишь примерно. Расчет нагрузки в трансформаторе является ключевым в его исполнении. В сварочном, например, нагрузочную особенность выражают из режима короткого замыкания. Большое значение тока короткого замыкания, связано с малым значением сопротивления трансформатора в данных условиях работы.

Важнейшим элементом всех формул данного расчёта является коэффициент трансформации, который определяется как соотношение числа намотанных витков в первичной обмотке, к количеству витков во вторичной обмотке. Если обмоток не две, а больше, значит и соответственно таких коэффициентов тоже будет несколько. Если известны напряжения обмоток, то можно его рассчитать как отношение напряжений первичной обмотки, ко вторичной.

Расчет силового трансформатора

Расчет силового трансформатора напрямую зависит от количества фаз в питающей сети, то есть однофазной или же трехфазной. Прежде всего в силовом трансформаторе основную роль играет его мощность. Упрощенный расчет трансформаторов малой мощности и большой можно выполнить и в домашних условиях. Расчёт потерь неизбежен, как и для любых электромагнитных устройств, здесь же он состоит из двух основных магнитных составляющих:

  1. вихревые токи;
  2. намагничивание.

Расчет однофазного трансформатора

Рассчитывая понижающие трансформаторы однофазного тока, как самые распространенные в быту, для начала нужно выяснить его мощность. Конечно, понизить напряжение можно и другими способами, но этот самый эффективный и даёт ещё вдобавок гальваническую развязку, а значит возможность подключения силовой нагрузки.

Например, если напряжение первичной обмотки 220 Вольт, что свойственно для стандартных сетей однофазного тока, то вторичное напряжение нужно определить по нагрузке, которая будет подключаться к нему. Это может быть как низшее, так и высшее напряжение. Например, для зарядки автомобильных аккумуляторов необходимо напряжение 12-14 Вольт. То есть вторичное напряжение и ток тоже должно быть заранее известно.

Примерная мощность будет равна произведению тока на напряжение. Стоит учесть также и КПД. Для силовых аппаратов он составляет примерно 0,8–0,85. Тогда с учётом этого коэффициента полезного действия расчётная мощность будет составлять:

Ррасч= P*КПД

Именно эта мощность и ложится в основу расчёта поперечного сечения сердечника, на котором будут произведены намотки обмоток. Кстати, видов этих сердечников магнитопровода может быть несколько, как показано на рисунке снизу.

Далее, по этой формуле определяем сечение

S (см2) = (1,0 ÷1,3) √Р

Коэффициент 1–1,3 зависит от качества электротехнической стали. К электротехнической стали относится чистое железо в виде листов или ленты толщиной 0,1–8 мм либо в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров.

После чего определяется количество витков, на один вольт напряжения.

N = (50 ÷70)/S (см2)

Берем среднюю величину коэффициента 60.

Теперь зная количество витков на один вольт есть возможность подсчитать количество витков в каждой обмотке. Осталось всего лишь найти сечение провода, которым выполнится намотка обмоток.

Медь, для этого лучший материал, так как обладает высокой токопроводимостью и быстро остывает в случае нагрева. Тип провода ПЭЛ или ПЭВ. Кстати, нагрев даже самого идеального электромагнитного устройства неизбежен, поэтому при изготовлении сетевого трансформатора актуален и вопрос вентиляции.

Для этого хотя бы предусмотреть на корпусе естественную вентилируемую конструкцию путём вырезания отверстий.

Ток в обмотке равен

I=P/U

Диаметр сечения проводника для обмотки определяется по формуле:

D= (0,7÷0,9)√I

где 0,7-0,9 это коэффициент плотности тока в проводнике. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе.

Существует множество методов расчёта характеристик и параметров, этот же самый простой, но и примерный (неточный). Более точный расчет обмоток трансформатора применяется для производственных и промышленных нужд.

Расчёт трехфазного трансформатора

Особенности применения и устройства сварочных трансформаторов

Изготовление трехфазного трансформатора и его точный расчёт процесс более сложный, так как здесь первичная и вторичная обмотка состоят уже из трёх катушек. Это разновидность силового трансформатора, магнитопровод которого выполнен чаще всего стержневым способом.

Здесь уже появляются такие понятие, как фазные и линейные напряжения. Линейные измеряются между двумя фазами, а фазные между фазой и землёй. Если трансформатор трехфазный рассчитан на 0,4 кВ, то линейное напряжение будет 380В, а фазное 220 В.

Обмотки могут быть соединены в звезду или треугольник, что даёт разные величины токов и напряжений.

Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном, т. е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН — на обмотках низшего напряжения.

Высоковольтные трансформаторы трёхфазного тока рассчитываются и изготавливаются исключительно в промышленных условиях. Кстати, любой понижающий трансформатор при обратном включении, выполняет роль повышающего напряжение устройства.

Расчет тороидального трансформатора

Особенности применения и выбора измерительных трансформаторов тока

Такая конструкция трансформаторов используется в радиоэлектронной аппаратуре, они обладают меньшими габаритами, весом, а также повышенным значением КПД. За счёт применения ферритового стержня помехи практически отсутствует, это даёт возможность не экранировать данные устройства.

Простой расчет тороидального трансформатора состоит из 5 пунктов:

  • Определение мощность вторичной обмотки P=Uн*Iн;
  • Определение габаритной мощности трансформатора Рг=Р/КПД. Величина его КПД примерно 90-95%;
  • Площадь сечения сердечника и его размеры
  • Определение количества витков на вольт и соответственно количества витков для необходимой величины напряжения.
  • Расчёт тока в каждой обмотке и выбор диаметра проводника делается аналогично, как и в силовых однофазных трансформаторах, описанных выше.

Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата

Сварочный полуавтомат предназначен для сварки с механической подачей специальной сварочной проволоки вместо электрода. Источник питания такого устройства также имеет в своей основе мощный трансформатор. Расчёт основан на принципе его работы, на выходе которого должно быть 60 Вольт при холостом ходу. Работает он в короткозамкнутом режиме поэтому и нагрев его обмоток явление нормальное. Расчёт в принципе тоже аналогичен, только в этом случае ещё стоит учесть мощность при продолжительной сварке

Pдл = U2I2 (ПР/100)0.5 *0.001.

Напряжение и силу одного витка измеряют в вольтах и оно будет равно E=Pдл0.095+0.55. Зная эти величины можно приступить и к полному расчёту.

Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя

Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности. В правильно сконструированном двухтактном преобразователе через обмотку проходит неизменный ток, поэтому сильное подмагничивание сердечника отсутствует. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность. Так как он выполняется на ферритовом сердечнике то и расчет выходного напряжения трансформатора аналогичен обычному тороидальному.

Упростить варианты расчета трансформатора можно применяя специальные калькуляторы расчета, которые предлагают некоторые интернет-ресурсы. Стоит только внести желаемые данные, и автомат выдаст нужные параметры планируемого электромагнитного устройства.

с расчетом трансформатора

Источник: https://amperof.ru/elektropribory/sposoby-raschyota-razlichnyh-konfiguratsij-transformatorov.html

Понравилась статья? Поделить с друзьями: