Количество витков первичной обмотки сварочного трансформатора
Обновлено: 18.05.2024
Обмотка сварочного трансформатора
Предполагается, что при стремлении к максимальной экономии, в самодельных конструкциях сварочных трансформаторов могут использоваться нестандартные решения построения обмоток, старые, бывшие в употреблении провода и материалы, несвойственные для промышленного сварочного оборудования.
Учитывая высокую мощность, для обмоток сварочного трансформатора понадобится провод относительно большого сечения. Развивая в режиме сварки значительный ток, трансформатор постепенно нагревается. Скорость нагрева зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является диаметр или площадь поперечного сечения провода его обмоток. Чем толще провод, тем лучше он пропускает ток, тем меньше нагревается и, наконец, тем лучше он рассеивает тепло. Основной характеристикой здесь является плотность тока (А/мм 2 ), чем выше значение плотности тока в проводах, тем интенсивнее будет происходить разогрев трансформатора. Наиболее распространенным материалом для провода является медь, хотя обмоточный провод может быть и алюминиевым. Обмотки из медного провода получаются компактнее, так как медь позволяет использовать в 1,6 раз большую плотность тока, нежели алюминиевый провод. Зато алюминиевый провод дешевле, а обмотки из него получаются легче.
В промышленных трансформаторах плотность тока не превышает значения 5 А/мм 2 для медного провода. Но для самодельных трансформаторов удовлетворительным результатом можно считать для меди даже 10 А/мм 2 . С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. Нередки случаи, когда в самоделках для первичной обмотки используются провода, выдерживающие токи более высокой плотности - до 20 А/мм 2 . Но в этом случае трансформатор нагреется до температуры порядка 60 градусов уже после использования подряд 2-3 электродов, потом придется ждать, пока обмотки остынут. Время перерыва на охлаждение будет сильно зависеть от конструкции аппарата: как у него организовано охлаждение и насколько хорош теплоотвод из катушек. Если варить предполагается немного, а лучших материалов все равно не предвидится, то можно намотать проводом и с сильной перегрузкой. Хотя это, конечно, неизбежно уменьшит надежность сварочного трансформатора. Оптимальным для самодельных трансформаторов можно считать плотность тока до 7 А/мм 2 .
Кроме сечения и металла, другой важной характеристикой провода является способ его изоляции. Провод может быть просто покрыт лаком, умотан в один или два слоя нитки или ткани, которые в свою очередь могут быть пропитаны или нет лаком. От типа изоляции сильно зависит надежность обмотки, ее максимальная температура перегрева, влагостойкость, изоляционные качества. Наилучшим вариантом является изоляция из стеклоткани, пропитанной теплостойким лаком.
Изоляция провода ХБ изолентой
Наименее желательным, но самым доступным материалом для самоделок являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ 1,6-2,4 мм в простой лаковой изоляции. Такой провод легче всего достать, он наиболее распространен: его можно снять с катушек дросселей и трансформаторов отслужившего свой век оборудования. Осторожно снимая старые провода с катушек, необходимо следить за состоянием их покрытия и слегка поврежденные участки дополнительно изолировать. Хуже, когда катушки с проводом были дополнительно пропитаны лаком или закрашены, их витки между собой склеились и, при попытке рассоединения, затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях, при отсутствии других материалов, мотают обмотки даже монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Их недостатки: лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.
Основные характеристики обмоточных проводов
ПЭВ, ПЭМ - провода, эмалированные высокопрочным лаком (соответственно, винифлекс и металвин), выпускаются с тонким (ПЭВ-1, ПЭМ-1) и усиленным изоляционными слоями (ПЭВ-2, ПЭМ-2); ПЭЛ - провод, эмалированный лаком на масляной основе; ПЭЛР-1, ПЭЛР-2 - провода, эмалированные высокопрочным полиамидным лаком, соответственно с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЭЛБО, ПЭВЛО - провода на основе проводов типа ПЭЛ и ПЭВ с одним слоем, соответственно, хлопчатобумажной пряжи или лавсана; ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2 - провод, эмалированный высокопрочной полиуретановой эмалью, теплостойкой, с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЛД - провод, изолированный двумя слоями лавсана; ПЭТВ - провод, эмалированный теплостойким высокопрочным полиэфирным лаком; провода типа ПСД- с изоляцией из бесщелочного стекловолокна, наложенного двумя слоями с подклейкой и пропиткой теплостойким лаком (в обозначениях марок: Т - утонённая изоляция, Л - с поверхностным лаковым слоем, К - с подклейкой и пропиткой кремнийорганическим лаком); ПЭТКСОТ - провод, изолированный теплостойкой эмалью и стекловолокном; ПНЭТ-имид - провод изолированный высокопрочной эмалью на полиимидной основе. Под толщиной изоляции в таблице принимается разность между максимальным диаметром провода и номинальным диаметром по меди.
Качеству укладки первичной обмотки сварочного трансформатора всегда следует уделять наибольше внимание. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее намотки выше, чаще всего она больше греется. Первичная обмотка находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, скажем, через попавшую влагу, вся катушка быстро "сгорает". Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.
Провод обмотки может состоять и из кусков, даже метров по десять, если получилось достать только такой. В этом случае он наматывается частями, а концы соединяются между собой. Для этого пролуженные кончики соединяются (не скручивая) и скрепляются несколькими витками тонкой медной жилы без изоляции, потом окончательно пропаиваются и изолируются. Такое соединение не дает трещин в проводе и не занимает большого объема.
Для начала нужно выбрать ровное прямое пространство, где жестко устанавливаются два колышка или крючка, с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки - 20-30 м. Потом между ними протягивается без прогиба несколько десятков жил тонкого провода - получается один вытянутый пучок. Далее один из концов пучка отсоединяется от опоры и зажимается в патрон электродрели. На небольших оборотах весь пучок, в слегка натянутом состоянии, за несколько приемов закручивается в единый провод. В процессе закручивания пучок проводов необходимо периодически встряхивать, держась за один конец, дабы закрутка равномерно разошлась по всей длине провода. После скручивания длина немного уменьшится. На концах получившегося многожильного провода нужно будет аккуратно обжечь лак и зачистить кончики каждого проводка отдельно, а потом их залудить и надежно спаять все вместе. После всего провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине, например, тканевой изолентой.
Во многих конструкциях трансформаторов объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, сильно ограничен. Поэтому в этом пространстве магнитопровода дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т.е. быть как можно тоньше и эластичнее.
Распространенную ПВХ-изоленту можно сразу же исключить из применения на греющихся участках трансформатора. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и постепенно разлазится или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло- и лакотканевые, киперные ленты. Хороший изоляционный материал стоит дорого, и его применение может сильно удорожить изготовление сварочного трансформатора.
Каждый слой провода необходимо надежно фиксировать. Для этого под слой провода в 3-4 местах с разных сторон поперек виткам ложатся отрезки киперной ленты из ткани или грубые веревочки, после завершения слоя лента стягивается и завязывается, таким образом витки надежно фиксируются друг к другу.
Между слоями провода укладывается изоляция. Это может быть лакоткань, киперная лента или лента из стеклоткани.
При работе трансформатор вибрирует. Если провода лежат друг на друге без промежуточной изоляции, то в результате вибрации и трения друг о друга изоляция провода может разрушиться, и произойдет замыкание.
Не очень хорошей изоляцией является стеклоткань без пропитки. С одной стороны, она не горит, выдерживает высокую температуру, хорошо проводит тепло, но с другой: волокна непропитанной стеклоткани, будучи неплотными и скользкими, под нагрузкой расходятся, таким образом, внутри обмоток эта изоляция может продавливаться проводами, теряя свои свойства.
В некоторых случаях межслоевая изоляция может занимать значительный объем и препятствовать охлаждению трансформатора, что особенно актуально для компактных конструкций с ограниченным объемом магнитопровода. ПВХ-изоленту лучше внутри обмоток не использовать, так как при нагреве она становится мягкой и может постепенно продавливаться проводами.
Иногда рекомендуют пропитывать готовые обмотки специальным пропиточным лаком или же покрывать слои провода эмалевой краской. Но здесь нужно учитывать, что пропиточный лак по технологии сохнет только при высокой температуре, для чего используются сушильные шкафы. Применение красок и лаков может привести к отрицательным последствиям в будущем, если предполагается перемотка катушек, полностью такую возможность в самодельном трансформаторе исключить нельзя. Высохшая краска намертво склеивает витки обмотки и часто их рассоединение возможно только вместе с сдиранием собственной изоляционной оболочки провода, после чего провод приходит в негодность.
Между слоями провода рекомендуется вставлять поперечные планки толщиной 5-10 мм. Планки служат прежде всего для образования внутри обмоток воздушных зазоров, через которые будет выходить теплый воздух, таким образом, улучшится вентиляция и температурный режим трансформатора. Кроме того, зазоры увеличивают объем катушек, а значит, и магнитное рассеивание трансформатора, что самым положительным образом сказывается на его сварочных характеристиках. Планки могут быть изготовлены из дерева или какого-либо другого диэлектрического материала. Их ставят несколько штук по длине витка катушки с определенными интервалами. В компактных магнитопроводах с внутренней стороны планки не ставятся, чтобы не занимать дополнительный объем окна. Имеет смысл устанавливать планки через каждые два слоя провода (кроме первого слоя), тогда каждый слой одной стороной будет выходить на воздушный зазор.
Обмотка с вентиляционными зазорами
Принципиальное значение имеет способ соединения между собой находящихся на разных плечах обмоток.
Дисковые обмотки: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка
Так как магнитный поток в магнитопроводе циркулирует, то взаимное направление потоков в противоположных плечах должно быть соответственно направлено в разные стороны относительно их продольных осей.
Это значит, что направление течения тока в витках катушек на разных плечах должно быть в разные стороны: в одной - по часовой стрелки; в другой - против часовой. Имеет смысл намотать все обмотки в одну сторону - сделать их одинаковыми. Тогда для осуществления вышеуказанных условий обмотки на разных плечах нужно будет соединить между собой началами, что удобно. Последние же верхние витки будут включаться в питающую или сварочную цепь, соответственно для первичной или вторичной обмоток. Если обмотки соединить неправильно - в противофазе, то в случае первичной - трансформатор возьмет непомерный ток и будет сильно гудеть при включении; для вторичной - выходное напряжение будет близко к нулю.
При изготовлении П-образного трансформатора, катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. В некоторых других типах самодельных сварочных трансформаторов так поступить нельзя, что, конечно же, усложняет процесс изготовления. Перед намоткой катушек сначала для них необходимо изготовить каркасы, куда и будет укладываться провод. Каркас вместе с готовой катушкой одевается на магнитопровод. В простейшем случае каркас может быть сделан из нескольких слоев толстого картона, свернутого в виде короба. Но лучше каркас сделать из более жесткого материала: ДВП, текстолита, фанеры и т.д. Внутренние размеры каркаса делаются несколько большими, чем сечение магнитопровода, хотя бы по бокам, так чтобы между ними оставались зазоры по несколько миллиметров. В зазоры потом забиваются фиксирующие колышки.
При намотке катушки, внутрь каркаса необходимо временно поместить какой-нибудь жесткий материал, заполняющий весь его внутренний объем, обычно дерево. При укладке жесткого провода придется прилагать значительные усилия, это может деформировать и испортить каркас, именно поэтому и требуется временная внутренняя набивка. Ни в коем случае нельзя использовать один сплошной деревянный брус - если его сильно ужмет, то потом невозможно будет извлечь из каркаса без риска повреждения готовой обмотки. Лучше вставить 2-3 сложенных вместе доски, тогда одну из них всегда можно будет безболезненно удалить, после чего выйдут и остальные.
В некоторых случаях, если размеры магнитопровода позволяют, легче изготовить каркас для обмоток круглого сечения, особенно если есть отрезки подходящей картонной или пластмассовой трубы. Мотать на круглом каркасе легче, тем более обеспечивается лучшая сохранность провода, так как теперь отсутствуют прямые изгибы на углах. Увеличенные зазоры между каркасом и магнитопроводом заполняются деревянными вставками соответствующих размеров и формы.
Обмотка на каркасе цилиндрической формы
Конечные участки первичной обмотки имеет смысл выполнить с несколькими отводами через 15-25 витков, тогда можно будет подрегулировать мощность трансформатора.
Отводы первичной обмотки сварочного трансформатора
Вторичную обмотку следует рассчитать так, чтобы при включении в сеть максимального количества витков первичной обмотки, т.е. при минимальной мощности, выходное напряжение приближалось к 50В, в крайнем случае к 42В. Тогда при уменьшении, через отводы, количества работающих витков первичной обмотки, напряжение на выходе будет повышаться вместе с увеличением мощности.
При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
Расчет и намотка трансформатора сварочного полуавтомата
В этой статье я расскажу вам как собрать, рассчитать и намотать трансформатор для сварочного полуавтомата.
Расчет тороидального трансформатора
Сначала нужно определиться с количеством с имеющегося у вас железа. Исходя из этого определиться с наружным и внутренним диаметром тора. Внутренний диаметр нужно принимать от 12 см и выше, иначе если нет опыта в намотке, у вас не уместится вторичка.
Также нужно стремится сделать такие размеры, что бы площадь сердечника была от 30 см.кв. и выше.
В итоге расчетные размеры тора получились такие.. D=25см, d=14см, h=6,2 см.
После сборки и замеров итоговая (реальная) площадь сердечника данного тора равна:
Sс =33,4 см.кв.
Посчитаем количество витков на вольт. Так как это тор, то примем коэффициент равным 35.
35/33,4 =1,047 витка на вольт.
Далее определимся с диапазоном напряжений. Принимаем от 18 до 32 вольт.
Далее расчитаем количество витков вторички. Для этого берем максимальное напряжение, то есть 32 вольта.
W2 = 32*1,047 = 33 витка.
Далее рассчитаем ступени первичной обмотки для регулирования сварочного тока. Принимаем количество ступеней равным 8.
Для расчета количества витков используем формулу:
W1_ст = (220*W2)/Uст2
Далее расчет:
Примем шаг ступени на вторичке 2 вольта.
Намотка трансформатора сварочного полуавтомата
Мотаем первичку равномерно по всему тору до 230 витка, делаем отвод. Это будет первая ступень первички. Мотаем далее до 242 витка, делаем отвод. Это будет вторая ступень первички. И так далее, завершаем намотку на 403 витке (8 ступень первички).
Вторичку мотаем по верх первички равномерно по всему тору. Вторичка имеет 33 витка.
Намотка тороидального трансформатора
Далее процесс сборки сердечника, намотки первичной и вторичной обмотки, представлен в виде фото галереи.
Наведя мышкой на изображение вы увидите комментарий к нему. Также можно кликнуть мышкой по изображению, чтобы увидеть его в большем разрешении.
Поехали:
Как видите ни чего сложного при расчете и сборке сварочного трансформатора нет. Хотел еще заметить, что при проверке напряжения вторички (когда наматывал пробную обмотку 33 витка), в сети было 245 вольт. Поэтому на минимальной ступени было 20 вольт вместо расчетных 18 вольт, а на максимальной 35 вольт, вместо 33 вольт.
При подключении в нормальную сеть 220 вольт, напряжение на вторичке соответствовала расчетным, то есть от 18 до 32 вольт. Ток холостого хода на 230 витке составлял 1,4 ампера (у вас будет отличаться, так как качество железа, качество стяжки сердечника у всех разное). На 403 витке ток холостого хода 0,15 ампер.
Это чудо весит 24,5 кг. Со своими обязанностями справляется на пятерку.
Ну в общем расписывать больше нечего, все должно быть понятно. Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях.
Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата, 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:
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
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
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
W1 = 220*0.77 = 170 витков.
Примем максимальное напряжение вторичной обмотки равным U2 = 35 вольт
Рассчитаем количество витков вторичной обмотки по формуле:
W2 = U2*K
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
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
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.
2. Принимаем напряжение дуги равным 26 вольт, получаем требуемую мощность трансформатора:
Iвторич = (26-14)/0.05 = 240 ампер
240*26 = 6240 вт. Почти рядом.
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
Iсв = (Uд - 20)/0.04 (считать не будем, я думаю понятно).
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
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
W2 =U2*K = 32*0.77 = 25 витков
Теперь рассчитаем ступени первичной обмотки.
Как мы рассчитали ранее количество витков обмотки W2 = 25 витков.
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.
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.
Ответ на комментарий.
Как наматывать на П-образный сердечник:
Первичная обмотка.
Вариант 1. Мотаем две одинаковые обмотки (клоны) в одну сторону и соединяем их начала. Концы этих обмоток используем для подключения к сети 220 вольт.
Вариант 2. Мотаем две одинаковые обмотки (клоны) в одну сторону, делаем отводы. Замыкая эти отводы, регулируем сварочный ток. Начало этих обмоток используем для подключения к сети 220 вольт.
Вторичная обмотка.
Мотаем две одинаковые обмотки в одну сторону и соединяем их концы. Начала этих обмоток используем для сварки.
Расчет площади сердечника и площади окна сердечника Sc и So.
По этим формулам, можно рассчитать требуемые величины.
Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях.
Спасибо Вам большое за такое подробное описание.Все очень понятно и что немаловажно, все видно как это на практике происходит.Спасибо.
Добрый вечер, скажите как повлияет увеличение сечения провода обмоток, имеется алюминиевая шинка 8.13мм2 и 50мм2. нужно ли производить перерасчет или же увеличение сечения даст запас прочности?
Владимир
В вашем случае шинка 8.13 мм.кв будет выдерживать ток 8.13*2=16.26 ампер.
Шинка 50 мм.кв будет выдерживать ток 50*2=100 ампер.
Хотя на практике эти значения гораздо больше, то есть выдержат и токи 20 и 130 ампер соответственно. Сила тока, выдаваемая трансформатором, зависит от напряжения вторичной обмотки. Если вы будете использовать трансформатор для сварочного полуавтомата, то мощность трансформатора будет:
Р тр = 130*30 = 4000 вт. 30 - максимальное напряжение для вторичной обмотки сварочного полуавтомата и соответственно для этого нужно будет использовать сердечник площадью:
Если используется сердечник меньшего сечения, сварочный ток будет меньше , придется рассчитать по новой количество витков обоих обмоток. Увеличенные сечения проводов повлияют только на увеличение размера самих обмоток, и на массу трансформатора. Увеличенное сечение обмоток даст только запас по прочности.
Олег
Спасибо за комментарий. Мы рады, что статья является полезной.
Спасибо большое за ответ, хочу сделать полуавтомат, нашол Ваш сайт- очень всё грамотно и доходчиво написано, 5+ правда розмеры тора у меня у меня другие, но по расщетам получается все ок, были неясности с сечением, теперь всё понятно, спасибо!
что такое трансформатор сварочный
kak zdelono sto v mekrovolnofki 1.2kw a secenije sterznia transformatora tolko 21 kvadratnyj cm a okno dlia obmotok 9.6 kvadratnyj cm. chotelosby etu technologiju ispolzavat v drugich transformatorach dlia kontaknoi svarki
Здравствуйте
как сделано что в микроволновке 1.2 кВ а сечение стержня трансформатора только 21 квадратный см, а окно для обмоток 9.6 квадратный см. хотелось бы эту технологию использовать в других трансформаторах для контактной сварки.
Трансформаторы в микроволновке работают в режиме полного насыщения, это означает, что ток холостого тока трансформатора будет от 4 ампер и выше. Трансформатор в таком режиме будет очень сильно греется даже на холостом ходу, не говоря уже про режим сварки. Если попытаться сделать такой трансформатор для сварки, то скорей всего он у вас быстро перегорит.
P.S. Пишите пожалуйста кириллицей.
Спасибо! Очень полезная информация.
Здравствуйте, всегда с удовольствием читаю Ваши статьи. Спасибо Вам большое за все объяснения. Хочу спросить у Вас совет. Имею возможность собрать сварочный аппарат, из трансформаторной стали набрал уже сердечник, получилось 35 кв. см. железа. Хотелось бы ,чтоб ,,тянула ,,тройку,и четверку (по необходимости) Подскажите,какое напряжение лучше рассчитать для вторичной обмотки в моем случае (50,или 40 вольт) или может какая-то другая цифра. И еще такой вопрос,как рассчитать правильно кол-во витков, чтобы знать на каком этапе сделать отводы для работы с (тройкой, и четверкой) Хочется сделать один раз, и чтоб наверняка. очень не хочется доделывать и тем более разбирать потом. Буду очень признателен за Вашу помощь. Заранее Спасибо.
Возник еще один вопрос,подскажите в моем случае коэффициент К,как правильно рассчитать,чему должен равняться коэффициент для трансформаторов 50,или 40,ведь у меня мощность получается менее 1.5 Вт.Еще раз спасибо.
Олег
Возник еще один вопрос,подскажите в моем случае коэффициент К,как правильно рассчитать,чему должен равняться коэффициент для трансформаторов 50,или 40,ведь у меня мощность получается менее 1.5 Вт.Еще раз спасибо.
Олег
Здравствуйте, всегда с удовольствием читаю Ваши статьи. Спасибо Вам большое за все объяснения. Хочу спросить у Вас совет. Имею возможность собрать сварочный аппарат, из трансформаторной стали набрал уже сердечник, получилось 35 кв. см. железа. Хотелось бы ,чтоб ,,тянула ,,тройку,и четверку (по необходимости) Подскажите,какое напряжение лучше рассчитать для вторичной обмотки в моем случае (50,или 40 вольт) или может какая-то другая цифра……. И еще такой вопрос,как рассчитать правильно кол-во витков, чтобы знать на каком этапе сделать отводы для работы с (тройкой, и четверкой) Хочется сделать один раз, и чтоб наверняка…… очень не хочется доделывать и тем более разбирать потом….. Буду очень признателен за Вашу помощь. Заранее Спасибо.
При площади 35 см.кв. номинальное количество витков (220 вольт) равно 282 витка.
Вторичную обмотку рассчитывайте на 50 вольт (номинальная) равна 64 витка.
Сделайте 5 ступеней регулирования. две форсированных , одна номинальная и две пассивного режима.
Первый отвод делайте от 225 витка. напряжение на вторичной будет 60 вольт.
Второй от 253 витка. напряжение на вторичной будет 55 вольт.
Третий от 282 витка напряжение 50 вольт.
Четвертый от 310 витка, напряжение 45 вольт.
Пятый (последний, дальше не мотаем) 338 виток. напряжение на вторичке 40 вольт.
Хочу заметить, что нормальная работа трансформатора будет зависеть от многих факторов, например от напряжения сети.. если будет 220 вольт, то нормально. а вот если пониженное.. например 190-200 вольт или еще меньше (такое напряжение обычно бывает в гаражных массивах или в часы повышенной нагрузки на сеть.. вечером и т.д.), то ни о какой сварке на повышенных токах не может идти речи.
P.S. При намотке трансформатора придерживайтесь правила.. ток холостого хода трансформатора должен быть в пределах от 0.2 ампер (пассивный режим) до 1.5 ампер максимум (форсированный режим).
Проверяйте ток холостого хода при намотке трансформатора, если вы попадете в эти значения тока, то считайте, что намотали правильно. Всё остальное - ток сварки, качество шва и т.п. будет зависеть только от вашего сердечника.
И еще.. варить четверкой при данной площади трансформатора, занятие сомнительное.. Варить будет (плохо), и трансформатор будет греться и греться очень сильно.. так что учтите этот момент.
Как правильно рассчитать количество витков трансформатора для разных типов устройств
Вопрос-ответ
При необходимости самостоятельно изготовить устройство питания электронной аппаратуры вопрос, как самостоятельно рассчитать количество витков трансформатора и как определить данные для проводов первичной и вторичных обмоток, стоит наиболее часто.
Правильный расчет возможен при наличии исходных данных по характеристикам мощности потребителей, напряжений входа и выхода. показатели массы и габаритов устройства, также могут накладывать ограничения.
На что влияет количество витков в трансформаторе
Если говорить о вторичных обмотках трансформатора, то значение числа витков в них в основном влияет на выходное напряжение. Сложнее все обстоит с первичной обмоткой, поскольку напряжение на ней задано питающей сетью. Параметры первичная обмотка оказывают влияние на ток холостого хода, а, следовательно, на коэффициент полезного действия. При изменении параметров первичной обмотки потребуется перерасчет всех вторичных обмоток.
Методика расчета
Полный расчет трансформатора довольно сложен и учитывает такие параметры:
- напряжение и частоту питающей сети;
- число вторичных обмоток;
- ток потребления каждой вторичной обмотки;
- тип материала сердечника;
- массогабаритные показатели.
На бытовом уровне для изготовления устройств с питанием от стандартной сети 220В 50Гц, проектирование можно значительно упростить.
Методика не требует особенных знаний сложности, и при наличии опыта занимает немного времени.
Для расчета требуются следующие данные:
- Количество выходов.
- Напряжение и потребляемый ток каждой обмотки.
В основе конструирования любого трансформатора лежит суммарная мощность всех вторичных нагрузок:
Для учета потерь введено понятие габаритной мощности, для вычисления которой применяется несложная формула:
Зная мощность, можно определить сечение сердечника:
Полученное значение сечения будет выражено в квадратных сантиметрах!
Дальнейшие расчеты зависят от типа и материала выбранного сердечника. Магнитопроводы бывают следующих типов:
- броневые;
- стержневые;
- О-образные.
Также различаются и способы изготовления магнитопроводов:
- наборные – из отдельных пластин;
- витые, разрезные или сплошные.
Разрезными обычно бывают броневые или стержневые магнитопроводы, а О-образные конструктивно выполняются исключительно цельные. В этом отношении они ничем не отличаются от не разрезных стержневых сердечников.
Для определения числа витков используют следующее соотношение, показывающее, сколько необходимо витков на 1 вольт напряжения:
где К – коэффициент, который зависит от материала и типа сердечника.
Для упрощения вычислений приняты следующие значения коэффициента:
- Для наборных магнитопроводов из Ш-или П-образных пластин К=60.
- Для разрезных магнитопроводов К=50.
- Для О-образных сердечников К=40.
Как видно, наименьшая длина обмоточного провода, а следовательно, и наилучшие массогабаритные показатели будут у О-образных сердечников. Кроме этого, конструкции с такими сердечниками имеют малое поле паразитного магнитного рассеивания и максимальный КПД. Их редко применяют только потому, что намотать обмотку на замкнутый сердечник трудно технически.
Зная параметр W, легко определить количество витков для каждой из обмоток:
Для учета падения напряжения на первичной обмотке, намотанной большим количеством тонкого провода, следует увеличить количество витков в ней на 5%. Особенно это касается малогабаритных конструкций малой мощности.
Можно снизить ток холостого хода, увеличив значение W для каждой из обмоток, но следует знать, что чрезмерное увеличение может привести к насыщению магнитопровода, что приведет к резкому увеличению тока холостого хода и снижению напряжения на выходе.
На заключительном этапе определяют диаметр проводников каждой обмотки. Формула расчета имеет следующий вид:
Определение диаметра обмоточного провода выполняют для всех без исключения обмоток.
Полученные значения округляют до ближайшего большего значения из стандартных диаметров проводов.
Альтернативный метод по габаритам
Ориентировочные параметры трансформатора, исходя из имеющегося в наличии сердечника, допускается определить иным путем., а затем сделать выводы о возможности дальнейшего использования.
Зная площадь сечения магнитопровода в квадратных сантиметрах, можно оценить максимальную мощность, которую способен обеспечить данный преобразователь:
Следует иметь в виду, что данная мощность является габаритной, а реальная будет иметь меньшее значение:
Обычно, при условии соответствия расчетной мощности и требуемой, первичную обмотку, подключаемую в сеть 220 В, можно оставить нетронутой, заново рассчитав только параметры на выходах.
Использование мультиметра
Используя мультиметр, можно найти данные для пересчета обмоток имеющегося трансформатора. Для этого необходимо выполнить дополнительную катушку из любого имеющегося в наличии провода. После подключения устройства в сеть необходимо измерить напряжение на дополнительной катушке. Теперь можно легко подсчитать необходимое число витков на вольт и выполнить перерасчет трансформатора под нужные требования.
Таблица количества вольт на виток
Для того, чтобы постоянно не выполнять расчеты, можно воспользоваться таблицей, в которой приведены усредненные данные обмоток в зависимости от мощности:
| Мощность, P | Сечение в см 2 , S | Количество вит. /В, W | Мощность, P | Сечение в см 2 , S | Количество вит. /В, W |
| 1 | 1.4 | 32 | 50 | 9.0 | 5.0 |
| 2 | 2.1 | 21 | 60 | 9.8 | 4.6 |
| 5 | 3.6 | 13 | 70 | 10.3 | 4.3 |
| 10 | 4.6 | 9.8 | 80 | 11.0 | 4.1 |
| 15 | 5.5 | 8.4 | 90 | 11.7 | 3.9 |
| 20 | 6.2 | 7.3 | 100 | 12.3 | 3.7 |
| 25 | 6.6 | 6.7 | 120 | 13.4 | 3.4 |
| 30 | 7.3 | 6.2 | 150 | 15.0 | 3.0 |
| 40 | 8.3 | 5.4 | 200 | 17.3 | 2.6 |
Примеры реальных расчетов
В качестве примера рассчитаем трансформатор питания для зарядного устройства. Исходные данные:
- напряжение сети – 220В;
- выходное напряжение – 14В;
- ток вторичной обмотки – 10А;
Используя выходные параметры, определяем мощность вторичной обмотки: P=14∙10=140 Вт
Габаритная мощность: P=1.25∙ 140=175 Вт.
Площадь сечения магнитопровода сердечника составит: S=√175=13.3 см 2
Наилучшими параметрами обладают конструкции, у которых сечение сердечника приближается к квадратному. Таким образом выбираем ленточный бронепровод с размерами сердечника 3.5х4 см. Его площадь равняется 14 см 2 .
Для данного сердечника К=50. Таким образом: W=50/14=3.6 вит/вольт
Для обмоток общее количество витков равняется:
- первичная обмотка n1=220∙3.6= 792 витка;
- вторичная обмотка n2=14∙3.6=50 витков.
Поскольку трансформатор мощный, то падение напряжения на первичной обмотке можно не учитывать.
Определяем диаметр обмоточных проводов: d2=0.7√10=2.2 мм.
Ближайшее стандартное значение – 2.4 мм.
Для нахождения диаметра провода первичной обмотки найдем ток через нее: I=P/U=175/220=0.8А.
Данному току соответствует диаметр: d1=0.7√0.8=0.63 мм.
Ближайшее стандартное значение имеет как раз такое значение.
Более углубленный расчет предполагает оценку коэффициента заполнения свободного окна магнитопровода. Большое значение числа вторичных обмоток может не поместиться в свободном окне, тогда необходимо будет выбрать более мощный сердечник. При слишком свободном размещении обмоток ухудшается КПД устройства, увеличивается магнитное поле рассеивания. Однако, как показывает практика, при правильном выборе сечения сердечника подобные расчеты становятся излишними.
Как сделать и намотать высоковольтный трансформатор своими руками
Своими руками
Люди, которые часто работают с радиоаппаратурой, наматывают высоковольтные трансформаторы своими руками, если нельзя купить нужный прибор. Процедура намотки не сложная, сложнее точно рассчитать параметры магнитопровода и намотки. Самоделки чаще всего используются в электрошокерах, блоках питания систем освещения с газоразрядными лампами, зажигалках, ионизаторах воздуха, игрушках.
Назначение и применение
Высоковольтные трансформаторы (ВВ) относятся к группе преобразователей напряжения. Их предназначение – преобразовать высоковольтное напряжение в низковольтное для питания различных приборов. По принципу работы преобразователи напряжения мало отличаются от силовых трансформаторов. Во вторичной обмотке всегда меньше витков, чем в первичной, если преобразователь понижающий, и наоборот, если прибор повышающий.
ВВ трансформаторы классифицируются по:
- количеству фаз (одно- или трехфазные);
- количеству обмоток (две, три или четыре);
- допускаемым погрешностям;
- способу установки (внутренняя или наружная);
- назначению (общее или специальное).
Преобразователи специального назначения используются в различном электрооборудовании:
- телевизорах и радиоприемниках;
- устройствах связи;
- бытовых приборах (например, боках питания для систем освещения).
Большинство преобразователей этого типа маломощные (не более нескольких киловольт-ампер), частота от 50 Гц, предназначены для внутренней установки. Количество намоток зависит от того, в какое оборудование трансформатор будет установлен. Изоляция заливается эпоксидной смолой.
Расчет электрических параметров
Для вычисления мощности используется формула на основе напряжения и тока на выходе:
Мощности плюсуются, если вторичных обмоток две (или больше).
Коэффициент полезного действия преобразователя не может быть выше 80%, поэтому первичная мощность:
Ток из первичной намотки во вторичную передается через сердечник, площадь которого полностью зависит от мощности первичной намотки. Для сердечника, который изготовлен из трансформаторной стали, площадь вычисляется по формуле:
Количество витков первичной обмотки:
При использовании сердечника из другого материала (некоторые используют жесть, обожженную проволоку, кровельное железо), то S необходимо увеличить на треть.
Количество витков вторичных намоток:
Так как часть напряжения теряется из-за сопротивления, расчетное количество желательно увеличить на 5-10%.
Выбор материала магнитопровода
Маломощный преобразователь можно сделать на броневом или стержневом магнитопроводе. В броневом стержни с прямоугольным сечением располагаются горизонтально. Это сравнительно сложная конструкция, поэтому используется редко. В стержневом магнитопроводе стержни располагаются вертикально, обмотки цилиндрические.
Для повышающего трансформатора лучше использовать Ш-образный ферритовый магнитопровод. Важно точно подобрать размеры (на стержне должно поместиться требуемое количество витков). Если сердечник нужно разобрать, чтобы сделать другой из полученных пластин, толщина пакета подбирается, базируясь на мощность. Пластины вставляют в катушку, стягивают при помощи шпилек и гаек.
Конструкция сердечника
Чтобы сделать понижающий преобразователь с двумя обмотками своими руками, нужно найти круглый ферритовый магнитопровод.
Такие есть в старых телевизорах и блоках питания компьютеров. В случае с компьютером стержнем служит центральный керн силового трансформатора (его нужно вырезать). Длина 2,1 см, диаметр 1,1 см.
Чаше всего эти преобразователи покрыты эпоксидной смолой. Для того, чтобы их разобрать, требуется разогрев строительным феном. Керны вырезаются болгаркой (колоть не стоит). Поверхность обычно неровная, поэтому столбики обматываются скотчем. Если длины недостаточно, можно склеить два супер-клеем.
Расчет необходимого диаметра провода
Сечение проводов рассчитывается, базируясь на значение и плотность тока (среднее значение 2 А/мм 2 ).
Ток на первичной намотке:
С такими исходными данными диаметр провода (без изоляции):
Если под рукой нет провода с рассчитанным диаметром, можно параллельно соединить несколько более тонких таким образом, чтобы сумма сечений не оказалась меньше рассчитанной.
Для расчета поперечного сечения используется формула:
Если обмотка низкого напряжения создается из толстого провода и располагается над другими витками, плотность тока увеличивается до 2,5-3 А/мм 2 благодаря улучшению охлаждения. В формулу 0,8 заменяется на 0,7 или 0,65.
От необходимости в вычислениях освобождают специальные таблицы, например:
В заключении необходимо вычислить диаметр проводов с изоляцией.
Площадь сечения всех витков любой обмотки:
dиз – диаметр с изоляцией
Все рассчитанные площади складываются, полученное значение умножается на 2 или 3 (это площадь окна сердечника).
Пример расчета
Требуется преобразователь, питающийся от сети 220 В, на вторичной обмотке которого должно быть напряжение 6,3 В и ток 50 мА.
Мощность вторичной намотки:
Мощность первичной намотки:
Площадь сечения сердечника (если он изготовлен из трансформаторной стали): примерно 4,7 см 2 .
Количество витков (на один вольт):
Количество витков на первичной обмотке:
Диаметр провода: 0,8 мм
Количество витков на вторичной обмотке:
Диаметр провода: 0,17 мм
Диаметр с изоляцией определяется по таблице:
Провод лучше всего взять медный, изоляция эмалированная.
Если удалось найти трансформатор, который возможно перемотать, в процессе размотки нужно сосчитать, сколько витков во вторичной обмотке. Если известен коэффициент трансформации, можно определить, сколько витков требуется для нового преобразователя.
Инструкция по намотке
Сердечник нужно обмотать скотчем (5 слоев), вложить в желоб провод с рассчитанным диаметром, намотать по всей длине рассчитанное для первичной намотки количество витков. Оба конца обмотки выводятся на одну сторону и изолируются винилкой.
Последний виток необходимо зафиксировать (подойдут простые нитки), чтобы предотвратить разматывание.
Далее наматывается 4-5 слоев скотча, конструкция помещается в корпус одноразового шприца длиной 3 см. На шприц наматывается 2 ряда скотча и рассчитанное для вторички количество витков, ширина обмотки примерно 1,5 см. Каждый слой нужно заизолировать скотчем или двумя слоями фторопластовой ленты. Концы второй обмотки выводятся на обе стороны. В результате с одного конца получается три вывода, со второго – один.
Готовая конструкция изолируется скотчем (5 слоев), припаиваются гибкие провода (выводы), наматываются еще 5 слоев скотча.
Если в процессе намотки порвался провод, концы необходимо зачистить, скрутить, спаять и заизолировать. Электрическую прочность увеличивает пропитка каждого слоя намотки лаком на основе акрила или эпоксидной смолы.
Для того, чтобы сделать трансформатор своими руками, не обязательно покупать новый провод. Подходит и старый, если отрезки соединены правильно (свиты и спаяны). При намотке витки должны плотно прижиматься друг к другу. Нежелательно укладывать их перпендикулярно к сердечнику (нужен небольшой наклон). Не допускаются перегибы и сгибы, поэтому требуется определенная натяжка. Скотч для изоляции следует нарезать на полоски шириной 1,5 см, чтобы было легче покрыть провод.
Сборка
Изготовить качественный высоковольтный трансформатор невозможно без пропитки эпоксидной смолой. Цель этой процедуры – удалить пустоты и пузырьки воздуха, вызывающие протечки и пробои. Нужен каркас для заливки и вакуумная установка.
Последнюю тоже можно сделать своими руками, если имеется:
- обратный клапан (продается в зоомагазинах);
- шланг из силикона;
- банка, оснащенная прорезиненной привинчиваемой крышкой;
- шприц;
- пластилин;
- герметик.
В металлической крышке делается отверстие, в которое пропихивается шланг. Все щели замазываются герметиком, потом пластилином с обеих сторон. Воздух из банки выкачивается шприцем (крышка должна вжаться).
Перед пропиткой смола подогревается, добавляется отвердитель. Каркас можно сделать из обычной бумаги, предназначенной для принтера компьютера. К бумаге приклеивается скотч, делается цилиндр по диаметру преобразователя, все склеивается термоклеем. После обработки в вакууме необходимо подождать примерно сутки, потом можно снять каркас.
Перед установкой преобразователь желательно проверить на:
- целостность магнитопровода;
- отсутствие разрывов проводов в обмотках;
- целостность изоляционного материала.
Для проверки изоляции мультиметр переключается на мегомметр, замеряется сопротивление между обмотками или между каждой обмоткой и корпусом (для ВВ оптимальное значение 1 МОм).
Далее измеряется ток в обмотках в рабочем состоянии, чтобы определить, соответствует ли коэффициент трансформации требуемому. Но это не самый лучший метод, если напряжение достаточно высокое. Более безопасно прозвонить выводы. Если они из разных обмоток, на сопротивление бесконечное. При прозвоне выводов одной обмотки сопротивление имеет цифровое значение.
К сети трансформатор присоединяется параллельно. Если на выходе требуется постоянный ток (например, в блоке питания для системы освещения), к вторичной обмотке подключается сглаживающий фильтр из диодного моста и электролитического конденсатора.
Читайте также: