Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство и расчет сварочного трансформатора для дома и хозяйства

Устройство и расчет сварочного трансформатора для дома и хозяйства

Устройство и расчет сварочного трансформатора для дома и хозяйства с фото

Расчет сварочного трансформатора выполняется по специфическим формулам. Это происходит вследствие того, что типовые схемы трансформаторов, равно как и методы расчета, нельзя использовать для сварочного инструмента. При изготовлении сварки необходимо отталкиваться от того, что имеется в наличии. Самое главное – это железо. Какое есть, такое и ставят обычно, весь расчет идет именно для конкретного магнитопровода. Конечно же, не всегда он хороший, поэтому возникают нагрев и вибрации. Хорошо, если у вас в наличии имеется железо, параметры которого очень близки к промышленному. Тогда можно смело использовать методики для расчета типовых устройств. Чтобы изготовить сварочный аппарат, потребуется знать его основные параметры и устройство.

Схема устройства сварочного трансформатора.

Мощность трансформатора для сварочного аппарата

Перед тем как начинать расчет, тем более изготовление, нужно выяснить для себя то, каким должен быть сварочный ток. Так как в быту чаще всего применяют электроды, диаметр которых 3-4 мм, стоит опираться в расчетах на них. Трехмиллиметровых вполне достаточно для работы по дому и хозяйству. Даже кузовные работы в автомобиле можно проводить, не опасаясь за некачественные швы, которые может сделать сварка. Значит, если пал выбор на тройку, нужно выбирать ток около 115 А. Именно при таком токе идеально работают эти электроды. Если же вы решили использовать двойку, ток на выходе аппарата должен быть около 70 А, а для четверки – вдвое больше.

Схема трансформатора с первичной и вторичной обмоткой.

Учтите, что у сварочного трансформатора мощность не должна быть очень большой. Ток потребления – максимум 200 А. Да и то в таком случае будет чрезмерный нагрев не только проводов обмотки, но и кабелей питания. Следовательно, нагрузка на сеть возрастает, и электрические предохранители могут не выдерживать. Так что, если решили использовать электроды толщиной в 3 мм, отталкивайтесь от тока не более 130 А. Для того чтобы вычислить у сварочного трансформатора мощность, вам потребуется произведение тока во вторичной обмотке при воспламенении дуги, угла сдвига фаз, напряжения в режиме покоя разделить на коэффициент полезного действия. В данном случае его можно считать величиной постоянной, она равна 0,7.

Устройство трансформатора для сварки

Самое главное в сердечниках – это форма. Она может быть стержневого (П-образный) или броневого типа (Ш-образный). Если сравнивать их, то окажется, что КПД выше у первого типа устройств для сварки. Плотность намотки тоже может быть достаточно высокой. Конечно же, они чаще всего применяются для изготовления электрической сварки. У самодельного аппарата для сварки металла могут быть обмотки следующих типов:

  • цилиндрические (вторичная обмотка наматывается поверх сетевой);
  • дисковые (обе обмотки располагаются на некотором расстоянии друг от друга).

Цилиндрические обмотки: а – однослойная, б – двухслойная, в – многослойная из круглого провода, 1 – витки из прямоугольного провода, 2 – разрезные выравнивающие кольца, 3 – бумажно-бакелитовый цилиндр, 4 – конец первого слоя обмотки, 5 – вертикальные рейки, 6 – внутренние ответвления обмотки.

Стоит подробнее рассмотреть каждый тип обмоток. Что касается цилиндрической намотки, то она имеет очень жесткие вольт-амперные характеристики. Но он не будет пригоден для применения в ручных сварочных аппаратах. Можно выйти из положения, применив в конструкции аппарата дроссели и реостаты. Но они только усложняют всю схему, что нецелесообразно в большей части случаев.

При использовании дискового типа намотки сетевая отдалена на некоторое расстояние от вторичной. Большая часть возникающего в устройстве магнитного потока (а если точнее, то он возникает в сетевой обмотке) никак не может быть связана (даже индуктивно) с вторичной обмоткой. Такой тип намотки лучше всего использовать в тех случаях, когда имеется необходимость в частой регулировке тока сварки. Внешняя характеристика у таких устройств имеется в необходимом количестве. А от расположения сетевой обмотки относительно вторичной напрямую зависит индуктивность рассеяния сварочного трансформатора. Но она еще зависит и от типа магнитопровода, даже от того, есть ли рядом со сварочным аппаратом металлические предметы. Вычислить точное значение индуктивности не представляется возможным. При расчете применяются приблизительные вычисления.

Ток, необходимый для работы сварки, регулируется путем изменения зазора между первичной и вторичной обмотками. Их, конечно же, следует делать так, чтобы можно было без труда перемещать по магнитопроводу. Вот только в условиях домашнего изготовления такое сделать довольно сложно, но можно сделать определенное число фиксированных значений тока сварки. При использовании сварки в дальнейшем, если потребуется немного уменьшить ток, нужно укладывать кольцами кабель. Учтите только, что он от этого будет греться.

Обмотки трансформатора разнесенные на разные плечи: 1 – первичная, 2 – вторичная.

Очень сильное рассеивание будет у сварочных аппаратов, которые оборудованы сердечниками П-образной формы. Причем у них сетевая обмотка обязательно должна располагаться на одном плече, а вторичная – на втором. Это вследствие того, что расстояние от одной обмотки до другой достаточно большое. Основной показатель сварочного трансформатора – это коэффициент трансформации. Он может быть вычислен путем деления числа витков вторичной обмотки на число витков первичной. Такое же значение вы получите, разделив выходной ток или напряжение на соответствующую входную характеристику (ток или напряжение).

Стандартный расчет сварочного трансформатора

Следующая методика применяется исключительно при проведении расчетов преобразующих устройств с использованием магнитопроводов только лишь П-образной формы. Обе обмотки намотаны на одинаковых каркасах, располагаются на разных плечах. Следует учитывать, что необходимо половины обеих обмоток соединять последовательно между собой. Например, производится расчет преобразователя для работы с электродами 4 мм. Для этого необходим ток во вторичной обмотке примерно 160 А. Напряжение на выходе должно составить 50 В. В это же время сетевое (питающее) напряжение принимать следует 220 или 240 В. Пусть продолжительность работы будет 20%.

Для расчета необходимо вводить параметр мощности, учитывающий продолжительность работы. Эта мощность будет равна: Рдл = I2 x U2 x (ПР/100)1/2 х 0,001.

Для параметров сварочного аппарата, которые были взяты за отправную точку, значение мощности равно 3,58 кВт. Теперь необходимо вычислить число витков обмоток. Для этого: E = 0,55 + 0,095 ? Pдл.

Расположение обмоток на стержнях в трансформаторах: 1 — стержень, 2 — обмотка ВН, 3 – обмотка НН, 4,5- группы катушек.

В этой формуле Е – это электродвижущая сила одного витка. Для рассчитываемого устройства это значение будет равно 0,89 Вольт/виток. То есть с каждого витка преобразователя можно снять 0,89 В. Следовательно, отношение 220/0,89 – это число витков первичной обмотки. А отношение 50/0,89 – это число витков вторичной обмотки сварочного трансформатора.

Читайте так же:
Пресс из двух уголков

В первичной обмотке будет ток, равный отношению произведения тока вторичной обмотки и коэффициента k=1,1 к коэффициенту трансформации. В примере получится ток, равный 40 А. Для определения сечения сердечника сварочного трансформатора нужно использовать формулу: S = U2 ? 10000/(4.44?f?N2?Bm).

Для расчета в примере площадь будет равна 27 см?. При этом f принимается равным 50 Герц, а Bm – это индукция поля (магнитного) в сердечнике устройства. Ее значение принимается равным 1,5 Тесла.

Для сварочного трансформатора, который будет работать с электродами толщиной в 4 мм, получены такие характеристики, как:

Типы магнитных сердечников: а – броневой, б – стержневой.

  • ток сварки – 160 А;
  • площадь сечения сердечника – 28,5 см?;
  • первичная обмотка содержит 250 витков.

Но данные характеристики справедливы для сварочного трансформатора. Только при изготовлении его использовалась схема, в которой применено увеличенное значение магнитного рассеивания. Воспроизвести в домашних условиях такое устройство вряд ли получится, поэтому окажется проще изготовить трансформатор с намоткой вторичной обмотки непосредственно поверх сетевой. Даже если принять во внимание условие того, что неизбежны применение дросселей, ухудшение характеристик, то магнитный поток такого нехитрого устройства будет сконцентрирован в определенной точке и вокруг нее. А вся энергия в ней способна передаваться рационально.

Простой расчет трансформатора для сварки

Стандартные методы расчета трансформаторов неприемлемы в большинстве случаев, так как применяется и железо нестандартных форм, и провод с неизвестным сечением, вычисленным приблизительно. При расчете были получены такие характеристики сварочного трансформатора, как площадь сечения магнитопровода и количество витков. Стоит заметить, что при увеличении площади сечения вдвое характеристики самого трансформатора не ухудшатся. Придется только изменить число витков первичной обмотки, чтобы добиться требуемой мощности.

Чем больше у магнитопровода сечение, тем меньше витков придется наматывать. Используйте такое качество, если испытываете затруднения с обмоточным проводом. Для расчета числа витков первичной обмотки можно воспользоваться простыми формулами:

Зависимости тока в первичной обмотке трансформатора от питающего напряжения, в режиме холостого хода.

  • N1 = 7440?U1/(Sиз?I2);
  • N1 = 4960?U1/(Sиз?I2).

Первая применяется при расчете сварочных аппаратов, у которых обе обмотки располагаются на одном и том же плече. Для разнесенных обмоток применяться должна вторая формула. В этих формулах Sиз – это сечение магнитопровода, измеренное перед проведением расчетов. Учтите, что при разнесении обмоток на разные плечи вы не получите на выходе сварочного аппарата ток свыше 140 А. А для любого типа устройств принимать в расчет значение тока, которое больше 200 А, тоже нельзя. И не забывайте о том, что у вас есть множество неизвестных:

  • сорт трансформаторного железа;
  • напряжение в сети и его изменение;
  • сопротивление в линии электропередач.

Чтобы исключить возможность влияния таких второстепенных факторов на работу сварочного трансформатора, необходимо через каждые 40 витков делать отвод. Вы сможете в любой момент изменить режим работы трансформатора, подав напряжение питания на меньшее или большее число витков.

Сечение магнитопровода и подбор витков трансформатора

Пакет трансформаторного железа (магнитопровод).

Зная сечение магнитопровода, можно найти количество витков обмоток сварочного трансформатора. Главное, что вам придется решить, это то, каким конкретно должно быть сечение. В идеале было получено значение, равное 28 см?. Но оно не всегда может быть применено в сварочном трансформаторе, если посмотреть на конструктивные и экономические составляющие. Необходимо тщательнейшим образом обдумать, как вы будете мотать провод. Для одной мощности можно выбрать две схемы:

  • 30 см? и 250 витков;
  • 60 см? и 125 витков.

Возможно также использование промежуточного варианта. Если окно маленькое, лучше просто увеличить площадь сечения. Но тогда увеличится и масса сварочного трансформатора. Поэтому свободно передвигать его можно только на специальной тележке.

Бывают случаи, когда приходится судить о полезной мощности трансформатора для сварочного аппарата лучше всего по току, который замеряется в первичной обмотке устройства в режиме холостого хода. А если быть точнее, то приходится вести разговор скорее не о значении мощности во время образования дуги, а только лишь о регулировке сварочного трансформатора на самую большую мощность. Выжимаете из вашей конструкции максимум. И главное в процессе расчета трансформатора – это не допустить недостаточного числа витков первичной обмотки. Необходимо наличие следующих приборов:

  • ЛАТР (линейный автотрансформатор);
  • амперметр;
  • вольтметр.

Даже у однотипных трансформаторов различным может оказаться ток. Поэтому по нему судить о мощности электросварки нельзя. Но зависимость в первичной обмотке тока способна рассказать о многом. Можно выявить некоторые особенные свойства сварочного трансформатора. Чтобы сделать это, необходимо с выхода ЛАТРа подавать напряжение на первичную обмотку сварки. Благодаря линейному автотрансформатору вы сможете изменять значение напряжения от 0 до 240 В. Параллельно обмотке включается вольтметр, а в разрыв одного провода – амперметр.

Сперва происходит линейное увеличение тока, которое принимает небольшое значение.

После скорость увеличения становится больше, ток возрастает быстро и стремительно. При недостаточном числе витков в первичной кривая тока будет стремиться к бесконечному значению до достижения порога в 240 В. Поэтому нужно добавить некоторое количество витков к обмотке сварочного аппарата. Причем не забудьте учесть тот факт, что при включении в сеть без ЛАТРа ваше устройство начнет потреблять из нее как минимум на треть большее количество тока. Вот так не просто теоретически рассчитать сварочный трансформатор, на практике же все обстоит намного проще.

Как осуществить расчет сварочного трансформатора по параметрам 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.

Читайте так же:
Перощипальные машины своими руками от стиральных машин

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.

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:

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:

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:

где U1 – напряжение на ней (В).

Для вторичной катушки с учетом КПД трансформатора формула приобретет следующий вид:

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:

где I – значение силы тока в обмотке, j – допустимая плотность тока в ней.

Читайте так же:
Схема однофазного реверсивного двигателя

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.

Самодельный аппарат для ручной сварки — это просто

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

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

raschet-svarochnogo-transformatora

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:

  1. Входное Uраб на первичной обмотке трансформатора U1 (вольт).
  2. Uраб на вторичной обмотке U2 (вольт).
  3. Номинальная и максимальная сила тока на вторичной обмотке I (ампер).
  4. Площадь магнитного сердечника Sс (см2).
  5. Площадь окна трансформатора So (см2).
  6. 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:

  1. 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).
  2. F – частота напряжения в электросети, Гц.
  3. Кo — коэффициент заполнения пустого окна сварочного трансформатора (расстояние между набором магнитопровода) — 0,33-0,4.
  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:

  1. X = 1,6
  2. Y = 2
  3. 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:

  1. c = a x X = 4 X 1,6 = 6,4 см
  2. B = a x Y = 4 x 2 = 8 см
  3. 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:

Читайте так же:
Устройство аккумулятора шуруповерта макита

Расчет трансформатора

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.

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.

  • alt=»Трансформатор для сварки: тонкости собственноручного производства» width=»120″ height=»120″ />Трансформатор для сварки: тонкости собственноручного производства
  • alt=»Сварочный аппарат переменного тока: в чем его преимущества и польза?» width=»120″ height=»120″ />Сварочный аппарат переменного тока: в чем его преимущества и польза?
  • alt=»Трансформатор для контактной сварки проводов в том числе и медных своими руками» width=»120″ height=»120″ />Трансформатор для контактной сварки проводов в том числе и медных своими руками
  • alt=»Сварка в доме – нужна ли она» width=»120″ height=»120″ />Сварка в доме – нужна ли она

Новости

ООО "Транспласт" приступило к производству автотрансформаторов однофазных, понижающих, в защитном кожухе.

  • ДСВ
  • АГ
  • фенопласта
  • резины

Возможно проектирование и изготовление пресс-форм.
+7 (812) 600-15-26

Сварочный трансформатор. Расчет и изготовление.

Специфика работы сварочного трансформатора состоит в том, что его нагрузка непостоянна. Обычно считают, что доля времени работы под нагрузкой в цикле, состоящем из собственно сварки и паузы, не превышает 60%. Для бытовых сварочных трансформаторов нередко принимают еще меньшую величину — 20%, что позволяет без значительного ухудшения теплового режима увеличить плотность тока в обмотках трансформатора и уменьшить площадь окна его магнитопровода, необходимую для размещения обмоток. При сварочном токе до 150 А считают допустимой плотность тока в медной обмотке 8 А/мм2, в алюминиевой — 5 А/мм2 [5].

При заданной мощности габариты и масса трансформатора будут минимальны, если индукция в его магнитопроводе достигает максимально-допустимого для выбранного материала значения. Но самодеятельный конструктор обычно не знает этой величины, так как имеет дело с электротехнической сталью неизвестной марки. Чтобы избежать неожиданностей, индукцию обычно занижают, что приводит к неоправданному увеличению размеров трансформатора.

Воспользовавшись приводимой ниже методикой, можно определить магнитные характеристики любой трансформаторной стали, имеющейся в распоряжении. Из этой стали собирают "экспериментальный" магнитопровод сечением 5. 10 см2 (произведение размеров а и b на рис. 8) и наматывают на один из его кернов 50. 100 витков мягкого изолированного провода сечением 1,5. 2,5 мм2. Для дальнейших расчетов необходимо найти по формуле lСР = 2h + 2с + 3,14*а среднюю длину магнитной силовой линии и измерить активное сопротивление обмотки rоб.

Далее по схеме, показанной на рис. 9, собирают испытательную установку. Т1 — лабораторный регулируемый автотрансформатор (ЛАТР); L1 — обмотка на "экспериментальном" магнитопроводе. Габаритная мощность понижающего трансформатора Т2 — не менее 63 ВА, коэффициент трансформации — 8. 10.

Постепенно увеличивая напряжение, строят зависимость индукции в магнитопроводе В, Тл, от напряженности магнитного поля Н, А/м, подобную показанной на рис. 10, вычисляя эти величины по формулам:

где U и I — показания вольтметра PV1, В, и амперметра РА1, A; F — частота, Гц; S — площадь сечения "экспериментального" магнитопровода, см2 ; w — число витков его обмотки. Из полученного графика находят, как показано на рисунке, индукцию насыщения Bs, максимальную индукцию Вm и максимальную напряженность переменного магнитного поля Нm.

Для примера рассчитаем сварочный трансформатор, предназначенный для работы от сети переменного тока 220 В, 50 Гц, задавшись напряжением холостого хода Uхх=65 В и максимальным током сварки Imax =150 А.

Габаритная мощность трансформатора

Pгаб=Uxx*Imax =65*150=9750 ВА.

По известной формуле определяем произведение площади сечения магнитопровода Sм на площадь его окна So:

где J — плотность тока в обмотках, А/мм2; kс=0,95 — коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью; k0=0,33. 0,4 — коэффициент заполнения его окна медью (алюминием).

Предположим, Вm=1,42 Тл, первичная обмотка намотана медным проводом, вторичная — алюминиевым (берем среднее значение плотности тока J=6,5A/mm2):

SMSO=9750/(1,11*1,42*6,5*0,95*0,37)= 2707 см4.

Для стержневых трансформаторов рекомендованы [6] следующие соотношения размеров (см. рис. 8): b/а=2; с/а=1,6; h/a=2,5. 5. Выбрав h/а=4, вычислим размер а, см:

Приняв а=40 мм, найдем остальные размеры магнитопровода: b=2*а=80мм; с=1,6*а=32 мм; h=4а=160 мм.

ЭДС одного витка обмотки трансформатора на таком магнитопроводе EB=2,22*104Bm*a*b*kc=2,22*10-4*1,42*3200* ?*0,95 = 0,958 В. Число витков вторичной обмотки w2=Uxx/EB=65/0,958=68. Сечение провода вторичной обмотки S2=lmax/J=150/5=30 мм2 (J=5 А/мм2, так как провод вторичной обмотки алюминиевый). Число витков первичной обмотки w1=U1/EB=220/0,958=230. Максимальный ток первичной обмотки I1max=lmax*w2/w1=150*68/230=44,35 А. Сечение медного провода первичной обмотки S1=I1max/J=44,35/8=5,54 мм2.

Как первичную, так и вторичную обмотки трансформатора стержневой конструкции обычно делят на две одинаковые части, размещая их на двух кернах магнитопровода. Каждая из последовательно соединенных частей первичной обмотки — 115 витков провода диаметром не менее 2,65 мм. Если же части первичной катушки предполагают соединять параллельно, каждая должна содержать по 230 витков провода вдвое меньшего сечения — диаметром не менее 1,88 мм. Аналогичным образом делят на две части и вторичную обмотку.

Читайте так же:
Расчет автомата по сечению

Если обмотки выполняют цилиндрическими, для получения падающей нагрузочной характеристики трансформатора последовательно со вторичной следует включить резистор сопротивлением 0,2. 0,4 Ом из нихромового провода диаметром не менее 3 мм. Для трансформатора с дисковыми обмотками этот резистор не потребуется. К сожалению, точный расчет индуктивности рассеяния такого трансформатора практически невозможен, так как она зависит даже от расположения близлежащих металлических предметов. На практике расчет ведут методом последовательных приближений с корректировкой моточных и конструктивных данных трансформатора по результатам испытаний изготовленных образцов. Подробную методику можно найти в [7].

В любительских условиях трудно изготовить трансформатор с подвижными (для регулировки тока) обмотками. Чтобы получить несколько фиксированных значений тока, делают вторичную обмотку с отводами. Более точную регулировку (в сторону уменьшения тока) производят, добавляя в цепь своеобразную катушку индуктивности — укладывая сварочный кабель в бухту.

Прежде чем приступить к изготовлению рассчитанного трансформатора, целесообразно убедиться, что его обмотки разместятся в окне магнитопровода с учетом необходимых технологических зазоров, толщины материала, из которого изготовлен каркас, и других факторов. Размеры с и h (см. рис. 8) необходимо "подогнать" таким образом, чтобы в каждом слое обмотки уложилось целое число витков выбранного провода, а число слоев также было целым или немного меньшим ближайшего целого. Следует предусмотреть место для межслойной и межобмоточной изоляции.

Наиболее удачный вариант не всегда получают с первой попытки, зачастую приходится неоднократно и довольно существенно корректировать ширину и высоту окна магнитопровода. Проектируя цилиндрические обмотки, необходимо оптимальным образом выбрать размеры их секций. Обычно для вторичной обмотки, намотанной толстым проводом, отводят больше места, чем для первичной.

Эскиз конструкции трансформатора на два значения сварочного тока — 120 и 150 А — показан на рис. 11, а схема

его включения — на рис. 12. Меньшему току соответствует большее число витков вторичной обмотки. Это не ошибка. Известно, что напряжение обмотки пропорционально числу ее витков, а индуктивность рассеивания растет пропорционально квадрату их числа. В результате ток уменьшается.

Обмотки размещены на двух каркасах из листового стеклотекстолита толщиной 2 мм. Секции первичной и вторичной обмоток на каждом каркасе разделены изолирующей щечкой из того же материала. Отверстия в каркасах для магнитопровода на 1,5. 2 мм шире и длиннее поперечного сечения последнего. Это избавляет от проблем при сборке. Чтобы не допустить деформации каркаса, во время намотки его плотно насаживают на деревянную оправку. Первичная обмотка состоит из двух секций (I’ и I»), расположенных на разных каркасах и соединенных параллельно. Каждая из секций — 230 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,9 мм. Если в наличии имеется провод диаметром 2,7 мм, в секциях можно намотать по 115 витков, но соединить их придется последовательно. Каждый слой провода перед намоткой следующего следует уплотнить легкими ударами деревянного молотка и промазать пропиточным лаком. В качестве межслойной изоляции подойдет прессшпан (электрокартон) толщиной 0,5. 1 мм.

Для вторичной обмотки автором была применена алюминиевая шина сечением 30 мм2 (5×6 мм). Если имеется шина приблизительно такой же площади поперечного сечения, но другого размера, придется немного изменить ширину секций каркаса, чтобы разместить обмотку. Неизолированную шину перед намоткой следует плотно обмотать киперной лентой или тонкой хлопчатобумажной тканью, предварительно разрезанной на полосы шириной 20 мм. Толщина изоляции — не более 0,7 мм.

Секции II’ и II" имеют по 34, секции III’ и III»— по 8 витков. Шину укладывают на каркас в два слоя широкой стороной к магнитопроводу. Каждый слой уплотняют легкими ударами деревянного молотка и обильно промазывают пропиточным лаком. Изготовленные катушки следует просушить. Температура и продолжительность сушки зависят от марки пропиточного лака.

Магнитопровод трансформатора набран из пластин холоднокатаной трансформаторной стали толщиной 0,35 мм. В отличие от почти черной горячекатаной стали поверхность листа холоднокатаной — белая. Можно воспользоваться листовой сталью из магнитопроводов вышедших из строя трансформаторов, устанавливаемых на трансформаторных подстанциях. Сталь желательно испытать по методике, о которой рассказано выше. Если полученное опытным путем значение максимальной индукции Вm значительно отличается от принятого при расчете (1,42 Тл), последний придется повторить и учесть результаты при изготовлении трансформатора. Стальные листы рубят в направлении проката на полосы шириной 40 мм, которые разрезают на пластины длиной 108 и 186 мм. Заусенцы удаляют надфилем или напильником с мелкой насечкой. Магнитопровод собирают "вперекрышку" с возможно меньшими зазорами на стыках пластин.

Готовый трансформатор помещают в защитный кожух из немагнитного материала, например, алюминия. В кожухе обязательно делают вентиляционные отверстия. К сети 220 В трансформатор подключают кабелем с медными силовыми жилами сечением не менее 6 мм2 и заземляющим проводом, который соединяют с магнитопроводом трансформатора и его защитным кожухом. Сетевая розетка должна быть трехконтактной (третий — заземлен), рассчитанной на ток не менее 63 А.

Выводы вторичных обмоток надежно соединяют с резьбовыми латунными шпильками диаметром 8. 10 мм, установленными на термостойкой диэлектрической панели, укрепленной на защитном кожухе трансформатора. В качестве сварочных пригодны мягкие медные провода сечением 16. 25 мм2. Электроды для сварки (в случае отсутствия готовых) можно сделать самостоятельно, воспользовавшись, например, рекомендациями из [8]. Проволоку диаметром 2. 6 мм из мягкой малоуглеродистой стали делят на прямые отрезки длиной по 300. 400 мм. Обмазку готовят из 500 г мела и 190 г жидкого стекла, разведя их стаканом воды. Этого количества хватит на 100—200 электродов.

Подготовленные отрезки проволоки погружают в обмазку почти на всю длину, оставляя непокрытыми только концы длиной приблизительно 20 мм, вынимают и сушат при температуре 20. 30°С. Такие электроды пригодны для сварки как переменным, так и постоянным током. Разумеется, они могут служить лишь временной альтернативой выпущенным промышленным способом. Для выполнения ответственных работ ими пользоваться не стоит.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector