Расчет сварочного трансформатора по сечению сердечника

Обновлено: 20.05.2024

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты	Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50	0,50÷0,80
50÷150	0,80÷0,90
150÷300	0,90÷0,93
300÷1000	0,93÷0,95
>1000	0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Таким образом, первый этап расчета позволяет: зная необходимую величину первичной или вторичной мощности подобрать магнитопровод по форме и поперечному сечению сердечника;или по габаритам имеющегося магнитопровода оценить электрические мощности, которые сможет пропускать проектируемый трансформатор.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода добиваются оптимального соотношения между его нагревом при эксплуатации и габаритами свободного пространства внутри сердечника, позволяющими разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

Расчет сварочного трансформатора для самостоятельной сборки

Соединение металлических деталей электрической дугой известно уже более 120 лет, но немногие знают все тонкости этого процесса, что очень важно для того, чтобы сделать расчет сварочного трансформатора для простейшего аппарата и полуавтомата.

1 На чем базируется расчет сварочного трансформатора?

Прежде, чем разбираться в формулах, давайте рассмотрим принцип действия простейшего аппарата для дуговой сварки. Основой такого агрегата является понижающий трансформатор, позволяющий изменить входящее напряжение, соответствующее в быту 220 В, на более низкое, до 60 В для так называемого холостого хода или, иначе, состояния покоя. То, какие виды электродов можно будет использовать с устройством, зависит от силы тока, которая должна быть в пределах 120-130 А для наиболее популярного трехмиллиметрового диаметра расходного материала.

И вот здесь как раз требуются расчеты, поскольку, если стержень электрода плавится при определенной силе тока, значит, она будет в той же степени нагревать и сердечник трансформатора, а также проволоку обмотки. Следовательно, для того, чтобы узнать оптимальную мощность трансформатора, нам нужно сначала вычислить рабочее напряжение, ориентируясь на рабочую силу тока. Для этого существует формула U₂ = 20 + 0,04I₂, где U₂ – напряжение на вторичной обмотке, а I₂ – выдаваемый аппаратом максимальный сварочный ток.

Теперь вернемся к сердечнику, который не зря так называется, поскольку является сердцем трансформатора, как самого простого, так и полуавтомата. Он составляется из металлических пластин, которые способны выдержать определенную нагрузку по мощности тока. Это допустимое значение зависит от размеров сердечника и называется габаритной мощностью, которую можно найти, зная значение напряжения холостого хода. Последнее высчитывается по формуле U_хх = U₂S, где S – площадь сечения провода вторичной обмотки. Зависимость этой площади от диаметра проводника определяем по формуле S = πd 2 /4, или по следующим таблицам:

Допустимые токовые нагрузки на провода с медными жилами

Допустимые токовые нагрузки на провода с алюминиевыми жилами

2 Расчет для сварочного трансформатора по формулам и онлайн

Итак, у нас есть все необходимые параметры для того, чтобы вычислить габаритную мощность сердечника. Далее работаем по формуле P_габ = U_ххI₂cos(φ)/η, где φ – угол смещения фаз между напряжением и током (можно принять величину 0.8), а η – КПД (принимаем 0.7). Остается найти допустимую мощность, которую выдержит аппарат при длительной работе. При этом учитываем, что коэффициент продолжительности работы (обозначим его ПР) составляет около 20 % от времени подключения трансформатора к сети.

Поэтому считаем следующим образом: P_дл = U₂I₂(ПР/100) 0.5 0.001, или, иначе P_дл = U₂I₂(20/100) 0.5 0.001, что соответствует P_дл = U₂I₂0.00045. В целом продолжительность работы и сила сварочного тока практически не связаны. В большей степени на время дугового режима влияет сечение проволоки обмотки и качество изоляции, а также то, насколько плотно и, главное, ровно, уложены витки. Следовательно, теперь мы можем узнать электродвижущую силу одного витка в вольтах, используя формулу E = P_дл0.095 + 0.55.

Далее, получив результат эмпирической зависимости по последней формуле, высчитываем оптимальное количество витков для обмотки, как первичной, так и вторичной. Для той и другой используем две формулы, соответственно N₁ = U₁/E, где U1 – входящее напряжение сети, а N₂ = U₂/E. Сила сварочного тока регулируется увеличением или уменьшением расстояния между первичной и вторичной обмотками: чем оно больше, тем ниже мощность на выходе. Тем, кто делает приведенный расчет с целью самостоятельной сборки трансформатора, а не для приобретения готового сварочного полуавтомата, понадобится еще и вычисление габаритов сердечника.

Исходя из значения ширины пластины, выясняем толщину пакета пластин плеча, для чего используем формулу b = ap₁, а затем и ширину окна магнитопровода c = b/p₂, где p₂ имеет диапазон значений 1–1.2 (рекомендуется максимальное). К слову, если уж мы взялись измерять габариты, вспомним про коэффициент заполнения стали, который обозначает промежутки между пластинами. С учетом этого показателя площадь сечения сердечника будет несколько иной, поэтому назовем ее измеряемой величиной и определим заново. Формула для этого потребуется следующая: S_из = S/k_c. В большинстве случаев эти расчеты не нужны при наличии онлайн-калькулятора.

3 Как сделать расчет самодельного тороидального сварочного трансформатора?

По сути, тор – это объемное геометрическое тело, хотя в математике бытует понятие "поверхность". То есть это даже не фигура, а замкнутая поверхность, имеющая одну общую для любой размещенной на ней точки сторону. Но, если не вдаваться в дебри терминологии, тор – это бублик, или окружность, вращающаяся вокруг некой не пересекающей ее оси, с которой располагается в одной плоскости. Именно в форме такого бублика может быть выполнен трансформатор-тороид.

Основная его характеристика – высокий КПД при небольших, в сравнении с другими типами сердечников, размерах. Что и является основополагающим критерием для предпочтения данной формы самодельных трансформаторов. Основное отличие тороидального трансформатора от прочих – прокладка только межобмоточной изоляции наряду с внешней. Межслоевая не делается по той простой причине, что витки провода, проходя сквозь отверстие тора, создают дополнительную толщину внутреннего диаметра, что исключает использование лишних слоев изоляции.

Именно это значительно усложняет сборку тороида, и потому он редко устанавливается в корпусе полуавтомата, где чаще можно увидеть стержневые сердечники. Чтобы не возникали пробивания, применяются провода с повышенной прочностью изоляционного покрова. В качестве прокладки можно взять лавсан или ленту ФУМ (фторопластовую).

Для определения габаритной мощности сердечника, выполненного в виде тора, нам достаточно узнать две площади: окна и сечения.

Первую вычисляем по формуле S_окна = 3.14(d 2 /4), где d – внутренний диаметр тора. Вторая формула выглядит следующим образом: S_сеч = h((D-d)/2), здесь D – внешний диаметр "бублика". Далее остается только рассчитать габаритную мощность трансформатора, для чего используем простейший способ умножения двух получившихся ранее результатов. Иными словами, P_габ[Вт] = S_окна[кв.см] * S_сеч[кв.см]. Дальнейшие вычисления ориентируем согласно таблице:

P_габ	ω₁	ω₂	∆ (А/мм 2 )	η
До 10	41/S	38/S	4.5	0.8
10-30	36/S	32/S	4	0.9
30-50	33.3/S	29/S	3.5	0.92
50-120	32/S	28/S	3	0.95

Здесь P_габ – габаритная мощность трансформатора, ω₁ – число витков на вольт (для стали Э310, Э320, Э330), ω₂ – число витков на вольт (для стали Э340, Э350, Э360), ∆–допустимая плотность тока в обмотках, ŋ – КПД трансформатора.

Определив количество витков на каждый вольт для сердечника из той или иной стали, можем узнать, сколько витков всего нужно будет выполнить при изготовлении трансформатора. Для этого используются две формулы, для первичной и вторичной обмотки соответственно: N₁ = ω₁U₁ и N₂ = ω₂U₂. Далее следует учесть некоторое падение напряжения, возникающее из-за небольшого сопротивления в обмотках, которое, впрочем, в тороиде довольно незначительное.

Для этого увеличиваем количество витков вторичной обмотки на 3 % (в других типах сердечников понадобилось бы больше): N_{2_компенс} = 1.03N₂. Для того чтобы узнать диаметр проволоки, используем формулу для первой обмотки d₁ = 1.13(I₁/∆) 0.5 и для второй: d₂ = 1.13(I₂/∆) 0.5 . При этом результаты округляем в большую сторону и выбираем ближайшие доступные провода.

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.

W1_ст = (220*W2)/Uст2

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.

Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата

Подбор правильных параметров техники при сварке является очень важным делом. Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата имеет ярко выраженную специфику. Здесь могут использоваться как типовые схемы, так и другие варианты, которые подходят по параметрам. Для промышленных трансформаторов можно применять стандартные методики расчета, так как серийно выпускающиеся модели имеют одинаковые параметры, такие как напряжение сварочного трансформатора, тогда как для самодельных изделий такие методы не будут являться действительными. Это касается не только параметров изделия, но и материалов, которые применяются при создании трансформатора. Во втором случае получается намного больше погрешностей, что также следует учитывать. Стандартные методы расчета основаны на методике, которая может определить самое оптимальное значение геометрических и обмоточных параметров трансформатора. Но у данных методик имеются свои недостатки, так как если имеется какой-либо выход за стандартные параметры, то все расчеты могут оказаться недействительными из-за особенностей конструкции и используемых материалов. С учетом современного разнообразия техники, которую можно встретить на рынке для промышленного и частного использования, расчет сварочного трансформатора может оказаться весьма затруднительным.

Трансформатор для сварочного полуавтомата

Ведь не зря, одним из первых дел при расчете является определение количества и вид используемого железа. Таким образом, нужно определить значение наружного и внутреннего диаметра сердечника. Как правило, минимальное значение внутреннего диаметра составляет от 12 см. В некоторых случаях это значение может быть меньше, если обмотка выйдет очень плотной. Проблема здесь может возникнуть при размещении вторичной обмотки, так как в ином случае она может и не поместиться, если диаметр будет меньше предложенного значения. Минимальные рекомендуемые значения имеются и при выборе площади сердечника.

Сварочный трансформатор для сварки полуавтоматом

Стоит отметить, что подавляющее большинство бытовых сварочных аппаратов, куда можно отнести и некоторые модели полуавтоматов, имеют достаточно простую структуру. Они состоят в большинстве случаев из источников переменного тока, что делает их боле дешевыми. Также становится легче ремонт и обслуживание сварочных трансформаторов, если с ними что-то случится. Сама система полуавтомата практически не влияет на принцип действия трансформатора, так как относится к удобству подачи электрода или проволоки. В самых простых моделях используется однофазный трансформатор, который разработан специально для сварки.

На чем базируется расчет сварочного трансформатора

Основными положениями, на которых состоит расчет трансформатора для сварочного полуавтомата сварочного аппарата, являются те, на которых основан принцип его действия. Главным элементом системы является понижающий трансформатор. Этот элемент позволяет изменить стандартное сетевое напряжение 220 В, на пониженное, которое требует холостой ход сварочного трансформатора – 60 В. Ток может регулироваться исходя из вольтамперных характеристик самой системы. Средние характеристики тока для электрода в 3 мм составляет 120 А. Именно в этом случае и оказывается важным расчет сварочного аппарата, ведь когда стержень начинает плавиться при определенном значении силы тока, то он еще и нагревает проволоку обмотки и сердечник трансформатора при определенных значениях. Таким образом, для вычисления оптимальной мощности трансформатора следует узнать рабочее значение, которое можно определить по рабочей силе тока. Для этого применяют формулу U₂ = 20+0,04*I2. Здесь:

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

После этого можно перейти к сердечнику. Это центральная часть как простого сварочного аппарата, так и полуавтоматического. Состоит он из металлических пластин. Эти пластины в совокупности могут выдержать определенную нагрузку параметров тока. Данный параметр называется «габаритная мощность». Здесь имеется прямая зависимость от того, какие размеры занимает сердечник. Вычислить габаритную мощность можно зная такие параметры как напряжение холостого хода сварочного трансформатора. Рассчитать все это можно при помощи формулы U_хх = U₂S. В данном случае S является площадью сечения вторичной обмотки. Чтобы узнать зависимость площади от диаметра используемого проводника, то следует использовать формулу S = πd 2 /4.

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:

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:

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

Читайте также: