Проведение расчета сварочного трансформатора

Расчет сварочного трансформатора в быту производится в том случае, когда требуется самостоятельно его изготовить. Такая необходимость возникает обычно тогда, когда стандартный сварочный аппарат не отвечает требованиям проведения сварочных работ или же когда нужно сэкономить денежные средства при его покупке.

Для самостоятельного изготовления сварочного аппарата требуется произвести расчет его трансформатора.

Расчет самодельных сварочных трансформаторов имеет свои тонкости. Дело в том, что подобный аппарат обычно не отвечает рекомендованным стандартизированным методам, и для него неприменимы распространенные методы, используемые для расчета трансформаторов, применяемых в промышленности. Подобные устройства изготовляются из разного рода подручных материалов далеко не лучшего качества. В результате они могут перегреваться, вибрировать, что сопровождается выделением большого количества тепловой энергии.

Расчет сварочного трансформатора зависит от места его эксплуатации и выполняемых функций.

Кроме того, рассчитывая трансформатор самостоятельно можно применять стандартные методы, но они в обязательном порядке должны корректироваться с учетом нестандартных параметров устройства и требований по его эксплуатации.

Расчет сварочного трансформатора в быту стоит начинать с определения его функций. Так, например, сварочный аппарат, эксплуатируемый в снт, не будет испытывать серьезных нагрузок. Поэтому его можно спроектировать с трансформатором небольшой мощности. А вот если мастеру понадобиться прибор для работы в малом бизнесе, имеет смысл заложить в него дополнительную мощность и помехозащищенность.

Виды и типы трансформаторов для сварки

Трансформаторы для сварочных аппаратов бывают следующих видов:

• броневые;
• стержневые.

Данное разделение устройств основывается на форме сердечника прибора. При этом стержневые трансформаторы имеют значительно более высокий коэффициент полезного действия, чем броневые. При этом они допускают повышенные уровни плотности токов в обмотках, что увеличивает КПД прибора.

Классификация сварочных трансформаторов.

Трансформаторы различаются в зависимости от вида используемой в них обмотки. На сегодня известны следующие виды таких приборов:

• с цилиндрической;
• дисковой;
• подвижной обмоткой.

В приборах с цилиндрическим видом обмотки одна обмотка наматывается на другую. В результате магнитный поток первичной обмотки зацепляется с витками вторичной обмотки. Подобный аппарат характеризуется жестко установленной вольтамперной характеристикой и не рекомендуется для использования при производстве ручной сварки. Кроме того, для его корректной работы необходимо наличие балластного реостата или дросселя.

Для дисковых электротрансформаторов характерно высокоразвитое рассеяние электромагнитного поля. В результате точный расчет их индуктивности рассеяния магнитного потока невозможен. Приходится в этом случае использовать метод последовательных приближений с поправкой на данные, полученные с примерного образца.

Конструкция трансформаторного прибора с подвижными обмотками более гибкая и позволяет «подстроить» прибор под определенные условия эксплуатации. Однако подобные устройства теряют много мощности, соответственно, могут дать заниженные показатели тока.

Выбор мощности сварочного трансформатора

Если первичная (1) и вторичная (2) обмотки трансформатора разнесены на разные плечи, то трансформатор теряет много мощности и может не дать ожидаемый ток.

Мощность трансформатора – один из основных его показателей. Именно от этого показателя зависят характеристики устройства, условия эксплуатации и качество проводимых сварных работ. Перед тем, как приступать к расчету данного показателя, необходимо определится, при какой величине сварочного тока планируется эксплуатировать самодельный сварной аппарат.

Данный параметр можно получить, зная вид электродов для сварки. Так обычно в быту применяют электроды стандартным диаметром 2, 3 и 4 миллиметра. Трехмиллиметровые электроды более всего распространены в быту. Именно на них и стоит ориентироваться при изготовлении сварочного аппарата самостоятельно. Работают электроды-«тройки» на токе мощностью 110-120А. «Двойки» используют 70 ампер, а «четверки» 140-150А.

Используя данные значения, можно рассчитать мощность трансформатора для сварочного аппарата достаточно легко. Для этого может быть использована программа для упрощенного расчета. С ее помощью можно произвести расчет, даже не имея особых познаний в электротехники.

Если человек хорошо разбирается в электротехнике, то ему будет под силу произвести расчет самостоятельно. Для этого ему потребуется формула: P = Uх.х. × Iсв. × cos(φ) / η. В ней Uх.х. – напряжение холостого хода, Iсв. – ток сварки, φ – угол сдвига фаз между током и уровнем напряжения.

Производя подобные расчеты, нужно помнить о том, что КПД сварочного преобразователя тока в норме составляет 0,7. Таким образом, не стоит проектировать большую нагрузку на него и превышать названный показатель, так как в этом случае устройство начнет интенсивно греться и быстро выйдет из строя.

Применяемые методики расчета мощности оборудования

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

Стандартизированная методика расчета сварного трансформатора ориентирована на приборы, созданные с применением П-образного магнитопровода. У него первичная и вторичная обмотки, смонтированные из пары равновеликих частей, размещенных на противоположных сторонах магнитного провода. Данные половинки обмоток соединяются между собой последовательным способом.
Используя стандартную методику расчета, можно получить количество витков обмотки катушки, конструктивные габариты трансформатора, высоту магнитопровода. Кроме того, на основании данных расчетов подбирается вид провода по диаметру сечения, а также материалу, из которого он изготовлен.

Сама методика расчета трансформатора приведена в специальной литературе, однако в том случае, когда человек не является профессиональным электротехником, то ему следует использовать упрощенную схему расчета.

Проведение упрощенного расчета

Выбирая сечение магнитопровода, необходимо учитывать размер окна, рассчитанное количество витков могут не поместиться в него.

Расчитать сварочный трансформатор по упрощенной схеме имеет смысл потому, что в подавляющем количестве случаев для определения конкретной мощности данного аппарата стандартные методики формируют единые и общие значения основных параметров, не учитывающие индивидуальные особенности того или иного аппарата. К ним относят:

• измеренную площадь сечения магнитопровода (Sиз);
• количество витков первичной обмотки (N1).

Именно эти показания являются основными при расчете. В самодельном же трансформаторе их весьма сложно предсказать по стандартной методике, так как используемые при сборе такого устройства материалы и запасные части зачастую бывают далеко не лучшего качества. В результате расчет нельзя сделать стандартными методами и приходится его проводить исключительно под конкретные условия эксплуатации того или иного аппарата.

Расчет сварочного трансформатора должен учитывать параметры и характеристики такой важной детали этого устройства как магнитопровод.

Дело в том, что рассчитанное сечение магнитопровода для электротока равного 160А равно 28 кв. см, в реальности этот параметр может составлять 25-60 кв.см.

Если ваш трансформатор будет работать при напряжении электросети 220-240В, стоит воспользоваться формулами расчета, дающими положительные результаты для токов 120-180А.

2 самых распространенных варианта расчета:

1. Для преобразователя электротока с обмотками на одном плече: N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2).
2. Для электротрансформаторов с разнесенными обмотками: N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2).

Здесь N1 – это примерная величина количества витков первичной обмотки, Sиз – определенное сечение магнитопровода (кв. см), I2 – заданный постоянный ток для вторичной обмотки (А), U1 – постоянное напряжение сети.

Подбор сечения магнитопровода

Выбор сечения магнитопровода лучше всего производить, наоборот, по общераспространенной методике на 160А, 26 кв. см. При этом стоит помнить о том, что трансформатор одинаковой мощности может иметь названный показатель, отличающийся на 2 порядка, например, он может составлять 30-60 кв. см.

Стоит при выборе сечения представлять и размеры стандартного окна магнитопровода. Так, если количество витков чрезмерно большое, они просто могут не поместиться в него, в результате придется уменьшать их количество и применять тонкий провод.

Не следует забывать и экономическую составляющую. Лишние витки утяжеляют конструкцию трансформатора и повышают его стоимость. Обмоточный провод – дефицитный материал.